城市交通信号灯智能监控系统设计

杨久清+韩丽英

摘要：交通信号系统是现代城市必不可少的公共基础设施，更是智慧城市的重要组成部分。随着社会经济发展，公众对交通绿色环保性及智能化要求越来越高。本文介绍了基于太阳能供电的城市交通信号灯监控系统设计，给出了系统总体设计图，说明了系统功能，阐述了系统中的现场执行单元和监控指挥中心单元功能实现原理，实现了城市交通信号灯的智能化监控管理。

关键词：城市交通 执行单元 智能监控

中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2016）12-0016-01

1 引言

交通信号系统是现代城市必不可少的公共基础设施，更是智慧城市的重要组成部分。随着经济社会发展，公众对交通智能化要求越来越高，同时，随着城市建设规模的扩大，交通信号灯的数量也随之增加，特别是一些新建城区，电力设施配套不完善，不能提供稳定的电力供应，基于传统市电的信号灯需要穿线施工，影响路面设施，也增加了施工难度。利用太阳能供电，可以实现系统的全“无线化”，施工方便，节能环保。另外，系统采用无线透传模块实现路口内各信号机之间的通信和协同，采用GPRS通信方式实现与指挥中心的联网，实现远程智能监控。

2 系统总体设计

该系统由现场执行部分和监控指挥中心部分组成，监控指挥中心由一台电脑，运行自行研发的客户端软件，通过互联网与现场部分进行实时信息交换，实现远程监控功能。现场执行部分采用模块化设计，由主控机和从机组成，如图1所示，主控机采用GPRS无线传输方式与指挥控制中心传递监控信息，主控机与从机之间采用本地无线通信模块传递运行指令和监控信息，中央处理器按照指挥中心的运行方案驱动信号灯运行，主控机同时协调其它从机进行工作，地磁感应器用来检测车流量，以实现自适应控制路口信号灯功能。电源管理主要是对太阳能板和蓄电池进行实时监控和充放电、过压、欠压做出处理。

3 功能设计

3.1 现场执行单元

（1）与指挥中心的远程信息传输。系统通过GPRS方式，利用电信运营商公网传输信息。指挥中心将规划好的运行方案下发给制定路口，给路口主控机接受指挥中心的运行方案数据，中央处理器进行存储。本地信号灯的运行状态、电源系统状态和车流量等信息通过GPRS模块传输至指挥中心。

（2）本地信息传输。本地信息传输是通过无线透传模块实现的，无线透传模块具有体积小、实时性强、低功耗等特点，覆盖范围一般在一公里，完全满足路口内各信号机通讯需要。一个路口只设置一个主控机，其它为从机，从机由主控机来协同指挥，执行指挥中心的运行方案或实时指令。各从机将本机的地磁感应信息、电源信息实时报送给主控机。考虑到无线通讯的抗干扰问题，除每个路口设定一个频点外，还为每个路口设定一个地址码，收发信息时，在数据包前加上地址码以保证信息准确。

（3）信号灯驱动。采用大功率场效应管，要注意散热。采用D/A转换技术，调节驱动电压，实现白天和夜间灯具亮度的调节，白天信号灯亮度高，即提高驱动电压，使人在光线较强的时候便于观察信号灯；夜间信号灯亮度降低，不至于由于信号灯亮度过高使人感到刺眼。在满足人性化设计的同时，也达到了节能的目的。

（4）地磁感应。地磁感应器预埋在车道中间，一般在距离路口50米至100米处，车辆通过时，地磁感应器会产生一个脉冲信号，中央处理器根据整个路口不同方向的车流情况，实时调整信号灯的放行时间，提高路口通行能力。

（5）电源管理功能。太阳能板的输出受光线影响大，标称为24V的太阳能板，在光线充足时太阳能板输出一般为30V左右，光线不足时输出电压较低，所以需要有蓄电池来支持系统稳定运行。中央处理器除了对蓄电池的充电控制管理外，还要监测蓄电池的工作状态，特别是要监控蓄电池的输出电压，当输出电压欠压时，要向指挥中心告警，如果欠压超过设定值（12V蓄电池不能低于11.5V），系统将整个路口运行在“黄闪”状态以保护蓄电池。环境温度对蓄电池的影响较大，在电源管理模块中，加入温度传感器用于检测温度，为综合分析电源管理提供有效参考。另外，有相当一部分蓄电池被置于地下，极易被雨雪等积水浸泡造成损坏，因此在设计是加入了水浸传感器，及时检测并发出水浸告警。

3.2 监控指挥中心单元

监控指挥中心通过一台电脑，运行自行研发的客户端软件，通过互联网与现场部分进行实时信息交换，实现远程监控功能。

运行方案设置。监控指挥中心根据指定路口的具体情况，设置运行方案，包括运行时段、运行模式、绿通道、灯具的驱动电压等数据设置。设置数据通过GPRS网下发至现场执行系统。

（1）系统支持多时段运行方案，根据实际路况条件，可以设置早高峰、平峰、晚高峰、深夜等不同时段，最多可支持16个时段方案，通过不同方案的运行策略，有效调整不同方向的放行时间，组合出科学合理的通行方案，以提高路口通行能力和道路利用效率。

（2）支持远程“特勤”功能，在有特殊紧急情况时，需要某些路段的某一方向强制通行，在指控中心的协调下，可以将指定路口的某个方向设定为绿灯，形成“绿通道”。

（3）设置白天和夜间灯具的驱动电压。

（4）实时接收来自各个路口的现场信息，显示辖区内各路口信号灯运行状态，通过声、光手段提示告警信息等。

（5）可以对单个指定路口进行实时控制，直观显示指定路口运行状态，发送控制指令，实现“特勤”的绿通道控制。

4 结语

该系统在吉林省长春市净月区使用，运行效果良好，为城市交通智能、智慧化管理取得很好的社会效益，具有一定推广使用价值。

参考文献

[1]保麗霞.智能交通集成控制与管理.上海：同济大学出版社，2012.08.

[2]邹力.物联网与智能交通[M].北京：电子工业出版社，2012.06.