本发明涉及公路交通系统的自动化监控技术，即：公路交通中车辆列队 运行的实现方法。

公路与城市交通迅速发展、车流量不断增加，道路作为一种资源的特性 愈加显现。一般的讲，路面上的每一运动实体都占有交通系统一定量的时、 空资源。道路作为一种资源，其有限性要求合理的开发、利用、管理它，从 而使交通系统具有较高的运行效率及综合品质。公路交通是一个由路、车辆、 人、环境、交通法规及交通管理设施等构成的一个动态的复杂系统。对于公 路交通，目前已具有一定量配套的法律、法规及执法体系，对保证公路交通 系统的正常运行发挥了巨大的作用。但是在组织形式上和实现方法上还主要 是人工的，以事前教育、检查预防、事后处理为主要形式，监控源与监控目 标在时间、空间上有较大的间隔，实际上基本处于宏观监控状态。公路交通 的发展迫切需要实现公路交通监控系统的自动化，特别是发展公路交通系统 中实时监控技术。车辆状态、驾驶员行为状态、道路环境等外部状态在随机 变化，从控制的角度讲这些随机变化表现为系统噪声或扰动，它促使交通系 统运行的无序化，促使交通系统的失控、运行效率的降低、事故的发生、交 通的中断。与计算机进入家庭的情况相类似，汽车进入家庭给公路交通注入 了无限的生命力。但与之具来的是：由于非职业化驾驶员的急剧增加，驾驶 技能与交通行为规范能力相差悬殊，交通安全也面临更为严峻的形势。公路 交通中车辆的列队运行便是有效对策之一。

本发明的目的在于：促使公路交通系统中车辆运行进一步有序化，使系 统噪声和扰动的影响得以有效抑制，使系统可控性、经济性、可靠性得以提 高。

本发明包含以下几方面内容：

1、列队运行的一般要求和运行特征 车辆的分道运行：

按车道的分布及运行规范划分车道：0号车道称为非列队或混合运行车 道，一般情况下，是路面的最外侧机动车道，车辆按照非列队运行规范运行。 0号车道运行非列队运行车辆，或虽有列队运行的车辆队列，但该队列整体 按单个车辆对待。0号车道运行的车辆队列具有部分列队运行特征，一般情 况下有优先运行的权利。其余车道由内向外分别称为1号车道、2号车道- -，称为列队运行车道，车辆按照所在不同道号的运行规则运行，一般情 况下，列队运行的不同车道具有不同的限定速度。

列队运行的一般要求和运行特征：

列队运行分两类：一类是半自动列队运行方式；另一类是人工列队运行 方式。车辆列队运行的一般要求，通常主要是指：在列队运行的过程中，不 允许出队、插队、超车运行；车辆须按照限定的速度、限定的车距、限定的 控制规范运行；道路和列队运行的车辆须具有特定的人工或自动监控功能 等。列队运行的车辆队列具有下列主要特征：每一队列具有一个任职的领队 和一个任职的守队，领队在队首，担任队列的领队、队列内及队列间的通讯 与监控任务；守队在队尾，承担队列的监控、与前、后领队间的通讯任务， 领队与守队也通称为领队，领队由具有特定监控功能、车况优良的车辆与优 秀的驾驶员并具有领队资格者担任，领队任职者将享受一定程度的优惠待 遇，具有领队资格的车辆须具有明显的领队资格标志；具有列队资格的车辆 须具有明显的列队资格标志。

2、车辆列队运行的实现方法

车辆的列队运行需要有路段监控站和车载监控计算机系统所实现的列队 运行监控及必要的列队运行的规范。

路段监控站是公路交通监控系统计算机网络的现场监控的终端站点，通 过与被监控对象的车载监控计算机的通讯，实现对现场路段局域交通信息的 采集与监控；两个相邻路段监控站之间的区域称作一个路段监控区并隶属于 监控站，它又是一个基本的交通服务单元；交通收费是依靠路段监控站采集 到的车辆信息，并通过开放式的、动态的综合评价系统及商务结算系统自动 完成的。车载监控计算机系统由车载监控计算机、通讯单元、道路磁性信标 传感器、里程传感器及其它交通监控传感器构成。负责对车辆自身原始数据 和运行记录数据的采集、存贮、与路段监控站的信息数据交换及运行监控等 项任务，其中一项典型作用便是通过通讯所实现的电子牌照的功能。车辆的 列队运行状态的检测与控制便是路段监控站和车载监控计算机系统的交通监 控任务之一。

a)车辆的电子牌照

电子牌照的信息组成：电子牌照的信息由电子牌照的信息索引与电子牌 照的信息内容两部分组成。电子牌照的信息索引类别主要由以下组成：车辆 牌号、防伪码、通行证号、主驾驶员执照号、副驾驶员执照号。电子牌照的 信息索引数据段由168位组成，编码格式如下：D0-D37为车牌号的二进制 代码；D38-D39保留；D40-D71为防伪码；D72-D103为通行证号的二进制 代码；D104-D135为主驾驶员执照的二进制代码；D136-D167为副驾驶员执 照的二进制代码。电子牌照及其相关的信息内容被存贮在各省、市的车辆管 理数据库中，路段监控站从车载监控计算机获得电子牌照的信息索引，交通 监控系统通过网络通讯实现车辆信息的查询、管理、收费及交通系统的实时 监控。

b)车辆的编队

在路段监控站附近的运行路段上设置一个特定区域称作编队区，编队区 应设置有醒目的编队区标志牌或路面标志、道路道号标志牌或路面标志；每 一道均应附设有缓冲区并设置有缓冲区标志牌或路面标志，缓冲区作为车辆 出队、入队、等后的暂停区；每一道均应附设有若干个纵向通过和横向通过 警示灯，警示灯采用红、黄、绿三种颜色的灯光，红色表示禁止通行、黄色 表示状态过渡、绿色表示允许通行；纵向和横向警示灯互为反逻辑并受路段 监控站交通监控系统的控制；纵向警示灯可采用2-3个为一组竖向排列或采 用竖向安置的长方形、菱形、双向箭头形警示灯，横向警示灯可采用2-3个 为一组横向排列或采用横向安置的长方形、菱形、双向箭头形警示灯，以示 区别；编队区运行车道上应设置相应的地面磁性编码信标；在没设监控站的 道路交叉路段规定一特定区域，称作准编队区。在编队区或准编队区，车辆 应按编队区或准编队区的运行规范运行并按编队规则进行编队，一般情况下 应遵循下述原则：在编队区，车辆必须在限定的速度下行驶；退出编队必 须先进入本车道或邻近车道的缓冲区，进入一个车道的编队必须先进入该车 道或其邻近车道的缓冲区；一个新组编的队列，排队顺序为：具有领队资格 者在前，无领队资格者居中，具有守队资格者在后；一个队列仅对应于一个 路段内其中一个道号的一定运行时、空区间，一个已编队的队列进入编队区 后，原有队列编制自动撤消；维持原道继续运行的原有队列或队列成员有优 先通过的权利并继续显示列队信号标志，维持原道继续运行的原有队列的领 队或守队继续显示任职信号标志，并具有优先被重新任命的权利，未被重新 任命的领队或守队在出编队区时撤消任职信号标志；准备入队且不具有领队 资格的车辆应在队列守队的协助下，依次插入队列的后部，具有领队资格的 车辆在其它车辆的配合下依次插入队列的前部。在进入编队区时，路段监控 站与运行中的车辆进行一轮传递监控信息的双向通讯，并且对上一路段列队 运行的队列按照列队运行要求进行检查、验收，对违规车辆进行登记。

一般情况下，车辆列队运行主要有三种编排模式：第一种是自然编排模 式，第二种是调度编排模式，第三种是混合编排模式。自然编排模式要求车 辆根据编队区的运行规范及列队运行规范，根据具体情况，自己选择时机进 入或退出队列；在出编队区时，路段监控站仅对车辆的顺序流进行登记、编 号和任命，选择合适的领队和守队，被任命后的领队和守队应显示出任职信 号标志，被登记运行的车辆应显示列队运行信号标志；在后续的运行中，领 队和守队负责对松散的队列进行整顿，调节合适的车辆间距及与相邻队列的 间距；两个相邻队列，通过前队的守队与后队的领队之间的规范化联络方式， 可实现对过小队列的链接即队列的动态重组；该编排模式队列的车辆数在2- 256范围内，这种编排模式在编队区具有较小的车辆驻留。调度编排模式要 求车辆服从路段监控站的调度，路段监控站负责选择合适的领队、守队、队 列车辆数量及组编时机，该编队模式在出编队区时就有较规整的队形和较为 合理的队列车辆数量，这种编排模式在编队区将具有较多的车辆驻留；混合 编排模式是上述两种队列编排摸式的结合，兼有两者一些共同特点。在一个 队列中，队列成员序号0为任职的领队；队列成员序号255为任职的守队。

c)队列的运行监控

c1)列队运行路面磁性信标的编码与设置

公路路面磁性信标主要有两种型式：一种是基本型，它是大交通信标量 的型式，一般在具有磁性航线的公路路面使用；另一种是简易型，它仅表示 几种交通信标，一般在非磁性航线的公路路面使用。这两种型式均可应用于 车辆列队运行的监控。

一种简易型列队运行路面磁性信标的编码：

列队运行路面磁性信标的编码采用位码，位码组成形式及含义如下：

D0-D1：信标类别标志位，其中：

       00入编队区标志

       01出编队区标志

       10里程信标标志

       11车道及限速标志，在该位码后接六位车道、限

         速位码，其中：

         D2-D3表示车道号

              00表示0号车道

              01表示1号车道

              10表示2号车道

              11表示3号车道

                      D4-D7分别表示0-15的限速范围挡，

                           表示16种不同的限速范围

简易型列队运行路面磁性信标永磁体状态编码与设置：

简易型列队运行路面磁性信标是由永磁体排表示一位，永磁体排这样组 成：采用同一极性方向的3-5个主永磁体与2-4个副永磁体，副永磁体的长 度约为主永磁体长度的二分之一，永磁体的轴向垂直于路面，在车道的中部 沿横向设置2米宽的一个磁性排。用分组及调节主、副永磁体埋设深度的方 法，使得永磁体排在轴平面上、距地面400mm高、2米宽、磁场强度轴向 分量为：20-40A/M；在上述测量条件下，永磁体的磁场强度相对平均值的 偏差在±7％范围内。沿道路行进方向，排间距为1.2米，按照低位在先的 顺序及信标代码的要求埋设永磁体。

列队运行路面磁性信标埋设的永磁体状态编码可采用下述两种形式之

一种是，永磁体“N”极朝上为正向设置，用代码“1”代表其状态；反 之为负向设置，用代码“0”代表其状态，调制式磁传感器适用于对这种编 码方法永磁体状态的检测。另一种是，相邻两个永磁体极性方向一致的状态 用代码“1”表示，相邻两个永磁体极性方向相反的状态用代码“0”表示， 位移感应式磁传感器能够用于对这种编码方法永磁体状态的检测。

c2)列队运行中状态及命令的编码与运行控制

车辆运行状态及命令的编码：

方案一、队列内部车辆运行状态及命令采用七位脉冲编码方式，格式如 下：

用1T脉宽表示位码“0”；用2T脉宽表示位码“1”，脉宽基数：T； 脉冲间隔：1T。

        D0-D1：道号标志位

               00表示0号车道

               01表示1号车道

               10表示2号车道

               11表示3号车道

        D2-D5：运行状态及命令标志位

               0000表示200米纵向坐标刻度

               0001表示里程信标

               0010险情

               0011表示紧急制动

               0100表示一般制动

               0101表示减速

               0110表示加速

               0111表示请求超车

               1000表示允许超车

               1001表示左转

               1010表示右转

               1100表示会车警示

               1101表示会车响应

               1110保留

               1111表示正常行驶

       D6：奇偶校验位

           0表示队列成员序号为偶数

           1表示队列成员序号为奇数 队列间运行状态及命令的编码： 队列间运行状态及命令的编码用十位表示，格式如下：

D0-D1：表示道号，其中：

       00表示0号车道

       01表示1号车道

       10表示2号车道

       11表示3号车道

D2-D5：表示0-15单向队列序号

   D6：表示信息源类别

       0表示信息由领队发出

       1表示信息由守队发出

D7-D9：表示运行状态及命令

       000表示里程信标

       001表示险情

       010表示紧急制动

       011表示一般制动

       100表示减速

       101表示加速

       110保留

           111表示正常行驶

方案二、队列内部车辆运行状态及命令采用脉冲编码方式，格式如下：

车道号及各车道传输信息的表示方法：0号车道脉冲宽度为1T，后接的 脉冲间隔为0.5T状态表示“0”，后接的脉冲间隔为1T状态表示“1”； 1号车道脉冲宽度为2T，后接的脉冲间隔为1T状态表示“0”，后接的脉 冲间隔为2T状态表示“1”；2号车道脉冲宽度为3T，后接的脉冲间隔为 1.5T状态表示“0”，后接的脉冲间隔为3T状态表示“1”；3号车道 脉冲宽度为4T，后接的脉冲间隔为2T状态表示“0”，后接的脉冲间隔为 4T状态表示“1”。脉宽基数：T。用单独一个脉冲表示200米纵向坐标 刻度信息，用两个脉冲夹一个等宽脉冲间隔的状态表示里程信标信息，用四 位脉冲表示运行状态及命令，在上述编码脉冲后分别接一位奇偶校验位和附 加脉冲。奇偶校验位为“0”表示队列成员序号为偶数，奇偶校验位为“1” 表示队列成员序号为奇数，用奇偶校验法判断是否是相邻成员发出的信息。

四位表示运行状态及命令的脉冲，格式如下：

                0000保留

                0001保留

                0010险情

                0011表示紧急制动

                0100表示一般制动

                0101表示减速

                0110表示加速

                0111表示请求超车

1000表示允许超车

1001表示左转

                1010表示右转

                1100表示会车警示

                1101表示会车响应

                1110保留

                1111表示正常行驶

队列间运行状态及命令的编码：

车道号及各车道传输信息的表示方法：0号车道脉冲宽度为1T，后接的 脉冲间隔为0.5T状态表示“0”，后接的脉冲间隔为1T状态表示“1”； 1号车道脉冲宽度为2T，后接的脉冲间隔为1T状态表示“0”，后接的脉 冲间隔为2T状态表示“1”；2号车道脉冲宽度为3T，后接的脉冲间隔为 1.5T状态表示“0”，后接的脉冲间隔为3T状态表示“1”；3号车道 脉冲宽度为4T，后接的脉冲间隔为2T状态表示“0”，后接的脉冲间隔为4T 状态表示“1”。脉宽基数：T。用单独一个脉冲状态表示里程信标信息， 用八位脉冲表示运行状态及命令，在上述编码脉冲后分别接一位奇偶校验位 和附加脉冲。奇偶校验位为“0”表示队列序号为偶数，奇偶校验位为“1” 表示队列序号为奇数，用奇偶校验法判断是否是相邻队列发出的信息。

八位表示运行状态及命令的脉冲，格式如下：

    D0-D3：表示0-15单向队列序号

       D4：表示信息源类别

           0表示信息由领队发出

       1表示信息由守队发出

D5-D7：表示运行状态及命令

       000保留

       001表示险情

       010表示紧急制动

       011表示一般制动

       100表示减速

       101表示加速

       110保留

       111表示正常行驶

队列内及队列间的通讯要求：

队列运行中的通讯采用无线电、红外线或激光通讯方式。同一线路上的 无线电通讯，上行方向与下行方向采用不同的两个特定载波频率；同时，控 制载波频率、功率及发射、接收天线方向，用于限制无线电波的有效范围， 避免无线电通讯中的相互干扰。在无线电通讯方式中，领队与守队能相互并 且能与路段监控站进行双向通讯；领队与本队列成员之间只能进行单向通 讯：领队是发方，成员是收方；守队与后续相邻队列的领队之间只能进行单 向通讯：守队是发方，后续相邻队列的领队是收方。在队列运行中，红外线 或激光通讯只在相邻的车辆间进行单向通讯：前方车辆是发方，后方车辆是 收方。红外线或激光通讯采用脉冲编码，每一组编码脉冲重复发送三次，每 组之间相隔2倍于一个脉冲宽度的间隔，通讯的收方采用表决方式以辩明通 讯数据的有效性。

车辆与路段监控站之间的通讯要求：

车辆与路段监控站之间的通讯是多个路段监控站与多个车辆之间的多与 多形式的通讯，可采用无线电、红外线或激光通讯方式，主要采用控制信息 波束的有限功率及有限空间法来防止通讯中的相互干扰，其主要形式是：上 行方向、下行方向及各车道采用离散分布通讯点，通讯点的间距应确保通讯 中不相互干扰；在路段监控站通讯区一定范围内各车道间应设置有防止越道 行驶的路面标志或设施；一般情况下，无线电通讯在车辆的底部与路面的一 定空间范围内实现；采用红外线或激光通讯方式可在车辆的上部的一定空间 范围内实现。车载监控计算机与路段监控站的监控计算机间串行的通讯，可 采用RS232、BITBUS或其它串行总线及相关通讯协议。

队列内部成员间、队列间相对速度、间距的检测与运行控制：

在列队运行过程中，领队向自己队列成员采用无线电通讯方式并行地发 出运行状态及命令信息；同时，也通过队列成员间采用红外或激光通讯方式 串行地发出运行状态及命令信息。队列成员根据获得的这些信息几乎是同步 地采用同一种方式控制各自运行状态的改变。在列队运行过程中，守队向后 续相邻队列的领队采用无线电通讯方式发出本队列运行状态改变的信息，后 续相邻队列的领队根据具体情况，采取相应的控制对策。

除此之外，队列的运行控制还需要检测相邻成员间及相邻队列间的相对 速度与间距，这是依靠下述方法实现的：通过车载磁传感器对道路上里程信 标的检测，并通过车载距离传感器，以里程信标为相对基准，划分五个二百 米间隔，从而构成了道路里程、二百米间隔的纵向坐标刻度。队列运行中的 车辆通过红外或激光通讯方式，向后续车辆发出自身经过里程信标及二百米 纵向坐标刻度的时刻信息。队列的守队采用无线电通讯方式，向后续队列的 领队发出自身经过里程信标的时刻信息。这项工作在车载监控计算机的控制 下进行。以列队运行中相邻的两辆车为例，正常行驶状态下，其相对速度、 相互间隔距离求取方法如下：称前边车为1#车，后边车辆为2#车。2#车的 车载监控计算机记录下自身最新通过的一个二百米间隔时间，称2#车的0时 段运行周期，并设定为T20；运用红外或激光通讯方式，2#车的车载监控 计算机记录下1#车辆最新通过的一个二百米间隔时间，称1#车的0时段运 行周期，并设定为T10。2#车辆相对1#车的速度为：V21=200(T10-T20) /T10T20m/s,V21为正表示2#车的速度大于1#车的速度，V21为负表示2#车 的速度小于1#车的速度。2#车的车载监控计算机记录下1#车辆最新通过的 一个二百米纵向坐标刻度的时刻，并设定为t10；2#车的车载监控计算机记 录下自身最新通过的一个二百米纵向坐标刻度的时刻，并设定为t20。设定 其二百米纵向坐标刻度时刻差Δt0=t20-t10。以2#车最新通过二百米纵向 坐标刻度的时刻为基准，2#车辆相对1#车的距离间隔为：S21=VLΔt0m， 式中：VL为联动速度的估计值，可取200/T20、200/T10、400/(T10+T20) 或100(T10+T20)/T10T20,S21的有效值范围：0-200米。车载监控计 算机对由通讯获得的队列运行状态或命令信息数据以及通过上述方法获得的 信息数据经处理后，送入车辆的纵向控制回路，控制自身车辆的运行状态、 确定相应的速度、保持合理的车辆间距；或显示上述信息，用于人工控制以 保持相应的运行状态。

两个运行中相邻队列的相对速度和间距，是指前一队列的守队车辆与后 一队列的领队车辆之间的相对速度和间距。正常行驶状态下，以运行中相邻 的两个队列为例，其相对速度、相互间隔求取方法如下：称前边队列的守队 车辆为1#车，后边队列的领队车辆为2#车。2#车的车载监控计算机记录下 自身最新通过的一个里程信标间隔时间，称2#车的0时段运行周期，并设定 为T20；运用无线电通讯方式，2#车的车载监控计算机记录下1#车辆最新通 过的一个里程信标间隔时间，称1#车的0时段运行周期，并设定为T10。2# 车相对1#车的速度为：V21=1000(T10-T20)/T10T20m/s,V21为正表示2#车 的速度大于1#车的速度，V21为负表示2#车的速度小于1#车的速度。2#车 的车载监控计算机记录下1#车辆最新通过的一个里程信标的时刻值，并设定 为t10；2#车的车载监控计算机记录下自身最新通过的一个里程信标时刻值， 并设定为t20。设定其通过里程信标时刻差：Δt0=t20-t10。以2#车最新 通过里程信标的时刻为基准，2#车辆相对1#车的距离间隔为：S21=VLΔt0m， 式中：VL为联动速度的估计值，可取1000/T20、1000/T10、2000/(T10 +T20)或500(T10+T20)/T10T20,S21的有效值范围：0-1000米。上述计 算工作可由车载监控计算机或另外专门设置的速度控制计算机完成。领队的 车载监控计算机对由通讯获得的前方队列运行状态或命令信息数据以及通过 上述方法获得的信息数据经处理后，确定相应对策，向本队列发出运行状态 或命令，并控制自身车辆的运行状态、确定相应的速度、保持合理的队列间 距；或显示上述信息，用于人工控制以保持队列相应的运行状态。

列队运行较大程度上约束了队列成员的随机性个人行为，领队的监控功 能使得对环境状态的识别、反应能力增强。列队运行是具有较强监控能力、 优秀示范驾驶、有秩序的集体的运行行为，更有利于系统控制和安全；车辆 的列队运行有效的抑制了交通系统噪声或扰动的作用，提高了系统的运行可 靠性。队列在领队的监控下，采取协调的运行控制，保持合理的车辆间距、 队列间距和队列运行速度，列队运行降低了车辆对交通系统时、空资源的占 用量，提高了系统的运行效率。除此之外，车辆的列队运行还为车辆的自动 驾驶创造了一项重要的运行条件。