具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。对于以下实施例中的步骤编号，其仅为了便于阐述说明而设置，对步骤之间的顺序不做任何限定，实施例中的各步骤的执行顺序均可根据本领域技术人员的理解来进行适应性调整。

在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。

如图1所示，本发明实施例提供一种诱导车辆有序进入收费站的方法，主要包括如下步骤：

S1、在高速公路收费广场安装车辆检测器，用于检测收费广场的车辆到达情况，并实时收集车辆检测器数据，统计各收费通道的排队车辆数；

S2、实时收集高速公路收费数据，计算各收费通道的预估服务时间；

S3、利用交通诱导屏进行车流诱导，设计交通诱导屏的信息显示形式；

S4、综合考虑驾驶员进站前的驾驶特性，确定交通诱导屏的前置位置；

S5、安装交通诱导屏，诱导车辆有序进入收费站。

其中，步骤S1包括以下内容S11-S13：

S11、综合考虑收费站所处环境、气候条件及经费上限，选择性地在收费广场安装视频检测器、微波检测器、雷达检测器、激光检测器等车辆检测器，通常安装在收费广场车道的上方或侧面。

S12、车辆检测器数据包含：计数、排队长度、车辆类型等。

S13、各收费通道排队长度统计周期不固定，只要收费通道的排队车辆数发生变化，交通信息系统记录的排队长度数据就要即时更新。

步骤S2包括以下内容S21-S22：

S21、高速公路收费数据包含：区域编码、路段号、收费站编码、车道号、车道类型、收费时间等字段。

S22、基于历史信息和实时高速公路收费数据计算每一收费通道的预估服务时间；

其中，h_i表示第i条收费通道的预估服务时间；表示第i条收费通道的平均预估服务时间；q_i表示第i条收费通道的排队车辆数；h_1i表示基于排队论模型计算的第i条收费通道的平均服务时间；h_2i表示第i条收费通道前T分钟内的平均服务时间；表示第i条收费通道在前一天相同时刻的平均服务时间；α、β、γ表示权重，且α+β+γ＝1(α>0,β>0,γ>0)，主要基于历史数据和调研实况数据，并采取多种优化方法(如枚举法、遗传算法)以计算值与实际值的误差最小为目标计算得到，需要进行周期性更新(如小时、天)。此外，λ_i是平均车辆到达率，μ_i是平均服务率，表示第i条收费通道前T分钟内连续到达的车辆数，Δt_ij表示第i条收费通道第j辆车与前一辆车的进站时间间隔。

步骤S3包括以下内容S31-S34：

S31、本实施例的交通诱导屏(通常指由LED发光二级管或其他LED显示构件制作而做成的)是用来起到交通诱导作用的显示屏，可根据道路交通管理要求实时发布交通诱导信息。

S32、所发布的交通诱导信息属于自动诱导信息，是交通信息系统根据检测器传送的交通特征信息，经过计算模块计算，将交通状态直接反应到系统中，再在交通诱导屏上发布。

S33、交通诱导屏发布的信息构成须包括但不局限于以下要素：收费站名称；收费广场形状；收费通道的类型及其位置分布；各收费通道的排队长度；各收费通道的平均服务时间；收费通道故障警示等。示意图如图2所示。

收费站名称：位于显示屏显要位置(比如正上方)，指出诱导屏发布的是收费通道信息。

收费广场形状：主要为等腰梯形、直角梯形及其他特有形状，包括收费广场外轮廓、收费通道分割线、主线路段车道分割线等。

收费通道的种类主要包括：①普通客车ETC通道；②普通客车MTC通道；③普通客车ETC和MTC混合通道；④货车专用ETC通道；⑤货车专用MTC通道；⑥货车专用ETC和MTC混合通道；⑦其他特殊车辆专用通道。

收费通道的允许通过车型：显示形式为车型图标，便于区分不同车型车辆的专用通道。

收费通道的排队长度：显示形式为数字，基于车辆检测器数据得到。

收费通道的预估服务时间：显示形式为颜色，对比分析步骤S22计算得到的每一收费通道预估服务时间，将服务时间最长的通道显示为红色，表示该通道服务效率最低，将服务时间最短的通道显示为绿色，表示服务效率最高。颜色的可变范围为：绿(#00FF00)～红(#FF0000)。

收费通道故障警示：若某条收费通道出现故障不可运行且短时间内无法修复，需要在情报板上做出警示，提醒司机该收费通道不可通行，如用红色“×”表示故障、禁行；若收费通道出现车辆识别异常等问题，需消耗一定时间方能恢复正常工作，通常需要在情报板上做出警示，提醒司机该收费通道暂时存在异常，如用红色的“！”表示异常，且车型图标闪烁，进一步加强警示作用。

其他信息：收费站距离、天气状况等。

S34、交通诱导屏的文字大小须遵循GB5768-2009中的规定，汉字应采用标准黑体，汉字高度应符合表1规定，自宽与自高相等。数字和其他字符根据汉字高度，按照一定比例确定，但是最小不能低于规定值的0.8倍。

表1汉字高度与行车速度的关系

所述步骤S4包括以下内容S41-S48：

S41、计算收费站的最大排队长度q_m。将每一条收费通道看作是M/M/1系统，则第i条收费通道的服务强度为平均排队长度为其中，λ_i是平均车辆到达率，μ_i是平均服务率，基于高速公路收费数据和检测数据计算得到。由于ETC收费通道和MTC收费通道的车辆到达率和平均服务率均不相同，因此平均排队长度会因收费通道的类型不同而有显著差异。在理想状态下收费站的最大排队长度可取其中，B是收费通道数。

S42、计算在反应及决策时间内车辆所走距离d₁。司机看到交通诱导屏后，存在反应时间并在之后时间内做出是否变道或变道几次的决策。假定在时间内，车辆均以行车道设计车速V行驶，则所走距离为d₁＝t₁·V。

S43、计算车辆在每次寻找变道时机前的减速过程中所走距离变道车辆从初始车速V_i减速至寻找变道时机时的车速V″_i，该过程所走距离为其中，g是重力加速度，取值为9.8m/s²；是汽车轮胎与高速公路的摩擦系数(天气干燥时取0.6，雨天降为0.4，雪天则为0.28，结冰路面只有0.1)。

S44、计算车辆每次寻找变道时机的行车距离假定变道车辆C从第i条车道变道至第i+1条车道，从开始寻找变道时机到完成变道整个过程所行驶的距离为 根据道路交通流理论可知，高速公路车辆到达多符合泊松分布，车头时距服从负指数分布。则：

平均车头时距：其中Q表示第i+1条车道每小时的交通量。

可变道概率：其中，t_min为车辆可变道的最小车头时距，为第i+1条车道直行车辆的第k个车头时距。

图3为变道车辆C开始寻找变道机会的行驶过程。经过时间t_i后，车辆C行驶至位于与相邻直行车道第m个车头时距后方车辆同一断面位置处。若前m个车头时距均不满足变道条件，直至第m+1个车辆时距，才首次满足变道条件，则：

寻找变道时机过程中行驶的平均时间：其中，V″_i表示变道车辆寻找变道时机时的行驶速度，V_i+1表示第i+1条车道的直行车辆行驶速度。

该过程车辆行驶距离的上限条件：

成功变道的概率：

寻找变道时机的行车距离：

其中，Q_i+1、t_min、V_i+1、V″_i均可基于历史交通数据计算得到或通过实地调研得到，故只需给定成功变道的概率P_b，就可求出车辆每次寻找变道时机的行车距离

S45、参见图4，计算车辆每次变道时所走距离车辆变道时应存在从寻找变道时机的车速V″_i加速至V_i ^′ ₊₁的过程，但由于该加速过程所走距离过短，因此忽略不计，仅计算车辆以车速V_i ^′ ₊₁从第i条车道中轴线变道到第i+1条车道中轴线这一过程。假定行车道的宽度为W_i，变道过程所需时间为t₂ ^′，则在变道时所走距离为根据相关规范，变道时间一般需要3s，则取t₂ ^′＝3s。

S46、计算变道期所走距离d_2(i+1)。变道期包括减速过程、寻找变道时机过程、加速变道过程，其计算公式为

S47、计算车辆完成变道后进入收费广场前的过渡距离d₃。车辆完成变道后需要减速至收费广场限定速度V₃才能进入收费站，则在减速过程中所走距离为其中，V^′是车辆完成变道时刻的速度，可用变道后车道的直行车辆车速V_i+1代替。

S48、以行车道与收费广场交界处为基准点，确定交通诱导屏的前置距离D。分析客货车比例，高速公路上行驶的小汽车流量最多，因此取平均车长为l＝5m。

当收费广场长度L≥q_m·l时，交通诱导屏的前置距离为详见图5。

当收费广场长度L<q_m·l时，交通诱导屏的前置距离为 详见图6。

其中，S是行车道数量。

所述步骤S5包括以下内容S51-S52：

S51、要求交通诱导屏下缘离地面的高度应大于该高速公路规定的净空高度。

S52、本实施例的交通诱导屏由主监控计算机通过通讯网络实行远程控制，传送并显示各种图文信息，向司机及时发布交通诱导信息，诱导车辆有序进入收费站。

选取某匝道收费站作为研究对象，该收费站出口方向共6条收费通道，其中，普通客车ETC通道3条，普通客车MTC车道1条，货车专用ETC通道1条，货车专用MTC通道1条。此外，该收费站的收费广场形状呈现等腰梯形，渐变段长度L＝64m，共有3条车道的车流汇入收费广场。

基于高速公路实时收费数据和现场调查结果，得到该收费站在2020年1月1日17：30这一时刻各收费通道排队长度和预估服务时间的相关参数如表2所示：

表2排队长度和预估服务时间相关参数

根据收费站实况与表2数据在交通诱导屏发布该收费站各收费通道的服务信息，并根据匝道设计车速，确定诱导屏的汉字高度为30～40cm，如图7所示。

按照步骤S41，基于高速公路收费数据和车辆检测数据(或调查数据)，得到该收费站一条收费通道的最大排队车辆数为q_m＝12辆。

按照步骤S42，根据现场调查结果可取司机看见诱导屏发布信息后的反应时间为决策时间为高速公路匝道车辆的行驶速度V＝40km/h，则这段时间内所走距离为d₁＝t₁·V≈28m。

按照步骤S43、S44、S45和S46，基于历史和实时交通数据计算得到每条车道的车辆在变道期的相关参数如表3所示：

表3车辆变道过程的相关参数

注：车速的单位需要统一转换为m/s再代入公式计算。

按照步骤S47，考虑天气状况，选取摩擦系数计算得到车辆完成变道后进入收费广场前的过渡距离为

因为收费广场长度L≥q_m·l，所以当成功变道的概率P_b＝0.8时，交通诱导屏的前置距离为当成功变道的概率取P_b＝0.9时，交通诱导屏的前置距离为

由于匝道长度通常不大于200m，最终确定以行车道与收费广场交界处为基准点，交通诱导屏前置距离取值为D≈195m。

综上所述，本实施例的方法相对于现有技术，具有以下优点与有益效果：

(1)本实施例设计了包含收费站名称、收费广场形状、收费通道的类型及其位置分布、各收费通道的排队长度、各收费通道的预估服务时间、收费通道故障警示等信息的交通诱导屏，充分发挥了高速公路信息发布系统的作用，有效诱导车流在进入收费广场前就完成变道，减少收费广场的车流交织次数。

(2)本实施例设计的交通诱导屏起到预告作用，提前预告收费站的收费通道位置信息、排队信息以及服务效率信息等，增加司机的信息获取途径，给司机留有足够的反应时间，为司机对于是否变道的决策提供参考依据。

(3)本实施例为了解决或缓解高速公路收费广场车辆交织问题，减少车辆进出收费站的延误时间，基于实时的高速公路收费数据和车辆检测数据，提出了一种诱导车辆有序进入收费站的方法；在条件允许的情况下，本发明可进一步应用于其他类似业务。

在一些可选择的实施例中，在方框图中提到的功能/操作可以不按照操作示图提到的顺序发生。例如，取决于所涉及的功能/操作，连续示出的两个方框实际上可以被大体上同时地执行或所述方框有时能以相反顺序被执行。此外，在本发明的流程图中所呈现和描述的实施例以示例的方式被提供，目的在于提供对技术更全面的理解。所公开的方法不限于本文所呈现的操作和逻辑流程。可选择的实施例是可预期的，其中各种操作的顺序被改变以及其中被描述为较大操作的一部分的子操作被独立地执行。

此外，虽然在功能性模块的背景下描述了本发明，但应当理解的是，除非另有相反说明，所述的功能和/或特征中的一个或多个可以被集成在单个物理装置和/或软件模块中，或者一个或多个功能和/或特征可以在单独的物理装置或软件模块中被实现。还可以理解的是，有关每个模块的实际实现的详细讨论对于理解本发明是不必要的。更确切地说，考虑到在本文中公开的装置中各种功能模块的属性、功能和内部关系的情况下，在工程师的常规技术内将会了解该模块的实际实现。因此，本领域技术人员运用普通技术就能够在无需过度试验的情况下实现在权利要求书中所阐明的本发明。还可以理解的是，所公开的特定概念仅仅是说明性的，并不意在限制本发明的范围，本发明的范围由所附权利要求书及其等同方案的全部范围来决定。

所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统)使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，“计算机可读介质”可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。

计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下：具有一个或多个布线的电连接部(电子装置)，便携式计算机盘盒(磁装置)，随机存取存储器(RAM)，只读存储器(ROM)，可擦除可编辑只读存储器(EPROM或闪速存储器)，光纤装置，以及便携式光盘只读存储器(CDROM)。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。

应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。

在本说明书的上述描述中，参考术语“一个实施方式/实施例”、“另一实施方式/实施例”或“某些实施方式/实施例”等的描述意指结合实施方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施方式或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施方式，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明并不限于上述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做作出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。