城市交通信號(hào)燈智能監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

楊久清+韓麗英

摘要：交通信號(hào)系統(tǒng)是現(xiàn)代城市必不可少的公共基礎(chǔ)設(shè)施，更是智慧城市的重要組成部分。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，公眾對(duì)交通綠色環(huán)保性及智能化要求越來(lái)越高。本文介紹了基于太陽(yáng)能供電的城市交通信號(hào)燈監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)，給出了系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)圖，說(shuō)明了系統(tǒng)功能，闡述了系統(tǒng)中的現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行單元和監(jiān)控指揮中心單元功能實(shí)現(xiàn)原理，實(shí)現(xiàn)了城市交通信號(hào)燈的智能化監(jiān)控管理。

關(guān)鍵詞：城市交通 執(zhí)行單元 智能監(jiān)控

中圖分類號(hào)：TP273 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2016）12-0016-01

1 引言

交通信號(hào)系統(tǒng)是現(xiàn)代城市必不可少的公共基礎(chǔ)設(shè)施，更是智慧城市的重要組成部分。隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展，公眾對(duì)交通智能化要求越來(lái)越高，同時(shí)，隨著城市建設(shè)規(guī)模的擴(kuò)大，交通信號(hào)燈的數(shù)量也隨之增加，特別是一些新建城區(qū)，電力設(shè)施配套不完善，不能提供穩(wěn)定的電力供應(yīng)，基于傳統(tǒng)市電的信號(hào)燈需要穿線施工，影響路面設(shè)施，也增加了施工難度。利用太陽(yáng)能供電，可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的全“無(wú)線化”，施工方便，節(jié)能環(huán)保。另外，系統(tǒng)采用無(wú)線透?jìng)髂K實(shí)現(xiàn)路口內(nèi)各信號(hào)機(jī)之間的通信和協(xié)同，采用GPRS通信方式實(shí)現(xiàn)與指揮中心的聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程智能監(jiān)控。

2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)由現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行部分和監(jiān)控指揮中心部分組成，監(jiān)控指揮中心由一臺(tái)電腦，運(yùn)行自行研發(fā)的客戶端軟件，通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)與現(xiàn)場(chǎng)部分進(jìn)行實(shí)時(shí)信息交換，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控功能?，F(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行部分采用模塊化設(shè)計(jì)，由主控機(jī)和從機(jī)組成，如圖1所示，主控機(jī)采用GPRS無(wú)線傳輸方式與指揮控制中心傳遞監(jiān)控信息，主控機(jī)與從機(jī)之間采用本地?zé)o線通信模塊傳遞運(yùn)行指令和監(jiān)控信息，中央處理器按照指揮中心的運(yùn)行方案驅(qū)動(dòng)信號(hào)燈運(yùn)行，主控機(jī)同時(shí)協(xié)調(diào)其它從機(jī)進(jìn)行工作，地磁感應(yīng)器用來(lái)檢測(cè)車流量，以實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)控制路口信號(hào)燈功能。電源管理主要是對(duì)太陽(yáng)能板和蓄電池進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控和充放電、過(guò)壓、欠壓做出處理。

3 功能設(shè)計(jì)

3.1 現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行單元

（1）與指揮中心的遠(yuǎn)程信息傳輸。系統(tǒng)通過(guò)GPRS方式，利用電信運(yùn)營(yíng)商公網(wǎng)傳輸信息。指揮中心將規(guī)劃好的運(yùn)行方案下發(fā)給制定路口，給路口主控機(jī)接受指揮中心的運(yùn)行方案數(shù)據(jù)，中央處理器進(jìn)行存儲(chǔ)。本地信號(hào)燈的運(yùn)行狀態(tài)、電源系統(tǒng)狀態(tài)和車流量等信息通過(guò)GPRS模塊傳輸至指揮中心。

（2）本地信息傳輸。本地信息傳輸是通過(guò)無(wú)線透?jìng)髂K實(shí)現(xiàn)的，無(wú)線透?jìng)髂K具有體積小、實(shí)時(shí)性強(qiáng)、低功耗等特點(diǎn)，覆蓋范圍一般在一公里，完全滿足路口內(nèi)各信號(hào)機(jī)通訊需要。一個(gè)路口只設(shè)置一個(gè)主控機(jī)，其它為從機(jī)，從機(jī)由主控機(jī)來(lái)協(xié)同指揮，執(zhí)行指揮中心的運(yùn)行方案或?qū)崟r(shí)指令。各從機(jī)將本機(jī)的地磁感應(yīng)信息、電源信息實(shí)時(shí)報(bào)送給主控機(jī)。考慮到無(wú)線通訊的抗干擾問(wèn)題，除每個(gè)路口設(shè)定一個(gè)頻點(diǎn)外，還為每個(gè)路口設(shè)定一個(gè)地址碼，收發(fā)信息時(shí)，在數(shù)據(jù)包前加上地址碼以保證信息準(zhǔn)確。

（3）信號(hào)燈驅(qū)動(dòng)。采用大功率場(chǎng)效應(yīng)管，要注意散熱。采用D/A轉(zhuǎn)換技術(shù)，調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)電壓，實(shí)現(xiàn)白天和夜間燈具亮度的調(diào)節(jié)，白天信號(hào)燈亮度高，即提高驅(qū)動(dòng)電壓，使人在光線較強(qiáng)的時(shí)候便于觀察信號(hào)燈；夜間信號(hào)燈亮度降低，不至于由于信號(hào)燈亮度過(guò)高使人感到刺眼。在滿足人性化設(shè)計(jì)的同時(shí)，也達(dá)到了節(jié)能的目的。

（4）地磁感應(yīng)。地磁感應(yīng)器預(yù)埋在車道中間，一般在距離路口50米至100米處，車輛通過(guò)時(shí)，地磁感應(yīng)器會(huì)產(chǎn)生一個(gè)脈沖信號(hào)，中央處理器根據(jù)整個(gè)路口不同方向的車流情況，實(shí)時(shí)調(diào)整信號(hào)燈的放行時(shí)間，提高路口通行能力。

（5）電源管理功能。太陽(yáng)能板的輸出受光線影響大，標(biāo)稱為24V的太陽(yáng)能板，在光線充足時(shí)太陽(yáng)能板輸出一般為30V左右，光線不足時(shí)輸出電壓較低，所以需要有蓄電池來(lái)支持系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。中央處理器除了對(duì)蓄電池的充電控制管理外，還要監(jiān)測(cè)蓄電池的工作狀態(tài)，特別是要監(jiān)控蓄電池的輸出電壓，當(dāng)輸出電壓欠壓時(shí)，要向指揮中心告警，如果欠壓超過(guò)設(shè)定值（12V蓄電池不能低于11.5V），系統(tǒng)將整個(gè)路口運(yùn)行在“黃閃”狀態(tài)以保護(hù)蓄電池。環(huán)境溫度對(duì)蓄電池的影響較大，在電源管理模塊中，加入溫度傳感器用于檢測(cè)溫度，為綜合分析電源管理提供有效參考。另外，有相當(dāng)一部分蓄電池被置于地下，極易被雨雪等積水浸泡造成損壞，因此在設(shè)計(jì)是加入了水浸傳感器，及時(shí)檢測(cè)并發(fā)出水浸告警。

3.2 監(jiān)控指揮中心單元

監(jiān)控指揮中心通過(guò)一臺(tái)電腦，運(yùn)行自行研發(fā)的客戶端軟件，通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)與現(xiàn)場(chǎng)部分進(jìn)行實(shí)時(shí)信息交換，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控功能。

運(yùn)行方案設(shè)置。監(jiān)控指揮中心根據(jù)指定路口的具體情況，設(shè)置運(yùn)行方案，包括運(yùn)行時(shí)段、運(yùn)行模式、綠通道、燈具的驅(qū)動(dòng)電壓等數(shù)據(jù)設(shè)置。設(shè)置數(shù)據(jù)通過(guò)GPRS網(wǎng)下發(fā)至現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行系統(tǒng)。

（1）系統(tǒng)支持多時(shí)段運(yùn)行方案，根據(jù)實(shí)際路況條件，可以設(shè)置早高峰、平峰、晚高峰、深夜等不同時(shí)段，最多可支持16個(gè)時(shí)段方案，通過(guò)不同方案的運(yùn)行策略，有效調(diào)整不同方向的放行時(shí)間，組合出科學(xué)合理的通行方案，以提高路口通行能力和道路利用效率。

（2）支持遠(yuǎn)程“特勤”功能，在有特殊緊急情況時(shí)，需要某些路段的某一方向強(qiáng)制通行，在指控中心的協(xié)調(diào)下，可以將指定路口的某個(gè)方向設(shè)定為綠燈，形成“綠通道”。

（3）設(shè)置白天和夜間燈具的驅(qū)動(dòng)電壓。

（4）實(shí)時(shí)接收來(lái)自各個(gè)路口的現(xiàn)場(chǎng)信息，顯示轄區(qū)內(nèi)各路口信號(hào)燈運(yùn)行狀態(tài)，通過(guò)聲、光手段提示告警信息等。

（5）可以對(duì)單個(gè)指定路口進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，直觀顯示指定路口運(yùn)行狀態(tài)，發(fā)送控制指令，實(shí)現(xiàn)“特勤”的綠通道控制。

4 結(jié)語(yǔ)

該系統(tǒng)在吉林省長(zhǎng)春市凈月區(qū)使用，運(yùn)行效果良好，為城市交通智能、智慧化管理取得很好的社會(huì)效益，具有一定推廣使用價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

[1]保麗霞.智能交通集成控制與管理.上海：同濟(jì)大學(xué)出版社，2012.08.

[2]鄒力.物聯(lián)網(wǎng)與智能交通[M].北京：電子工業(yè)出版社，2012.06.