CN112735158A - 一种信号灯红黄绿灯故障监测方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种信号灯红黄绿灯器故障监测方法及装置，其中一种信号灯红黄绿灯故障监测方法，其具体步骤包括：步骤一，采集各路信号灯亮灯时的电压和功率值，对采集到的数据进行学***均值进行比对，若某一路信号灯的有效功率值数据小于平均值的一定比例，则判断相应信号灯故障。本发明对在有交通信号灯的路口，经过较小改动，能实现红黄绿灯的监测，准确上报故障状态，且可靠经济。

Description

一种信号灯红黄绿灯故障监测方法及装置

技术领域

本发明属于道路信号灯技术领域，具体涉及一种信号灯红黄绿灯故障监测方法及装置。

背景技术

交通信号灯出现不亮，常亮，紊乱，黄闪等故障，会影响正常的交通秩序。目前道路上运行的交通信号灯，多由人工反馈故障给维护人员。信号灯出现指示上的故障可能由道路交通信号控制机，道路交通信号灯以及连接线路等诸多因素造成；如果发现或维修不及时都会影响交通舒畅甚至安全。本方法能实时监测信号灯是否正常工作，及时作出故障告警，并判断故障方位点及原因，为维护人员提供快捷的信息。

当前自动检测交通信号灯故障的方法概括起来有如下几种或其中的组合：

1.图像识别：通过对信号灯拍摄的图像进行识别。

2.电流检测：测量每一个灯或灯组的电流，判断是否在阈值范围。

3.电压，电流检测：测量每一个灯或灯组的电压和电流，判断功率是否在阈值范围。

现有的方法存在一定的缺点：1.图像识别方法实现起来成本较高，独立性差，对已经安装运行交通信号灯***对接困难。2.电流检测方法，在电压不稳定时，相对应测量电流不稳定，判断阈值会产生偏差；且无法判断是否是交通信号控制机端还是交通信号灯故障。3.测量交流电电压，电流，在实现电路中，整流及滤波使得测量响应时间变小，如信号灯的闪烁无法有效识别，特别是遇到有闪烁变化的交通信号灯时，判断误差大；若采用较高频率采样的设计，几十路采样的成本和***复杂度会提高，在准确性和经济性上不能兼顾。

发明内容

为解决现在技术存在的上述问题，本发明提供了一种能实现红黄绿灯的监测、准确上报故障状态、且可靠经济的信号灯红黄绿灯故障监测方法及装置。

本发明采用的技术方案是：

一种信号灯红黄绿灯故障监测方法，其具体步骤包括：

步骤一，采集各路信号灯亮灯时的电压和功率值，对采集到的数据进行学习获得学习模板；

步骤二，获取实时测量各路信号灯亮灯周期的有效功率值数据，与学***均值进行比对，若某一路信号灯的有效功率值数据小于平均值的一定比例，则判断相应信号灯故障。

进一步，还包括步骤三，采集每路信号灯的电压值，对每路信号灯的电压值和时间进行判断，若所测信号灯是常亮或无输出或黄闪状态，则是交通信号控制机故障；若所测信号灯是正常状态，则对比不同信号灯之间的相位，不同相位间绿灯同亮是绿冲突状态，相同相位红绿灯同亮是红绿冲突状态，则是交通信号控制机故障。

进一步，当某路信号灯的电压值在设定时间内无回落的情况，则判断为常亮状态；当某路信号灯的电压值在设定时间内一直保持在相对0值，无上升，则判断为无输出状态；当不同相位的绿灯，在相同时间均有电压值，则判断为绿冲突状态；当相同相位的红灯和绿灯在相同时间均有电压值，红绿同亮，则判断为红绿冲突状态；当黄灯闪烁，电压值上升回落周期小于1S，持续状态时长大于10秒，则判断为黄闪状态。

进一步，步骤一中学习模板的获得的具体步骤如下：

(1.1)在交通信号灯正常工作时，采集各路信号灯第一周期的亮灯时的电压和功率值，将采集到的功率值数据求取最大值、最小值和平均值，以及亮灯时间；

(1.2)采集下一周期的亮灯的功率值数据，求取最大值、最小值和平均值，以及亮灯时间，并与第一周期求取的相应数据进行对比，若在设定的比例范围内，则保存数据为学习模板；若超出设定的比例范围，则返回步骤(1.1)。

进一步，步骤一还设置有学习次数，在超出设定的比例范围时，判断是否超出学习次数，若没有超出学习次数，则返回步骤(1.1)；若超出学习次数，仍未获得学习模板，则告警学习失败。

进一步，步骤(1.1)中如果有闪烁，获取闪烁时的功率有效值和闪烁时间。

进一步，步骤二中设置有比对次数。

基于上述监测方法的一种信号灯红黄绿灯故障监测装置，其特征在于：包括交通信号控制机、交通信号灯，所述交通信号控制机与交通信号灯之间的每路信号灯上串联有电流互感器，并联有电压互感器，所述电流互感器和电压互感器均连接于功率芯片，每路信号灯的功率芯片均连接于FPGA/CPLD，所述FPGA/CPLD连接于控制芯片，所述控制芯片基于上述监测方法判断红黄绿灯是否存在故障。

进一步，所述功率芯片采用BL0937芯片。由于红黄绿灯每一秒的示数不一样，所测得功率也一直在变化，BL0937芯片中高精度基准源与数字滤波功能，为所测量的交流电信号保持较高的稳定和快速性。

进一步，所述FPGA/CPLD每秒8次采集频率输出每路的电压和功率脉冲数，所述控制芯片取每秒中的第三个值作为功率值的稳定值。功率在变化时，电压和功率采集到的值都会有不稳定数值，特别是在上升与下降期间，经过数据的甄别，可以得出信号灯与红黄绿灯在每一秒时的相对稳定值。

本发明的有益效果：对在有交通信号灯的路口，不改变信号控制机，信号灯，且不影响原有功能的基础上，经过较小改动，能实现红黄绿灯的监测，准确上报故障状态，且可靠经济。使用BL0937功率芯片，采样交流电压电流值，通过算法来计算电压有效值和功率值，避免电压浮动的影响，且相应速度快，能很好的检测信号灯的闪烁以及功率的变化，对交通信号机和信号灯适应能力强。

附图说明

图1是本发明的装置的结构示意图。

图2是本发明的信号灯闪烁时采集到的脉冲曲线及电压功率有效值。

图3是本发明的测得的电压功率数据图。

图4是本发明的处理后的有效电压功率数据图。

图5是本发明的学习模板获得的流程示意图。

图6是本发明的信号灯故障判断的流程示意图。

图7是本发明的交通信号控制机故障判断的流程示意图。

图8是本发明的信号灯各故障状态时的对应的数据示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例来对本发明进行进一步说明，但并不将本发明局限于这些具体实施方式。本领域技术人员应该认识到，本发明涵盖了权利要求书范围内所可能包括的所有备选方案、改进方案和等效方案。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

参见图1、图2，本实施例提供了一种信号灯红黄绿灯故障监测装置，包括交通信号控制机、交通信号灯，所述交通信号控制机与交通信号灯之间的每路信号灯上串联有电流互感器，并联有电压互感器，所述电流互感器和电压互感器均连接于功率芯片，每路信号灯的功率芯片均连接于FPGA/CPLD，所述FPGA/CPLD连接于控制芯片，所述控制芯片基于信号灯红黄绿灯故障监测方法判断红黄绿灯是否存在故障。

本实施例所述功率芯片采用BL0937芯片。BL0937功率芯片采集每一路信号灯和红黄绿灯的电压和功率，在供电电压有浮动时，所测量LED信号灯的功率依然保持一致性，且BL0937芯片中高精度基准源与数字滤波功能，为所测量的交流电信号保持较高的稳定和快速性。

监测信号灯是否故障主要是通过实时检测的电压值与功率值，与正常学习到值进行对比，若功率值低于某阈值(此阈值可以设置，默认为正常值的75％)为灯故障，并且根据电压值来判断信号机运行的状态。在实际交通红绿灯***中，还存在黄闪和信号灯提醒闪烁情况，而在闪烁状态下，测量值有变化。所以要识别闪烁以及闪烁时稳定功率值。交通信号控制机控制红信号灯闪烁，闪烁频率在55--65次每分钟(大约1Hz)，FPGA/CPLD以每秒8次的频率采集每一路信号电压和功率的脉冲值，保证采集信号闪烁时能保真，并传给控制芯片判断。控制芯片通过判别数据高点和低点值变化，可以判断是否在闪烁。在闪烁时，电压和功率采集到的值都会有不稳定数值，特别是在上升与下降期间，所以电压和功率取开始上升后的第3个值为在此单位时间段(1S)的有效值。

本实施例一种信号灯红黄绿灯故障监测方法，其具体步骤包括：

步骤一，采集各路信号灯亮灯时的电压和功率值，对采集到的数据进行学习获得学习模板，参见图5；

其中学习模板的获得的具体步骤如下：

(1.1)在交通信号灯正常工作时，采集各路信号灯第一周期的亮灯时的电压和功率值，如果有闪烁，获取闪烁时的功率有效值，将采集到的功率值数据求取最大值、最小值和平均值，以及亮灯时间，闪烁时间，参见图3，图4；

(1.2)采集下一周期的亮灯的功率值数据，求取最大值、最小值和平均值，以及亮灯时间，闪烁时间，并与第一周期求取的相应数据进行对比，若在设定的比例范围内，则保存数据为学习模板；若超出设定的比例范围，则返回步骤(1.1)。

本实施例还设置有学习次数，在超出设定的比例范围时，判断是否超出学习次数，若没有超出学习次数，则返回步骤(1.1)；若超出学习次数，仍未获得学习模板，则告警学习失败。以此保证学习模板值的稳定。

步骤二，获取实时测量各路信号灯亮灯周期的有效功率值数据，与学***均值进行比对，若某一路信号灯的有效功率值数据小于平均值的一定比例(可设置为75％)，则判断相应信号灯故障，参见图6，信号灯故障还可能是信号灯端与设备连线断路。在进行监测时，通过获取每路闪烁后亮灯的有效数据，与模板数据对比平均值，以此消除信号控制机设置不同的时间策略(亮灯时间长短，闪烁时间长短)问题，报告信号灯故障。为避免误报，需要设置比对的次数。

步骤三，采集每路信号灯的电压值，对每路信号灯的电压值和时间进行判断，若所测信号灯是常亮或无输出或黄闪状态，则是交通信号控制机故障，无输出时，还可能是信号控制机端与设备连线断路或保险丝熔断；若所测信号灯是正常状态，则对比不同信号灯之间的相位，不同相位间绿灯同亮是绿冲突状态，相同相位红绿灯同亮是红绿冲突状态，则是交通信号控制机故障，红绿灯同亮时还可能是同灯组中有短路，参见图7。

控制芯片根据FPGA/CPLD所给的各路电压，功率数据，经过处理作并与正常值对比，是否在一定阈值范围内，为避免误报，采用多周期比对的方法，上报是否哪路有故障或是否恢复。在交通信号灯***中故障具体可分为常亮，无输出，绿冲突，红绿同亮，灯故障，黄闪等几大类型。

当某路信号灯的电压值在设定时间(可设置为5分钟)内无回落的情况，则判断为常亮状态；当某路信号灯的电压值在设定时间(可设置为5分钟)内一直保持在相对0值，无上升，则判断为无输出状态；当不同相位的绿灯，在相同时间均有电压值，则判断为绿冲突状态；当相同相位的红灯和绿灯在相同时间均有电压值，红绿同亮，则判断为红绿冲突状态；当黄灯闪烁，电压值上升回落周期小于1S，持续状态时长大于10秒，则判断为黄闪状态，参见图8。

本发明对在有交通信号灯的路口，不改变信号控制机，信号灯，且不影响原有功能的基础上，经过较小改动，能实现红黄绿灯的监测，准确上报故障状态，且可靠经济。使用BL0937功率芯片，采样交流电压电流值，通过算法来计算电压有效值和功率值，避免电压浮动的影响，且相应速度快，能很好的检测信号灯的闪烁以及功率的变化，对交通信号机和信号灯适应能力强。

本发明在电气连线后，在交通信号灯正常工作时学习，自动记录各条线路信号灯的数据，学习完毕后自动监测，自适应信号控制机的工作状态。监测到故障通过网络上报，通过上报的通道序号和故障类型，可简要分析故障原因，为维护人员提供参考。维护人员可以通过故障信息，通过更换相关模块，达到快速恢复信号灯***的正常运行。

Claims (10)

1.一种信号灯红黄绿灯故障监测方法，其具体步骤包括：

步骤一，采集各路信号灯亮灯时的电压和功率值，对采集到的数据进行学习获得学习模板；

步骤二，获取实时测量各路信号灯亮灯周期的有效功率值数据，与学***均值进行比对，若某一路信号灯的有效功率值数据小于平均值的一定比例，则判断相应信号灯故障。

2.根据权利要求1所述的一种信号灯红黄绿灯故障监测方法，其特征在于：还包括步骤三，采集每路信号灯的电压值，对每路信号灯的电压值和时间进行判断，若所测信号灯是常亮或无输出或黄闪状态，则是交通信号控制机故障；若所测信号灯是正常状态，则对比不同信号灯之间的相位，不同相位间绿灯同亮是绿冲突状态，相同相位红绿灯同亮是红绿冲突状态，则是交通信号控制机故障。

3.根据权利要求2所述的一种信号灯红黄绿灯故障监测方法，其特征在于：当某路信号灯的电压值在设定时间内无回落的情况，则判断为常亮状态；当某路信号灯的电压值在设定时间内一直保持在相对0值，无上升，则判断为无输出状态；当不同相位的绿灯，在相同时间均有电压值，则判断为绿冲突状态；当相同相位的红灯和绿灯在相同时间均有电压值，红绿同亮，则判断为红绿冲突状态；当黄灯闪烁，电压值上升回落周期小于1S，持续状态时长大于10秒，则判断为黄闪状态。

4.根据权利要求1所述的一种信号灯红黄绿灯故障监测方法，其特征在于：步骤一中学习模板的获得的具体步骤如下：

(1.1)在交通信号灯正常工作时，采集各路信号灯第一周期的亮灯时的电压和功率值，将采集到的功率值数据求取最大值、最小值和平均值，以及亮灯时间；

(1.2)采集下一周期的亮灯的功率值数据，求取最大值、最小值和平均值，以及亮灯时间，并与第一周期求取的相应数据进行对比，若在设定的比例范围内，则保存数据为学习模板；若超出设定的比例范围，则返回步骤(1.1)。

5.根据权利要求4所述的一种信号灯红黄绿灯故障监测方法，其特征在于：步骤一还设置有学习次数，在超出设定的比例范围时，判断是否超出学习次数，若没有超出学习次数，则返回步骤(1.1)；若超出学习次数，仍未获得学习模板，则告警学习失败。

6.根据权利要求4所述的一种信号灯红黄绿灯故障监测方法，其特征在于：步骤(1.1)中如果有闪烁，获取闪烁时的功率有效值和闪烁时间。

7.根据权利要求1所述的一种信号灯红黄绿灯故障监测方法，其特征在于：步骤二中设置有比对次数。

8.一种信号灯红黄绿灯故障监测装置，其特征在于：包括交通信号控制机、交通信号灯，所述交通信号控制机与交通信号灯之间的每路信号灯上串联有电流互感器，并联有电压互感器，所述电流互感器和电压互感器均连接于功率芯片，每路信号灯的功率芯片均连接于FPGA/CPLD，所述FPGA/CPLD连接于控制芯片，所述控制芯片基于权利要求1至7任意一项所述监测方法判断红黄绿灯是否存在故障。

9.根据权利要求8所述的一种信号灯红黄绿灯故障监测装置，其特征在于：所述功率芯片采用BL0937芯片。

10.根据权利要求8所述的一种信号灯红黄绿灯故障监测装置，其特征在于：所述FPGA/CPLD每秒8次采集频率输出每路的电压和功率脉冲数，所述控制芯片取每秒中的第三个值作为功率值的稳定值。

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