一种关于城市交通设计和智能交通警察设备应用的技术方案

摘要

一种关于城市交通设计和智能交通警察设备应用的技术方案，是结合采用现最新发明技术和智能设备应用到城市交通设计中，再将构成城市交通设计有关的重要元素进行优化从而实现城市交通的文明和智能。它非常适宜应于各种类型城市的交通设计中，能够明显有效维护保持好城市文明良好的交通秩序，同时还能够明显有效大大的提升城市中各类人车交通运行速度和效率。

说明书

技术领域

本发明是一种关于城市交通设计和智能交通警察设备应用的技术方案，此方案实际是结合采用现最新发明技术和智能设备应用到城市交通设计中，再将构成城市交通设计有关的重要元素进行优化从而实现城市交通的文明和智能。它非常适宜应于各种类型城市的交通设计中，能够明显有效维护保持好城市文明良好的交通秩序，同时还能够明显有效大大的提升城市中各类人车交通运行速度和效率。

背景技术

随着城市不断的扩大和发展，城市人口在不断增加，令城市的交通变得越来越缓慢和拥堵，城市的道路越扩越宽，城市一环二环的快速高架越建越多，越来越多的城市争抢发展地下交通，有的城市在交通复杂的十字路口使用人行天桥或地下通道，总之为缓减城市交通拥堵，城市建设者使用了各种方案，虽局部解决了行人通行，缓减了部分公交的交通压力，然而城市地面交通及复杂十字路口的交通人车交混、排队等待、拥堵的压力和交通运行速度等问题和现象仍未真正解决。为此特研究发明了一种关于城市交通设计优化和智能交通警察(简称智能交警)设备应用的技术方案。

发明内容

一种关于城市交通设计优化和智能交通警察设备应用的技术方案，它与现有交通规则不冲突，机动车礼让非机动车和行人优先通行，右拐弯礼让直行优先通行等原则仍然保持不变。研究绘制本方案的目的和宗旨是为了：

规划构造城市中心快速网，加快提速城市公共交通网。

打通连接城际内外公路网，利用省道国道升为高速网。

道路建设优化路口应思前，减少红灯一路绿灯保畅行。

合理优化城市道路公交线，应用智能联系人车交通情.

创建城市智慧片区为人民，畅享生活交通安康与文明。

本技术方案中涉及的城市交通导行设计优化：

是在将城市以主干路为界划分为若干个小片区(面积约4-9平方公里)(如图3)，各个小片区均可以按照以人为本、外通八方的交通设计构思配建成智慧小片区，以提升和服务片区内居民交通生活幸福感为原则，各智慧小片区分别可以设计(如图2)即上即下型环形区域服务公交服务本片区内居民的生活交通 (可设置免费乘坐特别是老人、小孩出行代步方便)；设计外环形区域小型公交 (如图2)服务智慧小片区外围居民生活交通和外围主干路交通切换；然后再按照简洁明了矩阵网状形设计主次干路通长直线快速公交(无论谁出行都不要查询该市公交线路图上车即知达)、密而不重(复)、按照(片区与片区之间)一车直达(或至多再换乘一次车)的原则畅通设计。以以上规划设计好各种道路上的公交通行路线(如图2)再合理设计布置公交站点注意交叉口换乘方便，然后再按照红灯右拐不限就近选择主次干路快速通行和自由切换的原则，合理优化设计各种道路非公交类车辆交通导行规则路线(如图3)。通过以上优化设计形成以矩阵型主干路(所有人车均可)快速畅通交通网为核心，以次干路公交全线(其余车辆区域内)快速畅通网为主，以支路区域内公交全线(其余车辆就近分流至主次干路)畅通网配套服务为民，所有支路非公交类车就近分流以右拐通行不限不受红灯等待，保障了所有主次干路所有人车尽量无红灯(或短红灯)畅跑设计。

此种交通导行路线设计实际就是应用我们生活中常见的循环流水不堵的原理，将各智慧小片区内的非公类车辆和非机动车交通流以次干路平均划分形成为4个独立无红灯畅通可循环型的小交通流再分别就近引流(或先进入次干路再)进入无红灯可循环畅通无阻的主干路上奔向城市的四面八方；同时在各个智慧小片区的内外圈分别构建起区域循环公交线(如图2)，用来服务区域内非车出行人交通流循环运行和切换(或区域内居民日常活动交通使用)，区域内非车出行人交通流还可以直接(或切换)通过主次干路快速公交线快速奔流向区域外四面八方，矩阵型公交网在主次干路交汇口均设计站点可以纵横方向切换(相邻切换站间路程在200米内)，智慧小片区外圈区域小型公交(如图4)循环线与相交4条主干路公交线设计有公共交汇站点方便换乘。此种导行设计可以减少道路运行高峰期交叉口众多人车复杂交汇通行等待拥堵，各城市还可以根据需要设置非高峰期时取消此种导行路线按照智能交通警察信号灯规则通行。

此种设计方案中尤其公交线路设计更加优化，线路设计为单一直线型和闭合环状型两种为应用无人驾驶技术促进了一大步。根据路线路程不同，直线长程可选燃油车型，环状短程可选择新能源电动车型；根据路线服务范围和功能不同，主次干路人流汇集较大公交可选大车型，区域内公交人流较少可选用小车型；再结合与十字路口智能交通警察信号灯的联控实现无红灯畅行。此公交路线设计有主次分明、简洁快捷、布置均衡、密而不重，换乘减少，服务提升等特点，可以使城市公交比传统设计的运行效率和速度提升3-5倍，同时可以使每条线公交运行频次及时间更加合理、规律且可控，。

主干路所有人车基本按照全程畅行无阻设计，部分车辆可能会遇到每隔3 公里一处来自垂直方向仅允许直行的次干路(公交频次间隔约20分钟/次的) 公交(同时也可增加非机动车和行人一起)通行的等待，智能交通警察A统筹智能控制协调通行等待时间：仅公交约3秒以内，若增加行人约8-20秒；通行在主干路上的行人和车辆可以比传统设计的运行速度提升3～6倍。

次干路上所有非公交类车辆路线区域内全部按照无红灯畅通设计直奔主干路(除中间十字交汇路口采用智能交通警察B(如图)通行正常等待外，可能会与支路相交路口设计的仅允许(公交频次间隔约20分钟/次的)区域服务公交(如图)(同时也可增加非机动车和行人一起)穿过通行智能交通警察C(如图)需等待时间约3秒(或10秒)可忽略，如有条件城市也可以将此路口应用同主干路交汇口设计方案无红灯所有人车畅行无阻设计)。次干路上通行的行人和车辆可以比传统设计的运行速度提升3～5倍，

支路设计在主次干路相交区域范围内设计无信号灯所有人车通行均不受限制可以正常出行同现传统设计。支路上设计采用(可免费乘坐)即上即下型区域服务公交路线以服务智慧片区内所有居民的生活交通出行(特别是能够满足老人和小孩交通代步的急需)，可以大大提升城市内各个智慧片中居民生活交通的幸福感。

本技术方案中还涉及应用最新发明技术和设备有：

城市中心主干路相交十字路口结合应用国家知识产权局于2020.01.03公布的第1651页《城市道路十字路口设计和施工优化技术方案》(申请公布号 CN110644306A)无红灯所有人车均可畅行无阻且可自由切换的设计方案，可以彻底解决主干路交叉口所有人车交通复杂、流量大、拥堵的难题，可以彻底解决十字路口各方向人车交叉安全自由切换通行各自方向，还可以大大增加延长主干路上执行或拐弯车辆无红灯通行距离。因考虑城市建设成本，一个主干路交叉口应用改造建设成本大约需300～400万元/处，按间隔约每3公里一处，一座大城市核心共需一般不超过50处，将近50处被改造打通的关键路口连接构成城市矩阵型主干快速交通网，就可以完全覆盖解决整个一座城市所有角落的拥堵，而这近50处改造投资共计需要约1.5亿～2亿元，此费用仅相当于城市中建设1公里长左右的高架桥，或只相当于城市中建设0.5公里长地铁。

其余主次干路交口、次干路交口、次支路交口设计为使人车之间通行沟通联系更加智能和优化，可以应用下面即将为大家介绍的本次发明的智能交通警察(机器人)设备指挥值守，其余路口也可以应用智能交通警察设备。

智能交通警察(机器人)设备应用功能(如图1)：

(如图4)图示中所示箭线标注规划均为城市交通运行的高峰期规划畅通行驶的路线和方向，智能交警可以联动禁行安防设施维护保持高峰期文明交通秩序不乱；非高峰期正常情况通行车辆较少时，智能交通警察也可以打开禁行安防设施，为方便非机动车和行人及时开通绿灯确保安全畅行；特殊路段如出现特殊情时，关键部位道路交叉口的智能交通警察(机器人)会主动智能指挥导引人车变更路线通行；后台调控指挥中心也可以通过智能交通警察实时传出的监控视屏了解各个路口交通情况，人工操控智能交通警察变更指挥交通；智能交通警察(如图1)配有禁行道闸和禁行伸缩闸确保人车通行安全；特殊情况需要对某一路口实行管制封锁时，后台调控指挥中心也可以操控智能交通警察指挥禁行道闸(闸杆放张至水平拦截通道)(如图1中⑦详图)和禁行伸缩闸(伸张开趋向闸杆合拢关闭通道)(如图1中⑦详图)对某一路口真正实现智能交通联动安防；智能交通警察同时还配有超声波传感器及高清视屏监控相关系统技术可以智能识别人车，智能分析定位、测速、测距、流量统计等数据。利用超声波技术还可以将特殊车辆(城市公交车、警车、消防车、救护车等)配置手动或距离一定距离超声波自动发送的装置与智能交通警察连接联动(如图1中⑥详图标注)，智能交通警察可以智能协调为即将到达的特殊车辆实现一路绿灯畅行无阻，智能交通警察程序设计还可分为交通高峰期和非高峰期导行2种规则及分别相对应时间段设置等众多功能。

智能交通警察(机器人)设备结构构成(如图1)：

实际是一根位于道路交叉口中心的主立杆，在距离主立杆顶端一定距离处与其垂直平面内四个相互垂直方向分别设置信号灯分别面朝四个不同方向；再分别在信号灯下端安装有超声波传感器；在信号灯上端安装高清监测摄像头；在主立杆的下端距离地面一定高度，安装带有超声联控接受装置的禁行道闸并对称配有2个闸杆，利用驱动电机驱动2个闸杆均可以收起竖直和放张至水平，同时2个闸杆还可以水平向自由旋转；带有超声联控接受装置的禁行伸缩闸(如图)分别位于距离纵横道路交叉口中心一定距离的道路中间分隔带位置紧邻人行斑马线位置旁；在位于纵横道路人行道相交处立杆上安装有非机动车和人行道高清视频监测摄像头实时监控和带有超声联控发送装置的手控申请按钮；在主立杆顶端安装智能联控发收装置建立起信号和数据的无线传输和共享；及智能分析处理系统等主要部件共同组成，智能交通警察(机器人)设备构成示意图具体详见(如图1)。

智能交通警察(机器人)设备应用智能说明及工作原理：

步骤1、信号灯下端安装的超声波传感器对十字路口信号灯下方某一段时间通行过的车流量、车速等数据进行采集、汇总、更新。

步骤2、信号灯上端安装高清监控摄像头对前方道路上所有情况实行全天候实时视屏监控并可进行车流量识别分析统计进行数据采集、汇总、更新。

步骤3、非机动车和人行道高清视频监测摄像头实时监控可以对所有行人流量进行识别分析统计进行数据采集、汇总、更新，特殊情况路边等待的行人也可以利用带有超声联控发送装置的手控申请按钮发起申请，可以通过主立杆顶端安装智能联控发收装置，与信号灯联控强制穿插安排合适时机行人绿灯单独安全通行。

步骤4、带有超声联控接受装置的禁行道闸，在接受到智能分析处理系统通过智能联控发收装置连接发出的信号，禁行道闸被联控配合信号灯一起完成相应交通导行规则。当某个方向红灯时禁行道闸被联控闸杆放张至水平拦截封闭通行的通道(如图1中⑦详图)；当某个方向绿灯时禁行道闸被联控闸杆收起至竖直打开被拦截通行的通道(如图1中⑤详图)。

步骤5、带有超声联控接受装置的禁行伸缩闸，在接受到智能分析处理系统通过智能联控发收装置连接发出的信号，禁行伸缩闸被联控配合信号灯一起完成相应交通导行规则，当某个方向红灯时禁行伸缩闸被联控伸张开趋向闸杆合拢拦截关闭通行通道，当某个方向绿灯时禁行伸缩闸被联控收缩起远离闸杆分开开发通行通道。

步骤6、公交车或其他特殊车辆配置安装一个超声波发射装置和智能交通警察主立杆顶端安装智能联控发收装置之间连接实现联控，对公交车或其他特殊车辆进行追踪定位、测速、测距等数据采集、汇总、更新。

步骤7、相邻两个路口智能交通警察的智能联控发收装置将以上5个步骤采集的数据之间相互传输共享及。

步骤8、智能分析处理系统将以上7个步骤连接传输采集到的数据及对应数据特征和配对的时间通过软件程序利用设定的逻辑关系和算法进行系统分析计算、汇总，从而可以计算得出相邻只能交通警察所处路口之间的距离，以及该路口前方即将到达车流量预计到达该路口的时间，预计出通行穿过此路口需要的时间，预计出路口前方有几辆公交车(或特殊车辆)和预计到达的时间等。还可以分析得出从此路口流向各方的车流量有多少，可以计算出该路口行人流量及预计通行时间，还可以将高清摄像头拍摄到前方道路中间次支路插入的车辆模糊识别统计的流量数据进行综合汇总等计算。

步骤8中提到的对应数据特征主要包含四个种类。第一种为智能交通警察设备出厂本身编号(或在安装前可根据需要人工现场更改输入定义一个与此路口此设备对应编号(如xxx)；第二种为智能交通警察设备出厂拟定好的流向编号 (如Exxx、Sxxx、Wxxx、Nxxx)分别为十字路口的四个方位与信号灯所面向的方位对应；第三种为智能交通警察设备现场安装前的参数设置(与软件程序内逻辑和算法相匹配)产生的特定编号以便供智能分析处理系统分析计算时识别不同智能交通警察设备的身份；第四种为导行编号是程序内自带的与信号灯(或禁行道闸)所完成导行规则及超声波传感器采集相对应功能(如图1中①～④详图)(如直行、右拐弯、左拐弯)的数据。

步骤9、智慧城市后台交通监控中心与城市路口智能交通警察可以通过GPS (或城市区域)建立无线传输连接，可以实时监控现场路口所有情况，并还可以通过超声波发射装置按钮智能交通警察的只能联控发收装置建立联控连接，后台人工可以远程操控现场智能交通警察完成所有交通导行标志和措施。

当完成以上安装设定和软件的智能分析计算过程，智能交通警察的智能分析处理系统根据内置智能芯片中预编设的软件程序分析计算得出的数据作出综合判断连接控制信号灯，然后再连接通过智能联控发收装置发出信号，连接其他硬件启动电源驱使其他硬件实施完成相应导行标志和措施。通过上述智能交通警察(机器人)设备内部拥有创新独特的软件程序分析计算使十字路口交通信号灯与人车密切联系实现人性和智能化，并且可以配合信号灯完成对十字路口通行向作出交通引流导行，同时也可以对非通行向实行禁行拦截封锁，从而有效维护了十字路口的交通秩序，保障了人车通行安全，减少和降低了十字路口的交通事故的发生。完全可以替代和减轻交通警察或辅警站立路边风吹雨打指挥执勤。

本发明的有益效果：

1、本发明技术方案可以优化现行城市道路交通设计，大大提升城市内道路交通的运行效率和速度。

2、本发明技术方案可以让城市道路交通信号灯与人车交通更和谐、更智能。

3、本发明技术方案可以替代和减轻城市交通警察在道路口指挥交通的辛劳，可以维护路口交通秩序，保障路口交通安全，减少和降低事故的发生。

4、智能交通警察设备和十字路口优化设计方案应用，利用原有国道、省道、县道可以快速升级为城市间的快速化通道，既减轻了现行高速公路和高铁的交通压力，同时也增加了城市间快速交通路线的选择方案。

5、本发明技术方案加速应用可以促进智慧城市建设进度，加快实现交通强国的梦想。

附图说明

图1智能交通警察(机器人)详解图

图2城市公交路线示意图

图3城市交通道路设计优化和智能平面图

图4智慧小片区道路交通设计优化详图

图5城市道路交通优化和智能应用方案图。