CN106297360A - 一种交通信号灯故障诊断装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于道路交通信号灯故障诊断的装置，包括检测器故障诊断模块、信号灯故障诊断模块、供电系统诊断模块、无线通信模块、声光报警模块、人机交互模块。各个模块相互独立；本发明提出的装置实现了各个软件和硬件模块的有效分离；本发明在配时方案分析诊断中使用检测器信息分析，充分考虑实际交叉口状态，提高诊断可靠性；本发明实现了远程诊断，技术人员可以不用到现场，通过远程4G无线网络可以对诊断装置配置和参数修改，并通过无线网络对数据进行分析处理。

Description

一种交通信号灯故障诊断装置

技术领域

本发明涉及一种交通信号灯故障检测装置，具体基于信息采集装置对交通信号控制信息实时分析诊断，可以减少由于交通信号故障造成的交通拥堵及交通事故。

背景技术

随着社会经济的发展，城市交通问题越来越引起人们的关注。人、车、路三者关系的协调，已成为交通部门急需解决的问题之一。而交通信号系统的信息准确是保证公路和道路交通畅通和安全的基础。因此，信号系统的检测和故障诊断显得尤为关键。在此背景下，随着交通信号系统保持稳定、安全工作的要求不断提高，对交通信号灯工作状况的连续实时检测提出了更高的要求。

传统的交通信号系统故障检测仍停留在定期指定人员巡检的方式。因此检测周期长、信息反馈速度慢、检测成本高，已经不能适应当今社会日益增大的交通运输的需求。要做好交通信号系统故障检测，首先要了解交通信号系统正常工作以及各种故障下的主要特征信息，而目前交通部门及生产厂家缺少对上述信息的研究与统计，很难提供针对性的故障监控方案。如果分配指定人员采用定期巡检的方式监控，尽管可以简单直接的检测到故障信息，但针对交通状况复杂，拥有大量信号灯的区域，该方法效率低，成本高、更不能满足准确定位。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述问题，提供一种高效率、低成本的交通信号灯故障诊断装置。

本发明提供了一种在线故障诊断装置，对交通信号灯进行故障诊断，本发明通过以下技术方案实现：

一种用于道路交通信号灯故障诊断的装置，包括检测器故障诊断模块、信号灯故障诊断模块、供电系统诊断模块、无线通信模块、声光报警模块、人机交互模块。各个模块相互独立；

一种用于道路交通信号灯故障诊断的装置，所述硬件终端中检测器故障诊断模块基于RS485通信与交通检测器连接；

一种用于道路交通信号灯故障诊断的装置，所述硬件终端中供电系统诊断模块基于电压电流检测方法进行电源故障诊断；

一种用于道路交通信号灯故障诊断的装置，所述硬件终端中配时方案分析诊断模块通过以太网通信与信号机主机连接；

一种用于道路交通信号灯故障诊断的装置，所述故障诊断提示中人机交互模块通过电容触摸屏显示；

一种用于道路交通信号灯故障诊断的装置，所述人机交互模块和声光报警模块通过远程服务器与硬件终端通过4G无线通信；

本发明的优点在于：

本发明提出的装置实现了各个软件和硬件模块的有效分离；

本发明在配时方案分析诊断中使用检测器信息分析，充分考虑实际交叉口状态，提高诊断可靠性；

本发明实现了远程诊断，技术人员可以不用到现场，通过远程4G无线网络可以对诊断装置配置和参数修改，并通过无线网络对数据进行分析处理；

附图说明

图1为本发明交通信号灯故障诊断功能示意图；

图2为本发明交通信号灯灯色输出故障诊断流程图；

图3为本发明信号配时合理性诊断流程图；

具体实施方式

参见附图1所示，交通信号灯故障诊断装置包括：(1)检测器故障诊断模块，输入端与交通检测器通信，实时获取检测器信息，输出端与远程服务器无线通信；(2)信号灯故障诊断模块输入端通过AD接口与交通信号灯连接，输入信号灯内部控制电压电流值，输出端与远程服务器无线通信；(3)供电系统诊断模块输入端通过AD接口与电源连接，输入电源两端电压电流值，输出端与远程服务器无线通信；(4)配时方案分析诊断模块输入端与信号机主机通过以太网通信，输出端与远程服务器无线通信；(6)声光报警模块输入端与远程服务器，输出端与人机交互模块连接；(7)人机交互模块输出端与服务器连接并与硬件终端无线通信；、

下面结合附图2、3具体介绍各个模块如何进行故障诊断，开始工作后，

(1)首先供电系统诊断模块通过AD接口连接信号机供电电源两端，检测电压电流值，并计算功率值，判断是否在正常的电压和功率范围内，若是，电源工作正常，否则，电源出现故障；

(2)信号灯故障诊断主要为：灯色输出故障诊断模块通过AD接口持续检测第n路交通信号灯内部控制的电压电流，并加入滤波去噪，根据电压电流状态变化规律计算出当前信号灯灯色持续时间t；同时通过以太网通信接口获取当前信号灯配时信息，得到信号周期T；将根据电压电流变化趋势得到的信号灯色持续时间与计算得到信号周期对比，若t＝T，则表明此路信号灯无故障，否则故障；

(3)信号配时方案分析诊断包括信号配时合理性诊断和相位冲突诊断；

信号配时合理性诊断主要判断当前信号配时是否合理。开始后，模块通过以太网通信获取到信号机控制器的信号配时信息，主要获取当前信号配时绿灯周期；同时，检测器故障诊断模块通过RS485接口获取检测器检测信息，主要为车辆通过检测器记录；信号配时方案分析诊断模块发送请求给检测器故障诊断模块，获取检测器的信息。

首先设定f(t)为时刻t路段[x_s(t),0]内的车辆数，f(t)＝|-u_mρ₀t|，其中ρ₀是初始密度，为初始设定的常数；u_m分别为时刻t过去1小时内速度的最大值，其中速度可直接通过检测器记录计算：Δx为两个检测器间距；Δt为车辆通过两个检测器时间差。

一个四相位的交叉口(三相位、二相位交叉口同样适用)，设τ₁为东西方向直行红灯持续时间，τ₂为东西方向左转红灯持续时间，τ₃为南北方向直行红灯持续时间，τ₄为南北方向左转红灯持续时间，则四个相位红灯持续时间内交叉口积累的停车车辆数分别为：

f₁(τ₁)＝|-u_m1ρ₁₁τ₁|；f₂(τ₂)＝|-u_m1ρ₁₂τ₂|；f₃(τ₃)＝|-u_m2ρ₂₁τ₃|；f₄(τ₄)＝|-u_m2ρ₂₂τ₄|；

其中，u_m1，u_m2分别为时刻min{τ₁,τ₂,τ₃,τ₄}过去1小时内，东西向和南北向的最大行驶速度；ρ₁₁，ρ₁₂，ρ₁₃，ρ₁₄分别为东西直行、东西左转、南北直行、南北左转方向的路段初始密度。

希望各个方向的红灯时间内，积累的停车车辆数与各个方向的交通流量成正比，则，u_m1ρ₁₁τ₁:u_m1ρ₁₂τ₂:u_m2ρ₂₁τ₃:u_m2ρ₂₂τ₄＝q₁:q₂:q₃:q₄，q₁，q₂，q₃，q₄为各个方向的交通流量。

则其中τ'为时刻min{τ₁,τ₂,τ₃,τ₄}过去1小时各个信号周期内，四个相位的最大红灯持续时间。

由τ₁，τ₂，τ₃，τ₄关系知，红绿灯周期T与τ₁具有线性关系，因此当τ₁达到最大值时，T也达到最大值，由此得到各相位红灯最优时间。根据公式得到黄灯时间：v_m为道路设计时速，a＝2.68m/s²，通常交叉口黄灯时间为固定的，最后得到各相位绿灯最优时间。

假设东西直行方向最优绿灯时间t_g，对应的信号配时绿灯时长为T_g，若T_g×(1-0.05)≤t_g≤T_g×(1+0.05)，则表明当前相位信号配时合理，继续检测其它信号灯；否则，当前信号灯配时不合理；

相位冲突诊断相对简单，根据信号机当前的信号配时信息，检查其冲突相位的配时信息，若存在一致，则信号配时存在相位冲突，否则，正常；

(5)(基于无线通信的远程硬件控制)声光报警模块实时接收诊断软件的分析结果(包括硬件终端的诊断结果)，根据故障类型，作出不同指示，并传输给人机交互模块；工作人员通过人机交互模块的电容触摸屏，作出一定的操作，人机交互模块输入操作指令，传输给声光报警模块，且通过4G无线通信对硬件终端进行配置和参数修改。

Claims (5)

1.一种用于道路交通信号灯故障诊断的装置，包括检测器故障诊断模块、信号灯故障诊断模块、供电系统诊断模块、配时方案分析诊断模块、无线通信模块、声光报警模块、人机交互模块；

所述的声光报警模块和人机交互模块形成远程服务器；

检测器故障诊断模块的输入端与交通检测器通信，实时获取检测器信息，输出端与远程服务器无线通信；信号灯故障诊断模块输入端通过AD接口与交通信号灯连接，输入信号灯内部控制电压电流值，输出端与远程服务器无线通信；供电系统诊断模块输入端通过AD接口与电源连接，输入电源两端电压电流值，输出端与远程服务器无线通信；配时方案分析诊断模块输入端与信号机主机通过以太网通信，输出端与远程服务器无线通信；声光报警模块输入端与远程服务器，输出端与人机交互模块连接；人机交互模块输出端与服务器连接并与硬件终端无线通信；

所述的无线通讯均通过无线通信模块完成。

2.根据权利要求1所述的一种用于道路交通信号灯故障诊断的装置，所述的供电系统诊断模块通过AD接口连接信号机供电电源两端，检测电压电流值，并计算功率值，判断是否在正常的电压和功率范围内，若是，电源工作正常，否则，电源出现故障。

3.根据权利要求1所述的一种用于道路交通信号灯故障诊断的装置，所述的信号灯故障诊断模块通过AD接口持续检测第n路交通信号灯内部控制的电压电流，并加入滤波去噪，根据电压电流状态变化规律计算出当前信号灯灯色持续时间t；同时通过以太网通信接口获取当前信号灯配时信息，得到信号周期T；将根据电压电流变化趋势得到的信号灯色持续时间与计算得到信号周期对比，若t＝T，则表明此路信号灯无故障，否则故障。

4.根据权利要求1所述的一种用于道路交通信号灯故障诊断的装置，所述的配时方案分析诊断模块包括信号配时合理性诊断和相位冲突诊断；

信号配时合理性诊断为：判断当前信号配时是否合理；开始后，模块通过以太网通信获取到信号机控制器的信号配时信息，即获取当前信号配时绿灯周期；同时，检测器故障诊断模块通过RS485接口获取检测器检测信息，为车辆通过检测器记录，信号配时方案分析诊断模块发送请求给检测器故障诊断模块，获取检测器的信息；

首先设定f(t)为时刻t路段[x_s(t),0]内的车辆数，f(t)＝|-u_mρ₀t|，其中ρ₀是初始密度，u_m分别为时刻t过去1小时内速度的最大值，Δx为两个检测器间距，Δt为车辆通过两个检测器时间差；

四相位的交叉口中，设τ₁为东西方向直行红灯持续时间，τ₂为东西方向左转红灯持续时间，τ₃为南北方向直行红灯持续时间，τ₄为南北方向左转红灯持续时间，则四个相位红灯持续时间内交叉口积累的停车车辆数分别为：

f₁(τ₁)＝|-u_m1ρ₁₁τ₁|；f₂(τ₂)＝|-u_m1ρ₁₂τ₂|；f₃(τ₃)＝|-u_m2ρ₂₁τ₃|；f₄(τ₄)＝|-u_m2ρ₂₂τ₄|；

其中，u_m1，u_m2分别为时刻min{τ₁,τ₂,τ₃,τ₄}过去1小时内，东西向和南北向的最大行驶速度；ρ₁₁，ρ₁₂，ρ₁₃，ρ₁₄分别为东西直行、东西左转、南北直行、南北左转方向的路段初始密度；

各个方向的红灯时间内，积累的停车车辆数与各个方向的交通流量成正比，则，u_m1ρ₁₁τ₁:u_m1ρ₁₂τ₂:u_m2ρ₂₁τ₃:u_m2ρ₂₂τ₄＝q₁:q₂:q₃:q₄，q₁，q₂，q₃，q₄为各个方向的交通流量；

则其中τ′为时刻min{τ₁,τ₂,τ₃,τ₄}过去1小时各个信号周期内，四个相位的最大红灯持续时间；

当τ₁达到最大值时，T也达到最大值，由此得到各相位红灯最优时间；根据公式得到黄灯时间：v_m为道路设计时速，a＝2.68m/s²，设交叉口黄灯时间为固定的，最后得到各相位绿灯最优时间；

假设东西直行方向最优绿灯时间t_g，对应的信号配时绿灯时长为T_g，若T_g×(1-0.05)≤t_g≤T_g×(1+0.05)，则表明当前相位信号配时合理，继续检测其它信号灯；否则，当前信号灯配时不合理；

相位冲突诊断相为：根据信号机当前的信号配时信息，检查其冲突相位的配时信息，若存在一致，则信号配时存在相位冲突，否则，正常。

5.根据权利要求1所述的一种用于道路交通信号灯故障诊断的装置，所述的声光报警模块实时接收诊断软件的分析结果，根据故障类型，作出不同指示，并传输给人机交互模块；工作人员通过人机交互模块的电容触摸屏，作出操作，人机交互模块输入操作指令，传输给声光报警模块，且通过无线通信模块对装置进行配置和参数修改。