CN105788297A - 智能交通信号灯系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种智能交通信号灯系统，其中包括数个智能交通信号灯和外部信号机，智能交通信号灯包括控制模块、内嵌式智能图像分析器，内嵌式智能像机采集各种交通信息数据；控制模块将各种交通信息数据转换为外部信号机能够识别的交通数据流，并将交通数据流发送至外部信号机，以及处理外部信号机发送的灯色状态显示信息和同步控制指令，外部信号机将灯色状态显示信息和同步控制指令发送至相应的智能交通信号灯。采用本发明的智能交通信号灯系统，实现自身监控数据与外部信号机的联动，而不是单向被动受控，简化信号机电路设计，实时监测和预警，功能多样化，为之后的数据分析提供依据，实现多个交通信号灯远程控制，具有更广泛的应用范围。

Description

智能交通信号灯系统

技术领域

本发明涉及智能交通控制领域，具体是指一种智能交通信号灯系统。

背景技术

道路交通信号灯是交通安全产品中的一个类别，是为了加强道路交通管理，减少交通事故的发生，提高道路使用效率，改善交通状况的一种重要工具。适用于十字、丁字等交叉路口，由前端交通信号控制机控制，指导车辆和行人安全有序地通行。信号灯的种类目前以LED灯为主，原先以白炽灯为主。

目前的道路交通信号灯只是一个被动执行单元，必须由前端交通信号控制机控制才能运行。所有的控制和监控功能由信号机完成。这样的做法存在几个问题：

1.需要外部控制设备，否则无法独立工作；

2.对交通信号控制机的要求较高，首先是同步性上要求较高，否则会存在不同方向灯颜色不同步现象；

3.驱动能力可能需要多达几十路的信号灯；对信号机的稳定性、复杂度的设计有较大的挑战。

4.信号灯的故障检测要求较高，信号控制机需要复杂的故障检测功能才能实现故障监控。

5.与路口其他交通设备不兼容，比如监控设备和闯红灯设备。

发明内容

本发明的目的是克服了上述现有技术的缺点，提供了一种让信号灯单独具有控制功能和数据采集功能，实现自身检测、故障报警和数据转换，外部信号确保信号灯显示正确，且可以扩容其它外部设备的智能交通信号灯系统。

为了实现上述目的，本发明的智能交通信号灯系统具有如下构成：

该智能交通信号灯系统，其主要特点是，所述的系统包括控制模块和内嵌式智能图像分析器，所述的控制模块与所述的内嵌式智能像机之前建立连接，所述的控制模块还与外部信号机建立连接，其中：

所述的内嵌式智能像机，用以采集各种交通信息数据；

所述的控制模块，用以将各种交通信息数据转换为所述的外部信号机能够识别的交通数据流，并将所述的交通数据流发送至所述的外部信号机，以及处理所述的外部信号机发送的控制指令。

进一步地，所述的智能交通信号灯系统还包括灯驱动模块和灯检测模块，所述的灯驱动模块和灯检测模块均与所述的控制模块连接。

更进一步地，所述的灯检测模块用以对所述的智能信号灯进行灯电流检测、灯电压检测、外部通信检测以及内嵌式智能图像分析器运行状态检测，并将检测数据发送至所述的控制模块。

进一步地，所述的交通信息数据包括路况监控信息数据、报警信息数据和交通流量信息数据。

进一步地，所述的控制模块与所述的外部信号机之间通过RS485接口、网口或者无线通信协议建立连接。

进一步地，所述的控制模块与所述的内嵌式智能像机之间通过RS232接口或者网口建立连接。

进一步地，所述的智能交通信号灯系统还包括数个预留接口，用以驱动控制数个外部设备。

采用了该发明中的智能交通信号灯系统，实现更为复杂的路口控制功能，简化交通信号控制机的设计要求，同时可以配合交通信号控制机完成一些系统联动功能，主要实现的以下技术效果：

1.智能化交通信号灯，自身实现故障检测、数据转换和信号灯驱动功能等；

2.简化交通信号控制电路，只需要控制线即可控制信号灯和获取信号灯状态，而不是以往的供电线控制；

3.内嵌智能图像分析器，进行路口的数据采集和路口状态的判断，即单个交通信号灯集成了交通流量采集功能以及路口交通状况监控功能，系统集成度更高，实现信号控制与路口监控系统合二为一，现场不再需要两套设备两个机箱来实现，减少了施工量也减少了多余系统的开支。考虑到监控机箱的价格，每个路口可以节约的成本在2000元以上；

4.实现自身监控数据与外部信号机的联动，与交通信号控制器之间存在控制数据的传递而不是单向被动受控；

5.减少信号机的设计需求，不再需要信号机提供复杂的电路来驱动信号灯以及检测信号灯的工作状态，可以是信号机的设计复杂度、成本和功耗减少至少40％；

6.可以提供更丰富的功能，比如路口监控发现拥堵，可以及时发送给相邻路口进行分流等等，这些都是目前交通信号灯所做不到的。

附图说明

图1为本发明的传统交通信号控制系统的结构框图。

图2为本发明的改进后的交通信号控制系统的结构框图。

图3为本发明的智能交通信号灯系统的结构框图。

具体实施方式

为了能够更清楚地描述本发明的技术内容，下面结合具体实施例来进行进一步的描述。

如图1所示，在传统的交通信号控制系统中，现场需要配置交通信号灯以及前端交通信号控制机，如果要实现现场流量监控，还需要配置流量监控检测设备来实现路口监控和路口流量检测，前端交通信号控制机的内部结构非常复杂，以实现多路的信号灯驱动以及信号灯工作状态检测。

为了解决传统交通信号灯和前端交通信号控制机配合存在的缺陷，其改进的设想如图2所示，智能交通信号灯集成了独立的灯驱动模块和灯检测模块，还集成了嵌入式智能图像分析器来实现路口交通监控和路口流量检测功能，再配合简化的前端交通信号控制器(即外部信号机)便可以实现智能信号灯指示、前端交通流检测和路面状态监控的一体化设计。

智能交通信号灯与传统交通信号灯相比，有三个显著的特点：

a.存在一块控制模块，实现其智能化的部分；

b.内嵌智能像机，实现对路面状态的监控；

c.与交通信号控制器之间传递控制数据而不是被动受控。

基于上述设想，在一种实施方式中，如图3所示，在现有的交通信号灯产品中嵌入一个控制模块，由控制模块实现信号灯的控制和监控功能。这种方式简化了信号机对信号灯的驱动能力，也大大增加了交通信号灯可以实现的功能，实现多样化功能设计，这种方式也允许了信号灯中可以内嵌智能图像分析器，用以对道路交通状况的监控和交通流量信息的采集，同时，其它各个功能模块也能集成在一个交通信号灯内。

其中信号灯模块可以采用现成成熟的LED信号灯产品，单个灯的功耗在20w左右。

在交通信号灯内嵌入一个功能较为强大的控制模块，可以采用Cortex-m0内核或者ARM7内核的芯片，控制模块实现以下几个功能：

1)与外部信号机之间进行通信，实现交通信号灯的故障信息，状态信息和控制信息上传，一般采用RS485接口、网口或者无线通信协议建立连接；

2)与内嵌式智能图像分析器(可以为智能相机或者智能高清摄像机)之间进行通信，实现路况监控信息的下传，并且转换为信号机识别的交通数据流，一般采用RS232接口或者网口建立连接；

3)故障检测功能，包括对信号灯的灯电流灯电压检测、通信检测以及内嵌式智能图像分析器运行状态的检测等等；

4)信号灯同步功能，可以同步电源的50Hz信号，确保各个方向信号灯之间能够同步显示；

由于目前的信号灯的控制方式是一台信号控制器统一控制各个方向信号灯，故不需要加入电源同步功能，而在本发明中，信号灯有各自的控制模块，需要同步控制指令来控制各个方向上的红绿灯变化保持一致，否则会出现全红或者全绿等容易出现事故的现象，该信号灯同步技术是采用电源同步技术实现，使得各个信号灯可以保持一致，具体的实现方式如下：

各个信号灯内部存在一个电源峰值和过零检测电路，用于提取50Hz同步信号，在接收外部信号机发送过来的同步控制指令(一般为同步定位值)后，对50Hz同步信号进行计数，当到达同步定位值时显示外部信号机发送过来的灯色显示信息。从速率上来说，只要保证四个方向的同步控制指令在20ms内发送到达即可。假设一个同步控制指令含包头包尾8个字节，则传输带宽要求达到13300bps即可。而485的传输带宽在19200bps时可以传输400米距离，完全满足要求。通过这一机制，可以有效保证各个方向信号灯同步进行变化，而不会出现全绿或者全红的情况；

5)提供预留接口，便于驱动各外部设备，例如连接路口诱导屏，将路口的流量信息发送给路口诱导屏，以便指示后续车辆绕道行驶。

在交通信号灯再内嵌入一个内嵌式智能图像分析器，内嵌式智能图像分析器可以采用高清智能摄像机或相机，其实现以下三种功能：

1)实时传递监控信息，便于中心对路面的情况进行了解和分析；

2)传递突发事件的报警信息，比如交通事故，路口拥堵，滞留物等等，便于交警部门更快的介入现场进行处理；

3)传递交通流量信息，通过信号灯中的控制模块转换为外部信号机可识别的交通数据流，便于外部信号机获取路口流量，自适应控制现场的放行时间。

在实际应用中，智能交通信号灯内部存在控制模块，使得外部信号机可以通过网络/RS485接口/无线接口与其进行数据传递，外部信号机将当前显示的灯色状态和同步指令告知各个信号灯，信号灯根据指令驱动各自的LED交通信号灯。控制模块对信号灯的运行情况进行实时监控，并主动上传故障信息，外部信号机接收到故障信息后，进入故障上报及降级运行的过程。在智能交通信号灯正常运行时，智能信号灯中的内嵌式智能图像分析器会实时监控路面车流量情况，控制模块将该情况转换为外部信号机可识别的数据，并传递给外部信号机，然后，外部信号机根据流量信息进行感应控制等操作。

采用了该发明中的智能交通信号灯系统，实现更为复杂的路口控制功能，简化交通信号控制机的设计要求，同时可以配合交通信号控制机完成一些系统联动功能，主要实现的以下技术效果：

1.智能化交通信号灯，自身实现故障检测、数据转换和信号灯驱动功能等；

2.简化交通信号控制电路，只需要控制线即可控制信号灯和获取信号灯状态，而不是以往的供电线控制；

3.内嵌智能图像分析器(可以为智能相机或者智能摄像机)，进行路口的数据采集和路口状态的判断，即单个交通信号灯集成了交通流量采集功能以及路口交通状况监控功能，系统集成度更高，实现信号控制与路口监控系统合二为一，现场不再需要两套设备两个机箱来实现，减少了施工量也减少了多余系统的开支。考虑到监控机箱的价格，每个路口可以节约的成本在2000元以上；

4.实现自身监控数据与外部信号机的联动，与交通信号控制器之间存在控制数据的传递而不是单向被动受控；

5.减少信号机的设计需求，不再需要信号机提供复杂的电路来驱动信号灯以及检测信号灯的工作状态，可以是信号机的设计复杂度、成本和功耗减少至少40％；

6.可以提供更丰富的功能，比如路口监控发现拥堵，可以及时发送给相邻路口进行分流等等，这些都是目前交通信号灯所做不到的。

在此说明书中，本发明已参照其特定的实施例作了描述。但是，很显然仍可以作出各种修改和变换而不背离本发明的精神和范围。因此，说明书和附图应被认为是说明性的而非限制性的。

Claims (7)

1.一种智能交通信号灯系统，其特征在于，所述的智能交通信号灯系统包括数个智能交通信号灯和外部信号机，所述的智能交通信号灯包括控制模块、内嵌式智能图像分析器，所述的控制模块与所述的内嵌式智能像机之前建立连接，所述的控制模块还与所述的外部信号机建立连接，其中：

所述的内嵌式智能像机，用以采集各种交通信息数据；

所述的控制模块，用以将各种交通信息数据转换为所述的外部信号机能够识别的交通数据流，并将所述的交通数据流发送至所述的外部信号机，以及处理所述的外部信号机发送的灯色状态显示信息和同步控制指令；

所述的外部信号机，用以将灯色状态显示信息和同步控制指令发送至相应的智能交通信号灯。

2.根据权利要求1所述的智能交通信号灯系统，其特征在于，所述的智能交通信号灯系统还包括灯驱动模块和灯检测模块，所述的灯驱动模块和灯检测模块均与所述的控制模块连接。

3.根据权利要求2所述的智能交通信号灯系统，其特征在于，所述的灯检测模块用以对所述的智能信号灯进行灯电流检测、灯电压检测、外部通信检测以及内嵌式智能图像分析器运行状态检测，并将检测数据发送至所述的控制模块。

4.根据权利要求1所述的智能交通信号灯系统，其特征在于，所述的交通信息数据包括路况监控信息数据、报警信息数据和交通流量信息数据。

5.根据权利要求1所述的智能交通信号灯系统，其特征在于，所述的控制模块与所述的外部信号机之间通过RS485接口、网口或者无线通信协议建立连接。

6.根据权利要求1所述的智能交通信号灯系统，其特征在于，所述的控制模块与所述的内嵌式智能像机之间通过RS232接口或者网口建立连接。

7.根据权利要求1所述的智能交通信号灯系统，其特征在于，所述的智能交通信号灯系统还包括数个预留接口，用以驱动控制数个外部设备。