一种隧道动态边缘率智能控速系统及方法技术方案

本发明专利技术是一种隧道动态边缘率智能控速系统及方法。本发明专利技术包括配电箱、测速仪、车速控制终端、第一无线数据传输模块、第二无线数据传输模块、LED灯控制终端、LED灯阵列。本发明专利技术方法通过测速仪预先采集超速路段的车速分布数据作为车速样本数据集合，通过遗传算法以整体车速方差最小化为优化目标得到最佳边缘率标线设计方案，并将其记录在控制终端内。通过测速仪测得车队速度，测速仪将车队速度传至车速控制终端，终端控制LED灯阵列做出开关响应，以实施设计方案，超速车辆的驾驶员通过视觉信息感知到车速过快，主动采取减速措施。本发明专利技术能根据实时车流的运行状态做出动态响应，诱导驾驶员主动控制行车速度，降低车流速度差，提高安全水平。

A Tunnel Dynamic Edge Rate Intelligent Speed Control System and Method

【技术实现步骤摘要】
一种隧道动态边缘率智能控速系统及方法
本专利技术属于隧道交通安全
，尤其涉及一种隧道动态边缘率智能控速系统及方法。
技术介绍
驾驶员在高速公路行车过程中会对感知车速产生适应性，出现对车速低估的现象，这就使得驾驶员在驶入隧道时往往未采取减速措施或者减速不足从而产生超速行为，而部分隧道内照明不足、视线诱导效果不好，驾驶员视距受限，加上对速度的误判而引起的超速，增加了事故发生的概率。隧道事故数据统计中显示，近5年隧道事故死亡率(每起事故导致的死亡人数)为0.48人/起，是同期全部事故死亡率的1.6倍，其中，高速公路隧道事故死亡率最高，为0.55人/起，是同期全部事故死亡率的1.9倍，而超速行驶和车辆追尾是引发事故的主要原因。由此可见，采取有效的控制车速方法对隧道车辆行车速度和车流速度差进行控制是减少隧道交通事故数量，减轻隧道交通事故强度的必要措施。目前用于控制车辆超速的边缘率标线措施虽然减速效果明显，但其作用区间相对固定，无法针对实时路况进行控制，为了针对车速的时变特征和个体差异，需要提出一种新的速度控制措施，对不同速度区间的车辆采取不同的控速方案，能够因车而异，更加高效精准地控制车速，显著减小车速方差，并有效降低平均车速，不论是在宏观还是微观层面，都能大幅提高道路交通安全水平。
技术实现思路
针对当前的静态边缘率标线应用中存在的缺点和漏洞，本专利技术提出了一种隧道动态边缘率智能控速系统及方法，采集车流信息，匹配适宜的边缘标线周期，并通过路侧LED灯阵列将信息传递给驾驶员，使驾驶员主动地将速度降低到交通管理者的期望速度。本专利技术系统的技术方案为一种隧道动态边缘率智能控速系统，包括配电箱、测速仪、车速控制终端、第一无线数据传输模块、第二无线数据传输模块、LED灯控制终端、LED灯阵列；将所述配电箱分别于所述的测速仪、车速控制终端、第一无线数据传输模块、第二无线数据传输模块、LED灯控制终端、LED灯阵列通过导线依次连接；所述的测速仪、车速控制终端、第一无线数据传输模块通过导线依次串联连接；所述第一无线数据传输模块与所述第二无线数据传输模块通过无线通信方式连接；所述的第二无线数据传输模块、LED控制终端、LED灯阵列通过导线依次串联连接。作为优选，所述配电箱设置在控制终端旁，为所述的测速仪、车速控制终端、第一无线数据传输模块、第二无线数据传输模块、LED灯控制终端、LED灯阵列供电；作为优选，所述测速仪设置在控速路段起点的道路两侧用于测量车辆速度，测速仪设置在超速路段起点上游的100米处；作为优选，所述车速控制终端设置在所述测速仪和所述LED灯阵列之间，用于根据车辆速度优化设计得到LED灯的控制方案；作为优选，所述第一无线数据传输模块用于根据所述车速控制终端的控制将LED灯的控制方案无线传输至所述第二无线数据传输模块；作为优选，所述第二无线数据传输模块用于无线接收LED灯的控制方案，并传输至所述LED灯控制终端；作为优选，所述LED灯控制终端用于根据LED灯的控制方案产生LED灯控制信号，并传输至所述LED灯阵列；作为优选，所述LED灯阵列连续铺设在路缘上或隧道壁内侧，其方向平行于道路中心线，距离地面高度约0.5米处。本专利技术方法的技术方案为一种隧道动态边缘率智能控速方法，具体包括以下步骤：步骤1：通过测速仪预先采集超速路段的车速分布数据作为车速样本数据集合以构建超速样本数据集合，计算控速区间内的最高车速以及最低车速，通过遗传算法方法以整体车速方差最小化为优化目标优化得到最佳边缘率标线设计方案，并将其储存在车速控制终端内；步骤2：通过测速仪测得车队速度，测速仪将车队速度传至车速控制终端，车速控制终端根据步骤1得到车队速度对应控速区间内最佳边缘率标线设计方案；步骤3：车速控制终端将对应控速区间内最佳边缘率标线设计方案通过第一无线数据传输模块无线传输至第二无线数据传输模块；步骤4：第二无线数据传输模块将对应控速区间内最佳边缘率标线设计方案传递至LED灯控制终端，LED灯控制终端控制LED灯阵列做出开关响应；步骤5：LED灯阵列按照最佳边缘率标线设计方案亮起，超速车辆的驾驶员通过视觉信息感知到车速过快，主动采取减速措。作为优选，步骤1中所述通过测速仪预先采集超速路段的车速分布数据为：选择超速现象严重的隧道作为实施目标，在隧道内长直路段设置测速仪，采集车速数据作为车速样本数据集合V1：其中，v1,k(k＝1，2，3，...，NC)为第k辆车的车速数据，NC为车辆的数量；隧道限速为Vs(km/h)；车速样本数据集合V1中最高车速为：Vmax＝max(V1)其中，Vmax为车速样本数据集合V1中最高车速数据；车速样本数据集合V1中最低车速为：Vmin＝min(V1)其中，Vmin为车速样本数据集合V1中最低车速数据；步骤1中所述构建超速样本数据集合为：车速样本数据集合V1中对于未超过隧道限速Vs的车辆，不必对其采取控速措施，可视其车速恒定不变，控速的目标为超过隧道限速Vs的车辆，即车速样本数据集合V1中车速处在超速区间[Vs,Vmax]内的所有车辆；将超速区间按步长dv(km/h)进行划分，从限速Vs开始每隔dv划分一个控速区间，其中第r个控速区间为：[Vs+(r-1)dv,Vs+rdv]r∈[1,NV]其中，NV为(Vmax-Vs)/dv的整数部分，亦为控速区间的总数量，将(Vmax-Vs)/dv的小数部分即余出样本车速与车速样本数据集合V1中最高车速Vmax重新构成新区间[Vs+NVdv,Vmax]，并将其合并至第NV个控速区间；步骤1中所述计算控速区间内的最高车速以及最低车速为；第rr∈[1,NV]个控速区间中的所有车辆，控速前其车速样本数据构成集合Vr,1，控速后其车速样本数据构成集合Vr,2；车速样本数据集合V1中车速处在超速区间[Vs,Vmax]内的所有车辆进行控速后，低于限速Vs的车辆不采取控速措施，所有车辆经过LED灯阵列的末端横断面车速样本数据集合为即亦为控速后的速度或末断面速度，集合V2由两部分车速数据构成，低于限速未经控速的车辆速度以及超速并接受控速后的车辆速度，不同速度区间内的车辆采取不同的控速方式，其区别体现在标线的铺设路长L和周期λ的设计值上，最终目标是使得集合V2控速后所有车速的方差最小；对于控速区间rr∈[1,NV]，都需要在铺设路长L和周期λ的取值范围内寻找该控速区间下最佳的Lr*和λr*；铺设路长的采样步长为dL，在控速区间r内，采样点取值区间上下限分别为周期的采样步长为dλ，在控速区间r内，采样点取值区间上下限分别为λr,max其中，Vr,max＝max(Vr,1)，Vr,min＝min(Vr,1)，即第r个控速区间内的最高、最低车速；步骤1中所述通过遗传算法方法以整体车速方差最小化为优化目标优化得到最佳边缘率标线设计方案为：采用遗传算法迭代寻找各控速区间r内r∈[1,NV]，铺设路长Lr,i和周期λr,j的最优解；设置遗传算法的基本参数：种群规模为PS、最大进化代数为MG、交叉概率为PC、变异概率为PM；种群适应度函数与目标函数一致，如下式所示，zp,q为第p代种群中第q个个体的适应度(p∈[1,MG]；q∈[1,PS])；控速区间r内，在控速区间r内铺设路长在第i个采样点处的取本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种隧道动态边缘率智能控速系统，其特征在于，包括配电箱、测速仪、车速控制终端、第一无线数据传输模块、第二无线数据传输模块、LED灯控制终端、LED灯阵列；将所述配电箱分别于所述的测速仪、车速控制终端、第一无线数据传输模块、第二无线数据传输模块、LED灯控制终端、LED灯阵列通过导线依次连接；所述的测速仪、车速控制终端、第一无线数据传输模块通过导线依次串联连接；所述第一无线数据传输模块与所述第二无线数据传输模块通过无线通信方式连接；所述的第二无线数据传输模块、LED控制终端、LED灯阵列通过导线依次串联连接。

【技术特征摘要】
1.一种隧道动态边缘率智能控速系统，其特征在于，包括配电箱、测速仪、车速控制终端、第一无线数据传输模块、第二无线数据传输模块、LED灯控制终端、LED灯阵列；将所述配电箱分别于所述的测速仪、车速控制终端、第一无线数据传输模块、第二无线数据传输模块、LED灯控制终端、LED灯阵列通过导线依次连接；所述的测速仪、车速控制终端、第一无线数据传输模块通过导线依次串联连接；所述第一无线数据传输模块与所述第二无线数据传输模块通过无线通信方式连接；所述的第二无线数据传输模块、LED控制终端、LED灯阵列通过导线依次串联连接。2.根据权利要求1所述的隧道动态边缘率智能控速系统，其特征在于，所述配电箱设置在控制终端旁，为所述的测速仪、车速控制终端、第一无线数据传输模块、第二无线数据传输模块、LED灯控制终端、LED灯阵列供电；所述测速仪设置在控速路段起点的道路两侧用于测量车辆速度，测速仪设置在超速路段起点上游的100米处；所述车速控制终端设置在所述测速仪和所述LED灯阵列之间，用于根据车辆速度优化设计得到LED灯的控制方案；所述第一无线数据传输模块用于根据所述车速控制终端的控制将LED灯的控制方案无线传输至所述第二无线数据传输模块；所述第二无线数据传输模块用于无线接收LED灯的控制方案，并传输至所述LED灯控制终端；所述LED灯控制终端用于根据LED灯的控制方案产生LED灯控制信号，并传输至所述LED灯阵列；所述LED灯阵列连续铺设在路缘上或隧道壁内侧，其方向平行于道路中心线，距离地面高度约0.5米处。3.一种利用权利要求2所述的隧道动态边缘率智能控速系统进行隧道动态边缘率智能控速方法，其特征在于，步骤1：通过测速仪预先采集超速路段的车速分布数据作为车速样本数据集合以构建超速样本数据集合，计算控速区间内的最高车速以及最低车速，通过遗传算法方法以整体车速方差最小化为优化目标优化得到最佳边缘率标线设计方案，并将其储存在车速控制终端内；步骤2：通过测速仪测得车队速度，测速仪将车队速度传至车速控制终端，车速控制终端根据步骤1得到车队速度对应控速区间内最佳边缘率标线设计方案；步骤3：车速控制终端将对应控速区间内最佳边缘率标线设计方案通过第一无线数据传输模块无线传输至第二无线数据传输模块；步骤4：第二无线数据传输模块将对应控速区间内最佳边缘率标线设计方案传递至LED灯控制终端，LED灯控制终端控制LED灯阵列做出开关响应；步骤5：LED灯阵列按照最佳边缘率标线设计方案亮起，超速车辆的驾驶员通过视觉信息感知到车速过快，主动采取减速措。4.根据权利要求3所述的隧道动态边缘率智能控速方法，其特征在于，步骤1中所述通过测速仪预先采集超速路段的车速分布数据为：选择超速现象严重的隧道作为实施目标，在隧道内长直路段设置测速仪，采集车速数据作为车速样本数据集合V1：其中，v1,k(k＝1，2，3，...，NC)为第k辆车的车速数据，NC为车辆的数量；隧道限速为Vs(km/h)；车速样本数据集合V1中最高车速为：Vmax＝max(V1)其中，Vmax为车速样本数据集合V1中最高车速数据；车速样本数据集合V1中最低车速为：Vmin＝min(V1)其中，Vmin为车速样本数据集合V1中最低车速数据；步骤1中所述构建超速样本数据集合为：车速样本数据集合V1中对于未超过隧道限速Vs的车辆，不必对其采取控速措施，可视其车速恒定不变，控速的目标为超过隧道限速Vs的车辆，即车速样本数据集合V1中车速处在超速区间[Vs,Vmax]内的所有车辆；将超速区间按步长dv(km/h)进行划分，从限速Vs开始每隔dv划分一个控速区间，其中第r个控速区间为：[Vs+(r-1)dv,Vs+rdv]r∈[1,NV]其中，NV为(Vmax-Vs)/dv的整数部分，亦为控速区间的总数量，将(Vmax-Vs)/dv的小数部分即余出样本车速与车速样本数据集合V1中最高车速Vmax重新构成新区间[Vs+NVdv,Vmax]，并将其合并至第NV个控速区间；步骤1中所述计算控速区间内的最高车速以及最低车速为；第rr∈[1,NV]个控速区间中的所有车辆，控速前其车速样本数据构成集合Vr,1，控速后其车速样本数据构成集合Vr,2；车速样本数据集合V1中车速处在超速区间[Vs,Vmax]内的所有车辆进行控速后，低于限速Vs的车辆不采取控速措施，所有车辆经过LED灯阵列的末端横断面车速样本数据集合为即亦为控速后的速度或末断面速度，集合V2由两部分车速数据构成，低于限速未经控速的车辆速度以及超速并接受控速后的车辆速度，不同速度区间内的车辆采取不同的控速方式，其区别体现在标线的铺设路长L和周期λ的设计值上，最终目标是使得集合V2控速后所有车速的方差最小；对于控速区间rr∈[1,NV]，都...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱顺应，刘兵，卢华，罗寅杰，郑凯淘，龚子任，鲁哲，贝润钊，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42