CN110264751A - 一种城市道路智能交通路口设备管控系统 - Google Patents

Abstract

一种城市道路智能交通路口设备管控系统，包括物联网信号灯、物联网倒计时器、物联网数据处理器、智能运维管控平台和移动终端，智能运维管控平台与物联网数据处理器之间、移动终端与物联网数据处理器之间通过4G网络或者有线网络通讯连接，物联网数据处理器与物联网信号灯之间、物联网数据处理器与物联网倒计时器之间通过无线自组网络通讯连接。本发明所述的系统兼顾路口设备资产管理和设备运行状态实时监测、故障主动上报，能够帮助城市道路交通管理者们解决上述问题的路口设施设备运行状态监测、维护、保养系统。

Description

一种城市道路智能交通路口设备管控系统

技术领域

本发明属于交通信号控制领域，特别涉及一种城市道路智能交通路口设备管控系统。

背景技术

随着城市道路的发展，城市道路交叉口数量不断增加，路口的设施设备的种类不断丰富、数量不断增加。设施设备的日常维护、保养问题日益严重。部分城市道路交通的管理者们甚至不知道自己管理的城市道路设备的种类及具体数量等基础信息。有的城市道路路口设备的运行状态排查只能依靠维护人员的现场排查。当路口设备出现运行故障时，往往又只能依靠道路交通参与者们报修至于路口设备是否真的运行正常、路口设备是否被替换、偷盗、移动等深层次问题更是不得而知。

随着SUB-1G、NB-IOT等物联网通讯技术的发展及数据资源管理技术应用的不断深入，城市交叉路口的设施设备互联互通组网已成为未来的发展趋势。而传感器技术、电气性能监测技术的发展也为路口设备运行状态的自我监测、管理、故障主动报修等功能的实现扫清了技术上的障碍。

综上，如何设计一套兼顾路口设备资产管理和设备运行状态实时监测、故障主动上报，能够帮助城市道路交通管理者们解决上述问题的路口设施设备运行状态监测、维护、保养系统已经迫在眉睫。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种面向互联网+物联网的分布式网络架构的城市道路智能交通路口设备管控系统，该系统通过分布式架构实现对路口设备的分层标识，通过物理地址和运行环境地址双地址模式实现路口设备与后台软件之间的差异化通讯。

本发明所要解决的技术问题是通过以下的技术方案来实现的，本发明是一种城市道路智能交通路口设备管控系统，其特点是，包括作为路口二级节点设备的物联网信号灯和物联网倒计时器、作为路口一级节点设备的物联网数据处理器、以及用于负责管控城市路口各级节点设备的智能运维管控平台和移动终端，智能运维管控平台与物联网数据处理器之间、移动终端与物联网数据处理器之间通过4G网络或者有线网络通讯连接，物联网数据处理器与物联网信号灯之间、物联网数据处理器与物联网倒计时器之间通过无线自组网络通讯连接；

物联网信号灯、物联网倒计时器安装于城市道路交叉路口的杆件上，用于显示交通信号并指导道路交通参与者合法通过路口；

物联网数据处理器，在每个路口配置一个，一方面用于负责管理、维护路口所有二级节点设备，另一方面用于承接智能运维管控平台或移动终端的操作指令和向智能运维管控平台或移动终端上传信息；

智能运维管控平台，用于管控城市所有路口设备，接收来自路口物联网数据处理器的数据，向维护人员推送维护信息，向管控人员提供设备状态数据等；

移动终端，用于安装配置上述路口各级设备参数、接收来自智能运维管控平台的推荐维修信息。

本发明所要解决的技术问题还可以通过以下的技术方案来实现的，所述路口各级节点设备均有唯一的物理地址码和运行环境地址码，物理地址码为终身不可擦除的唯一编码序列，所述运行环境地址码为根据设备安装的路口号、设备安装方向、相位、数量信息生成的唯一编码序列。

本发明所要解决的技术问题还可以通过以下的技术方案来实现的，所述无线自组网络是采用SUB-1G无线组网技术并结合网络PID和设备物理地址码双重身份匹配实现。

本发明所要解决的技术问题还可以通过以下的技术方案来实现的，所述SUB-1G无线组网技术采用的核心模块型号为 E70(433NW30S)。

本发明所要解决的技术问题还可以通过以下的技术方案来实现的，所述的移动终端具有直接配置物联网数据处理器的功能，其与物联网数据处理器之间通过WIFI通讯连接。

本发明所要解决的技术问题还可以通过以下的技术方案来实现的，所述物联网数据处理器包括数据通讯单元、定位单元以及一级MCU控制器，数据通讯单元包括WIFI通讯模块、4G通讯模块、无线自组通讯模块以及有线通讯模块。

本发明所要解决的技术问题还可以通过以下的技术方案来实现的，所述的定位单元采用北斗/GPS定位模块，用于向设备提供时间和位置信息，定位单元型号为SKG09D；

WIFI通讯模块采用JARI-YJ02通讯协议，WIFI通讯模块型号为SKB360；

4G通讯模块采用JARI-YJ02通讯协议，4G通讯模块型号为USR-LTE-7S4；

无线自组通讯模块采用JARI-YJ01自组网络通讯协议，无线自组通讯模块型号为E70(433NW30S) ；

有线通讯模块采用JARI-YJ02通讯协议，有线通讯模块型号为W5500。

本发明所要解决的技术问题还可以通过以下的技术方案来实现的，所述物联网交通信号灯包含信号灯壳体、显示单元和电源板，电源板包含AC-DC转换单元、输入电源检测模块、驱动与检测单元、串口通信单元以及无线通讯单元；所述AC-DC转换单元用于将AC220V交流转换成恒流输出直流电源；

所述物联网倒计时显示器包括显示字段和二级控制单元，二级控制单元包含二级MCU控制器、串口通信单元、无线通讯单元、故障识别单元、二级地址单元。

本发明所要解决的技术问题还可以通过以下的技术方案来实现的，所述驱动与检测单元包含DC输出控制单元和DC输出检测单元，所述DC输出控制单元用于根据上级节点命令信息控制恒流输出电源的电流值，从而实现对显示单元的亮度调节；所述DC 输出检测单元用于检测恒流输出直流电源的电压、电流值，供控制单元判断显示单元运行状态及故障信息；

所述故障识别单元用于逐秒检测输入电源、输出字段的运行状态和故障信息，通过将当前检测到的输出字段电流值、输入电源电压值分别与各自背景值比较，从而识别输入电源、输出字段的故障信息。

与现有技术相比，本发明通过无线自组网络技术、有线及无线通讯技术建立了一套由智能运维管控平台到路口一级节点设备，再到路口二级节点设备的分布式设备系统；系统中每一台设备均有两套地址编码，实现了路口一级节点与二级节点之间自组网络通讯，保证了数据通讯的安全性和可靠性；系统建立了城市级的路口设备清单，帮助城市交通管理者实时获取路口资产变化情况；路口二级节点设备通过精确的电气性能检测，经各自控制器的对比分析，准确地识别了节点故障信息，为运维平台软件提供了可靠的设备故障信息。

附图说明

图1是本发明的逻辑结构示意图；

图2是本发明所述物联网数据处理器的功能逻辑图；

图3是本发明所述物联网信号灯、倒计时显示器的功能逻辑图；

图4是本发明所述二级节点设备故障检测的电路原理图；

图5是本发明所述移动终端APP功能软件的工作流程图。

具体实施方式

以下参照附图，进一步描述本发明的具体技术方案，以便于本领域的技术人员进一步地理解本发明，而不构成对其权利的限制。

参照图1，一种城市道路智能交通路口设备管控系统，包括作为路口二级节点设备的物联网信号灯104和物联网倒计时器105、作为路口一级节点设备的物联网数据处理器103、以及用于负责管控城市路口各级节点设备的智能运维管控平台101和移动终端102，智能运维管控平台101与物联网数据处理器103之间、移动终端102与物联网数据处理器103之间通过4G网络或者有线网络通讯连接，物联网数据处理器103与物联网信号灯104之间、物联网数据处理器103与物联网倒计时器105之间通过无线自组网络通讯连接；

物联网信号灯104、物联网倒计时器105安装于城市道路交叉路口的杆件上，用于显示交通信号并指导道路交通参与者合法通过路口；

物联网数据处理器103，在每个路口配置一个，一方面用于负责管理、维护路口所有二级节点设备，另一方面用于承接智能运维管控平台或移动终端的操作指令和向智能运维管控平台或移动终端上传信息，一级MCU控制器的型号为MCU 200；

智能运维管控平台101，采用现有的杰瑞固定资产管理平台软件，用于获取所有物联网路口设备资产数据、运行状态数据等，建立所有路口设备资产序号，并向用户展示相应的信息，同时接受用户的操作命令，并下发至对应路口设备；

移动终端 102，选取设置有APP功能软件的手机，APP功能软件的工作流程参照图5所示，安装人员可通过移动终端102完成物联网数据处理器103、物联网信号灯104、物联网倒计时器105的设备安装及运行维护。

参照图2和图4，物联网数据处理器 103 作为路口一级节点设备，用于控制路口二级节点设备，同时接收二级节点上报的故障数据，整合后上报至智能运维管控平台101。物联网数据处理器103与智能运维管控平台101之间有两种通讯方式，分别是4G通讯模块202和有线通讯模块205。4G通讯模块202的通信链路采用VPN(Virtual Private Network,虚拟专用网络)虚拟专网传输数据，保证了数据安全传输且不被窃取、篡改。进一步地，本实施例4G通讯模块202采用型号为USR-LTE-7S4的通信模块。有线通讯模块205采用性价比极高的硬件IP模式实现有线网络通讯。进一步地，本实例中有线通讯模块205采用W5500组合电路。

物联网数据处理器103与移动终端 102之间通讯是通过WIFI通讯模块203。物联网数据处理器103作为开放的WIFI热点，移动终端 102完成连接后，将该路口的所有节点配置参数下发至物联网数据处理器103。进一步地，本实例中WIFI通讯模块203采用型号为SKB360的模块。

物联网数据处理器103与路口二级节点之间通讯采用无线自组通讯模块。其中，物联网数据处理器作为协调器节点，路口二级节点（物联网信号灯104、物联网倒计时显示器105）作为普通节点。物联网数据处理器103通过一级地址单元206获取自身的UID地址值和用户配置的自组网络PID值，该路口的二级节点通过PID匹配后自动加入该网络。进一步地，本实例中无线自组通讯模块采用SUB-1G模块201，型号为E70(433NW30S)。

物联网数据处理器 103根据北斗/GPS定位模块204获取当前路口的经、纬度数据后，其MCU 200经过运算提取获取自身的运行环境地址码数据地址，同时，将其运行环境地址码数据存储在一级MCU控制器的一级地址单元206中，并下发至路口二级节点，用于对所有路口设备定位，起到防止设备被偷盗或者未经批准移动的作用。进一步地，本实例中北斗/GPS定位模块采用的型号为SKG09D。

参照图3，物联网信号灯104 和物联网倒计时显示器105作为路口二级节点设备，用于实现设备故障自检测功能、同时接收并执行物联网数据处理器103的操作命令，另外，二级MCU控制器的型号为MCU 300。其中，输入电源检测模块303负责检测输入的红、黄、绿电源信号，并将这些信号输入到MCU 300中，MCU 300通过运算判断当前输入信号是否异常，当MCU识别到故障时，立即通过无线通讯单元306发送至路口的物联网数据处理器103。进一步地，无线通讯单元306 采用E70(433NW30S)通讯模块。

物联网数据处理器 103、物联网信号灯104和物联网倒计时显示器105在安装时，安装人员打开移动终端102，点击设备调试，添加物联网数据处理器103，配置路口名称、设备IP、设备路口地址码等参数，完成路口中心节点建立；再在该路口中心节点下，添加物联网信号灯104、物联网倒计时显示器 105设备；先扫描物联网信号灯104和物联网倒计时显示器105的设备二维码，同时配置设备运行环境参数，移动终端102 自动生成设备的运行环境地址码并保存；移动终端102通过连接路口的物联网数据处理器103的WIFI热点后，将移动终端102中物联网数据处理器 103、物联网信号灯104和物联网倒计时显示器105的设备参数下发至路口的物联网数据处理器103。

当路口供电后，物联网数据处理器103与路口的物联网信号灯104、物联网倒计时显示器105完成自组网，完成自组网后，物联网数据处理器103立即向所有设备的运行环境地址数据广播至该路口所有设备（物联网信号灯104和物联网倒计时显示器105）。物联网信号灯104和物联网倒计时显示器105根据各自二级地址单元308中固化的信息完成数据接收匹配，并保存各自的运行环境地址码。

物联网信号灯104和物联网倒计时显示器105的驱动与检测单元304采用恒流输出控制显示单元305，进一步地，恒流开关电源的核心芯片型号为L4962，CMOS管采用型号为IRF9640。

物联网信号灯104和物联网倒计时显示器105通过驱动与检测单元304实时获取输出到显示单元305的电压、电流值，并将这些数据与之前获取的背景值比较，当发现稳定异常时，MCU 300即可判定显示单元异常。MCU 300立即向物联网数据处理器103上报设备故障。进一步地，驱动与检测单元304中电流检测核心芯片型号为ACS712；电压检测采用运放电路，运放型号为LM258。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种城市道路智能交通路口设备管控系统，其特征在于:包括作为路口二级节点设备的物联网信号灯和物联网倒计时器、作为路口一级节点设备的物联网数据处理器、以及用于负责管控城市路口各级节点设备的智能运维管控平台和移动终端，智能运维管控平台与物联网数据处理器之间、移动终端与物联网数据处理器之间通过4G网络或者有线网络通讯连接，物联网数据处理器与物联网信号灯之间、物联网数据处理器与物联网倒计时器之间通过无线自组网络通讯连接；

物联网信号灯、物联网倒计时器安装于城市道路交叉路口的杆件上，用于显示交通信号并指导道路交通参与者合法通过路口；

物联网数据处理器，在每个路口配置一个，一方面用于负责管理、维护路口所有二级节点设备，另一方面用于承接智能运维管控平台或移动终端的操作指令和向智能运维管控平台或移动终端上传信息；

智能运维管控平台，用于管控城市所有路口设备，接收来自路口物联网数据处理器的数据，向维护人员推送维护信息，向管控人员提供设备状态数据等；

移动终端，用于安装配置上述路口各级设备参数、接收来自智能运维管控平台的推荐维修信息。

2.根据权利要求1所述的城市道路智能交通路口设备管控系统，其特征在于：所述路口各级节点设备均有唯一的物理地址码和运行环境地址码，物理地址码为终身不可擦除的唯一编码序列，所述运行环境地址码为根据设备安装的路口号、设备安装方向、相位、数量信息生成的唯一编码序列。

3.根据权利要求1或2所述的城市道路智能交通路口设备管控系统，其特征在于：所述无线自组网络是采用SUB-1G无线组网技术并结合网络PID和设备物理地址码双重身份匹配实现。

4.根据权利要求3所述的城市道路智能交通路口设备管控系统，其特征在于：所述SUB-1G无线组网技术采用的核心模块型号为 E70(433NW30S)。

5.根据权利要求1所述的城市道路智能交通路口设备管控系统，其特征在于：所述的移动终端具有直接配置物联网数据处理器的功能，其与物联网数据处理器之间通过WIFI通讯连接。

6.根据权利要求1所述的城市道路智能交通路口设备管控系统，其特征在于：所述物联网数据处理器包括数据通讯单元、定位单元以及一级MCU控制器，数据通讯单元包括WIFI通讯模块、4G通讯模块、无线自组通讯模块以及有线通讯模块。

7.根据权利要求6所述的城市道路智能交通路口设备管控系统，其特征在于：所述的定位单元采用北斗/GPS定位模块，用于向设备提供时间和位置信息，定位单元型号为SKG09D；

WIFI通讯模块采用JARI-YJ02通讯协议，WIFI通讯模块型号为SKB360；

4G通讯模块采用JARI-YJ02通讯协议，4G通讯模块型号为USR-LTE-7S4；

无线自组通讯模块采用JARI-YJ01自组网络通讯协议，无线自组通讯模块型号为E70(433NW30S) ；

有线通讯模块采用JARI-YJ02通讯协议，有线通讯模块型号为W5500。

8.根据权利要求1所述的城市道路智能交通路口设备管控系统，其特征在于：所述物联网交通信号灯包含信号灯壳体、显示单元和电源模块，电源板包含AC-DC转换单元、输入电源检测模块、驱动与检测单元、串口通信单元以及无线通讯单元；所述AC-DC转换单元用于将AC220V交流转换成恒流输出直流电源；

所述物联网倒计时显示器包括显示字段和二级控制单元，二级控制单元包含二级MCU控制器、串口通信单元、无线通讯单元、故障识别单元、二级地址单元。

9.根据权利要求8所述的城市道路智能交通路口设备管控系统，其特征在于：

所述驱动与检测单元包含DC输出控制单元和DC输出检测单元，所述DC输出控制单元用于根据上级节点命令信息控制恒流输出电源的电流值，从而实现对显示单元的亮度调节；所述DC 输出检测单元用于检测恒流输出直流电源的电压、电流值，供控制单元判断显示单元运行状态及故障信息；

所述故障识别单元用于逐秒检测输入电源、输出字段的运行状态和故障信息，通过将当前检测到的输出字段电流值、输入电源电压值分别与各自背景值比较，从而识别输入电源、输出字段的故障信息。