[发明专利]一种基于固定翼航模的公路交通流空间平均车速观测方法

摘要

本发明公开了一种基于固定翼航模的公路交通流空间平均车速观测方法，应用具备特定功能的固定翼航空模型定高、匀速、逆车流方向飞行，搭载照相设备间隔特定时间拍摄车流照片。提取所需测算空间的照片，统计相邻两张照片车辆变化数，求取相对车流量、车流密度、时间间隔、相对速度等数据，进而计算得出空间平均车速。本发明观测方法简单快捷，观测结果合理可靠，可解决现有方法无法直接测算空间平均车速的问题。

主权项

一种基于的公路交通流空间平均车速观测方法，其特征在于，该方法包括依次进行的时间间隔的求取步骤、交通流数据采集步骤和公路交通流空间平均车速计算步骤；所述时间间隔的求取步骤具体包括：步骤一：设定航空拍摄的基本参数，同时获取观测道路的设计车速Vd，所述航空拍摄的基本参数包括航模飞行高度H、稳定的飞行速度Va以及数码相机的广角α；步骤二：根据航模飞行速度Va与道路设计车速Vd按下式计算相对速度Vr：Vr=Va+Vd式中，Va为航模飞行速度，单位km/h，Vd为道路设计车速，单位km/h，Vr为航模与车流的相对速度，单位km/h；步骤三：按下式计算航模拍摄的照片内道路的实际长度L：L=2Htan(α/2)式中，L为照片中道路的实际长度，单位m，H为航拍高度，单位m，α为相机广角；步骤四：以实际道路长度L的1/3除以相对速度Vr，得到初始时间间隔T，计算方法如下： T = L 3 V r × 3600 1000 = 1.2 L V r 式中，T为初始时间间隔，单位s，计算得到初始时间间隔T后，对T进行四舍五入取整，得到最终的整数形式的时间间隔T*；所述交通流数据采集步骤应用集成了前端摄像头、数码相机、GPS模块、飞行控制模块和图像传输模块的固定翼航空模型作为观测设备载体，所述固定翼航空模型的前端摄像头实时记录航模飞行的前端环境图像，并通过图像传输模块将图像传送至地面监控设备；地面操作员通过地面监控设备观察航空模型的飞行环境，并通过地面监控设备向航空模型发送飞行控制指令，控制航空模型飞行至待观测道路上空，以设定的航速Va和高度H沿车道逆交通流行进方向飞行；航空模型飞行过程中，搭载的数 码相机竖直向下以时间T*为时间间隔连续拍摄道路交通流照片，并将所拍摄照片通过图像传输模块传送至地面监控设备等待处理；所述公路交通流空间平均车速计算步骤具体包括：1）指定观测时刻t1，清点t1时刻航模拍摄公路照片中的车辆总数N，图片中所有观测到的不完整车辆折算为0.5辆；然后，在t1+T*时刻航模拍摄的公路照片中清点t1+T*时刻相对t1时刻驶出照片画面的车辆总数n，对于不完整的车辆折算为0.5辆；2）依据t1时刻航模拍摄照片内车辆总数N以及照片中道路的实际长度L，计算t1时刻的交通密度K，计算公式如下： K = 1000 N L 式中，K为交通密度，单位辆/千米，N为t1时刻航模拍摄照片内车辆总数，单位辆，L为照片中道路的实际长度，单位m；3）求取时间间隔T*内交通流的相对小时流率Q，计算公式如下： Q = 3600 n T * 式中，Q为相对小时流率，单位辆/小时，n为t1+T*时刻相对t1时刻驶出照片画面的车辆总数，单位辆，T*为时间间隔，单位s；4）根据交通流三参数定义关系式，求取t1时刻交通流的相对空间平均速度VR，计算公式如下： V R = Q K = 3.6 nL NT * = 7.2 nH tan ( α / 2 ) NT * 式中，VR为相对空间平均速度，单位km/h；5）由航模的速度与航模相对车流速度求得实际交通流在t1时刻的空间平均速度；计算公式如下： V S = V R - V a = 7.2 nH tan ( α / 2 ) NT * - V a 式中，VS为实际交通流在t1时刻的空间平均速度，单位km/h。