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CN109377751A - 一种智能道路机非分隔护栏控制系统及方法 - Google Patents

一种智能道路机非分隔护栏控制系统及方法 Download PDF

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CN109377751A CN201811194169.XA CN201811194169A CN109377751A CN 109377751 A CN109377751 A CN 109377751A CN 201811194169 A CN201811194169 A CN 201811194169A CN 109377751 A CN109377751 A CN 109377751A
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lane
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葛丽娜
易富
王涛
范有明
姜松建
高菀璐
张思瑾
杨纪
姜珊
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Liaoning Technical University
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Abstract

本发明提供一种智能道路机非分隔护栏控制系统及方法，涉及交通管理与控制技术领域。该系统包括数据采集装置、监控设备、中心计算机、数据传输线路、第一护栏组和第二护栏组、信号收发装置、信息显示装置以及智能交通状态灯；所述数据采集装置将采集的车辆信息通过数据传输线路发送到中心计算机，中心计算机通过计算向安装在第一护栏组和第二护栏组上的信号收发装置发送交通状态指示指令，信号收发装置通过指令控制第一护栏组和第二护栏组的升降状态，同时信息显示装置和智能交通状态灯也根据交通状态指示指令做出相应调整。本发明提供的智能道路机非分隔护栏控制系统及方法，实现了对道路空间资源的重新整合，提高道路空间利用率和通行能力。

Description

一种智能道路机非分隔护栏控制系统及方法
技术领域
本发明涉及交通管理与控制技术领域，尤其涉及一种智能道路机非分隔护栏控制系统及方法。
背景技术
智能道路机非分隔护栏是一种用于划分道路车道功能的交通设施，它的设置能够根据各类交通流量变化调整自身升降状态，重新分配道路空间，提高非机动车道利用率和路段的整体通行能力。
近年来，机动车数量的迅速增长与非机动车数量的逐步减少改变了城市道路网中的交通构成，已有的城市道路通行空间往往不能适应新的交通需求，城市道路通行空间供给与交通需求不匹配的问题日益凸显，一方面是机动车行驶空间逐步减小，拥挤严重；另一方面是非机动车行驶空间出现了闲置现象，造成了道路时空资源的浪费。对于绝大多数城市来讲，道路网络已经基本成型，大规模新建道路和改造现有的道路并不现实。为了改善道路通行条件和交通拥堵的现状，设计一种智能道路机非分隔护栏，可根据各类交通流量的变化调整自身升降状态，重新整合分配机动车道与非机动车道利用率差异明显的道路空间，对于提高道路通行能力，缓解城市交通拥堵问题具有重要意义。
目前关于智能护栏的研究主要是针对城市的潮汐交通问题，而对于智能机非分隔护栏的设计涉及甚少。
发明内容
本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种智能道路机非分隔护栏控制系统及方法，通过判别检测到的各类交通量变化情况来控制机非分隔护栏升降柱的升降状态，从而重新整合分配机动车道与非机动车道利用率差异明显的道路空间，缓解城市道路交通拥堵问题。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：
一方面，本发明提供一种智能道路机非分隔护栏控制系统，包括数据采集装置、监控设备、中心计算机、数据传输线路、第一护栏组和第二护栏组、信号收发装置、信息显示装置以及智能交通状态灯；
所述数据采集装置安装在道路一侧的立柱上，用于实时检测路段行驶车辆的平均车速、车型、车流量信息，并将检测的信息通过数据传输线路传送至中心计算机；所述监控设备与中心计算机相连，安装于交叉口信号灯的横柱上，用于实时监控交通运行状态和交通秩序情况；所述中心计算机位于交通管理部门，通过数据传输线路与数据采集装置和信息显示装置相连；所述第一护栏组和第二护栏组均包括多个机电升降柱，每个升降柱体内置电机，电机驱动柱体的升降；所述机电升降柱沿行车方向安装于非机动车道上，每隔1.2米设置一个，根据路段长度确定升降柱数目；护栏组与路缘石的横向距离根据非机动车交通量大小来确定；所述信号收发装置安装在护栏组上，并通过数据传输线路连接中心计算机；所述信息显示装置安装在道路行车方向一侧，并通过数据传输线路连接中心计算机；所述智能交通状态灯与其他交通状态灯并排安装在交叉口信号灯横杆上，并内置信号控制机，信号控制机的一端通过电缆连接中心计算机，指示原有非机动车道的通行权。
优选地，所述数据采集装置采用侧挂式的微波交通检测器，所述数据传输线路采用专门传输数据信号的光纤，所述信号收发装置采用光纤收发器，所述信息显示装置采用单片机控制的可变信息显示板，所述智能交通状态灯采用指示方向信号灯。
优选地，所述机电升降柱的外表面的上部均带有一圈黄色反光带。
另一方面，本发明还提供采用本发明的一种智能道路机非分隔护栏控制系统进行控制的方法，包括以下步骤：
步骤1、采集交通数据；
数据采集装置采用侧挂式微波交通检测器实时检测路段的单侧机动车交通量和非机动车交通量，机动车平均车速和非机动车的平均车速用皮尺测定单侧n条机动车道宽度Wj和1条非机动车道宽度Wf；
步骤2、数据传输与处理；
将数据采集装置采集到的各类交通数据通过光纤传输到中心计算机，每隔t分钟存储一次机动车交通量Q和非机动车交通量q；并参照《公路工程技术标准》中的交通量换算系数，编制程序，由中心计算机对交通量数据进行换算处理并存储，得出t分钟内机动车的当量交通量Q′和非机动车的当量交通量q′；同时，计算并存储检测到的所有机动车的平均车速和非机动车的平均车速；
步骤3、判定机动车道和非机动车道的拥堵状态；
将数据采集装置采集的各类交通数据作为输入，编制公式嵌入计算机程序中，计算机动车道和非机动车道的交通分布不均匀系数，并与设定的阈值区间进行比较，判定道路空间范围内各类交通流的运行状态，判定结果直接反应机动车道与非机动车道的拥堵状况，具体方法为：
将单位面积上分布的当量小汽车数定义车道拥挤度C，将机动车道与非机动车车道的车道拥挤系数的比值定义为交通分布不均匀系数D，根据以下公式计算出检测路段的机动车道的拥挤度Cv、非机动车道的拥挤度Cn以及交通分布不均匀系数D：
设定交通分布不均匀系数的阈值区间为(a，b)，若a＜D＜b，则机动车与非机动车交通量相对均衡，道路空间利用率较高，道路通行能力较大，记为状态1；若D＜a，则非机动车相对拥挤程度高，此时机动车行驶空间富余，非机动车行驶空间不足，记为状态2；若D＞b，则机动车相对拥挤程度高，此时机动车行驶空间不足，非机动车行驶空间富余，记为状态3；
将交通量、车速、车道拥挤度C和交通分布不均匀系数D计算公式嵌入到编制的程序中，不断更新和存储检测到的数据，中心计算机每隔t分钟得出一个计算结果；
步骤4、根据道路交通状态判定结果改变第一护栏组和第二护栏组的状态，并通过信息显示装置进行信息显示；
根据道路交通状态判定结果，中心计算机将控制指令传输给信号收发装置，并通过光纤收发器将指令发送给护栏上的信号接收装置，信号接收装置按照通信协议完成相应的指令，将其转变成相应的控制信号发送给护栏组，护栏组接收到指令后通过控制柱体的升降进行道路空间资源的重新分配，使非机动车道的部分空间进行车道功能变更；当交通状态判定结果为状态1时，机动车与非机动车交通量相对均衡，第一护栏组和第二护栏组均保持不动；当交通状态判定结果为状态2时，第一护栏组降落，第二护栏组升起，机动车行驶空间变大，实现机动车道交通瓶颈地段的紧急疏散；当交通状态判定结果为状态3时，第一护栏组升起，第二护栏组降落，在保证机动车行驶空间的条件下，非机动车行驶空间变大，实现机非分隔护栏实现非机动车道交通瓶颈地段的紧急疏散；同时，智能交通状态灯和信息显示装置接收到中心计算机的指令，使原来位于非机动车道上方的交通状态灯由红色变为绿色，路侧可变信息显示板显示变更后的各条车道功能；
步骤5、形成交通状态数据库并分析交通需求变化规律；
根据交通数据的不断检测、计算和存储，逐步形成智能机非分隔护栏安装路段的一天、一周、一月或者一年的交通状态数据库，从而根据数据分析结果得出交通需求变化规律，实现实时控制向定时控制的过渡。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本发明提供的一种智能道路机非分隔护栏控制系统及方法，针对当前道路功能与交通需求不匹配的现状，提出了一种智能道路机非分隔护栏的设计和控制方法，实现了对道路空间资源的重新整合，提高道路空间利用率和通行能力。定义了车道拥挤度C和交通分布不均匀系数D，基于各类交通流的交通量和速度的数据采集和分析，实时获取道路交通运行状态和机动车与非机动车行驶空间的相对拥挤程度，为研究的开展提供了理论依据和数据支撑。采用了机电全自动升降柱作为智能机非分隔护栏的组件，过单片机控制柱体内置的电机驱动柱体实现自动上升和降落，可采用远程射频读卡控制，并可通过计算机实现程序化控制。系统每隔t分钟对计算得到的数据进行储存，运行一段时间后便会存储大量数据，通过中心计算机对收集到的大量数据进行分析，判断出路段在何时需进行系统调节，从而可实现系统未来的季度性、年度性控制。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种智能道路机非分隔护栏控制系统的结构框图；
图2为本发明实施例提供的安装有本发明的智能道路机非分隔护栏控制系统的道路的示意图；
图3为本发明实施例提供的机电升降柱的外部结构示意图；
图4为本发明实施例提供的采用本发明的智能道路机非分隔护栏控制系统进行控制的流程图。
图中，1、非机动车道1；2、非机动车道2；3、路缘石；4、机动车道；5、第一护栏组；6、第二护栏组；7、可变信息板；8、安装于非机动车道2上方的交通状态灯；9、原交通信号灯；10、微波车辆检测器；11、信号收发装置；12、黄色反光带。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
本实施例以某城市的主干道路为例，使用本发明的智能道路机非分隔护栏控制系统及方法对该道路的通行情况进行智能控制。
一种智能道路机非分隔护栏控制系统，如图1所示，包括数据采集装置、监控设备、中心计算机、数据传输线路、第一护栏组和第二护栏组、信号收发装置、信息显示装置以及智能交通状态灯；
所述数据采集装置采用侧挂式的微波交通检测器，安装在道路一侧的立柱上，用于实时检测路段行驶车辆的平均车速、车型、车流量信息，并将检测的信息通过数据传输线路传送至中心计算机；所述监控设备与中心计算机相连，安装于交叉口信号灯的横柱上，用于实时监控交通运行状态和交通秩序情况；所述中心计算机位于交通管理部门，通过数据传输线路与数据采集装置和信息显示装置相连；所述数据传输线路采用专门传输数据信号的光纤；所述第一护栏组和第二护栏组均包括多个机电升降柱，每个机电升降柱体内置电机，电机驱动柱体的升降，每个机电升降柱的外表面的上部带有一圈黄色反光带，如图2所示；所述机电升降柱沿行车方向安装于非机动车道上，每隔1.2米设置一个，根据路段长度确定升降柱数目；护栏组与路缘石的横向距离根据非机动车交通量大小来确定；所述信号收发装置采用光纤收发器，安装在护栏组上，并通过数据传输线路连接中心计算机；所述信息显示装置采用单片机控制的可变信息显示板，安装在道路行车方向一侧，并通过数据传输线路连接中心计算机；所述智能交通状态灯采用指示方向信号灯，与其他交通状态灯并排安装在交叉口信号灯横杆上，并内置信号控制机，信号控制机的一端通过电缆连接中心计算机，指示原有非机动车道的通行权。
本实施例中，安装有本发明的智能道路机非分隔护栏控制系统的道路如图3所示，机电升降柱的所采用的参数如表1所示：
表1机电升降柱参数表
项目 参数
直径 150mm
高度 600mm
柱体厚度 20mm
升柱速度 10cm/s
降柱速度 10cm/s
使用 集中
标准加工 无煤烟灰色喷涂
可选加工 RAL颜色喷涂
抗冲击 19000J
抗爆发 1800000J
采用本发明的一种智能道路机非分隔护栏控制系统进行控制的方法，如图4所示，包括以下步骤：
步骤1、采集交通数据；
数据采集装置采用侧挂式微波交通检测器实时检测路段的单侧机动车交通量和非机动车交通量，机动车平均车速和非机动车的平均车速用皮尺测定单侧n条机动车道宽度Wj和1条非机动车道宽度Wf；
步骤2、数据传输与处理；
将数据采集装置采集到的各类交通数据通过光纤传输到中心计算机，每隔5分钟存储一次机动车交通量Q和非机动车交通量q；并参照《公路工程技术标准》中的交通量换算系数，编制程序，由中心计算机对交通量数据进行换算处理并存储，得出5分钟内机动车的当量交通量Q′和非机动车的当量交通量q′；同时，计算并存储检测到的所有机动车的平均车速和非机动车的平均车速；
步骤3、判定机动车道和非机动车道的拥堵状态；
将数据采集装置采集的各类交通数据作为输入，编制公式嵌入计算机程序中，计算机动车道和非机动车道的交通分布不均匀系数，并与设定的阈值区间进行比较，判定道路空间范围内各类交通流的运行状态，判定结果直接反应机动车道与非机动车道的拥堵状况，具体方法为：
将单位面积上分布的当量小汽车数定义车道拥挤度C，将机动车道与非机动车车道的车道拥挤系数的比值定义为交通分布不均匀系数D，根据以下公式计算出检测路段的机动车道的拥挤度Cv、非机动车道的拥挤度Cn以及交通分布不均匀系数D：
设定交通分布不均匀系数的阈值区间为(a，b)，若a＜D＜b，则机动车与非机动车交通量相对均衡，道路空间利用率较高，道路通行能力较大，记为状态1；若D＜a，则非机动车相对拥挤程度高，此时机动车行驶空间富余，非机动车行驶空间不足，记为状态2；若D＞b，则机动车相对拥挤程度高，此时机动车行驶空间不足，非机动车行驶空间富余，记为状态3；
将交通量、车速、车道拥挤度C和交通分布不均匀系数D计算公式嵌入到编制的程序中，不断更新和存储检测到的数据，中心计算机每隔5分钟得出一个计算结果；
步骤4、根据道路交通状态判定结果改变第一护栏组和第二护栏组的状态，并通过信息显示装置进行信息显示；
根据道路交通状态判定结果，中心计算机将控制指令传输给光纤收发器，并通过光纤收发器将指令发送给护栏上的信号接收装置，信号接收装置按照通信协议完成相应的指令，将其转变成相应的控制信号发送给护栏组，护栏组接收到指令后通过控制柱体的升降进行道路空间资源的重新分配，使非机动车道的部分空间进行车道功能变更；当交通状态判定结果为状态1时，机动车与非机动车交通量相对均衡，第一护栏组和第二护栏组均保持不动；当交通状态判定结果为状态2时，第一护栏组降落，第二护栏组升起，机动车行驶空间变大，实现机动车道交通瓶颈地段的紧急疏散；当数据处理结果为状态3时，第一护栏组升起，第二护栏组降落，在保证机动车行驶空间的条件下，非机动车行驶空间变大，实现机非分隔护栏实现非机动车道交通瓶颈地段的紧急疏散；同时，智能交通状态灯和可变信息显示板接收到中心计算机的指令，使原来位于非机动车道上方的交通状态灯由红色变为绿色，路侧可变信息显示板显示变更后的各条车道功能；
步骤5、形成交通状态数据库并分析交通需求变化规律；
根据交通数据的不断检测、计算和存储，逐步形成智能机非分隔护栏安装路段的一天、一周、一月或者一年的交通状态数据库，从而根据数据分析结果得出交通需求变化规律，实现实时控制向定时控制的过渡。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明权利要求所限定的范围。

Claims (6)

1.一种智能道路机非分隔护栏控制系统，其特征在于：包括数据采集装置、监控设备、中心计算机、数据传输线路、第一护栏组和第二护栏组、信号收发装置、信息显示装置以及智能交通状态灯；
所述数据采集装置安装在道路一侧的立柱上，用于实时检测路段行驶车辆的平均车速、车型、车流量信息，并将检测的信息通过数据传输线路传送至中心计算机；所述监控设备与中心计算机相连，安装于交叉口信号灯的横柱上，用于实时监控交通运行状态和交通秩序情况；所述中心计算机位于交通管理部门，通过数据传输线路与数据采集装置和信息显示装置相连；所述第一护栏组和第二护栏组均包括多个机电升降柱，每个升降柱体内置电机，电机驱动柱体的升降；所述机电升降柱沿行车方向安装于非机动车道上，每隔1.2米设置一个，根据路段长度确定升降柱数目；护栏组与路缘石的横向距离根据非机动车交通量大小来确定；所述信号收发装置安装在护栏组上，并通过数据传输线路连接中心计算机；所述信息显示装置安装在道路行车方向一侧，并通过数据传输线路连接中心计算机；所述智能交通状态灯与其他交通状态灯并排安装在交叉口信号灯横杆上，并内置信号控制机，信号控制机的一端通过电缆连接中心计算机，指示原有非机动车道的通行权。
2.根据权利要求1所述的一种智能道路机非分隔护栏控制系统，其特征在于：所述数据采集装置采用侧挂式的微波交通检测器，所述数据传输线路采用专门传输数据信号的光纤，所述信号收发装置采用光纤收发器，所述信息显示装置采用单片机控制的可变信息显示板，所述智能交通状态灯采用指示方向信号灯。
3.根据权利要求1所述的一种智能道路机非分隔护栏控制系统，其特征在于：所述机电升降柱的外表面的上部均带有一圈黄色反光带。
4.采用权利要求1所述的一种智能道路机非分隔护栏控制系统进行控制的方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1、采集交通数据；
数据采集装置采用侧挂式微波交通检测器实时检测路段的单侧机动车交通量和非机动车交通量，机动车平均车速和非机动车的平均车速用皮尺测定单侧n条机动车道宽度Wj和1条非机动车道宽度Wf；
步骤2、数据传输与处理；
将数据采集装置采集到的各类交通数据通过光纤传输到中心计算机，每隔t分钟存储一次机动车交通量Q和非机动车交通量q；并参照《公路工程技术标准》中的交通量换算系数，编制程序，由中心计算机对交通量数据进行换算处理并存储，得出t分钟内机动车的当量交通量Q′和非机动车的当量交通量q′；同时，计算并存储检测到的所有机动车的平均车速和非机动车的平均车速；
步骤3、判定机动车道和非机动车道的拥堵状态；
将数据采集装置采集的各类交通数据作为输入，编制公式嵌入计算机程序中，计算机动车道和非机动车道的交通分布不均匀系数，并与设定的阈值区间进行比较，判定道路空间范围内各类交通流的运行状态，判定结果直接反应机动车道与非机动车道的拥堵状况；
步骤4、根据道路交通状态判定结果改变第一护栏组和第二护栏组的状态，并通过信息显示装置进行信息显示；
步骤5、形成交通状态数据库并分析交通需求变化规律；
根据交通数据的不断检测、计算和存储，逐步形成智能机非分隔护栏安装路段的一天、一周、一月或者一年的交通状态数据库，从而根据数据分析结果得出交通需求变化规律，实现实时控制向定时控制的过渡。
5.根据权利要求4所述的一种智能道路机非分隔护栏控制系统的控制方法，其特征在于：所述步骤3的具体方法为：
将单位面积上分布的当量小汽车数定义车道拥挤度C，将机动车道与非机动车车道的车道拥挤系数的比值定义为交通分布不均匀系数D，根据以下公式计算出检测路段的机动车道的拥挤度Cv、非机动车道的拥挤度Cn以及交通分布不均匀系数D：
设定交通分布不均匀系数的阈值区间为(a，b)，若a＜D＜b，则机动车与非机动车交通量相对均衡，道路空间利用率较高，道路通行能力较大，记为状态1；若D＜a，则非机动车相对拥挤程度高，此时机动车行驶空间富余，非机动车行驶空间不足，记为状态2；若D＞b，则机动车相对拥挤程度高，此时机动车行驶空间不足，非机动车行驶空间富余，记为状态3；
将交通量、车速、车道拥挤度C和交通分布不均匀系数D计算公式嵌入到编制的程序中，不断更新和存储检测到的数据，中心计算机每隔t分钟得出一个计算结果。
6.根据权利要求5所述的一种智能道路机非分隔护栏控制系统的控制方法，其特征在于：所述步骤4的具体方法为：
根据道路交通状态判定结果，中心计算机将控制指令传输给信号收发装置，并通过光纤收发器将指令发送给护栏上的信号接收装置，信号接收装置按照通信协议完成相应的指令，将其转变成相应的控制信号发送给护栏组，护栏组接收到指令后通过控制柱体的升降进行道路空间资源的重新分配，使非机动车道的部分空间进行车道功能变更；当交通状态判定结果为状态1时，机动车与非机动车交通量相对均衡，第一护栏组和第二护栏组保持不动；当交通状态判定结果为状态2时，第一护栏组降落，第二护栏组升起，机动车行驶空间变大，实现机动车道交通瓶颈地段的紧急疏散；当交通状态判定结果为状态3时，第一护栏组升起，第二护栏组降落，在保证机动车行驶空间的条件下，非机动车行驶空间变大，实现机非分隔护栏实现非机动车道交通瓶颈地段的紧急疏散；同时，智能交通状态灯和信息显示装置接收到中心计算机的指令，使原来位于非机动车道上方的交通状态灯由红色变为绿色，路侧可变信息显示板显示变更后的各条车道功能。
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