CN114613154A - 一种道路交通信号管控一体化系统及其实现方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种道路交通信号管控一体化系统及其实现方法，包括主控模块、输出控制模块、现场总线模块和被控对象，所述被控对象包括信号灯显示模块和指示牌显示模块，所述指示牌显示模块包括直行待行指示单元、左转待转指示单元和可变车道指示单元。本发明可以按照被控对象的数量配置对应的输出驱动单元数量，灵活配置，整体上减少成本和方便工程实施；将被控对象分别与对应的输出驱动单元连接，被控设备不存在并线等联接情况，可以独立控制，避免了待行区及待转区指示牌与信号灯组之间相互影响的情况发生；采用低压直流驱动灯具，直接监测灯珠串的电流，实现对灯具状态的检测。

Description

一种道路交通信号管控一体化系统及其实现方法
技术领域
本发明涉及道路管控技术领域，具体涉及一种道路交通信号管控一体化系统及其实现方法。
背景技术
道路交通信号包括交通信号灯、交通标志、交通标线等。交通信号的作用是科学分配道路上车辆、行人的通行权，使之有秩序地顺利通行。交通信号本质上在道路交叉口上无法实现交通分离的地方以及路段上可变车道的区域，用来在时间上、空间上给交通流分配通行权的一种交通指挥措施。
交通信号灯，待行区、待转区指示牌，可变车道指示牌都是道路交通信号的重要组成及核心设备。这些有源设备得到有机合理的管理和控制适当，对道路交通的有序、畅通、安全都有重要意义。然而，在道路建设初期，以及后期道路交通规划的变更，这一些设备没有统一部署及设计。这其中还存在着一些问题：1.没有把信号设备统一及单回路控制，如进入直行待行区指示和右方道路的左转绿灯并线，进入左转弯待转区指示和同方向直行绿灯并线，当想对某一被控对象单独控制时，由于存在着并线就无法实现；2.交通信号设备关联度极高，多个主控设备控制输出同步或协调逻辑不易实现，信号机输出绿灯的最后三秒会有绿灯闪烁，直行绿灯在断电的时候，会出现左转待转区的指示牌也因断电变灭的情况；3.多主控设备多平台开放度不够，整个道路信号控制系统的产品标准化也还有欠缺。
如中国专利CN108230700A，公开日2018年6月29日，一种交通信号灯控制方法，包括：接收由摄像头发送的路况信息；处理所述路况信息得到目标指令；将所述目标指令发送到交通信号灯，以使所述交通信号灯根据所述目标指令进行变化。提供的一种交通信号灯控制方法，根据接收到的路况信息，动态地给出当前交通信号灯如何显示的目标指令，实现灵活的调整交通信号灯的显示，在车流量、行人等均较少的方向缩短绿灯显示时间，避免路口上一个方向上有车等待而另一个方向上无车辆通过的情况。该方案主要用于根据路况变更绿灯显示时间，依然存在这单回路控制、待行区及待转区指示牌与直行信号灯关联程度过高相互影响的问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：目前的交通信号灯控制系统存在待行区及待转区指示牌与信号灯组关联程度过高相互影响的技术问题。提出了一种能够避免待行区及待转区指示牌与信号灯组相互影响的道路交通信号管控一体化系统及其实现方法。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案为：一种道路交通信号管控一体化系统，包括主控模块、输出控制模块、现场总线模块和被控对象，所述被控对象包括信号灯显示模块和指示牌显示模块，所述主控模块通过现场总线模块与输出控制模块连接，所述输出控制模块分别与所述信号灯显示模块和所述指示牌显示模块连接，所述指示牌显示模块包括直行待行指示单元、左转待转指示单元和可变车道指示单元。
一种道路交通信号管控一体化系统，主控制器和输出驱动单元的数据通讯采用现场总线，可以用RS485或CAN进行传输控制，把被控对象作为一个系统进行统一管理和控制，同时将被控对象即信号灯显示模块和指示牌显示模块中的各灯组和各指示单元分别单独与对应的输出驱动单元连接，实现交通信号灯的独立控制，避免了待行区及待转区指示牌与信号灯组之间相互影响的情况发生。
作为优选，所述信号灯显示模块包括若干个信号灯组，所述输出控制模块包括若干个输出驱动单元，输出驱动单元与对应的单独的信号灯组连接。
指示牌显示模块一般包括三种指示单元即直行待行指示单元、左转待转指示单元和可变车道指示单元，可以根据现场配置的信号设备选择输出控制模块的输出驱动单元数量，输出驱动单元与信号灯组连接时，输出驱动单元只与单独的信号灯组连接，输出驱动单元与指示单元连接时，输出驱动单元可以与单个或多个指示单元连接，把每一个被控信号独立控制一灯一线，这样在控制信号灯闪烁或灭灯的时候，就不会因为电源并线而影响直行待行或者左转待转指示灯的闪烁或熄灭。
一种道路交通信号管控一体化系统的实现方法，利用上述系统，系统的控制过程包括：通过主控模块对被控对象进行统一管理和控制；通过若干个输出驱动单元建立相互独立的控制回路控制被控对象中的受控单元。
受控单元即独立的信号灯组和指示单元，输出驱动单元与受控单元采用直流直接驱动，驱动单元与驱动单元之间不相互影响。
作为优选，在输出驱动单元与对应的受控单元之间设置状态监测反馈单元；通过状态监测反馈单元对受控单元的启停状态进行检测，将检测结构按固定周期反馈给主控模块。
可设置相应的状态监测反馈单元同时监测电流大小，实现对灯珠状态的检测，根据主控制器逻辑输出开、关信号及灯珠状态的反馈检测，所有交通灯具形成闭环反馈控制。
作为优选，根据输出驱动单元控制可变车道指示单元的方法包括：输出驱动单元与可变车道指示单元通过短距离布线进行连接控制或将输出驱动单元内置在机柜内通过无线通讯驱动控制可变车道指示单元。
可变车道通常布置在离路口较远的位置，而一体化系统控制机柜通常安装在交叉口附近，所以根据不同的道路情况，可采用短距离布线和机柜无线通讯两种方式驱动可变车道指示单元。
作为优选，本系统还包括紧急供电模块，所述紧急供电模块与任意信号灯组对应的输出驱动单元连接；在道路交通系统断电时，启动紧急供电模块，紧急供电模块为输出驱动单元供电，控制至少一组信号灯组正常运行。当出现交通事故或线路问题导致道路交通管理系统断电、输出驱动单元接收不到控制信号时，可通过紧急供电模块为系统供电，根据紧急供电模块的电量规模选择为多个或单个驱动单元供电，确保有至少一组信号灯组正常供电运行，减轻道路交通管理系统断电的影响。
作为优选，所述紧急供电模块包括无线信息传输单元和太阳能供电单元，所述无线信息传输单元与所述主控模块连接，所述无线信息传输单元和所述太阳能供电单元均与输出驱动单元连接；所述紧急供电模块通过无线信息传输单元接收主控模块的控制指令，通过太阳能供电单元临时为输出驱动单元供电。
输出驱动单元可设置紧急传输供电接口，用于与太阳能供电单元连接，紧急供电时紧急供电模块一方面可以接收传达主控模块的控制指令，一方面可为根据耗电情况选择为单个或多个独立的控制回路供电，相比于为整个管理系统供电，减轻了供电模块的负担，有利于维持供电时长。
本发明的实质性效果是：本发明可以按照被控对象的数量配置对应的输出驱动单元数量，灵活配置，整体上减少成本和方便工程实施；将被控对象分别与对应的输出驱动单元连接，被控设备不存在并线等联接情况，可以独立控制，避免了待行区及待转区指示牌与信号灯组之间相互影响的情况发生；主控单元和输出驱动单元现场总线联接方式，把道路交通信号相关设备作为一个一体化设备进行管理和控制，一体化系统设备只有一个主控单元，远程控制中心给现场只需配置一个IP地址，节省网络资源；采用低压直流驱动灯具，直接监测灯珠串的电流，实现对灯具状态的检测。
附图说明
图1为本实施例的组成示意图。
其中：1、主控模块，2、现场总线模块，3、输出驱动单元，4、信号灯组，5、直行待行指示单元，6、左转待转指示单元，7、可变车道指示单元，8、紧急供电模块，9、状态监测反馈单元。
具体实施方式
下面通过具体实施例，并结合附图，对本发明的具体实施方式作进一步具体说明。
本实施例包括一种道路交通信号管控一体化系统，如图1所示，包括主控模块1、输出控制模块、现场总线模块2和被控对象，输出控制模块包括若干个输出驱动单元3，被控对象包括信号灯显示模块和指示牌显示模块，信号灯显示模块包括若干个信号灯组4，指示牌显示模块包括直行待行指示单元5、左转待转指示单元6和可变车道指示单元7，输出驱动单元3与信号灯组4连接时，输出驱动单元3只与单独的信号灯组4连接，输出驱动单元3与指示单元连接时，输出驱动单元3可以与单个或多个指示单元连接，防止信号灯显示模块与指示牌显示模块相互影响，把每一个被控信号独立控制一灯一线，这样在控制信号灯闪烁或灭灯的时候，就不会因为电源并线而影响直行待行或者左转待转指示灯的闪烁或熄灭。
本实施例还包括状态监测反馈单元9和紧急供电模块8，通过状态监测反馈单元9对受控单元的启停状态进行检测，将检测结构按固定周期反馈给主控模块1，当出现交通事故或线路问题导致道路交通管理系统断电、输出驱动单元3接收不到控制信号时，可通过紧急供电模块8为系统供电，根据紧急供电模块8的电量规模选择为多个或单个驱动单元供电，确保有至少一组信号灯组4正常供电运行，减轻道路交通管理系统断电的影响。紧急供电模块8包括无线信息传输单元和太阳能供电单元，紧急供电模块8通过无线信息传输单元接收主控模块1的控制指令，通过太阳能供电单元可临时为输出驱动单元3供电。
本实施例的控制过程包括：通过主控模块1对被控对象进行统一管理和控制；通过若干个输出驱动单元3建立相互独立的控制回路控制被控对象中的受控单元。受控单元即独立的信号灯组4和指示单元，输出驱动单元3与受控单元采用直流直接驱动，驱动单元与驱动单元之间不相互影响。
首先，基于被控制对象交通信号灯、待转屏、可变车道的高度相关性，即相位关联，状态转换动作基于同一标准时间基准。把这些被控单元作为一个系统进行统一管理和控制。主控制器单元和输出驱动单元3的数据通讯采用现场总线，可以用RS485或CAN。
其次，可根据现有的实施条件，主控单元即主控模块1以及输出驱动单元3和被控对象一一对应，即一个控制信号及驱动控制一个输出回路。输出驱动单元3与被控对象采用低压48V直流直接驱动，同时监测电流大小、实现对灯珠状态的检测。根据主控制器逻辑输出开、关信号及灯珠状态的反馈检测，所有灯具形成闭环反馈控制。
再者，可变车道通常布置在离路口较远的位置，而一体化系统控制机柜通常安装在交叉口附近。为了降低难度和减少成本，可以采用输出驱动单元3外置，类似传统PLC控制器的远距离IO方式。控制机器和输出驱动单元3采用现场总线联接方式，输出驱动单元3和可变车道牌短距离布线。或者采用输出驱动单元3内置在机柜内，通过无线通讯的控制模式驱动可变车道牌。
整个系统设置成总线架构模式，可以根据现场配置的信号设备选择输出驱动单元3模块的数量。
目前现有道路交通信号管控系统存在如下几个问题：
1.没有把信号设备统一及单回路控制，
目前交通信号灯基本上是由道路交通信号机统一控制，但是也存在着没有单回路控制现象，如非机动车灯和机动车灯并线，人行横道信号灯和直行方向信号灯并线。还有进入直行待行区、进入左转弯待转区指示控制也没有单回路控制，进入直行待行区指示和右方道路的左转绿灯并线，进入左转弯待转区指示和同方向直行绿灯并线。这些大量的并线虽然在施工实施上降低了一些难度及工作量，但是带来了安全隐患的风险。同时精细化控制，如对某一被控对象单独控制时，由于存在着并线就无法实现。再者，可变车道通常也作为独立被控设备，没有被纳入到道路交通信号机的控制。
2.交通信号设备关联度极高，多个主控设备控制输出同步或协调逻辑不易实现，
交通信号灯和直行进入待行区和左转进入待转区都有极高的关联度，只有当直行信号灯是绿灯的时候，左转的车辆才可以进入待转区。那么通常信号机在控制这些设备的时候，信号机输出绿灯的最后三秒会有绿灯闪烁，然后这个时候因为是并线操作，直行绿灯在断电的时候，左转待转区的指示牌也因断电变灭。这样的话，就起不到让左转的车辆进入待转区的作用。同时，通常信号控制会有全红的清空时间，当直行绿灯结束变成红灯的起初几秒钟，同样左转的车也没有办法提前进入待转区。
按一个正常的操作流程，应该是当直行绿灯即将结束的时候，开启左转进入待转区的指示灯，这个时候左转的车辆进入待转区，在左转变成绿灯之前，这个左转进入待转区的指示灯应该是不变的。同理，直行进入待行区的指示灯也一样只有当道路右侧的左转绿灯即将结束的时候。才能开启直行进入待行区的指示灯，并且在直行绿灯点亮之前这个指示灯是不灭的。同样可变车道，在切换瞬间和信号灯的相位有极高的关联度，如果两个设备是由多主控制，他们之间就需要有一个标准的时间基线去协调，而通常控制都很难做到这一点。
3.多主控设备多平台开放度不够、接口多，道理信号控制标准化产品和平台算法不易形成。正因为目前市面上的交通信号灯，待行区、待转区，可变车道是由多个设备在控制，所以造成接口非常多，平台的算法就不易形成标准化，包括整个道路信号控制系统的产品标准化也还有欠缺。
本实施例可根据现场信号设备选择不同的配置方案，主要是匹配调整输出控制模块中输出驱动单元3的数量。把每一个被控信号独立控制一灯一线。这样在控制信号灯闪烁或灭灯的时候，就不会因为电源并线而影响直行待行或者左转待转指示灯的闪烁或熄灭。
同时可以根据信号的设置规则，在直行变成红灯或者绿灯的时候，按照一定的时间准则开启可变车道的切换。对于中心平台或者是算法来讲也比较简单，和道路交通信号管控一体化系统只有一个接口。在做算法逻辑或者说是状态切换的时候，就不用去驱动多个被控设备，也不会因被控主控器不同而造成时间的延迟或者不同步。
本实施例可以按照被控对象的数量配置对应的输出驱动单元3数量，灵活配置，整体上减少成本和方便工程实施；将被控对象分别与对应的输出驱动单元3连接，被控设备不存在并线等联接情况，可以独立控制，避免了待行区及待转区指示牌与信号灯组4之间相互影响的情况发生；主控单元和输出驱动单元3现场总线联接方式，把道路交通信号相关设备作为一个一体化设备进行管理和控制，一体化系统结构简单，逻辑清晰，一体化系统和控制中心接口单一，方便形成标准化及互联互通。
以上实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种道路交通信号管控一体化系统，其特征在于，包括主控模块（1）、输出控制模块、现场总线模块（2）和被控对象，所述被控对象包括信号灯显示模块和指示牌显示模块，所述主控模块（1）通过现场总线模块（2）与输出控制模块连接，所述输出控制模块分别与所述信号灯显示模块和所述指示牌显示模块连接，所述指示牌显示模块包括直行待行指示单元（5）、左转待转指示单元（6）和可变车道指示单元（7）。
2.根据权利要求1所述的一种道路交通信号管控一体化系统，其特征在于，所述信号灯显示模块包括若干个信号灯组（4），所述输出控制模块包括若干个输出驱动单元（3），输出驱动单元（3）与对应的单独的信号灯组（4）连接。
3.一种道路交通信号管控一体化系统的实现方法，利用如权利要求1-2所述的任意一种道路交通信号管控一体化系统，其特征在于，系统的控制过程包括：通过主控模块（1）对被控对象进行统一管理和控制；通过若干个输出驱动单元（3）建立相互独立的控制回路控制被控对象中的受控单元。
4.根据权利要求3所述的一种道路交通信号管控一体化系统的实现方法，其特征在于，在输出驱动单元（3）与对应的受控单元之间设置状态监测反馈单元（9）；通过状态监测反馈单元（9）对受控单元的启停状态进行检测，将检测结构按固定周期反馈给主控模块（1）。
5.根据权利要求3或4所述的一种道路交通信号管控一体化系统的实现方法，其特征在于，根据输出驱动单元（3）控制可变车道指示单元（7）的方法包括：输出驱动单元（3）与可变车道指示单元（7）通过短距离布线进行连接控制或将输出驱动单元（3）内置在机柜内通过无线通讯驱动控制可变车道指示单元（7）。
6.根据权利要求3所述的一种道路交通信号管控一体化系统的实现方法，其特征在于，还包括紧急供电模块（8），所述紧急供电模块（8）与任意信号灯组（4）对应的输出驱动单元（3）连接；在道路交通系统断电时，启动紧急供电模块（8），紧急供电模块（8）为输出驱动单元（3）供电，控制至少一组信号灯组（4）正常运行。
7.根据权利要求6所述的一种道路交通信号管控一体化系统的实现方法，其特征在于，所述紧急供电模块（8）包括无线信息传输单元和太阳能供电单元，所述无线信息传输单元与所述主控模块（1）连接，所述无线信息传输单元和所述太阳能供电单元均与输出驱动单元（3）连接；所述紧急供电模块（8）通过无线信息传输单元接收主控模块（1）的控制指令，通过太阳能供电单元临时为输出驱动单元（3）供电。
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