一种基于电子车牌的路段平均旅行时间计算方法

摘要

本发明公开了一种基于电子车牌的路段平均旅行时间计算方法。采用在车辆上安装电子车牌，在道路的进出口位置安装电子车牌读卡装置，当车辆通过读卡装置时，读卡装置读出车辆的电子号牌，并将读取的电子车牌、读取时间和读取位置等信息传输到中心服务器，中心服务器根据读取的多辆车的信息，剔除旅行时间明显比平均旅行时间有较大差异的车辆样本，综合计算出路段多个方向的平均旅行时间。本发明与采用基于电子车牌方法进行旅行时间计算相比，具有成本低、准确度高的明显优势，且电子车牌的读取不受天气和光照的影响，充分解决视频方式进行车牌识别因天气和光照等环境因素影响检测准确率低的问题，更准确地进行最短旅行时间的计算。

说明书

一、技术领域

本发明涉及智能交通领域，特别是一种基于电子车牌的路段平均旅行时间计算方法。

二、背景技术

随着汽车的增加，城市交通拥堵日趋严重，但是，城市道路的交通流分配存在不均衡 状态，常常出现部分道路非常拥堵，而另一部分道路交通仍然很畅通。交通出行者在选择 出行线路时，由于无法知道那个道路的拥堵情况，只能凭借经验选择出行线路或者通过导 航选择最短线路，如果能获知道路的拥堵情况，知道路段的平均旅行时间，就可以实施最 短时间线路导航。

路段平均旅行时间计算方法目前主要有两种，一种采用浮动车计算法，另一种采用车 牌识别法。浮动车计算法主要通过在特殊车辆上安装GPS装置，通过中心系统读取特殊车 辆的GPS位置信息，确定车辆在路段运行所花费的时间，采用浮动车来计算旅行时间的实 时性比较好，但是由于GPS都是安装在公交车或者出租车上，这些车辆的运行具有特殊性， 尤其是公交车在公交专用车道上行驶时，其采用GPS来确定路段的旅行时间具有局限性， 准确度较低。目前另一种计算路段平均旅行时间的方法是在路段上安装高清摄像机，通过 抓拍过车图像，采用图像识别技术进行车辆的号牌识别，利用号牌识别来确定同一号牌辆 车在不同位置的时间，然后通过多车来计算路段的平均旅行时间。采用车牌识别技术来计 算路段平均旅行时间是目前一个主要手段，但是车牌识别需要在城市道路上架设大量的摄 像头和补光灯，不仅建设成本高，而且车牌识别易受光照等环境因素影响，准确性会降低。

基于以上原因，本发明采用在车辆上安装电子车牌，通过在道路的进出口位置安装电 子车牌读卡装置，当车辆通过读卡装置时，读卡装置读出车辆的电子号牌，并将读取的电 子车牌、读取时间和读取位置等信息传输到中心服务器，中心服务器根据读取的多辆车的 信息，综合计算出路段多个方向的平均旅行时间。

三、发明内容

本发明的目的是针对目前采用浮动车技术来计算路段平均旅行时间存在一定的局限性， 导致准确度不高；采用基于摄像机的车辆号牌识别技术进行路段平均旅行时间的计算存在 建设成本高的不足，提供一种新的路段平均旅行时间计算方法。这种方法不仅能准确计算 路段上旅行时间，还可以对路口各方向的延误时间进行计算，使路段平均旅行时间的计算 更加准确与科学。

本发明的目的是这样达到的：本发明采用在车辆上安装电子车牌，在道路的进出口位 置安装电子车牌读卡装置，当车辆通过读卡装置时，读卡装置读出车辆的电子号牌，并将 读取的电子车牌、读取时间和读取位置等信息传输到中心服务器，中心服务器根据读取的 多辆车的信息，将每个样本车辆旅行时间与平均旅行时间进行比较，剔除旅行时间明显比 平均旅行时间有较大差异的车辆样本，综合计算出路段多个方向的平均旅行时间。

所述在道路的进出口位置安装电子车牌读卡装置，按照无信号控制十字交叉路口和设 置有信号控制灯十字交叉路口两种不同情况安装电子车牌读卡装置。

所述中心服务器根据读取的多辆车的信息，综合计算出路段多个方向的平均旅行时间 按照道路口设置有信号控制灯和没有设置信号控制灯两种不同情况计算平均旅行时间。

所述在无信号控制十字交叉路口安装电子车牌读卡装置的安装，是在的十字交叉路口 入口的4个方向分别安装读卡装置，读卡装置天线的安装位置离停车线10米。

所述在设置有信号控制灯十字交叉路口的进出8个方向都安装电子车牌读卡装置，读 卡装置的安装位置将读取进入路口车辆的读卡装置天线安装在离停车线20～50米处，驶离 路口的车辆，读取驶离路口车辆的读卡装置天线安装在离停车线10米处。

所述按照无信号控制灯的十字交叉路口情况计算平均旅行时间：是根据一定时间段内 计算正确读取电子车牌号车辆所通过路段的平均时间，在计算每个路段平均旅行时间时， 每隔1分钟计算一次，而计算所选的车辆为当前计算时间前5分钟内通过读卡装置的车辆。

所述按照有信号控制路口路段平均旅行时间的计算方式包括在此路段上的平均行驶时 间、在路口的平均排队通过时间、下游路口的平均通过时间三部分，通过下游路口的平均 通过时间分为三类：直行方向旅行时间、右拐方向旅行时间和左拐方向旅行时间。

路段上的平均行驶时间的计算是从上游路口出口读卡装置安装位置到下游路口入口读 卡装置安装位置这段路程的时间；路口旅行时间计算方法分别对直行、右拐与左拐进行计 算；无论计算路段平均旅行时间还是路口各方向的平均旅行时间，都为计算一定区间路段 的平均旅行时间，其计算方法一致，约定前点为进入区间路段车辆检测点，后点为驶离区 间路段车辆检测点：

1)、首先获取当前时间前5分钟内驶离区间路段的后点读卡装置读取的所有车辆车牌号 信息和通过时间；

2)、然后，在进入区间路段的前点读卡装置读取的数据中，查找一定时间范围内所通过 车辆数据库中与后点电子车牌号相一致的车辆，并将满足条件的车辆作为初始样本库， 初始样本车辆数设定为K；

3)、将每一个初始样本车辆用通过后点的时间减去通过前点的时间记为t_i，则计算前点 到后点得初始平均旅行时间：

$T_1=\underset{1}{\overset{K}{\Sigma }}{t}_i$

4)、比较每一个样本车辆的t_i值与T₁的差异，以判断该值是否有效，如果则将 该样本车辆从初始样本库中取消,K值减去1；如果t_i>2T₁，则将该样本车辆从初始样本 库中取消，K值减去1；

5)计算剩余样本车辆平均旅行时间：

$T_2=\underset{1}{\overset{K}{\Sigma }}{t}_i$

该旅行时间就是路段从前点到后点的当前平均旅行时间。

所述根据后点处一定时间范围内所通过车辆数据库中查找出与E前点电子车牌号相一致 的车辆，其时间范围是不超过从前点到后点车辆正常行驶时间的5倍时间。

所述剔除旅行时间明显比平均旅行时间有较大差异的车辆样本，是剔除样本车辆旅行时 间小于平均旅行时间的一半，样本车辆旅行时间大于平均旅行时间的一倍的车辆样本。

所述电子车牌是电子标签RFID2.4G，通过标签天线和读写器进行通信；所述电子车牌读 卡装置由读卡器、天线和控制主机构成，读卡器为RFID2.4G有源远距离读卡器，天线为平板 定向天线，每个车道对应一个天线，一个控制主机可同时连接多个读卡器。

本发明具有以下有益效果：

1、电子车牌读卡装置设备成本低，安装方便，采用基于电子车牌方法进行旅行时间计 算，相比采用视频进行车牌识别进行旅行时间计算，成本低、准确度高。

2、电子车牌的读取不受天气和光照的影响，充分解决视频方式进行车牌识别因天气和 光照等环境因素影响检测准确率低的问题。

3、能同时计算路段平均旅行时间和路口各方向的旅行时间，可以更准确地进行最短旅行 时间的计算。

四、附图说明

图1电子车牌的读取示意图。

图2读卡装置的连接示意图。

图3读卡装置安装示意图。

图4电子车牌读卡装置在无信号控制十字交叉路口的安装位置示意图。

图5电子车牌读卡装置在有信号控制十字交叉路口的安装位置示意图。

图6是以读取附图5中的E点到B＇点的旅行时间为例，具体实施步骤流程图。

五、具体实施方式

本发明采用的电子车牌是基于RFID2.4G有源电子车牌，又可称为电子标签，通过标签 天线和读写器进行通信。电子标签采用先进的CMOS 0.18um低功率集成线路，符合尺寸小、 低功率性能设计，工作电流约为12～18uA，电压为3V。其超低功率的设计，使智能电子车 牌在不影响传送距离的情况下，电池寿命长达4年多。

为了保证电子车牌能被有效读取，本发明的电子车牌通常安装在驾驶仪表盘旁边或者 前窗玻璃上。针对每一辆车，电子车牌可以存储车辆的车牌号码、用户信息、购买地、购 买时间、发动机号码、车辆的照片等有效数据。

电子车牌的读取示意图如附图1所示。

本发明采用的电子车牌读卡装置主要由以下几部分构成：

读卡器：采用RFID2.4G有源远距离读卡器。对通过道路的车辆，读取其电子车牌信息， 并将信息传送到控制主机。

天线：选用天线是为了增强读卡器的读取信号，提高读卡器读取的距离和准确性，本 发明选用平板定向天线，每个车道对应一个天线。

控制主机：接收读卡器读取的电子车牌信息，将信息传输到中心服务器，一个控制主 机可同时连接多个读卡器。

电子车牌读卡装置的连接图如附图2所示。其中，天线通过铜轴线缆与读卡器相连， 读卡器通过串口线与控制主机相连，控制主机通过光纤网络或者3G/LTE无线网络与中心服 务器相连。

读卡装置安装如附图3所示，该图为一个2车道的安装示意图，图中共有1个电子车 牌读卡器，并连接2根天线，每根天线覆盖1个车道，读卡器通过串口连接到控制主机。

对于城市路网，道路分为主干道路和非主干道路，对于主干道路，通常都设有信号控 制灯，车辆通过路口时，遇到红灯需要排队等候，当交通流量大时，车辆排队通过路口的 时间较长，在路口处形成较长时间的延误；而针对非主干道，车流量较小，路口无信号控 制灯，车辆通过路口延误时间较短。为此，本发明在计算路段平均旅行时间时，根据路口 是否有信号控制灯，分为两种情况分别进行计算。

1、无信号控制路口路段平均旅行时间的计算方式

无信号控制交叉路口的交通流量较小，车辆在路口等待时间较少，车辆在路口各个方 向运行时间基本一致，因此，在计算路段平均旅行时间时相对更简单。

本发明电子车牌读卡装置在无信号控制十字交叉路口的安装位置如附图4所示，在十 字交叉路口入口的4个方向分别安装读卡装置，读卡装置天线的安装位置离停车线10米。

在计算路段平均旅行时间时，实际上是根据一定时间段内计算正确读取电子车牌号车 辆所通过路段的平均时间，本发明在计算每个路段平均旅行时间时，每隔1分钟计算一次， 而计算所选的车辆为当前计算时间前5分钟内通过读卡装置的车辆。

在附图4中，要计算从路口1到路口2路段的平均旅行时间，实际变换为计算从A点 (B点或D点)到A＇点的路段平均旅行时间。在A＇点的读卡装置，对每通过一个车，读 卡器读取其电子车牌号，并记录该车的通过时间，并将该车的过车信息发送到中心服务器。 中心服务器在计算路段平均旅行时间时，首先查询出当前时刻前5分钟内通过A＇点并完成 正确电子车牌信息读取的车辆，然后，根据上游在A点(B点或D点)处一定时间范围内所 通过车辆数据库中查找出与A＇点电子车牌号相一致的车辆。该时间范围根据A点到A＇点 的车辆正常行驶时间决定，通常不超过从A点到A＇点车辆正常行驶时间的5倍。并将满足 条件的车辆作为统计旅行时间的初始样本库，将初始样本库中所有车辆用通过A＇点的时间 减去通过A点(B点或D点)的时间，计算出每个样本车辆从路口1到路口2的旅行时间， 并计算所有初始样本车辆旅行时间的平均值。在计算路段平均旅行时间时，由于部分车辆 在路段上存在停车或其他因素，导致其旅行时间明显比平均旅行时间有较大差异，为了计 算的准确性，需要将该部分车辆进行剔除，为此，需要将每个样本车辆旅行时间与平均旅 行时间进行比较，如果样本车辆旅行时间小于平均的一半，则该车旅行时间存在异常，将 该车从样本车辆中取消；如果样本车辆旅行时间大于平均旅行时间的一倍，则该车旅行时 间存在异常，将该车从样本车辆中取消。最后将去除异常旅行时间车辆的所有样本车辆计 算其平均值，并将该值作为路口1到路口2的平均旅行时间。

在计算路段平均旅行时间时，如果路段为单行道，则定义禁行方向的路段平均旅行时 间为+∞。

有信号控制路口路段平均旅行时间的计算方式

基于有信号控制路口的路段平均旅行时间由三部分构成：在路段上的平均行驶时间、 在路口的平均排队通过时间与通过下游路口的平均通过时间。其中，排队时间是重要的时 变参数，对准确估计路段平均旅行时间影响较大。而下游路口根据道路情况，又可以分为 直行、右拐和左拐三个方向，每个方向的平均通过时间不一样。

由于电子车牌的读卡装置安装方便，成本较低，因此，本发明电子车牌读卡装置在有 信号控制十字交叉路口的安装位置如附图5所示，在十字交叉路口8个方向都安装读卡装 置，读卡装置的安装位置根据读取车辆进入路口和驶离路口存在差异，由于进入路口的车 辆往往存在排队等待状态，在进入路口排队的车辆，已经不是按正常速度行驶，为此，本 发明将读取进入路口车辆的读卡装置天线安装在离停车线20～50米处，安装距离视路口拥 堵情况而定，而驶离路口的车辆，不存在等待状态，本发明将读取驶离路口车辆的读卡装 置天线安装在离停车线10米处。

读卡装置通过以上的安装方式，将求路段的平均旅行时间分为两部分，一部分为车辆 在路段上的旅行时间和车辆在路口处的旅行时间，其中路口处的旅行时间包括车辆排队通 行时间和车辆通过路口的时间，由于路口处信号灯可以分为直行、右拐和左拐三个方向， 因此，路口处的旅行时间根据信号灯方向的不同，分为三类：直行方向旅行时间、右拐方 向旅行时间和左拐方向旅行时间。

路段上旅行时间计算方法

在计算路段上旅行时间时，其计算方法与无信号控制路口路段平均旅行时间的计算方 式比较一致，只是上游路口的出口处有读卡装置，因此计算时间是从上游路口出口读卡装 置安装位置到下游路口入口读卡装置安装位置这段路程的时间，在附图5中，该路段上的 平均旅行时间是从E点到B＇点的路段平均旅行时间。

在附图5中，要计算从E点到B＇点的路段上平均旅行时间，首先，在B＇点的读卡装 置需对每一个通过车辆读取其电子车牌号，并记录该车的通过时间，并将该车的过车信息 发送到中心服务器，中心服务器在计算路段平均旅行时间时，首先查询出当前时刻前5分 钟内通过B＇点并完成正确电子车牌信息读取的车辆，然后，根据上游E点处一定时间范围 内所通过车辆数据库中查找出与B＇点电子车牌号相一致的车辆。该时间范围根据E点到B＇ 点的车辆行驶时间决定，通常不超过从E点到B＇点车辆正常行驶时间的5倍。并将满足条 件的车辆作为初始样本库，将初始样本库中所有车辆用通过B＇点的时间减去通过E点的时 间，计算出每个样本车辆从E点到B＇点的旅行时间，并计算所有初始样本车辆旅行时间的 平均值，在计算路段平均旅行时间时，需要将部分异常旅行时间车辆进行剔除，为此，需 要将每个样本车辆旅行时间与平均旅行时间进行比较，如果样本车辆旅行时间小于平均旅 行时间的一半，则该车旅行时间存在异常，将该车从样本车辆库中取消，如果样本车辆旅 行时间大于平均旅行时间的一倍，则该车旅行时间存在异常，将该车从样本车辆库中取消， 最后，将去除异常旅行时间的所有样本车辆计算其平均值，并将该值作为E点到B＇点的平 均旅行时间。

路口旅行时间计算方法

在计算路口旅行时间时，需要根据路口信号灯设置的情况，分别对直行、右拐与左拐 进行计算，每个方向的旅行时间计算方法与无信号控制路口路段平均旅行时间的计算方式 比较一致，在附图5中，从路口1到路口2方向行驶的车辆，其在路口2的平均旅行时间 需要计算直行旅行时间，即从B＇点到E＇点旅行时间；右拐旅行时间，即从B＇点到C＇ 点旅行时间；左拐旅行时间，即从B＇点到G＇点旅行时间。

在附图5中，要计算从B＇点到E＇点的路口直行旅行时间，首先，在E＇点的读卡器 对每一辆通过车辆读取其电子车牌号，并记录其通过时间，并将车辆过车信息发送到中心 服务器，中心服务器在计算路段平均旅行时间时，首先查询出当前时刻前5分钟内通过E＇ 点完成正确电子车牌信息读取的车辆，然后，根据B＇点处一定时间范围(该时间范围根据 B＇点到E＇点的车辆行驶时间决定，通常不超过从B＇点到E＇点车辆正常行驶时间的5 倍)内所通过车辆数据库中查找出与E＇点电子车牌号相一致的车辆，并将满足条件的车辆 作为初始样本库，将初始样本库中所有车辆用通过E＇点的时间减去通过B＇点的时间，计 算出每个样本车辆从B＇点到E＇点的旅行时间，并计算所有样本车辆旅行时间的平均值， 在计算路口直行平均旅行时间时，需要将部分异常旅行时间车辆进行剔除，为此，需要将 每个样本车辆旅行时间与平均旅行时间进行比较，如果样本车辆旅行时间小于平均旅行时 间的一半，则该车旅行时间存在异常，将该车从样本车辆库中取消，如果样本车辆旅行时 间大于平均旅行时间的一倍，则该车旅行时间存在异常，将该车从样本车辆库中取消，最 后，将去除异常旅行时间的所有样本车辆计算其平均值，并将该值作为B＇点到E＇点的路 口直行平均旅行时间。

计算从B＇点到C＇点的右拐平均旅行时间和从B＇点到G＇点的左拐平均旅行时间的 计算方法与从B＇点到E＇点的直行平均旅行时间一致，在此不累述。

在计算路口旅行时间时，如果某一方向为禁止通行方向，则该方向的路口旅行时间计 算为+∞。

无论计算路段平均旅行时间还是路口各方向的平均旅行时间，都可以看成为计算一定 区间路段的平均旅行时间，如附图4中A点到A＇点，附图5中的E点到B＇点、B＇点到C＇ 点、B＇点到E＇点、B＇点到G＇点，其计算方法都一致。其中前点为进入区间路段车辆检 测点，后点为驶离区间路段车辆检测点。

下面的旅行时间计算实施步骤就以读取附图5中的E点到B＇点的旅行时间为例。

具体实施步骤如下，工作流程见附图6所示：

1、首先获取当前时间前5分钟内驶离区间路段的后点读卡装置B＇点读取的所有车辆车 牌号信息和通过时间。

2、然后，在进入区间路段的前点读卡装置E点读取的数据中，查找不超过从E点到B＇ 点车辆正常行驶时间的5倍时间范围内所通过车辆数据库中与B＇点电子车牌号相一致 的车辆，并将满足条件的车辆作为初始样本库，初始样本车辆数设定为K。

3、将每一个初始样本车辆用通过B＇点的时间减去通过E点的时间记为t_i，则计算E点 到B＇点得初始平均旅行时间：

$T_1=\underset{1}{\overset{K}{\Sigma }}{t}_i$

4、比较每一个样本车辆的t_i值与T₁的差异，以判断该值是否有效，如果则将该 样本车辆从初始样本库中取消,K值减去1；如果t_i>2T₁，则将该样本车辆从初始样本库 中取消，K值减去1。

5、计算剩余样本车辆平均旅行时间：

$T_2=\underset{1}{\overset{K}{\Sigma }}{t}_i$

该旅行时间就是路段从E点到B＇点的当前平均旅行时间。