一种应用城市大脑云平台的交通容量配置方法与系统与流程

本发明涉及智慧城市技术领域，特别是涉及一种应用城市大脑云平台的交通容量配置方法与系统。

背景技术：

智慧城市是伴随着人类社会由信息化走向智能化而诞生的概念，其针对作为人类重要生存空间的城市，强调应用物联网、超级计算机、智能化终端工具、大数据、人工智能等软硬件技术，在交通、物流、安全、环保等各个方面实现优化，提高整个城市的运行效率。

其中，道路如同整个城市的血管，承担着海量的运输人或者物的车辆交通负荷。显然，任何道路对车辆交通的容量都是有上限的。然而，在社会经济高速发展的背景下，城市车辆增长速度远超预期，交通状况逐渐拥堵，运行效率显著下降，道路资源相对来说极为稀缺。对于城市运行来说，这一现状造成严重的时间与经济的损失，以及环境污染与能源浪费。

目前，为了缓解道路交通容量不足的现状，现有技术中所采取的技术手段之一是在部分双向的城市道路设立潮汐车道，适应车辆行车方向分布而调节车道的交通容量；例如，某条南北向双向道路共存在6条车道，根据早晚高峰的车辆规律，早高峰时南向北行驶车辆多，晚高峰时北向南行驶车辆多，则可以早高峰时为南向北方向分配4条车道，北向南方向分配2条车道，反之，晚高峰时为北向南方向分配4条车道，南向北方向分配2条车道；一般选择6条车道中位于中间的2条车道作为潮汐车道，在高、晚高峰时段调整其行车方向，具体的实现方式是在潮汐车道上方设置双面显示的导向红绿灯，例如当潮汐车道行车方向采取南向北时，导向红绿灯朝南的一面显示为绿色通行标识，提示车辆可以由南向北驶入本车道，而导向红绿灯朝北的一面显示为红色禁行标识，提示车辆不要由北向南驶入本车道。

然而，现有技术的上述方法仍然存在较为明显的不足。首先，潮汐车道的行车方向一般都是按照固定的时段来规定，例如在上面的例子中可以规定中间两条潮汐车道早7:00-9:00行车方向为南向北，晚17:00-19:00行车方向为北向南，其余时段中间两条潮汐车道的行车方向则一条为南向北且另一条为北向南。但是，道路上的车辆分布是动态而多变的，早、晚高峰在每天的分布时段及其交通容量需求都存在一定的差异性，采用固定时段来分配潮汐车道不能适应以上变化，无法使交通容量的配置达到最优化。另一方面，单纯依赖导向红绿灯的双面显示调整潮汐车道的行车方向，容易使司机发生识别错误和紊乱，造成不必要的逆行。

另外，现有技术中虽然具有通过地感线圈或者视频摄像头采集道路的车辆分布的技术手段，但是缺乏从整个城市整体路网角度对道路的交通容量需求进行分析的软件或者硬件手段。

近年来，“城市大脑”的概念不断得到业界的关注。所谓“城市大脑”就是一个硬件计算性能强大、具有多源头的大数据资源且软件配置支持人工智能分析复杂算法的大型计算机系统。“城市大脑”基于互联网和物联网的基础设施，汇聚城市相关的时间和空间相关数据，利用人工智能技术发掘数据之间的关联关系，实现全局性模拟仿真。“城市大脑”的概念为城市道路交通容量的优化配置提供了有力的切入点，但是，目前尚未出现“城市大脑”支持的道路交通容量配置方案或者系统实际投入应用。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提供一种应用城市大脑云平台的交通容量配置方法与系统，主要目的在于通过架构在云平台上的城市大脑计算机系统，实现城市道路车辆分布状态的时变性分析，虚拟拥堵过程，合理规划交通容量配置方案，并根据该交通容量配置方案远程控制前端的升降式路障设施，调节潮汐车道行车方向。

依据本发明第一方面，提供了一种应用城市大脑云平台的交通容量配置系统，包括：城市大脑云平台以及升降式路障设施；

其中，城市大脑云平台用于负责城市的道路参数收集、道路车辆分布时段信息测算、交通容量配置方案生成以及升降式路障设施远程控制；所述城市大脑云平台包括：云端服务器、道路车辆分布测算单元、视频摄像头和地感线圈；

所述升降式路障设施包括：控制柜、升降桩、警示柱、隔离网；所述控制柜间隔分布在城市道路的旁侧，控制柜内部设置有联网模块和工控机，工控机通过联网模块和云端服务器通讯连接；所述升降桩设置在城市道路中划分出来的潮汐车道的路面下方，并沿着潮汐车道等距离间隔分布；工控机与每个升降桩通讯连接；所述警示柱设置在潮汐车道与普通车道之间，警示柱设置在升降桩的旁侧并与升降桩一一对应；警示柱之间的路面设置有竖直向下凹陷的栅栏槽，栅栏槽为在地面开挖出沟道然后在沟道内用水泥浇筑出来的槽；隔离网可升降地安装在每个栅栏槽中；警示柱内部设置有第一升降机构和第二升降机构，第一升降机构和第二升降机构分布于警示柱的两侧并且竖直设置，第一升降机构和第二升降机构的工作部分别与警示柱两侧的隔离网固定连接；警示柱的顶端安装有道路检测机构以及警示机构，道路检测机构的工作方向朝向潮汐车道设置；第一升降机构、第二升降机构和道路检测机构以及警示机构均与警示柱的控制器电连接；工控机与每个控制器通讯连接；

云端服务器根据所述交通容量配置方案下达升降式路障设施远程控制指令；联网模块接收该指令，向工控机发出信号，工控机向其控制的每个升降桩和控制器发出信号，控制器向第一升降机构、第二升降机构、道路检测机构以及警示机构发出信号；警示机构即刻发出警报通知潮汐车道上的车辆立刻驶离，道路检测机构监测救援车道上是否有停靠车辆或障碍物；当潮汐车道净空后，道路检测机构出信号给控制器，控制器再发出信号给第一升降机构和第二升降机构同时回馈信号给工控机，第一升降机构和第二升降机构工作将隔离网从栅栏槽中升起，工控机接收到控制器反馈的信号后发出信号给升降桩令控制器旁侧的升降桩升起，从而完成潮汐车道的封锁；进而，当到达预定时段开放潮汐车道时，云端服务器发出信号给工控机，工控机将潮汐车道的升降桩逐步降下，从而允许车辆按照潮汐车道设定的行车方向进入该车道。

优选的是，警示柱为空心圆筒形状，第一升降机构和第二升降机构均包括有滑轨、滑块、滚珠丝杆螺母、滚珠丝杆、电机和法兰轴承，滑轨设置于警示柱的两侧，滑轨沿着竖直方向延伸，滑块和滑轨滑动配合，滑块位于第一升降机构和第二升降机构内部的一端安装有滚珠丝杆螺母，滚珠丝杆与滚珠丝杆螺母传动连接，电机固定安装在警示柱内部的顶端，滚珠丝杆的顶端与电机的输出轴传动连接，滚珠丝杆的底端通过法兰轴承可旋转地安装在警示柱的底板上，滑块与隔离网固定连接，电机与控制器电连接。

优选的是，警示机构包括有立体音响和警报器，立体音响和警报器均固定安装在警示柱的顶端，立体音响和警报器均与控制器电连接。

优选的是，道路检测机构包括有激光雷达和摄像头，激光雷达和警报器均固定安装在警示柱的顶端，激光雷达和摄像头分别朝向两侧的救援道路倾斜设置，激光雷达和摄像头均与控制器电连接。

优选的是，还包括有承压直杆，承压直杆包括有自上而下顺序连接的承重部和连接部，承重部和连接部为一体件，承重部和连接部为沿着同一个方向延伸的长条形状，承重部的两端分别与一个警示柱的第一升降机构和与其相邻的另一个警示柱的第二升降机构的工作端固定连接，连接部的底端和隔离网的顶端卡接；承重部的宽度大于连接部的宽度，连接部的宽度等于隔离网的宽度，连接部与栅栏槽间隙配合，栅栏槽的顶端开设有截面积大于承重部的直杆槽，非工作状态下承重部位于直杆槽内部并与路面平齐。

优选的是，直杆槽的两侧均固定安装有角钢条，非工作状态下，承重部的底面抵接在角钢条上，承重部的两侧与角钢条间隙配合。

优选的是，承重部的底端嵌入安装有密封条，密封条的底面高度低于承重部的底面，非工作状态下，密封条抵接在角钢条上；栅栏槽的底端旁侧设置有与栅栏槽内部连通的排水槽，排水槽的底面高度低于栅栏槽的底面高度。

优选的是，隔离网为折叠栅栏。

优选是是，隔离网为尼龙网。

依据本发明的第二方面，提供了一种应用城市大脑云平台的交通容量配置方法，包括以下步骤：

确定城市道路的道路参数；收集城市道路的视频监控数据和地感线圈侦测数据，获取道路车辆分布时段信息；

通过城市大脑云平台，获得一定空间范围内城市道路的所述道路参数以及道路车辆分布时段信息；

通过城市大脑云平台，根据所述道路参数，确定城市道路交通容量分布参数；

通过城市大脑云平台，根据所述道路车辆分布时段信息以及城市道路交通容量分布参数，确定需要调整交通容量配置的道路路径，生成交通容量配置方案；

根据该交通容量配置方案远程控制前端的升降式路障设施，实施道路交通容量配置。城市大脑云平台向前文提到的升降式路障设施下达指令，从而实现对道路交通容量的配置。

可见，本发明通过架构在云平台上的城市大脑计算机系统，实现城市道路车辆分布状态的时变性分析，虚拟拥堵过程，合理规划交通容量配置方案，通过改变潮汐车道的行车方向调整城市道路的交通容量，增强了城市道路交通容量配置与车辆分布的匹配度，可以提升道路资源利用效率，缓解因交通容量与车辆分布不匹配造成的拥堵现象。本发明采用升降式路障设施，可以随着行车方向的改变而调节潮汐车道与对向车道的隔离，行车方向调整过程中有效净空车道车辆，降低了司机逆行的概率。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1示出了本发明实施例提供的一种应用城市大脑云平台的交通容量配置系统的结构图；

图2示出了本发明实施例提供的升降式路障设施的俯视结构示意图；

图3示出了本发明实施例提供的升降式路障设施的立体结构示意图；

图4示出了本发明实施例提供的升降式路障设施局部放大图；

图5示出了本发明实施例提供的升降式路障设施的警示柱立体视图；

图6示出了本发明实施例提供的升降式路障设施的警示柱剖面视图；

图7示出了本发明实施例提供的升降式路障设施的警示柱内部结构视图；

图8示出了本发明实施例提供的升降式路障设施的承压直杆及隔离网立体视图；

图9示出了本发明实施例提供的升降式路障设施的承压直杆及栅栏槽的侧面剖视图；

图10示出了本发明实施例提供的升降式路障设施的承压直杆局部放大视图；

图11-12示出了本发明实施例提供的升降式路障设施的栅栏槽的局部放大视图；

图13示出了本发明实施例提供的一种应用城市大脑云平台的交通容量配置方法流程图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

本发明提供了一种应用城市大脑云平台的交通容量配置系统，参见图1，该系统包括城市大脑云平台以及升降式路障设施。

其中，城市大脑云平台1是负责城市的道路参数收集、道路车辆分布时段信息测算、交通容量配置方案生成以及升降式路障设施远程控制的云端计算机系统。所述城市大脑云平台包括云端服务器1a、道路车辆分布测算单元1b、视频摄像头1c和地感线圈1d。

如图1-图3升降式路障设施包括控制柜2、升降桩3、警示柱4、隔离网5。控制柜2间隔分布在城市道路的旁侧，控制柜2内部设置有联网模块2a和工控机2b，工控机2b通过联网模块2a和云端服务器通讯连接。升降桩3设置在城市道路中划分出来的潮汐车道的路面下方，并沿着潮汐车道等距离间隔分布。警示柱4设置在潮汐车道与普通车道之间，警示柱4设置在升降桩3的旁侧并与升降桩3一一对应；警示柱4之间的路面设置有竖直向下凹陷的栅栏槽6，栅栏槽6为在地面开挖出沟道然后在沟道内用水泥浇筑出来的槽；隔离网5可升降地安装在每个栅栏槽6中。警示柱4内部设置有第一升降机构4b和第二升降机构4c，第一升降机构4b和第二升降机构4c分布于警示柱4的两侧并且竖直设置，第一升降机构4b和第二升降机构4c的工作部分别与警示柱4两侧的隔离网5固定连接；警示柱4的顶端安装有道路检测机构4d以及警示机构4e，道路检测机构4d的工作方向朝向潮汐车道设置。第一升降机构4b、第二升降机构4c和道路检测机构4d以及警示机构4e均与控制器4a电连接。工控机2b与每个升降桩3通讯连接，工控机2b与每个控制器4a通讯连接。

云端服务器1a根据所述交通容量配置方案下达升降式路障设施远程控制指令；联网模块2a接收该指令，向工控机2b发出信号，工控机2b向其控制的每个升降桩3和控制器4a发出信号，控制器4a向第一升降机构4b、第二升降机构4c、道路检测机构4d以及警示机构4e发出信号。警示机构4e即刻发出警报通知潮汐车道上的车辆立刻驶离，道路检测机构4d监测救援车道上是否有停靠车辆或障碍物；当潮汐车道净空后，道路检测机构4d发出信号给控制器4a，控制器4a再发出信号给第一升降机构4b和第二升降机构4c同时回馈信号给工控机2b，第一升降机构4b和第二升降机构4c工作将隔离网5从栅栏槽6中升起，工控机2b接收到控制器4a反馈的信号后发出信号给升降桩3令控制器4a旁侧的升降桩3升起，从而完成潮汐车道的封锁。进而，当到达预定时段开放潮汐车道时，云端服务器1a发出信号给工控机2b，工控机2b将潮汐车道的升降桩3逐步降下，从而允许车辆按照潮汐车道设定的行车方向进入该车道。

如图4-图7，警示柱4为空心圆筒形状，第一升降机构4b包括有滑轨4b1、滑块4b2、滚珠丝杆螺母4b3、滚珠丝杆4b4、电机4b5和法兰轴承4b6，滑轨4b1设置于警示柱4的两侧，滑轨4b1沿着竖直方向延伸，滑块4b2和滑轨4b1滑动配合，滑块4b2位于第一升降机构4b内部的一端安装有滚珠丝杆螺母4b3，滚珠丝杆4b4与滚珠丝杆螺母4b3传动连接，电机4b5固定安装在警示柱4内部的顶端，滚珠丝杆4b4的顶端与电机4b5的输出轴传动连接，滚珠丝杆4b4的底端通过法兰轴承4b6可旋转地安装在警示柱4的底板上，滑块4b2与隔离网5固定连接，电机4b5与控制器4a电连接；第一升降机构4b的工作原理等同于滚珠丝杆滑台，电机4b5驱动滚珠丝杆4b4旋转从而使得滚珠丝杆螺母4b3得以竖直升降，进而使得滑块4b2得以带动隔离网5竖直升降。第一升降机构4b和第二升降机构4c结构相同。

道路检测机构4d包括有激光雷达4d1和摄像头4d2，激光雷达4d1和摄像头4d2分别朝向两侧的潮汐车道倾斜设置，激光雷达4d1和摄像头4d2均与控制器4a电连接。激光雷达4d1用于检测潮汐车道上是否有停靠车辆或障碍物，并通过控制器4a将信号发送给工控机2b，工控机2b收到反馈信号后通过控制器4a发送信号给摄像头4d2，摄像头4d2对潮汐进行拍照，并通过控制器4a和工控机2b将照片发送给服务器，后台工作人员对照片进行识别。

警示机构4e包括有立体音响4e1和警报器4e2，立体音响4e1和警报器4e2均固定安装在警示柱4的顶端，立体音响4e1和警报器4e2均与控制器4a电连接。控制器4a发出信号令立体音响4e1和警报器4e2工作，警报器4e2发出警报光线，立体音响4e1通过喇叭驱赶车辆立刻驶离。

隔离网5为折叠栅栏。折叠栅栏升起时面积宽广，降下后体积很小，能够减少制作栅栏槽6的施工量，并且使用寿命长。或者，隔离网5为尼龙网。尼龙网重量轻、折叠后体积极小，需要的栅栏槽6空间很小，施工成本低，虽然寿命较低，但是能够显著地减轻第一升降机构4b和第二升降机构4c的负担，使得警示柱4之间的距离可以扩大很多，从而进一步减少了建设成本。

如图8-图12，还包括有承压直杆7，承压直杆7包括有自上而下顺序连接的承重部7a和连接部7b，承重部7a和连接部7b为一体件，承重部7a和连接部7b为沿着同一个方向延伸的长条形状，承重部7a的两端分别与一个警示柱4的第一升降机构4b和与其相邻的另一个警示柱4的第二升降机构4c的工作端固定连接，连接部7b的底端和隔离网5的顶端卡接；承重部7a的宽度大于连接部7b的宽度，连接部7b的宽度等于隔离网5的宽度，连接部7b与栅栏槽6间隙配合，栅栏槽6的顶端开设有截面积大于承重部7a的直杆槽6a，非工作状态下承重部7a位于直杆槽6a内部并与路面平齐。承压直杆7为高强度塑料件，用于在非工作状态下填充栅栏槽6的开口，从而给隔离网5提供保护，避免车辆在正常车道和救援车道之间变道时车轮压在隔离网5上造成隔离网5损坏，承重部7a置于直杆槽6a内部时，承重部7a的两侧压在直杆槽6a的内壁顶面上，从而给承重部7a提供支撑力。直杆槽6a的两侧均固定安装有角钢条6b，非工作状态下，承重部7a的底面抵接在角钢条6b上，承重部7a的两侧与角钢条6b间隙配合。角钢条6b用于增强直杆槽6a的强度，避免车轮反复碾压承重部7a，然后承重部7a将重量传递给直杆槽6a造成直杆槽6a的混凝土结构破损。承重部7a的底端嵌入安装有密封条7c，密封条7c的底面高度低于承重部7a的底面，非工作状态下，密封条7c抵接在角钢条6b上；栅栏槽6的底端旁侧设置有与栅栏槽6内部连通的排水槽6c，排水槽6c的底面高度低于栅栏槽6的底面高度。承重部7a压在角钢条6b上时，密封条7c挤压在承重部7a和角钢条6b之间，从而提供良好的密封性，减少了进入到栅栏槽6内部的雨水，而通过其他地方进入到栅栏槽6内部的雨水则流入到排水槽6c中，排水槽6c与市政排水渠连通，雨水通过排水槽6c进入到排水渠中排走，避免了隔离网5浸泡在水中。

本发明实施例提供了一种应用城市大脑云平台的交通容量配置方法，如图13所示，所述方法包括：

101、确定城市道路的道路参数；收集城市道路的视频监控数据和地感线圈侦测数据，获取道路车辆分布时段信息。

其中，本发明将所述城市道路根据其拓扑结构分解为节点和路径，节点代表道路路口，节点附加有交通信号周期等控制参数。路径位于两个节点之间，附加有路段起始节点，终止节点，道路类型(如快速路、主干路、公交专用路等)，方向，长度，车道数，限速，车道最大通行能力等属性参数。所述控制参数和属性参数共同作为一段城市道路的道路参数。

目前，城市空间中普遍大量布设了实现车辆监测的视频摄像头和地感线圈。本发明还具有道路车辆分布测算单元，该单元连接所述视频摄像头和地感线圈，收集城市道路的视频监控数据和地感线圈侦测数据，从中提取每段城市道路的道路车辆分布，包括：车流量，平均车速度，车辆拥堵密度。具体来说，道路车辆分布测算单元可以从视频摄像头拍摄的道路画面中利用模式识别算法提取其中的各个车辆目标，进而估算车流量、平均车速度、车辆拥堵密度等信息。道路车辆分布测算单元可以从地感线圈感测的车辆通过信号分析获得车流量、平均车速度以及车辆拥堵密度信息。

进而，道路车辆分布测算单元根据全天划分的不同时段，对所述全天车辆分布进行时段拆分，获取道路车辆分布时段信息。道路车辆分布时段信息表示每个单位时段的车流量、平均车速度数值以及车辆拥堵密度数值。

102、通过城市大脑云平台，获得一定空间范围内城市道路的所述道路参数以及道路车辆分布时段信息。

这里空间范围是执行道路交通容量配置的目标范围，例如面向城市的一个城区进行道路交通容量配置。

城市大脑云平台具有城市道路gis数据库，针对目标空间范围，可以从该数据库中调取该范围内的城市道路的所述道路参数。

并且，城市大脑云平台从目标空间范围的道路车辆分布测算单元获得所述道路车辆分布时段信息。

103、通过城市大脑云平台，根据所述道路参数，确定城市道路交通容量分布参数。

具体来说，城市大脑云平台根据目标空间范围内的城市道路节点和路径的拓扑关系，进行道路连通性验证。所述道路连通性包括验证和排除不孤立节点或路径、验证和排除路径与路径之间存在的伪连通节点。

对于验证排除之后，相互之间具有道路连通性的城市道路节点和路径，对于其中任意两条具有连通性的路径，根据每条路径的道路类型，车道数，限速，车道最大通行能力这些属性参数，以及二者之间节点的控制参数，计算交通容量分布参数。首先，根据每条路径的道路类型，车道数，限速，车道最大通行能力，可以计算单独该路径的交通容量参数；交通容量参数包括该路径的允许车流量、车速度分布区间以及车辆密度分布区间。进而，根据任意两条连通路径之间节点的控制参数，对每条路径各自的交通容量参数进行修正，形成整个目标空间范围中各条路径的交通容量分布参数。例如，当某第一路径的的允许车流量数值为a，而与其连通的第二路径的允许车流量数值为b，且b<a的情况下，可以根据第二路径的允许车流量对第一路径的允许车流量数值a进行修正，例如修正为a的80％，作为该第一路径的交通容量分布参数。这样，在实际操作中，可以通过控制第一路径与第二路径之间节点的红绿灯通行时段区间，调节节点的控制参数，从而控制第一路径的允许车流量保持在a的80％，避免第一路径通行过多的车辆，而无法通过第二路径导出。

104、通过城市大脑云平台，根据所述道路车辆分布时段信息以及城市道路交通容量分布参数，确定需要调整交通容量配置的道路路径，生成交通容量配置方案。

具体来说，根据预定空间范围内每条城市道路的道路车辆分布时段信息，确定每条城市道路在每个单位时段上的车流量、平均车速度数值以及车辆拥堵密度数值，并且根据目标空间范围中各条路径的交通容量分布参数，确定存在道路车辆分布时段信息与交通容量分布参数不匹配的道路，以及不匹配发生的单位时段；例如，在某个单位时段上，某条道路的车流量高于该条道路交通容量分布参数的允许车流量，则该条道路在该单位时段上存在不匹配的情况。进而，确定需要调整交通容量配置的道路路径，例如上面提到的该条路径；城市大脑云平台将目标空间范围内的全部需要进行交通容量配置的道路整合，生成交通容量配置方案。

105、根据该交通容量配置方案远程控制前端的升降式路障设施，实施道路交通容量配置。城市大脑云平台向前文提到的升降式路障设施下达指令，从而实现对道路交通容量的配置。

应该注意的是上述实施例对本发明进行说明而不是对本发明进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。