一种高速公路车流检测装置及分流管理方法与流程

1.本发明属于高速公路交通控制技术领域，具体涉及一种高速公路车流检测装置及分流管理方法。


背景技术：

2.对高速公路的道路压力进行控制时，往往需要对车流数量以及车流速度进行统计和控制，从而方便于与根据实际高速公路的车况，对车流进行分流控制，而现有高速公路系统中很难对车辆实现车速数量和车速进行小区间管理，因此，车流检测以及合理的车辆分流成为了有待解决的问题。


技术实现要素：

3.为了解决现有技术存在无法对不同路段的车辆数量进行统计的问题，本方案提供了一种高速公路车流检测装置及分流管理方法。
4.本发明所采用的技术方案为：一种高速公路车流检测装置，包括沿高速公路布置的多个车辆检测站；按照道路特点将高速公路分隔为多个连续的路段，路段的终点作为下一个路段的起点；每个路段的起点后方的指定位置作为检测节点，在每个检测节点处均设置一个车辆检测站；该车辆检测站包括有门型支架和摄像头，所述门型支架横跨高速公路单向的全部车道，摄像头设置于门型支架上，在每个车道的正上方均对应设置一个摄像头和车速检测器，摄像头和车速检测器的指向均竖向向下，并分别用于统计该路段中各个车道的车辆数量和采集经过该检测节点的车辆速度。
5.可选的：所述道路特点包括隧道、桥梁、车道数量、弯道、上坡或下坡。
6.可选的：所述门型支架上还设置有led显示板和站点管理器；在每个车道的上方均设置一个led显示板，所述led显示板用于提示限速；各个led显示板均与站点管理器通信连接；所有的车辆检测站处的站点管理器共同通信连接有一个云端服务器；所述云端服务器采集所有路段的车辆数量，并比较相邻路段车辆数量；当某一路段车辆数量持续增加并超过阈值或超过指定时间时，所述云端服务器控制该路段前方的一个或多个车辆检测站更改限速提示。
7.可选的：所述门型支架上还设置有投影设备，所述投影设备的指向竖向向下，并用于投影减速带和行车方向提示；当车辆检测站更改的限速提示小于标准限速时，该投影设备投影减速带；当需要车辆从高速公路车道的高速出口分流时，该投影设备投影分流指示箭头。
8.可选的：所述门型支架上还设置有环境检测器，所述环境检测器包括有雨滴传感器、光强度传感器和风速风向传感器，雨滴传感器、光强度传感器和风速风向传感器与站点管理器电性连接；所述云端服务器内设置有数据库，所述数据库内储存有各个车辆检测站的路面摩擦模型、能见度模型和自然风影响模型，所述雨滴传感器用于与检测降雨情况以
匹配路面摩擦模型，所述光强度传感器用于检测光照强度以匹配能见度模型，风速风向传感器用于检测风速和风向以匹配自然风影响模型；所述云端服务器根据路面摩擦模型、能见度模型和自然风影响模型更改各个路段的限速提示。
9.可选的：其分流管理方法包括限流方法，该限流方法包括以下步骤：步骤1：云端服务器将车辆数量持续增加并超过阈值或超过指定时间的路段标记为预拥堵路段；步骤2：云端服务器对高速公路车道相邻高速入口之间的预拥堵路段进行统计，根据预拥堵路段的数量对高速入口处收费站的通道数量进行调度控制。
10.可选的：分流管理方法还包括疏流方法，该疏流方法包括以下步骤：步骤1：云端服务器对高速公路车道相邻高速出口之间的预拥堵路段进行统计；步骤2：根据预拥堵路段的数量对预拥堵路段前方的高速出口处收费站的通道数量进行调度控制，并控制与高速出口相邻的多个车辆检测站投影分流指示箭头。
11.可选的：在高速公路的高速出口处设置有用于强制分流的栏板装置，所述栏板装置包括多个支路轨道、轨道切换器、主轨道和栏板主体；多个支路轨道的一端并列、另一端分别延伸至不同的车道上，栏板主体设置在主轨道上，所述轨道切换器设置于主轨道与支路轨道之间，在轨道切换器上设置有多个中间轨道，中间轨道与支路轨道一一对应，主轨道能够通过不同的中间轨道连通不同的支路轨道，以将栏板主体引导至不同的支路轨道上。
12.可选的：所述轨道切换器上连接有齿条，齿条啮合配合有控制齿轮，所述控制齿轮由手动或电动控制以将主轨道连通至不同的支路轨道。
13.可选的：主轨道内设置有多个栏板主体，每个栏板主体的下部设置有导向轮和多条等间距布置的竖杆，相邻栏板主体转动连接，所述导向轮设置在主轨道内并用于引导栏板主体的移动；在主轨道处的两侧还设置有第一栏板推送轮和第二栏板推送轮，第一栏板推送轮和第二栏板推送轮的外边缘设置有半圆形槽；半圆形槽咬合竖杆，并能够推动栏板主体移动。
14.本发明的有益效果为：本方案中按照路段特点对高速公路进行分段，从而方便于根据实际道路特点对车辆速度和车辆数量进行约束控制和调度，进而方便于对道路压力的改善；本方案中通过设置竖向朝下的摄像头，对车辆的数量进行统计，并且采用的门型支架进行支撑，从而无需在施工过程中破坏路面，从而能够降低应用成本，其安装也不会影响高速公路的使用；本方案中进行车辆数量检测后具有三种车流管理方法，分别是疏流方法、限流方法和限速方法，能够根据实际需要进行匹配的车辆速度和车流量控制，从而保证高速公路运输压力的均衡性，从而降低事故率。
附图说明
15.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
16.图1是高速公路的分段示例图；图2是搭配车流检测装置和栏板装置后的高速公路的分段示例图；图3是高速公路搭配车辆检测站的状态图；
图4是车流检测装置与云端服务器的通信关系图；图5是支路轨道、轨道切换器和主轨道的配合结构图；图6是栏板主体的结构图。
17.附图说明：1-高速公路车道；101-高速出口；102-高速入口；2-车辆检测站；201-站点管理器；202-环境检测器；203-摄像头；204-led显示板；205-投影设备；3-栏板装置；301-第一支路轨道；302-第二支路轨道；303-第三支路轨道；304-齿条；305-控制齿轮；306-第一栏板推送轮；307-第二栏板推送轮；308-主轨道；309-导向轮；310-栏板主体；311-反光板；312-竖杆；313-轨道切换器；314-橡胶传力带；4-云端服务器。
18.实施例1如图1至图4所示，本实施例设计了一种高速公路车流检测装置，包括沿高速公路布置的多个车辆检测站2。图1-图3中不同高速公路车道之间的分界由虚线表示，而图1-图3中的实线代表高速公路的隔离实线或行车边界，而箭头代表的是行车方向。
19.按照道路特点将高速公路分隔为多个连续的路段，k(1)-k(n)，所述道路特点包括隧道、桥梁、车道数量、弯道、上坡或下坡，路段的终点作为下一个路段的起点。由于高度公路上具有相同特点的路段上的同一辆车在该路段上车速往往是相同的，因此，可以在具有道路特点的后方的300m-500m范围内进行车速检测，从而可以利用所测得的处车速能够代表车辆在该路段上的行驶速度。
20.每个路段的起点后方的指定位置作为检测节点，在每个检测节点处均设置一个车辆检测站2；该车辆检测站2包括有门型支架、摄像头203、led显示板204、站点管理器201和投影设备205等结构。站点管理器201可以是现有的电脑、服务器或工控机等设备，其主要实现摄像头203的数据的接收、储存和转发等功能，以及实现led显示板204的显示控制，以及投影设备205的开闭控制或/和投影设备中预存的投影模型的切换控制，能够实现以上功能的现有设备均可以认为是实施例的站点管理器201。
21.所述门型支架横跨高速公路单向的全部车道，摄像头203设置于门型支架上，在每个车道的正上方均对应设置一个摄像头203和车速检测器，摄像头203和车速检测器的指向均竖向向下或者朝向来车方向或朝向驶出方向，并分别用于统计该路段中各个车道的车辆数量和采集经过该检测节点的车辆速度。一个摄像头203对应检测一个车道的经过的车辆数量，而车速检测器能够对车辆的车速进行检测。通过竖向朝下的摄像头203，对车辆的数量进行统计，并且采用的门型支架进行支撑，从而无需在施工过程中破坏路面，从而能够降低应用成本，其安装也不会影响高速公路的使用。
22.在每个车道的上方均设置一个led显示板204，所述led显示板204用于提示限速；各个led显示板204均与站点管理器201通信连接；所有的车辆检测站2处的站点管理器201共同通信连接有一个云端服务器4；所述云端服务器4采集所有路段的车辆数量，并比较相邻路段车辆数量；当某一路段车辆数量持续增加并超过阈值或超过指定时间时，所述云端服务器4控制该路段前方的一个或多个车辆检测站2更改限速提示。比如：k(4)路段的车辆检测站2对k(4)路段的车辆进量进行检测，该检测结果可以作为k(3)路段车辆的出量，而利用k(3)路段车辆的进量减去出量即为该k(3)路段的车辆数量，当该k(3)路段的车辆数量持续增加指定时间后，或者该车辆数量达到设定阈值时，利用云端服务器4控制其k(3)路段前方的k(2)路段降低限速数值，从而降低车辆进入k(3)路段的车辆数量，此外，还可以根据设
定的规律，控制k(1)路段的限速数值与k(2)路段的限速数值进行联动，从而降低k(2)路段不发生拥堵的概率。利用改变限速值的方式进行限速，其原理在于利用遵守限速要求的车道对不遵守的车辆进行限速，当大多数车辆均按照限速值要求行驶时，将会有更多的车辆被迫或从众的降速到限速值范围内，从而达到高速公路分区段车速管理的效果。
23.此外，设置在所述门型支架上的投影设备205，其指向竖向向下，并用于投影减速带和行车方向提示；当车辆检测站2更改的限速提示小于标准限速时，该投影设备205投影减速带标识；而当需要车辆从高速公路车道1的高速出口101进行提示分流时，该投影设备205可以投影分流指示箭头，从而引导一部分车辆从高速公路的高速出口101处离开高速公路，从而减少高速公路上的行车压力。利用投影设备205能够更加清晰的对行车司机进行提示，从而方便于司机进行减速，从而均衡高速公路各个路段的道路压力。由于投影设备205的减速标识为非物料减速带，即使车辆超速，或者限速值临时变化时，也不会影响高速公路的行车安全性。
24.实施例2如图1至图4所示，在实施例1的结构基础上，在所述门型支架上还设置有环境检测器202，所述环境检测器202包括有雨滴传感器、光强度传感器和风速风向传感器，雨滴传感器、光强度传感器和风速风向传感器与站点管理器201电性连接。
25.在所述云端服务器4内设置有数据库，所述数据库内储存有各个车辆检测站2的路面摩擦模型、能见度模型和自然风影响模型，所述雨滴传感器用于与检测降雨情况以匹配路面摩擦模型，所述光强度传感器用于检测光照强度以匹配能见度模型，风速风向传感器用于检测风速和风向以匹配自然风影响模型；所述云端服务器4根据路面摩擦模型、能见度模型和自然风影响模型更改各个路段的限速提示。路面摩擦模型、能见度模型和自然风影响模型提供的是各个路段车辆数量的上限阈值和车辆限速数值与降雨情况、视野能见度情况以及道路横风情况的对应关系，可以根据各个环境因素对各个路段车辆数量和限速阈值进行调度控制，从而实现高速公路全程的设定阈值的统一调度和搭配，从而降低行车环境对行车安全的影响。路面摩擦模型应当是路面摩擦系数与车速限速值的对应关系曲线，能见度模型应当是车辆能见度距离与车速限速值的对应关系曲线，自然风影响模型应当是风速和风险与车速限速值的对应关系曲线。
26.实施例3如图1至图2所示，在实施例1的结构基础上，在各个节点处对车辆速度都进行检测后，然后能够根据路段中的车辆数量计算该路段中车辆的平均车速s(t)，而n个路段则能够行车1*n的平均速度矩阵，s(t)=(s(t),s(t),...,s(t))，其中，s(t)为平均车速，s(t)为多个路段平均车速的数学矩阵。
27.而利用相同计算方式，获得n个路段的t至t+
∆
t时间范围内车辆数量矩阵：u(t,t+
∆
t)=(u(t,t+
∆
t),...,u(t,t+
∆
t))表达(t,t+
∆
t)；获得n个路段的t至t+
∆
t时间范围内突发事件信息矩阵：a(t,t+
∆
t)=(a(t,t+
∆
t),...,a(t,t+
∆
t))；获得n个路段的t至t+
∆
t时间范围内环境因素矩阵：b(t,t+
∆
t)=(β(t,t+
∆
t),...,β(t,t+
∆
t))。上式中，t为计数时刻；
∆
t为采样时长；u(t,t+
∆
t)为单个路段采样时间内的车辆平均数量；u(t,t+
∆
t)为多个路段车辆平均数量的数学矩阵；a(t,t+
∆
t)为采样时间内突发事件数量；a(t,t+
∆
t)为多个路段的突发事件数量的数学矩阵；β(t,t+
∆
t)为单个路段采样时间内环境因素集
合；b(t,t+
∆
t)为多个路段的环境因素集合的排列矩阵，每种环境因素均以设定的代码进行标识。
28.如此，可以获得通过计算学习，可以获得高速公路各个路段的车速预测模型矩阵s(t+
∆
t)=f(s(t),u(t,t+
∆
t),a(t,t+
∆
t), β(t,t+
∆
t))，式中，s(t)为平均车速，u(t,t+
∆
t)为单个路段采样时间内的车辆平均数量，a(t,t+
∆
t)为采样时间内突发事件数量，β(t,t+
∆
t)为单个路段采样时间内环境因素集合；f()代表计算机根据历史数据所学习到的规律；s(t+
∆
t)为通过大数据的学习和分析预测后的数学模型，可以在一定程度上对各个路段未来一段时间内，车速进行预测，同理也可以对车车辆数量进行预测，从而方便于对高速路上各个节点的限速和分流进行统一的调度和控制。
29.实施例4如图1至图4所示，在实施例1的结构基础上，可以采用限流的方法实现分流管理，其主要是通过控制从高速入口102进入高速公路的车辆予以控制的，其具体的限流方法：步骤1：云端服务器4将车辆数量持续增加并超过阈值或超过指定时间的路段标记为预拥堵路段；步骤2：云端服务器4对高速公路车道1相邻高速入口102之间的预拥堵路段进行统计，根据预拥堵路段的数量对高速入口102处收费站的通道数量进行调度控制。当收费站的通道数量减少时，能减少该高速入口进入的车辆的数量；而当收费站的通道数量增加时，能增加该高速入口进入的车辆的数量。
30.实施例5如图1至图4所示，在实施例1的结构基础上，可以采用疏流的方法实现分流管理，其主要是通过拥堵路段较多的区域前方的高速出口101进行车流量分流实现的，该疏流方法包括以下步骤：步骤1：云端服务器4对高速公路车道1相邻高速出口101之间的预拥堵路段进行统计；步骤2：根据预拥堵路段的数量对预拥堵路段前方的高速出口101处收费站的通道数量进行调度控制，并控制与高速出口101相邻的多个车辆检测站2投影分流指示箭头，可以利用分流指示箭头指示车辆从高速出口101离开高速公路，从而避免预拥堵路段发生拥堵后，车辆压力持续增加造成的追尾等车辆碰撞事故。
31.实施例6如图1至图6所示，在实施例1的结构基础上，在高速公路的高速出口101处设置有用于强制分流的栏板装置3，该栏板装置3设置在高速出口101的后方位置，其主要作用是对高速公路的一个车道或多个车道进行封路，其主要应用在泥石流、隧道塌陷、路面大面积塌陷等高速公路重大事故时，能够通过云端服务器4的控制或者人为的控制，实现高速公路的强制分流。
32.该栏板装置3包括多个支路轨道、轨道切换器313、主轨道308和栏板主体310；多个支路轨道的一端并列、另一端分别延伸至不同的车道上，栏板主体310设置在主轨道308上，所述轨道切换器313设置于主轨道308与支路轨道之间，在轨道切换器313上设置有多个中间轨道，中间轨道与支路轨道一一对应，主轨道308能够通过不同的中间轨道连通不同的支路轨道，以将栏板主体310引导至不同的支路轨道上。轨道切换器313上连接有齿条304，齿条304啮合配合有控制齿轮305，所述控制齿轮305由手动或电动控制以将主轨道308连通至不同的支路轨道。该栏板装置3在非使用状态时是收纳在高速出口处的护栏外的，而在使用时，只需要推动栏板主体沿指定轨道移动进入到特定的支路轨道内即可。而其使用场景可
以根据需要而定，比如山体滑坡、桥梁断裂、路面塌陷等情况发生时，可以通过该栏板装置进行引流。由于栏板装置3的安装需要字高速公路上预先设置轨道，因此，可以使用其他装置来代替栏板装置，比如使用现有的电动伸缩护栏代替栏板装置作为高速出口101处的强制分流工具，电动伸缩护栏使用时垂直于高速公路车道伸缩移动即可。
33.主轨道308内设置有多个栏板主体310，每个栏板主体310的下部设置有导向轮309和多条等间距布置的竖杆312，相邻栏板主体310转动连接，所述导向轮309设置在主轨道308内并用于引导栏板主体310的移动；在主轨道308处的两侧还设置有第一栏板推送轮306和第二栏板推送轮307，第一栏板推送轮306和第二栏板推送轮307的外边缘设置有半圆形槽；半圆形槽咬合竖杆312，并能够推动栏板主体310移动。在栏板主体310的中部处设置有反光板311。
34.当需要对慢速车道上的车辆进行强制分流时，可以通过控制齿轮305带动轨道切换器313移动，使得其中一个中间轨道连通主轨道308和第三支路轨道303，从而使得第一栏板推送轮306和第二栏板推送轮307在电机控制下转动并推动栏板主体310移动时，能够沿第三支路轨道303到达慢速车道和中间车道之间处，从而对低速车道上的车进行强制分流；当需要对中间车道和慢速车道上的车辆进行强制分流时，可以通过控制齿轮305带动轨道切换器313移动，使得其中另一个中间轨道连通主轨道308和第二支路轨道302，从而使得第一栏板推送轮306和第二栏板推送轮307在电机控制下转动并推动栏板主体310移动时，能够沿第二支路轨道302到达高速车道和中间车道之间处，从而对慢速车道进行强制上的车进行强制分流；当需要对全部车道上的车辆进行强制分流时，可以通过控制齿轮305带动轨道切换器313移动，使得第三个中间轨道连通主轨道308和第一支路轨道301，从而使得第一栏板推送轮306和第二栏板推送轮307在电机控制下转动并推动栏板主体310移动时，能够沿第一支路轨道301到达慢速车道和中间车道之间处，从而对低速车道上的车进行强制分流；图中未画出应急车道，但实际情况中上具有应急车道的，为了保证位于端部的栏板主体310上连接长度大于应急车道宽度的橡胶传力带314，该橡胶传力带314具有一定的沿其长度方向上具有一定的韧性，从而能够推动栏板主体310沿支路轨道移动，同时该橡胶传力带314横跨整个应急车道，该橡胶传力带314在宽度方向上具有较好的弯曲性能，从而当车辆碾压该橡胶传力带314时，能够使其在宽度方向上的变形，并贴合高速公路应急车道的路面，从而保证车辆的应急通行。
35.上述实施例仅仅是为了清楚的说明所做的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围内。