专利名称：城市快速道路交通状态判别与发布系统及其方法
技术领域：
本发明涉及一种城市快速道路交通状态判别与发布系统及其方法，尤 其涉及城市快速道路行程车速的估计方法，属于智能交通研究领域。
背景技术：
城市道路拥挤是影响我国经济发展的重要问题。随着城市化进程的深 入和人们的生活水平的不断提高，城市人口及机动车辆随之剧增，城市的 交通阻塞状况变得日益严重。治理交通阻塞的措施目前主要有两大类第
一类是扩建道路，从量上解决道路容量不能满足交通需求的矛盾；第二类
是通过先进的科学技术手段和交通管理措施协调上述的矛盾，即智能交通 系统。从国内外多年的探索和实践可知，智能交通系统的实施能够有效地 运用较小的费用来改善道路网交通运行效率。
交通状态判别与发布是智能交通系统应用领域中一项重要功能和组 成部分。它通过分布在道路上的交通参数采集装置采集实时交通参数，以 交通流理论为理论基础计算道路上的交通状态，并以多种媒体方式为出行 者提供有效的交通信息，从而避免出行者的盲目出行所造成的交通阻塞， 达到均衡交通负荷和保持路网高效运行的目的。
申请号为200510026214. 7的中国发明专利申请，公开了一种城市路 网交通流状态估计方法，该方法着眼于车载GPS卫星定位数据，结合相应 的悉尼自适应交通控制系统(SCATS)提供的交通信号状态信息，以单位有 向路段为对象，对城市路网的交通流状态在距离、时间、速度的三维空间 上进行最小二乘法拟杏建模，得到固定时刻城市路网中各有向路段沿路段 方向上的平均速度，以速度为指标完成对当前交通流拥堵状态的分析估 计。每两个信号灯之间的单位有向路段对应一个交通流状态模型，通过相邻共向路段的曲面模型的连接，实现对整个路网的交通流状态估计。
申请号为200510026478. 2的中国发明专利申请，公开了一种用于城 市地面道路网交通状况测定的方法和系统，对城市道路采用交叉口、城市 干道、城市干道网三层进行逐层测定；针对城市干道，提出"等效通行能 力"概念和确定方法；采用"密度比"指标计算干道的服务水平；采用 "加权密度比"指标对干道网服务水平进行测定；最终根据测定结果进行 拥挤区域、拥挤干道和拥挤交叉口逐层识别。
申请号为200610122680. X的中国发明专利申请，公开了一种基于交 通流相特征的城市交通系统状态可视化评价方法。该方法通过采集特定道 路界面持续时间不低于三个月的实时信号波形，对交通流状态参量进行信 号滤波处理以获取交通流样本总体，计算样本总体中所有样本的平均值和 标准差以构建样本离散系数，依据交通流多维状态参量强聚性特征构造标 准特征相平面图，最后将需要判别交通状态的交通状态参数置于标准相图 上，直观地判别交通系统的运行状态和变化趋势。
申请号为200710038323. X的中国发明专利申请，公开了一种城市道 路交通的即时状态判别及诱导系统，该系统采用交通即时状态判别算法， 根据流量、速度、占有率、周期数据包对设定路段的交通状态进行判断， 并实时将判断结果传递给发布子系统发送至面向车辆的交通现场。
以上专利申请所述的交通状态判别方法，都是应用于城市地面道路间 断交通流的交通状态判别，间断交通流由于受到交叉口信号配时的影响较 大，交通流状态往往波动较大，交通状态的判别方法与快速路交通流状态 判别所采用的指标和方法有较大的差别。
发明内容
本发明的目的在于提出一种城市快速道路交通状态判别与发布系统， 为实时监控城市快速道路交通状态，还能应用于类似功能要求的地面道路交通管理与监控系统r具有一定的通用性。
为达到上述目的，本发明的技术方案是，包括城市快速路实时交通信 息采集与处理系统的架构、城市快速路实时交通状态判别解决方案。
实时交通信息采集与处理系统，通过布设在外场城市快速道路上的交
通参数线圈检测器采集实时交通参数(主要包括流量、车速、占有率)，
并将实时数据传送给实时交通状态处理与发布服务器进行交通状态判别 指标的计算，从而完成实时交通状态判别与发布。
实时交通信息采集与处理系统，包括外场系统与内场系统。 所述的外场系统包括交通参数线圈检测器、光端机、主控计算机以及 交通信息情报板，所述的交通参数线圈检测器与所述的光端机相连，复数 个所述的光端机以环形拓扑结构相连构成一个环形网，所述的光端机与所 述的主控计算机相连，所述的主控计算机与所述的内场系统相连并将实时 数据接入到内场系统中。
所述的内场系统主要包括交通参数数据库、GIS数据库、交通状态处
理与发布服务器以及复数个系统操作与监控终端，所述的交通状态处理与 发布服务器与所述的交通参数服务器相连获取交通数据，并进行数据质量
预处理、主线路段行程车速计算及交通状态判别等流程的运算，最终将交 通状态传送到相连的所述的系统操作与监控终端，经过确认后传送到所述 的外场系统主控计算机，最终由主控计算机完成在所述的交通状态情报板 上发布实时交通状态。
所述的城市快速路实时交通状态判别解决方案包括快速路检测线圈 日常状态诊断模块、快速路异常线圈数据修补模块、快速路主线路段行程 车速计算模块以及快速路交通状态判别与自动发布模块。
所述的快速路检测线圈日常状态诊断模块是指对一天内所述的交通 参数线圈检测器所采集的交通参数进行统计和分析，通过预先配置的(疑似)异常数据判别规则，统计一天内(疑似)异常数据出现的个数，当偏 离预先设定的判别阈值则诊断该检测器当天为正常状态，反之则诊断为异 常状态。所述的(疑似)异常数据包括全零数据、仅有占有率数据、占有
率为ioo数据以及车长异常数据等。所述的判别阈值在不同路段有不同的取值。
所述的快速路异常线圈数据修补模块是指在实时数据应用中，使用预 先配置的实时数据质量判别规则剔除(疑似)异常数据，并通过便用相邻 检测器中相关性最高的检测器的数据进行修补。所述的实时数据质量判别 规则是指对明显异常的、不符合交通流规律的数据进行识别并剔除。所述 的相关性最高的检测器是指通过分析各相邻检测器历史数据之间的相关 性指标，对于某检测器选取其相关性指标最高的相邻检测器作为数据修补 的依据。
所述的快速路主线行程车速估算模块是指针对预先设定的快速路主 线路段，对在一段时间范围内完成在该路段行驶过程的车辆的平均行程车 速的估算方法。该方法主要是指一种基于实时线圈检测器数据的行程车速 估计算法，该算法主要包含如下步骤
1) 根据检测器数瑪特征以及行程车速计算的要求，设定行程车速计算的 时间间隔；
2) 对于每一个时间间隔，算法模拟一辆虚拟车辆从路段的起点驶入路段，
对于在过去时间间隔进入路段但还未驶出的车辆更新其行驶的车速和距离。
3) 对于在本时间间隔驶出路段的虚拟车辆，记录其驶出本路段的时刻以 及行程时间；
4) 按照预先设定的统计时间间隔，计算该统计时段内驶出路段的各虚拟 车辆行程时间的平均值。添加
5)根据路段长度除以行程时间得到路段行程车速，通过行程车速指标 对该路段的实时交通状态进行估计。将交通状态划分为三个等级畅通、 拥挤、阻塞，对于不同的路段交通状态设定不同的状态判别阈值。
特别的，所述的城市快速路交通状态与发布策略考虑了在实际应用的 时候由于外场设备突发故障以及异常交通事件所导致的系统异常状态人 工处理策略，以及人工与系统自动发布交互策略。对于所述系统异常状态 会按照固定的间隔通过所述的系统操作与监控终端向实际系统操作人员 进行定期报警。
本发明的有益效果城市快速路交通状态判别与发布系统，通过所提 出的技术方案，面向政府交通部门和社会公众提供实时快速路交通状态信 息，能有效提高出行效率，缓解道路拥挤，减少车辆尾声排放污染，提高 道路通行能力从而节约道路建设投资，具有较好的经济效果和社会效益。
图1为本发明的城市快速路实时交通信息采集与处理系统的架构的示 意图2为本发明的城市快速路实时交通状态判别解决方案的工作流程框 图。 .
具体实施例方式
参照图1，这是实时交通信息采集与处理系统的架构的示意图。 如图所示，外场系统包括交通参数线圈检测器1、光端机2、主控计
算机3以及交通信息情报板4。
所述的交通参数线圈检测器1与光端机2相连，光端机2以'环形拓扑
结构相连构成一个环形网，光端机2与主控计算机3相连。主控计算机3
与内场系统IO相连并将实时数据接入到内场系统中。
9内场系统包括交通参数数据库7、 GIS数据库5、交通状态处理服务器 6以及复数个系统操作与监控终端8。所述的交通状态处理服务器6与所 述的交通参数数据库7相连获取交通数据，并进行数据质量预处理、主线 行程车速计算及交通状态判别等流程的运算，最终将交通状态传送到相连 的所述的系统操作与监控终端8，经过确认后传送到所述的外场系统主控 计算机3，最终由主控计算机3完成在所述的交通状态情报板4上发布实 时交通状态。
参照图2，这是快速路交通状态判别与发布流程框图。 如图所示，快速路交通状态判别与发布流程分为4个步骤，首先快速路 检测线圈日常状态诊断模块21对需要实施交通状态自动发布的路段上布 设的交通参数线圈检测器的工作状态进行判别，对于不符合自动发布要求 的检测器进行标定；在实时运行的过程中，快速路异常线圈数据修补模块 22对实时采集的交通参数进行有效性判别，并对标定为无效的数据采用修 补算法进行在线修补；在数据质量预处理25结束后，快速路主线路段行 程车速，快速路主线路段行程车速估算模块23通过实时数据对,速路主 线路段的行程车速进行估算；最终城市快速路交通状态判别与发布模块24 根据预先划分好的交通状态判别阈值，对实时交通状态进行判别和发布， 同时负责内、外场系统故障和异常事件的人机交互。
虽然本发明已参照上述的实施例来描述，但是本技术领域中的普通技 术人员，应当认识到以上的实施例仅是用来说明本发明，应理解其中可作 各种变化和修改而在广义上没有脱离本发明，所以并非作为对本发明的限 定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述的实施例的变化、变形 都将落入本发明权利要求的保护范围。
权利要求
1、城市快速道路交通状态判别与发布系统，用于城市道路交通管理，其特征在于该系统包括城市快速路实时交通信息采集与处理系统的架构、城市快速路实时交通状态判别；所述的实时交通信息采集与处理系统，包括外场系统与内场系统，通过检测器采集流量、车速、占有率，并进行交通状态判别指标的计算，从而完成交通状态判别与发布；上述的外场系统与内场系统，还包括交通参数线圈检测器(1)、光端机(2)、主控计算机(3)以及交通信息情报板(4)；交通参数线圈检测器与光端机相连，复数个光端机以环形拓扑结构相连构成一个环形网与所述的主控计算机相连，所述的主控计算机与所述的内场系统相连并将实时数据接入到内场系统中。
2、 如权利要求l所述的交通状态判别与发布系统，其特征在于 所述的内场系统，包括交通参数数据库(7)、 GIS数据库(5)、交通状态 处理服务器(6)以及复数个系统操作与监控终端(8);所述的交通状态处理 服务器与交通参数服务器相连获取交通数据，并进行数据质量预处理、主 线行程车速计算及交通状态判别流程的运算，最终将交通状态传送到相连 的所述的系统操作与监控终端，经过确认后传送到所述的外场系统主控计 算机，完成在交通状态情报板上发布实时交通信息。
3、 如权利要求l所述的交通状态判别与发布系统，其特征在于所 述的城市快速路实时交通状态判别，包括快速路检测线圈日常状态诊断模 块(21)、快速路异常线圈数据修补模块(22)、快速路主线路段行程车速 估算模块(23)以及快速路交通状态判别与自动发布模块(24)。
4、 如权利要求l所述的交通状态判别与发布系统，其特征在于 所述的快速路交通状态判别与发布流程，按以下4个步骤进行，.第一个步 骤，快速路检测线圈日常状态诊断模块(21)，对需要实施交通状态自动发布的路段上布设的交通参数线圈检测器的工作状态进行判别，对于不符合自动发布要求的检测器进行标定；第二个步骤，在实时运行的过程中， 快速路异常线圈数据修补模块(22)，对实时采集的交通参数进行有效性 判别，并对标定为无效的数据采用修补算法进行在线修补；第三个步骤， 在数据质量预处理(25)结束后，快速路主线路段行程车速估算模块(23) 通过实时数据对快速路主线路段的行程车速进行估算；第四个步骤，最终 城市快速路交通状态判别与发布模块(24)根据预先划分好的交通状态判 别阈值，对实时交通状态进行判别和发布，同时负责内、外场系统故障和 异常事件的人机交互。
5、 如权利要求1或3所述的交通状态判别与发布系统，其特征在于 所述的快速路检测线圈日常状态诊断模块(21)，是指线圈检测器所采集 的交通参数进行统计和分析，通过预先配置的异常数据判别规则，统计一 天内异常数据出现的个数。
6、 如权利要求1或3所述的交通状态判别与发布系统，其特征在于 所述的快速路异常线圈数据修补模块(22)，是指使用预先配置的实时数 据质量判别规则，剔除异常数据，并通过使用相邻检测器中相关性最高的 检测器的数据进行修补。
7、如权利要求1或3所述的交通状态判别与发布系统，其特征在于:-所述的快速路主线行程车速估算模块(23)，是指针对预先设定的快速路 主线路段，对在一段时间范围内完成在该路段行驶过程的车辆的平均行程 车速的估算方法。
8、如权利要求1或7所述的交通状态判别与发布系统，其特征在于 所述的快速路主线行程车速估算法，包括如下步骤l)根据检测器数据特征以及行程车速计算的要求，设定行程车速计算 的时间间隔；对于每一个时间间隔，算法模拟一辆虚拟车辆从路段的起点驶入路段，对于在过去时间间隔进入路段但还未驶出的车辆更新其行驶的车速和距离。
全文摘要
本发明涉及城市快速道路交通状态判别与发布系统，用于城市道路交通管理，包括实时交通信息采集与处理系统、城市快速路实时交通状态判别；实时交通信息采集与处理系统，还包括外场系统与内场系统，外场系统包括交通参数线圈检测器、光端机、主控计算机以及交通信息情报板；内场系统包括交通参数数据库、GIS数据库、交通状态处理与发布服务器以及复数个系统操作与监控终端；交通状态处理与发布服务器与交通参数服务器相连获取交通数据，进行数据质量预处理、主线行程车速计算及交通状态判别流程的运算，最终将交通状态传送到相连的所述的系统操作与监控终端，经过确认后传送到所述的外场系统主控计算机，完成在交通状态情报板上发布实时交通信息。
文档编号G08G1/00GK101551940SQ200910050210
公开日2009年10月7日 申请日期2009年4月29日 优先权日2009年4月29日
发明者瑜 林, 峰 沈, 肖永来, 平 陈, 陈红洁, 宵 高 申请人:上海电器科学研究所(集团)有限公司;上海电科智能系统股份有限公司