[发明专利]一种智能型路侧交通空气污染监测系统

摘要

本发明提供了一种智能型路侧交通空气污染监测系统，属于交通信息智能化集成领域。本发明包括服务器端、用户端和设置在路侧的设备终端，设备终端包括控制单元以及交通参数采集、空气质量监测、气象监测、远程管理等子系统，控制单元在设备终端与服务器端连接成功后，在每个时间周期内采集各子系统的输出数据上传给服务器端，服务器端同步接收各设备终端发回的数据，在用户端请求提供智慧出行路线时，基于实时的空气质量数据提供智慧出行路线。本发明集成空气污染监测、气象监测，规划出基于空气污染状态数据的最优出行路线，将交通流量统计、车型比例识别、空气污染水平集成在设备终端实现，提高了交通信息智能化和集成化。

主权项

1.一种智能型路侧交通空气污染监测系统，包括服务器端、用户端和设置在路侧的设备终端；其特征在于，所述的设备终端上设置太阳能电池供电，包括控制单元、交通参数采集子系统、空气质量监测子系统、气象监测子系统和远程管理子系统；所述的控制单元在设备终端与服务器端连接成功后，在每个时间周期内采集各子系统的输出数据并上传给服务器端，控制单元通过远程管理子系统与服务器端通信；所述的交通参数采集子系统输出交通流率、车型比例和交通拥堵指数给控制单元；所述的空气质量监测子系统输出颗粒物的浓度值和有害气体的浓度值给控制单元；所述的气象监测子系统输出风速值、风向值、温度值和相对湿度值给控制单元；所述的服务器端上运行实时管理监测平台，同步接收各设备终端发回的数据，在用户端请求提供智慧出行路线时，基于实时的空气质量数据提供智慧出行路线；所述的用户端从服务器端获取当前道路的监测数据以及智慧出行路线；所述的交通参数采集子系统包括交通监控摄像头和DSP图像处理器，其中计算交通拥堵指数的方法是：(1)假设交通波全部消散，在接下来的红灯期间，车辆被迫在停车线前停止，到达车辆和停止车辆形成了两组流率不同的车队，车队在相交处形成排队波，设排队波传播速度为v₁；排队波以v₁持续向上游传播，当车辆行驶方向的红灯结束、绿灯开始时，排队车辆开始以饱和通行流率消散，并假设下游没有堵塞，同时形成消散波以速度v₂沿停车线向上游延伸；设消散波与排队波在时刻相遇，此时达到最大排队长度，两波一旦相遇，形成第3个波向停车线，并以速度v₃传播；在当前信号周期结束、下个周期红灯开始时，如果队列仍未完全消散，将形成滞留队列并形成第4个交通波沿着停车线以速度v₄向上游移动；设第3个和第4个交通波在时刻相遇，此时达到滞留队列长度；(2)根据所监控的视频图像，识别点A、B和C，并计算对应的时刻T_A、T_B和T_C；A点用于判断排队车辆是否越过排队检测器，在T_A时刻之后，摄像头设置的虚拟检测区在较长时间内被车辆占用，设置当绿灯后虚拟检测区被占用时间大于3秒，表示点A存在；B点表示消散波向后传播到达排队检测器的时刻，绿灯开始后到T_B时刻之前交通流率为0，检测区占用时间大于3秒，T_B时刻之后检测区占用时间小于3秒；C点表示T_C时刻队列中末端车辆通过虚拟检测区，T_C时刻之前，交通状态为饱和状态，T_C时刻之后向到达流状态过渡；通过设置车间时距和车间时距的方差来判断C点出现的时刻；当车间时距变大超过且连续三次超过时间间隔ΔT时，且此时车头时距的方差也明显增大，则判断C点存在；(3)首先，计算平均速度u_s、平均流率q及交通密度K，如下：其中，u_i为车速，L_e为有效车长，是车长和虚拟检测区长度总和；t_o,i和t_g,j分别为车辆经过虚拟检测区的占用时间和间隔时间；N为车辆总数；计算速度v₂和v₃，如下：其中，q_m和k_m为饱和通行车辆的流率和密度，0和k_j代表堵塞流率和密度，和为第n个周期的平均到达流率和密度；第n个周期内的最大排队长度和达到最大排队长度时刻为：其中，L_d表示设置的虚拟检测区的中心点到停车线的距离；第n个周期内的滞留队列长度和相应的达到最大排队长度的时刻为：其中，v₄与v₂的数值相同，表示第n+1个周期内有效绿灯的开始时间。