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      控制路口交通狀態(tài)檢測和評價(jià)系統(tǒng)及其實(shí)現(xiàn)方法與應(yīng)用的制作方法

      文檔序號:6733323閱讀:243來源:國知局
      專利名稱:控制路口交通狀態(tài)檢測和評價(jià)系統(tǒng)及其實(shí)現(xiàn)方法與應(yīng)用的制作方法
      技術(shù)領(lǐng)域
      本發(fā)明涉及城市交通系統(tǒng)的狀態(tài)評價(jià)技術(shù),特別涉及一種基于數(shù)據(jù)特 征的城市信號控制路口交通狀態(tài)檢測和評價(jià)系統(tǒng)及其實(shí)現(xiàn)方法與應(yīng)用。
      背景技術(shù)
      城市交通擁擠是影響我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展和居民生活質(zhì)量的重要問題。實(shí)施 交通信號控制策略以減少延誤;發(fā)布實(shí)時(shí)交通信息以誘導(dǎo)車輛行駛乃保持 路網(wǎng)動(dòng)態(tài)均衡和緩解交通擁擠的交通管理措施。這兩種交通管理措施均以 交通狀態(tài),特別是對交通擁擠程度的有效評價(jià)為前提。我國公安部和建設(shè) 部共同制定的《城市道路交通管理評價(jià)指標(biāo)體系》將"交通負(fù)荷度"和"交 叉路口阻塞率"作為城市道路交通管理科學(xué)化的重要指標(biāo)。采用高峰期道 路網(wǎng)交通負(fù)荷度來反映城市中心區(qū)域交通需求在時(shí)間上的集中程度,是一 天中最不利狀況下的供求矛盾的緊張程度。采用交叉路口阻塞率來衡量整 個(gè)路網(wǎng)的飽和程度,是檢査交通管理效果、制定交通需求管理對策、提出 交叉口改造規(guī)劃建設(shè)方案的依據(jù)。周期性阻塞交叉路口是指一定時(shí)間內(nèi)經(jīng) 常出現(xiàn)阻塞的交叉口 (不是隨機(jī)或意外原因引起的)。信號燈控制交叉口 若3次綠燈顯示車輛未通過路口的為嚴(yán)重阻塞。
      專利號為WO2005064565-A1的發(fā)明專利公開了一種提供交通狀態(tài)信 息的方法,在交通狀態(tài)標(biāo)識文本,尤其是利用車輛定位檢測設(shè)備的GPS 信息判斷車輛平均速度,通過擁擠檢測設(shè)備的平均速度預(yù)設(shè)值判別交通狀 態(tài)。該提供交通狀態(tài)信息的方法采用速度參量來判別信號控制交叉口狀 態(tài),這對于控制參數(shù)變化的交叉路口來說是不太合適的,當(dāng)信號控制參數(shù) 變化時(shí)延誤時(shí)間部分將會(huì)改變,判別參量的閾值也隨之而改變。
      專利號JP2006085511-A的發(fā)明專利公布了一種通過道路交通感應(yīng)器 或探測在擁擠區(qū)域行駛所積累的時(shí)間序列數(shù)據(jù)的交通信息預(yù)測系統(tǒng)。同時(shí)考慮到周內(nèi)星期、法定假期等時(shí)間因素,對擁擠區(qū)域的檢測數(shù)據(jù)通過聚類 方法用各種各樣的類別進(jìn)行交通狀態(tài)評價(jià)。
      發(fā)明專利(ZL02113826.5)公布了一種基于視頻車輛光學(xué)特征識別匹配 的交通流量檢測系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用機(jī)器視覺技術(shù),采集城市交通道路或高 速高等級公路任意路段兩個(gè)或兩個(gè)以上不同位置車道上行駛的車輛圖像, 識別出車輛的光學(xué)特征,通過對不同位置采集和識別的車輛光學(xué)特征匹配 結(jié)果,計(jì)算出該路段上車輛通行能力包括車流量、密度、車速、車距、逆
      行、超速、滯留技術(shù)指標(biāo),為交通系統(tǒng)工程提供智能化管理必需的交通流
      畺#", 里i p w、 °
      發(fā)明專利(ZL200510040621.3)公開了一種交通信號控制系統(tǒng)運(yùn)行模式 自適應(yīng)轉(zhuǎn)換方法,將實(shí)時(shí)交通需求分成輕交通、中交通和重交通三種狀態(tài), 由此作為交通信號控制系統(tǒng)運(yùn)行模式自適應(yīng)轉(zhuǎn)換的判別參數(shù)。
      由此可見,基于實(shí)時(shí)交通數(shù)據(jù)特征以揭示交通流運(yùn)動(dòng)機(jī)理的交通系統(tǒng) 狀態(tài)評價(jià)方法,是保證交通信號控制系統(tǒng)有效性的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù),但目前 尚鮮有涉及。

      發(fā)明內(nèi)容
      本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的缺點(diǎn)和不足,提供一種在檢測 方法、數(shù)據(jù)處理和狀態(tài)評價(jià)等方面實(shí)用性強(qiáng),判斷準(zhǔn)確性高,適用范圍廣 的基于數(shù)據(jù)特征的城市信號控制路口交通狀態(tài)檢測和評價(jià)系統(tǒng)。
      本發(fā)明的另一目的在于提供一種由上述系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的基于數(shù)據(jù)特征的 城市信號控制路口交通狀態(tài)檢測和評價(jià)方法。
      本發(fā)明的再一目的在于提供上述基于數(shù)據(jù)特征的城市信號控制路口 交通狀態(tài)檢測和評價(jià)方法的應(yīng)用。
      本發(fā)明的目的通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)基于數(shù)據(jù)特征的城市信號控制 路口交通狀態(tài)檢測和評價(jià)系統(tǒng),包括車輛狀態(tài)檢測單元、控制狀態(tài)監(jiān)測單 元、信號采集單元、微處理單元(uCPU)、數(shù)據(jù)傳輸單元、數(shù)據(jù)處理單 元(CPU)、交通狀態(tài)顯示單元,其中車輛狀態(tài)檢測單元和控制狀態(tài)監(jiān)測 單元并行與信號采集單元信號連接后,信號采集單元還與微處理單元(li CPU)、數(shù)據(jù)傳輸單元、數(shù)據(jù)處理單元(CPU)、交通狀態(tài)顯示單元依次信 號連接,所述微處理單元(yCPU)還與實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)存儲單元信號連接,所述控制狀態(tài)監(jiān)測單元與交通信號燈信號連接。
      所述控制狀態(tài)監(jiān)測單元為交通信號燈控制狀態(tài)監(jiān)測電路,它可監(jiān)測交 通信號燈的燈色狀態(tài)。
      所述車輛狀態(tài)檢測單元為基于地點(diǎn)斷面的車輛運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的交通檢測 器,它可采用各種接觸式或非接觸式交通檢測原理和檢測技術(shù),例如電磁 感應(yīng)式車輛檢測線圈。車輛狀態(tài)檢測單元采集車輛經(jīng)過交通檢測區(qū)域的交 通流的實(shí)時(shí)信號波形。
      所述微處理單元包括在線傳輸實(shí)時(shí)交通數(shù)據(jù)的接口電路,以及由便攜 式電腦離線傳輸歷史數(shù)據(jù)的接口電路。
      利用上述系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)基于數(shù)據(jù)特征的城市信號控制路口交通狀態(tài)檢測 和評價(jià)方法,包括下述步驟——
      A、 在信號控制交叉口特定道路斷面采集持續(xù)時(shí)間不低于35天的實(shí)時(shí)
      信號波形,構(gòu)造交通流特征參量;
      B、 對交通流特征參量進(jìn)行信號濾波,獲取飽和交通流的樣本總體;
      C、 計(jì)算飽和交通流的樣本總體的均值、標(biāo)準(zhǔn)差和極值,作為飽和交 通流狀態(tài)判別函數(shù);
      D、 實(shí)時(shí)檢測城市信號控制交叉口交通流向綠燈相位的信號波形,構(gòu) 造交通流向特征參量序列;
      E、 將交通流向特征參量序列代入綠燈相位狀態(tài)判別模型,構(gòu)造綠相 狀態(tài)判斷序列;
      F、 將綠相狀態(tài)判斷序列代入交通流向狀態(tài)判別模型,判斷交叉口交 通流向的交通狀態(tài);
      G、 可視化顯示信號控制交叉口的車道服務(wù)水平。 所述步驟A包括如下具體步驟
      Al、在信號控制交叉口入口車道選擇距離停車線不大于20米的路段 設(shè)置交通檢測器。盡量避免在不同流向車輛行駛軌跡交匯處、或受掉頭車 輛影響的路段內(nèi)設(shè)置交通檢測器; .
      A2、設(shè)置交通檢測器的交通檢測區(qū)域?yàn)檠剀囕v行駛方向的長度,以能 辨識每輛車運(yùn)動(dòng)軌跡為宜;
      A3、車輛狀態(tài)檢測單元采集車輛經(jīng)過交通檢測區(qū)域的交通流的實(shí)時(shí)信 號波形;控制狀態(tài)監(jiān)測單元采集交通信號燈的綠燈信號波形。選取采集時(shí)間不低于5周/ 7天/ 24小時(shí)的連續(xù)檢測時(shí)間;
      A4、信號采集單元分別采集車輛狀態(tài)檢測單元和控制狀態(tài)檢測單元的 實(shí)時(shí)信號波形、綠燈信號波形,然后輸入微處理單元;
      A5、微處理單元對信號采集單元傳來的實(shí)時(shí)信號波形、綠燈信號波形 進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理,并將預(yù)處理后的交通流和交通信號燈實(shí)時(shí)交通數(shù)據(jù)經(jīng)過 數(shù)據(jù)傳輸單元傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理單元,并同時(shí)保存到實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)存儲單元;
      A6、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)存儲單元保存不少于7天的交通流和交通信號燈實(shí)時(shí)交 通數(shù)據(jù),以備一旦數(shù)據(jù)傳輸單元出現(xiàn)故障后,由便攜式電腦接收實(shí)時(shí)數(shù)據(jù) 和歷史數(shù)據(jù);
      A7、數(shù)據(jù)處理單元根據(jù)數(shù)據(jù)傳輸單元傳來的數(shù)據(jù)構(gòu)造隨著交通密度 (Occupancy)變化且具有穩(wěn)定極小值的車輛時(shí)距(Headway)作為飽和交通流 特征參量。
      所述步驟B包括如下具體步驟
      Bl 、數(shù)據(jù)處理單元對步驟A7產(chǎn)生的飽和交通流特征參量進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù) 處理,去掉異常值,修復(fù)缺失值,產(chǎn)生有效特征參量;
      B2、數(shù)據(jù)處理單元對步驟B1產(chǎn)生的有效特征參量進(jìn)行信號濾波,去 掉綠燈相位期間起步加速、停車減速、高速行駛通過交叉口等非排隊(duì)車輛 飽和流數(shù)據(jù),以獲取飽和交通流特征參量的樣本總體。
      所述步驟C包括如下步驟
      Cl、數(shù)據(jù)處理單元將步驟B2的樣本總體按照工作日早高峰期、工作 日晚高峰期、工作日非高峰期、工作日晚間、周末白天、周末晚間等時(shí)間 段劃分飽和交通流樣本子集。計(jì)算各樣本子集的均值&、標(biāo)準(zhǔn)差^和極
      小值M/",;
      C2、數(shù)據(jù)處理單元根據(jù)各樣本子集的均值^、標(biāo)準(zhǔn)差^.和極小值7^' ,.
      計(jì)算飽和交通流樣本子集狀態(tài)判別函數(shù)
      判別函數(shù)下限<formula>formula see original document page 10</formula>
      判別函數(shù)上限<formula>formula see original document page 10</formula>
      所述步驟D包括如下詳細(xì)步驟
      Dl、按照步驟A1 A3采集實(shí)時(shí)信號波形和綠燈相位波形;
      D2、數(shù)據(jù)處理單元在綠燈相位時(shí)間內(nèi),將實(shí)時(shí)信號波形劃分為不少于5個(gè)時(shí)間片段,計(jì)算時(shí)間片段交通流向特征參量并構(gòu)造交通流向特征參量 序列。
      所述步驟E包括如下詳細(xì)步驟
      El、數(shù)據(jù)處理單元在步驟D2所產(chǎn)生的交通流向特征參量序列中去掉
      綠燈相位時(shí)間的第一個(gè)起步加速時(shí)間片段(也稱前損失時(shí)間)和最后一個(gè) 可能的減速停車時(shí)間片段(也稱后損失時(shí)間),將剩余的時(shí)間片段作為綠
      相狀態(tài)判斷序列;
      E2、綠相狀態(tài)判斷序列中任意一個(gè)時(shí)間片段,若交通流向特征參量A, 滿足Ae(&,&」,則該時(shí)間片段稱為飽和片段;反之,則稱為非飽和片
      段;
      E3、若某一綠相狀態(tài)判斷序列中沒有飽和片段或只有若干個(gè)不連續(xù)的 飽和片段,表示該交通流向車道內(nèi)沒有或只有少量積存的排隊(duì)車輛,車輛 可以快速通過交叉口 ,則稱該綠相狀態(tài)判斷序列為自由綠相;
      E4、若某一綠相狀態(tài)判斷序列中連續(xù)的飽和片段數(shù)小于總片段數(shù)的 2/3,表示該交通流向車道內(nèi)積存的排隊(duì)車輛可以全部消散,則稱該綠相狀 態(tài)判斷序列為通暢綠相;
      E5、若某一綠相狀態(tài)判斷序列中連續(xù)的飽和片段數(shù)大于總片段數(shù)的 4/5,表示該交通流向車道在綠燈相位時(shí)間一直處于消散排隊(duì)車輛的飽和流 狀態(tài),甚至可能還會(huì)積存一部分排隊(duì)車輛等待下一個(gè)綠燈相位的到來,則 稱該綠相狀態(tài)判斷序列為飽和綠相。
      所述步驟F包括如下詳細(xì)步驟
      Fl、數(shù)據(jù)處理單元將綠相狀態(tài)判斷序列依時(shí)間順序排列,滑動(dòng)判斷交 叉口交通流向的交通狀態(tài)??紤]連續(xù)三個(gè)以上的綠相狀態(tài)判斷序列 F2、若連續(xù)三個(gè)以上的自由綠相,則該交通流向?yàn)樽杂赏ㄐ袪顟B(tài); F3、若連續(xù)三個(gè)以上的自由綠相中包含若干個(gè)通暢綠相,則該交通流 向?yàn)橥〞碃顟B(tài);
      F4、若連續(xù)三個(gè)以上的自由綠相或通暢綠相中包含若干個(gè)不連續(xù)的飽 和綠相,則該交通流向?yàn)檩p度擁擠狀態(tài);
      F5、若連續(xù)三個(gè)以上的自由綠相或通暢綠相中包含連續(xù)二個(gè)飽和綠 相,則該交通流向?yàn)橹卸葥頂D狀態(tài);
      F6、若連續(xù)三個(gè)以上的自由綠相或通暢綠相中包含連續(xù)三個(gè)飽和綠相,則該交通流向?yàn)橹囟葥頂D狀態(tài);
      F7、若綠相狀態(tài)判斷序列中包含了連續(xù)二個(gè)以上的非正常綠相狀態(tài)判
      斷序列,很可能是由于下游路口重度擁擠或堵塞造成車輛排隊(duì)蔓延至本交 叉口使得交通秩序混亂,則該交通流向?yàn)槎氯麪顟B(tài)。
      所述步驟G包括如下詳細(xì)步驟
      Gl、交通狀態(tài)顯示單元采用由冷色至暖色的顏色漸變,可視化地表示
      信號控制路口通暢、擁擠、堵塞狀態(tài)下的車道服務(wù)水平。六種顏色代表六
      級車道服務(wù)水平
      G2、藍(lán)色表示交通流向?yàn)樽杂赏ㄐ袪顟B(tài)時(shí),車道服務(wù)水平為A級; G3、淺藍(lán)色表示交通流向?yàn)橥〞碃顟B(tài)時(shí),車道服務(wù)水平為B級; G4、綠色表示交通流向?yàn)檩p度擁擠狀態(tài)時(shí),車道服務(wù)水平為C級; G5、黃色表示交通流向?yàn)橹卸葥頂D狀態(tài)時(shí),車道服務(wù)水平為D級; G6、橘黃色表示交通流向?yàn)橹囟葥頂D狀態(tài)時(shí),車道服務(wù)為水平E級; G7、紅色表示交通流向?yàn)槎氯麪顟B(tài)時(shí),車道服務(wù)水平為F級。
      本發(fā)明方法適用利用交通實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分析進(jìn)行的各種交通工程技術(shù)活 動(dòng),如短時(shí)間尺度的交通信號控制、交通信息發(fā)布、交通流動(dòng)態(tài)分配、車 輛路徑導(dǎo)航、緊急事件調(diào)度和城市交通運(yùn)行管理,以及中長時(shí)間尺度的交 通組織、交通規(guī)劃、道路維護(hù)和道路改造計(jì)劃等城市道路交通管理及決策活動(dòng)。
      本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術(shù)具有如下的優(yōu)點(diǎn)及效果(1)直觀明了,易于 應(yīng)用;本發(fā)明方法是一種在復(fù)雜環(huán)境下利用交通數(shù)據(jù)特征以評價(jià)城市交通
      系統(tǒng)狀態(tài)的可視化方法,判斷過程簡單、方便,其結(jié)果以可視化形式描述 信號控制交叉口交通流的動(dòng)態(tài)變化趨勢,將交通管理評價(jià)指標(biāo)體系賦予實(shí)
      操性很強(qiáng)的執(zhí)行步驟,非常便于交通管理部門及城市規(guī)劃部門應(yīng)用。(2) 判斷準(zhǔn)確性高;本發(fā)明方法采集持續(xù)時(shí)間不低于35天的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)作為基 礎(chǔ)構(gòu)造和優(yōu)化用于評價(jià)飽和交通流的狀態(tài)判別函數(shù),而且每隔1 3個(gè)月, 均需利用前35天的歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行定期更新和調(diào)整,所以數(shù)據(jù)采集全面, 對交通狀態(tài)反映的準(zhǔn)確性好。(3)適用范圍廣;本發(fā)明適用利用交通實(shí)時(shí) 數(shù)據(jù)分析進(jìn)行的各種交通工程技術(shù)活動(dòng),應(yīng)用面較廣;特別可利用智能交 通系統(tǒng)提供的交通數(shù)據(jù)建立狀態(tài)判別模型,應(yīng)用于治理交通堵塞,從質(zhì)上 提高現(xiàn)有道路網(wǎng)的交通管理水平,以較小的費(fèi)用來改善道路網(wǎng)交通的整體運(yùn)行效率,為道路交通管理提供決策支持。


      圖1為本發(fā)明系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖; 圖2為本發(fā)明方法的流程圖; 圖3為交通流狀態(tài)參量基本圖; 圖4為綠燈相位交通狀態(tài)判別模型;
      圖5為信號控制交叉口交通流向狀態(tài)判別模型及可視化表達(dá); 圖6為城市中心區(qū)交叉口實(shí)施案例交通流向狀態(tài)序列表。
      具體實(shí)施例方式
      下面結(jié)合以城市中心區(qū)信號控制交叉口為實(shí)施案例及附圖對本發(fā)明 作進(jìn)一步詳細(xì)的描述。
      如圖l所示,本發(fā)明基于數(shù)據(jù)特征的城市信號控制路口交通狀態(tài)檢測 和評價(jià)系統(tǒng),基于數(shù)據(jù)特征的城市信號控制路口交通狀態(tài)檢測和評價(jià)系 統(tǒng),包括車輛狀態(tài)檢測單元、控制狀態(tài)監(jiān)測單元、信號采集單元、微處理 單元(tiCPU)、數(shù)據(jù)傳輸單元、數(shù)據(jù)處理單元(CPU)、交通狀態(tài)顯示單 元,其中車輛狀態(tài)檢測單元和控制狀態(tài)監(jiān)測單元并行與信號采集單元信號 連接后,信號采集單元還與微處理單元("CPU)、數(shù)據(jù)傳輸單元、數(shù)據(jù) 處理單元(CPU)、交通狀態(tài)顯示單元依次信號連接,所述微處理單元(u CPU)還與實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)存儲單元信號連接,所述車輛狀態(tài)監(jiān)測單元與交通信 號燈信號連接,所述車輛狀態(tài)檢測單元采集車輛經(jīng)過交通檢測區(qū)域的交通 流的實(shí)時(shí)信號波形。
      所述控制狀態(tài)監(jiān)測單元為交通信號燈控制狀態(tài)監(jiān)測電路,它可監(jiān)測交 通信號燈的燈色狀態(tài)。
      所述車輛狀態(tài)檢測單元為基于地點(diǎn)斷面的車輛運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的交通檢測 器,它可采用各種接觸式或非接觸式交通檢測原理和檢測技術(shù),例如電磁 感應(yīng)式車輛檢測線圈。
      所述微處理單元包括在線傳輸實(shí)時(shí)交通數(shù)據(jù)的接口電路,以及由便攜 式電腦離線傳輸歷史數(shù)據(jù)的接口電路。如圖2所示,由上述本發(fā)明系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)基于數(shù)據(jù)特征的城市信號控制路 口交通狀態(tài)檢測和評價(jià)方法,包括下述步驟——
      A、 在信號控制交叉口特定道路斷面采集持續(xù)時(shí)間不低于35天的實(shí)時(shí) 信號波形,構(gòu)造交通流特征參量;
      B、 對交通流特征參量進(jìn)行信號濾波,獲取飽和交通流的樣本總體;
      C、 計(jì)算飽和交通流的樣本總體的均值、標(biāo)準(zhǔn)差和極值,作為飽和交 通流狀態(tài)判別函數(shù);
      D、 實(shí)時(shí)檢測城市信號控制交叉口交通流向綠燈相位的信號波形,構(gòu) 造交通流向特征參量序列;
      E、 將交通流向特征參量序列代入綠燈相位狀態(tài)判別模型,構(gòu)造綠相 狀態(tài)判斷序列;
      F、 將綠相狀態(tài)判斷序列代入交通流向狀態(tài)判別模型,判斷交叉口交 通流向的交通狀態(tài);
      G、 可視化顯示信號控制交叉口的車道服務(wù)水平。 執(zhí)行步驟A具體包括如下步驟
      Al、在信號控制交叉口西進(jìn)口直行車道,選擇距離停車線上游lm處 設(shè)置交通檢測器。盡量避免在不同流向車輛行駛軌跡交匯處、或受掉頭車 輛影響的路段內(nèi)設(shè)置交通檢測器;
      A2、設(shè)置交通檢測器的交通檢測區(qū)域?yàn)檠剀囕v行駛方向的長度,長度 一般不超過2米,使其能辨識每輛車運(yùn)動(dòng)軌跡;
      A2、設(shè)置交通檢測器的交通檢測區(qū)域?yàn)檠剀囕v行駛方向的長度,以能 辨識每輛車運(yùn)動(dòng)軌跡為宜;
      A3、采用車輛狀態(tài)檢測單元,24小時(shí)不間斷地采集車輛經(jīng)過交通檢 區(qū)域的交通流的實(shí)時(shí)信號波形;采用控制狀態(tài)監(jiān)測單元實(shí)時(shí)監(jiān)測交通信號 燈的綠燈狀態(tài),即交通信號燈的綠燈信號波形;
      A4、信號采集單元分別采集車輛狀態(tài)檢測單元和控制狀態(tài)檢測單元的
      實(shí)時(shí)信號波形、綠燈信號波形,然后輸入微處理單元;
      A5、微處理單元對信號采集單元傳來的實(shí)時(shí)信號波形、綠燈信號波形 進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理,并將預(yù)處理后的交通流和交通信號燈實(shí)時(shí)交通數(shù)據(jù)經(jīng)過 數(shù)據(jù)傳輸單元傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理單元,并同時(shí)保存到實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)存儲單元;
      A6、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)存儲單元保存35天的交通流和交通信號燈實(shí)時(shí)交通數(shù)據(jù),以備一旦數(shù)據(jù)傳輸單元出現(xiàn)故障后,由便攜式電腦接收實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和歷 史數(shù)據(jù);
      A7、如圖3所示,數(shù)據(jù)處理單元選擇35天連續(xù)的歷史數(shù)據(jù)構(gòu)造隨著 交通密度(Occupancy)變化且具有穩(wěn)定極小值的車輛時(shí)距(Headway)作為飽 和交通流特征參量,車輛時(shí)距的單位為秒(sec)。
      執(zhí)行步驟B具體包括如下步驟
      Bl、數(shù)據(jù)處理單元對步驟A7產(chǎn)生的飽和交通流特征參量進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù) 處理,去掉異常值,修復(fù)缺失值,產(chǎn)生有效特征參量;
      B2、數(shù)據(jù)處理單元對步驟B1產(chǎn)生的有效特征參量進(jìn)行信號濾波,去 掉綠燈相位期間起步加速、停車減速、高速行駛通過交叉口等非排隊(duì)車輛 飽和流數(shù)據(jù),以獲取飽和交通流特征參量的樣本總體。
      執(zhí)行步驟C具體包括如下步驟
      Cl、數(shù)據(jù)處理單元將步驟B2的樣本總體按照工作日早高峰期、工作 日晚高峰期、工作日非高峰期、工作日晚間、周末白天、周末晚間等時(shí)間 段劃分飽和交通流樣本子集;選擇工作日晚高峰時(shí)間為17:00:00 19:00:00,計(jì)算該時(shí)間段樣本子集的均值&、標(biāo)準(zhǔn)差^和極小值M^:
      ^ = 2.44 =0.51 M< =1.43
      其中S為工作日晚高峰所屬的數(shù)據(jù)子集。
      C2、數(shù)據(jù)處理單元計(jì)算飽和交通流晚高峰樣本子集狀態(tài)判別函數(shù)下限 和上限,分別為
      判別函數(shù)下限= min {M'"s, (£s - 2as)} = min {1.43,1.42} = 1.42
      判別函數(shù)上限&p5=A+2c7s=3.46
      執(zhí)行步驟D具體包括如下步驟
      Dl、按照步驟A1 A3實(shí)時(shí)采集交叉口西進(jìn)口直行車道交通流信號波 形和綠燈相位波形;
      D2、在晚高峰期間內(nèi),該流向綠相長度根據(jù)交通流量自適應(yīng)調(diào)節(jié) 38s^g^44"則數(shù)據(jù)處理單元選擇時(shí)間片段長度為10s,將綠燈相位期間 交通流信號波形劃分為5個(gè)時(shí)間片段。計(jì)算各時(shí)間片段交通流向特征參量并構(gòu)造交通流向特征參量序列。
      執(zhí)行步驟E具體包括如下步驟
      El、數(shù)據(jù)處理單元在步驟D2所產(chǎn)生的交通流向特征參量序列中去掉
      綠燈相位時(shí)間的第1和第5時(shí)間片段(分別稱前、后損失時(shí)間),由第2 4時(shí)間片段的交通流向特征參量序列代入綠相狀態(tài)判別模型,構(gòu)造綠相狀
      態(tài)判斷序列,如圖4所示;
      E2、綠相狀態(tài)判斷序列中任意一個(gè)時(shí)間片段,若交通流向特征參量A, 滿足^e(^,&),則該時(shí)間片段稱為飽和片段;反之,則稱為非飽和片 段;
      E2、綠相狀態(tài)判斷序列中任意一個(gè)時(shí)間片段,若交通流向特征參量A, 滿足A 則該時(shí)間片段稱為飽和片段;反之,則稱為非飽和片
      段;
      E3、若某一綠相狀態(tài)判斷序列中沒有飽和片段或只有若干個(gè)不連續(xù)的 飽和片段,表示該交通流向車道內(nèi)沒有或只有少量積存的排隊(duì)車輛,車輛 可以快速通過交叉口 ,則稱該綠相狀態(tài)判斷序列為自由綠相;
      E4、若某一綠相狀態(tài)判斷序列中連續(xù)的飽和片段數(shù)小于總片段數(shù)的 2/3,表示該交通流向車道內(nèi)積存的排隊(duì)車輛可以全部消散,則稱該綠相狀 態(tài)判斷序列為通暢綠相;
      E5、若某一綠相狀態(tài)判斷序列中連續(xù)的飽和片段數(shù)大于總片段數(shù)的 4/5,表示該交通流向車道在綠燈相位時(shí)間一直處于消散排隊(duì)車輛的飽和流 狀態(tài),甚至可能還會(huì)積存一部分排隊(duì)車輛等待下一個(gè)綠燈相位的到來,則 稱該綠相狀態(tài)判斷序列為飽和綠相。
      E3、若某一綠相狀態(tài)判斷序列中沒有飽和片段或只有若干個(gè)不連續(xù)的 飽和片段,表示該交通流向車道內(nèi)沒有或只有少量積存的排隊(duì)車輛,車輛 可以快速通過交叉口,則稱該綠相狀態(tài)判斷序列為自由綠相;
      E4、若某一綠相狀態(tài)判斷序列中連續(xù)的飽和片段數(shù)小于總片段數(shù)的 2/3,表示該交通流向車道內(nèi)積存的排隊(duì)車輛可以全部消散,則稱該綠相狀 態(tài)判斷序列為通暢綠相;
      E5、若某一綠相狀態(tài)判斷序列中連續(xù)的飽和片段數(shù)大于總片段數(shù)的 4/5,表示該交通流向車道在綠燈相位時(shí)間一直處于消散排隊(duì)車輛的飽和流狀態(tài),甚至可能還會(huì)積存一部分排隊(duì)車輛等待下一個(gè)綠燈相位的到來,則 稱該綠相狀態(tài)判斷序列為飽和綠相。 執(zhí)行步驟F具體包括如下步驟
      Fl、數(shù)據(jù)處理單元將綠相狀態(tài)判斷序列代入交通流向狀態(tài)判別模型。 選擇連續(xù)三個(gè)綠相狀態(tài)判斷序列作為判別序列,得到西進(jìn)口直行車道交通 流向狀態(tài)序列,如圖5所示
      F2、若連續(xù)三個(gè)的自由綠相,則該交通流向?yàn)樽杂赏ㄐ袪顟B(tài); F3、若連續(xù)三個(gè)的自由綠相中包含若干個(gè)通暢綠相,則該交通流向?yàn)?通暢狀態(tài);
      F4、若連續(xù)三個(gè)的自由綠相或通暢綠相中包含若干個(gè)不連續(xù)的飽和綠 相,則該交通流向?yàn)檩p度擁擠狀態(tài);
      F5、若連續(xù)三個(gè)的自由綠相或通暢綠相中包含連續(xù)二個(gè)飽和綠相,則 該交通流向?yàn)橹卸葥頂D狀態(tài);
      F6、若連續(xù)三個(gè)的自由綠相或通暢綠相中包含連續(xù)三個(gè)飽和綠相,則 該交通流向?yàn)橹囟葥頂D狀態(tài);
      F7、若綠相狀態(tài)判斷序列中包含了連續(xù)二個(gè)以上的非正常綠相狀態(tài)判 斷序列,很可能是由于下游路口重度擁擠或堵塞造成車輛排隊(duì)蔓延至本交 叉口使得交通秩序混亂,則該交通流向?yàn)槎氯麪顟B(tài)。
      執(zhí)行步驟G具體包括如下步驟
      Gl、交通狀態(tài)顯示單元采用冷色至暖色的顏色漸變,可視化地表示信 號控制路口通暢、擁擠、堵塞狀態(tài)下的車道服務(wù)水平。六種顏色代表六級 車道服務(wù)水平,如圖5所示
      G2、藍(lán)色表示交通流向?yàn)樽杂赏ㄐ袪顟B(tài)時(shí),車道服務(wù)水平為A級; G3、淺藍(lán)色表示交通流向?yàn)橥〞碃顟B(tài)時(shí),車道服務(wù)水平為B級; G4、綠色表示交通流向?yàn)檩p度擁擠狀態(tài)時(shí),車道服務(wù)水平為C級; G5、黃色表示交通流向?yàn)橹卸葥頂D狀態(tài)時(shí),車道服務(wù)水平為D級; G6、橘黃色表示交通流向?yàn)橹囟葥頂D狀態(tài)時(shí),車道服務(wù)為水平E級; G7、紅色表示交通流向?yàn)槎氯麪顟B(tài)時(shí),車道服務(wù)水平為F級。 圖6為城市中心區(qū)交叉口實(shí)施案例在工作日晚高峰時(shí)間段內(nèi) (17:00:00 19:30:00)的交通流向狀態(tài)序列表。
      本發(fā)明方法適用利用交通實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分析進(jìn)行的各種交通工程技術(shù)活動(dòng),如短時(shí)間尺度的交通信號控制、交通信息發(fā)布、交通流動(dòng)態(tài)分配、車 輛路徑導(dǎo)航、緊急事件調(diào)度和城市交通運(yùn)行管理,以及中長時(shí)間尺度的交 通組織、交通規(guī)劃、道路維護(hù)和道路改造計(jì)劃等城市道路交通管理及決策 活動(dòng)。
      上述實(shí)施例為本發(fā)明較佳的實(shí)施方式,但本發(fā)明的實(shí)施方式并不受上 述實(shí)施例的限制,其他的任何未背離本發(fā)明的精神實(shí)質(zhì)與原理下所作的改 變、修飾、替代、組合、簡化,均應(yīng)為等效的置換方式,都包含在本發(fā)明 的保護(hù)范圍之內(nèi)。
      權(quán)利要求
      1、基于數(shù)據(jù)特征的城市信號控制路口交通狀態(tài)檢測和評價(jià)系統(tǒng),其特征在于包括車輛狀態(tài)檢測單元、控制狀態(tài)監(jiān)測單元、信號采集單元、微處理單元、數(shù)據(jù)傳輸單元、數(shù)據(jù)處理單元、交通狀態(tài)顯示單元,其中車輛狀態(tài)檢測單元和控制狀態(tài)監(jiān)測單元并行與信號采集單元信號連接后,信號采集單元還與微處理單元、數(shù)據(jù)傳輸單元、數(shù)據(jù)處理單元、交通狀態(tài)顯示單元依次信號連接,所述微處理單元還與實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)存儲單元信號連接,所述控制狀態(tài)監(jiān)測單元與交通信號燈信號連接。
      2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于數(shù)據(jù)特征的城市信號控制路口交通狀 態(tài)檢測和評價(jià)系統(tǒng),其特征在于所述微處理單元包括在線傳輸實(shí)時(shí)交通 數(shù)據(jù)的接口電路,以及由便攜式電腦離線傳輸歷史數(shù)據(jù)的接口電路。
      3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于數(shù)據(jù)特征的城市信號控制路口交通狀態(tài)檢測和評價(jià)系統(tǒng),其特征在于所述車輛狀態(tài)檢測單元為基于地點(diǎn)斷面 的車輛運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的交通檢測器。
      4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于數(shù)據(jù)特征的城市信號控制路口交通狀 態(tài)檢測和評價(jià)系統(tǒng),其特征在于所述控制狀態(tài)監(jiān)測單元為交通信號燈控 制狀態(tài)監(jiān)測電路。
      5、 利用權(quán)利要求1 4任一項(xiàng)所述系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的基于數(shù)據(jù)特征的城市信 號控制路口交通狀態(tài)檢測和評價(jià)方法,其特征在于包括下述步驟——A、 在信號控制交叉口特定道路斷面采集持續(xù)時(shí)間不低于35天的實(shí)時(shí) 信號波形,構(gòu)造交通流特征參量;B、 對交通流特征參量進(jìn)行信號濾波,獲取飽和交通流的樣本總體;C、 計(jì)算飽和交通流的樣本總體的均值、標(biāo)準(zhǔn)差和極值,作為飽和交 通流狀態(tài)判別函數(shù);D、 實(shí)時(shí)檢測城市信號控制交叉口交通流向綠燈相位的信號波形,構(gòu) 造交通流向特征參量序列;E、 將交通流向特征參量序列代入綠燈相位狀態(tài)判別模型,構(gòu)造綠相 狀態(tài)判斷序列;F、 將綠相狀態(tài)判斷序列代入交通流向狀態(tài)判別模型,判斷交叉口交 通流向的交通狀態(tài);G、可視化顯示信號控制交叉口的車道服務(wù)水平。
      6、根據(jù)權(quán)利要求5所述基于數(shù)據(jù)特征的城市信號控制路口交通狀態(tài)檢測和評價(jià)方法,其特征在于所述步驟A包括如下具體步驟Al、在信號控制交叉口入口車道選擇距離停車線不大于20米的路段 設(shè)置交通檢測器;盡量避免在不同流向車輛行駛軌跡交匯處、或受掉頭車 輛影響的路段內(nèi)設(shè)置交通檢測器;A2、設(shè)置交通檢測器的交通檢測區(qū)域?yàn)檠剀囕v行駛方向的長度,以能 辨識每輛車運(yùn)動(dòng)軌跡為宜;A3、車輛狀態(tài)檢測單元采集車輛經(jīng)過交通檢測區(qū)域的交通流的實(shí)時(shí)信 號波形;控制狀態(tài)監(jiān)測單元采集交通信號燈的綠燈信號波形;選取采集時(shí) 間不低于5周/ 7天/ 24小時(shí)的連續(xù)檢測時(shí)間;A4、信號采集單元分別采集車輛狀態(tài)檢測單元和控制狀態(tài)檢測單元的 實(shí)時(shí)信號波形、綠燈信號波形,然后輸入微處理單元;A5、微處理單元對信號采集單元傳來的實(shí)時(shí)信號波形、綠燈信號波形 進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理,并將預(yù)處理后的交通流和交通信號燈實(shí)時(shí)交通數(shù)據(jù)經(jīng)過 數(shù)據(jù)傳輸單元傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理單元,并同時(shí)保存到實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)存儲單元;A6、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)存儲單元保存不少于7天的交通流和交通信號燈實(shí)時(shí)交 通數(shù)據(jù),以備一旦數(shù)據(jù)傳輸單元出現(xiàn)故障后,由便攜式電腦接收實(shí)時(shí)數(shù)據(jù) 和歷史數(shù)據(jù);A7、數(shù)據(jù)處理單元根據(jù)數(shù)據(jù)傳輸單元傳來的數(shù)據(jù)構(gòu)造隨著交通密度變 化且具有穩(wěn)定極小值的車輛時(shí)距作為飽和交通流特征參量; 所述步驟B包括如下具體步驟Bl、數(shù)據(jù)處理單元對步驟A7產(chǎn)生的飽和交通流特征參量進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù) 處理,去掉異常值,修復(fù)缺失值,產(chǎn)生有效特征參量;B2、數(shù)據(jù)處理單元對步驟B1產(chǎn)生的有效特征參量進(jìn)行信號濾波,去 掉綠燈相位期間的非排隊(duì)車輛飽和流數(shù)據(jù),獲取飽和交通流特征參量的樣 本總體。所述步驟C包括如下步驟Cl、數(shù)據(jù)處理單元將步驟B2的樣本總體按照工作日早高峰期、工作 日晚高峰期、工作日非高峰期、工作日晚間、周末白天、周末晚間劃分飽和交通流樣本子集;計(jì)算各樣本子集的均值&、標(biāo)準(zhǔn)差…和極小值JW^;C2、數(shù)據(jù)處理單元根據(jù)各樣本子集的均值&、標(biāo)準(zhǔn)差。,和極小值M/", 計(jì)算飽和交通流樣本子集狀態(tài)判別函數(shù)判別函數(shù)下限=min{M/",.,(£, -2CT,)}判別函數(shù)上限=《+2^7, 所述步驟D包括如下詳細(xì)步驟Dl、按照步驟A1 A3采集實(shí)時(shí)信號波形和綠燈相位波形;D2、數(shù)據(jù)處理單元在綠燈相位時(shí)間內(nèi),將實(shí)時(shí)信號波形劃分為不少于5個(gè)時(shí)間片段,計(jì)算時(shí)間片段交通流向特征參量并構(gòu)造交通流向特征參量序列;所述步驟E包括如下詳細(xì)步驟El、數(shù)據(jù)處理單元在步驟D2所產(chǎn)生的交通流向特征參量序列中去掉 綠燈相位時(shí)間的第一個(gè)起步加速時(shí)間片段和最后一個(gè)可能的減速停車時(shí) 間片段,將剩余的時(shí)間片段作為綠相狀態(tài)判斷序列;E2、綠相狀態(tài)判斷序列中任意一個(gè)時(shí)間片段,若交通流向特征參量A, 滿足A 則該時(shí)間片段稱為飽和片段;反之,則稱為非飽和片段;E3 、若某一綠相狀態(tài)判斷序列中沒有飽和片段或只有若干個(gè)不連續(xù)的 飽和片段,表示該交通流向車道內(nèi)沒有或只有少量積存的排隊(duì)車輛,車輛 可以快速通過交叉口 ,則稱該綠相狀態(tài)判斷序列為自由綠相;E4、若某一綠相狀態(tài)判斷序列中連續(xù)的飽和片段數(shù)小于總片段數(shù)的 2/3,表示該交通流向車道內(nèi)積存的排隊(duì)車輛可以全部消散,則稱該綠相狀 態(tài)判斷序列為通暢綠相;E5、若某一綠相狀態(tài)判斷序列中連續(xù)的飽和片段數(shù)大于總片段數(shù)的 4/5,表示該交通流向車道在綠燈相位時(shí)間一直處于消散排隊(duì)車輛的飽和流 狀態(tài),則稱該綠相狀態(tài)判斷序列為飽和綠相;所述步驟F包括如下詳細(xì)步驟Fl、數(shù)據(jù)處理單元將綠相狀態(tài)判斷序列依時(shí)間順序排列,滑動(dòng)判斷交 叉口交通流向的交通狀態(tài);考慮連續(xù)三個(gè)以上的綠相狀態(tài)判斷序列 F2、若連續(xù)三個(gè)以上的自由綠相,則該交通流向?yàn)樽杂赏ㄐ袪顟B(tài);F3、若連續(xù)三個(gè)以上的自由綠相中包含若干個(gè)通暢綠相,則該交通流 向?yàn)橥〞碃顟B(tài);F4、若連續(xù)三個(gè)以上的自由綠相或通暢綠相中包含若干個(gè)不連續(xù)的飽 和綠相,則該交通流向?yàn)檩p度擁擠狀態(tài);F5、若連續(xù)三個(gè)以上的自由綠相或通暢綠相中包含連續(xù)二個(gè)飽和綠 相,則該交通流向?yàn)橹卸葥頂D狀態(tài);F6、若連續(xù)三個(gè)以上的自由綠相或通暢綠相中包含連續(xù)三個(gè)飽和綠 相,則該交通流向?yàn)橹囟葥頂D狀態(tài);F7、若綠相狀態(tài)判斷序列中包含了連續(xù)二個(gè)以上的非正常綠相狀態(tài)判 斷序列,很可能是由于下游路口重度擁擠或堵塞造成車輛排隊(duì)蔓延至本交 叉口使得交通秩序混亂,則該交通流向?yàn)槎氯麪顟B(tài);所述步驟G包括如下詳細(xì)步驟Gl、交通狀態(tài)顯示單元采用由冷色至暖色的顏色漸變,可視化地表示 信號控制路口通暢、擁擠、堵塞狀態(tài)下的車道服務(wù)水平。
      7、 根據(jù)權(quán)利要求6所述基于數(shù)據(jù)特征的城市信號控制路口交通狀態(tài) 檢測和評價(jià)方法,其特征在于步驟B2所述的非排隊(duì)車輛飽和流數(shù)據(jù)包 括綠燈相位期間起步加速數(shù)據(jù)、停車減速數(shù)據(jù)、高速行駛通過交叉口數(shù)據(jù)。
      8、 根據(jù)權(quán)利要求6所述基于數(shù)據(jù)特征的城市信號控制路口交通狀態(tài) 檢測和評價(jià)方法,其特征在于步驟G1所述的交通狀態(tài)顯示單元采用由 冷色至暖色的顏色漸變,可視化地表示信號控制路口通暢、擁擠、堵塞狀 態(tài)下的車道服務(wù)水平,其具體表示方法是用六種顏色代表六級車道服務(wù)水 平,即G2、藍(lán)色表示交通流向?yàn)樽杂赏ㄐ袪顟B(tài)時(shí),車道服務(wù)水平為A級; G3、淺藍(lán)色表示交通流向?yàn)橥〞碃顟B(tài)時(shí),車道服務(wù)水平為B級;G4、綠色表示交通流向?yàn)檩p度擁擠狀態(tài)時(shí),車道服務(wù)水平為C級;G5、黃色表示交通流向?yàn)橹卸葥頂D狀態(tài)時(shí),車道服務(wù)水平為D級; G6、橘黃色表示交通流向?yàn)橹囟葥頂D狀態(tài)時(shí),車道服務(wù)為水平E級; G7、紅色表示交通流向?yàn)槎氯麪顟B(tài)時(shí),車道服務(wù)水平為F級。
      9、 根據(jù)權(quán)利要求5 8任一項(xiàng)所述的基于數(shù)據(jù)特征的城市信號控制路 口交通狀態(tài)檢測和評價(jià)方法的應(yīng)用,其特征在于用于利用交通實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分析進(jìn)行的各種交通工程技術(shù)活動(dòng)。
      10、根據(jù)權(quán)利要求9所述的應(yīng)用,其特征在于所述交通工程技術(shù)活 動(dòng)為短時(shí)間尺度的交通信號控制、交通信息發(fā)布、交通流動(dòng)態(tài)分配、車輛 路徑導(dǎo)航、緊急事件調(diào)度和城市交通運(yùn)行管理,以及中長時(shí)間尺度的交通 組織、交通規(guī)劃、道路維護(hù)和道路改造計(jì)劃等城市道路交通管理及決策活 動(dòng)。
      全文摘要
      本發(fā)明提供基于數(shù)據(jù)特征的城市信號控制路口交通狀態(tài)檢測和評價(jià)系統(tǒng)及其方法與應(yīng)用,本發(fā)明系統(tǒng)包括車輛狀態(tài)檢測單元、控制狀態(tài)監(jiān)測單元、信號采集單元、微處理單元、數(shù)據(jù)傳輸單元、數(shù)據(jù)處理單元、交通狀態(tài)顯示單元,其中車輛狀態(tài)檢測單元和控制狀態(tài)監(jiān)測單元并行與信號采集單元信號連接后,信號采集單元還與微處理單元、數(shù)據(jù)傳輸單元、數(shù)據(jù)處理單元、交通狀態(tài)顯示單元依次信號連接,所述微處理單元還與實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)存儲單元信號連接,所述控制狀態(tài)監(jiān)測單元與交通信號燈信號連接。本發(fā)明方法適用利用交通實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分析進(jìn)行的各種交通工程技術(shù)活動(dòng),具有直觀明了、易于應(yīng)用、判斷準(zhǔn)確性高、適用范圍廣的優(yōu)點(diǎn)。
      文檔編號G08G1/01GK101419750SQ200810198919
      公開日2009年4月29日 申請日期2008年9月28日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月28日
      發(fā)明者葉麗萍, 翁小雄 申請人:華南理工大學(xué)
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