一种交互式道路交通信号机的制作方法

本实用新型涉及智能交通信号系统，尤其是一种交互式道路交通信号机。

背景技术：

传统道路交通信号机经常用一个处理器控制一整套系统，在过去路口设备并不复杂的情况下是可以的。但伴随现代城市交通日益智能化和信息化的需求背景下，信号机所带的外场设备越来越多，所要提供的公共服务也更精细，单一处理器控制已不能满足这种需求，尤其联网控制场合，网络广播风暴和病毒经常冲击灯控软件模块，导致黄闪和死机，影响路口安全。

现有技术信号机已具备联网控制功能，但这种网络服务仅限于专业技术人员和交警职能部门，对于普通交通参与者同样需要获得公共交通信息服务，否则无法合理安排行车路线、控制车速和油耗，在实现绿波控制、交通管制和公交优先控制场合，因为没有相应的交通信息提供和诱导，也容易造成绿波不畅和路口安全事件。

伴随自动驾驶的兴起，车辆作为移动智能终端，通过路口时需要实时获取本地路口和关联路口的灯色配时信息，从公网获取经常遇到延时也非专业服务，而现有信号机技术无法提供这种实时交通信息和专业服务以便于自动驾驶。

现有技术在没有传感网络或传感网络故障降级时，交通参与者的移动智能终端不能代替发送实时路权放行请求信号，无法与信号机交互，即使车流量很少，某向红灯等待时间依然很长。

技术实现要素：

本实用新型就是在现有技术不足和高端需求背景下而作的架构革新，采用灯控处理器、通信服务器和传感网络处理器分开并行架构，安装内部局域网，将每个路口信号机当作公共交通信息服务的无线访问节点，扩容路口智能外设，通过信号机有线无线局域网给不同的交通参与者提供交互式服务。

为了实现上述目的，本实用新型的技术方案如下：一种交互式道路交通信号机包括：局域交换机、通信服务器、灯组驱动及故障检测模块、内部驱动总线、灯控处理器、强电电缆、串行通信线、滤波电源模块、弱电电源线、车辆检测传感模块、传感网络通信方式、各向无线热点、内部局域网、传感网络处理器；所述内部交换机，通过内部网线或外部光纤等将外设、通信处理器、传感网络处理器和中心后台服务器连成一体，所述各向无线节点与蓝牙无线设备，也连在内部局域网上，无线节点是交通参与者和本实用新型信号机最重要的通信方式；此为内部局域网部件。

所述灯控处理器、传感网络处理器、通信服务器、内部局域网、各向灯组驱动及故障检测模块、各向车辆检测传感器模块、各向无线WIFI和蓝牙节点、滤波稳压电源构成交互式信号机；所述灯控处理器独立且与所述通信服务器连接通过串行接口以私有协议通信，按安全的控制方案驱动外部各向灯组并检测灯组故障；所述传感网络处理器独立且与通信服务器通过所述内部局域网连接，所采集的车流量数据既可用于现场点控优化，也可提供给后台服务器进行线控和面控优化，传感网络设备连接，有线主要基于RS232、RS485 和现场总线协议，无线主要基于Zigbee、LoRa等常用物联网协议；所述通信服务器主要承担现场设备管理、移动智能终端访问交互、状况回报和后台服务器方案下发、交通信息共享服务，同时也利用现场采集的交通流信息对本地信号机配时优化；所述内部局域网，有线设备连接基于TCP/IP协议的网络设备，本地无线设备连接基于WIFI或蓝牙协议。

所述信号机电源模块，外部供电线路接入该模块后，经过稳压滤波为信号机提供杂波系数小的稳压电源，强电部分电源通过所述强电电缆给外部红绿灯供电，弱电部分电源经过降压稳流，通过所述弱电电源线给内部各处理器、局域网和传感网络等设备供电，此为电源部件。

所述信号机灯控处理器，一般为8位以上高性能单片机，复位启动迅速；灯控处理器通过所述串行通信线与通信服务器相连，采用非公开的内部私有协议通信，保证安全性；灯控处理器通过所述内部通信总线驱动灯组及故障检测模块，该模块通过光藕与外部灯组强电隔离，同时检测每路灯组状态，然后再回传给灯控处理器，灯控处理器会根据当前控制方案的相位状态判断绿冲突、灯组坏或灯色异常故障，严重故障做相应降级处理；故障信息会通过所述串行通信线回传给通信处理器，以供故障记录、后台告警和故障维护；此为灯控部件。

所述车辆检测传感模块经常布设在交叉口各个方向上，通常有地感线圈检测、无线地磁检测、视频检测和微波检测等车辆检测技术，无论哪一种技术最终接口都汇聚到信号机机柜内，通过所述传感网络通信方式与传感网络处理器连接；传感网络通信方式既可以是RS485、现场总线等有线方式，也可以是Zigbee 和LoRa等无线方式；传感网络处理器会测算各向交通流平均流量、排队长度、占道率、车头时距、实时请求等信息，然后通过所述内部局域网与通信服务器及中心后台通信，统计信息也存储在传感网络处理器中，以供断网重连后查询；此为传感网络部件。

本实用新型有益的效果是：本实用新型是现有技术不足和高端需求背景下而作的信号机架构革新，实施后灯控更安全、外设可扩容、有线无线网络兼备、并实时提供公共交通信息服务，有利于车、路、人协同和自动驾驶。

附图说明

图1为本实用新型信号机内部功能架构图；局域交换机1、通信服务器2、灯组驱动及故障检测模块3、内部驱动总线4、灯控处理器5、强电电缆6、串行通信线7、滤波电源模块8、弱电电源线9、车辆检测传感模块10、传感网络通信方式11、各向无线热点12、内部局域网13、传感网络处理器14。

图2为本实用新型架构下外设、交通参与者交互示意图；中心后台服务器2-1、各项红绿灯组2-2、灯组驱动电缆2-3、信号机2-4、专业用户2-5、各向交通参与者2-6、各向显示诱导屏2-7。

具体实施方式

为了使本实用新型的实现技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本实用新型。

如图1所示，一种交互式道路交通信号机包括：局域交换机1、通信服务器2、灯组驱动及故障检测模块3、内部驱动总线4、灯控处理器5、强电电缆6、串行通信线7、滤波电源模块8、弱电电源线9、车辆检测传感模块10、传感网络通信方式11、各向无线热点12、内部局域网13、传感网络处理器14；所述内部交换机1，通过内部网线或外部光纤等将外设、通信处理器2、传感网络处理器14和中心后台服务器2-1连成一体，所述各向无线节点12与蓝牙无线设备，也连在内部局域网13上，各向无线节点12是交通参与者和本实用新型信号机最重要的通信方式；此为内部局域网部件。

所述灯控处理器5、传感网络处理器14、通信服务器2、内部局域网13、各向灯组驱动及故障检测模块3、各向车辆检测传感器模块10、各向无线WIFI和蓝牙节点、滤波电源模块8的滤波稳压电源构成交互式信号机；所述灯控处理器5独立且与所述通信服务器2连接通过串行接口以私有协议通信，按安全的控制方案驱动外部各向灯组并检测灯组故障；所述传感网络处理器14独立且与通信服务器2通过所述内部局域网13连接，所采集的车流量数据既可用于现场点控优化，也可提供给后台服务器进行线控和面控优化，传感网络设备连接，有线主要基于RS232、RS485 和现场总线协议，无线主要基于Zigbee、LoRa等常用物联网协议；所述通信服务器2主要承担现场设备管理、移动智能终端访问交互、状况回报和后台服务器方案下发、交通信息共享服务，同时也利用现场采集的交通流信息对本地信号机配时优化；所述内部局域网13，有线设备连接基于TCP/IP协议的网络设备，本地无线设备连接基于WIFI或蓝牙协议。

所述信号机电源模块，外部供电线路接入该模块后，经过稳压滤波为信号机提供杂波系数小的稳压电源，强电部分电源通过所述强电电缆6给外部红绿灯供电，弱电部分电源经过降压稳流，通过所述弱电电源线9给内部各处理器、局域网和传感网络等设备供电，此为电源部件。

所述信号机灯控处理器5，一般为8位以上高性能单片机，复位启动迅速；灯控处理器5通过所述串行通信线7与通信服务器2相连，采用非公开的内部私有协议通信，保证安全性；灯控处理器5通过所述内部通信总线4驱动灯组驱动及故障检测模块3，该模块通过光藕与外部灯组强电隔离，同时检测每路灯组状态，然后再回传给灯控处理器5，灯控处理器5会根据当前控制方案的相位状态判断绿冲突、灯组坏或灯色异常故障，严重故障做相应降级处理；故障信息会通过所述串行通信线7回传给通信处理器2，以供故障记录、后台告警和故障维护；此为灯控部件。

所述车辆检测传感模块10经常布设在交叉口各个方向上，通常有地感线圈检测、无线地磁检测、视频检测和微波检测等车辆检测技术，无论哪一种技术最终接口都汇聚到信号机机柜内，通过所述传感网络通信方式与传感网络处理器14连接；传感网络通信方式既可以是RS485、现场总线等有线方式，也可以是Zigbee 和LoRa等无线方式；传感网络处理器14会测算各向交通流平均流量、排队长度、占道率、车头时距、实时请求等信息，然后通过所述内部局域网13与通信服务器2及中心后台通信，统计信息也存储在传感网络处理器中，以供断网重连后查询；此为传感网络部件。

进一步地,所述的灯控处理器5选用8位以上高性能单片机，自带看门狗复位电路，复位启动时间小于200毫秒，以简单的串行接口私有协议与通信服务器2通信；灯控处理器5不存储复杂的优化方案阵列，仅存储基本的控制方案。复杂的优化方案阵列、日计划调度表和阶段控制表存储在通信服务器里。感应控制、自适应优化控制等智能控制应用场合以串行私有协议响应，当通信服务器5故障或传感器故障时，灯组处理器将关闭串行接口并降级到基本控制，保证路口灯色正常安全运行；对灯组的驱动用光藕弱电驱动强电，对灯组的检测也通过光藕隔离。

进一步的，所述的传感网络处理器14选用16位以上嵌入式系统，复位启动时间小于5秒，主要功能是采集各向车辆检测传感网络信息和故障信息，通过内部局域网13与通信服务器2通信，并可直接与后台服务器通信；该处理器可存储一个月以上的车流量信息，在网络出现故障时可现场存储数据，待故障恢复后再供网络上传和查询；传感网络处理器不做信号机方案优化计算，仅有测量计算；。优化计算放在后台或本地通信服务器那里。

进一步的，所述的通信服务器2选用32位以上工业级嵌入式系统，安装专业的操作系统，主频高于266M，具备大容量内存和硬盘空间，复位启动时间小于15秒。主要承担网络通信、灯控通信、传感网络在线优化配时、设备管理、信息发布和人机交互服务任务；设备管理时需要特殊动态密钥，信息发布时提供无密服务。通信服务器2硬件接口多样：ISA并行总线、串口、USB口、RJ45口、VGA接口、WIFI和蓝牙接口等，这些接口可带各种现场有线或无线外设，并与后台服务器相连。

进一步的，所述的交互式通信，依赖于信号机内安装的局域网和通信服务器；该局域网不仅可以扩容所控路口的外场设备，而且交通参与者可通过有线无线网络访问通信服务器2，通信服务器2也可发布后台下发的公共交通信息，访问者可以是专业用户，也可以是普通交通参与者；交互所使用的移动智能终端，安装相关APP软件，需要密钥的专业用户，其动态口令来自交警职能部门特殊分配授权，非一般用户通过内部局域网即可获得。

如图2所示，图2中体现了本信号机与路口各种外设、交通参与者交互示意图：所述中心后台服务器2-1，一般在行业职能部门机房内并通过防火墙与外场信号机2-4隔离，非专业用户和授权口令无法访问，但外场信号机设备信息会根据一定的协议格式自动与中心后台服务器2-1交互。

所述各向红绿灯组2-2通过所述强电电缆2-3与信号机2-4通信，各向灯组可能很多，包括机动车、非机动车和行人红绿灯，也包括左转、直行、右转、BRT等车行方向。

所述专业用户2-5，通过信号机内部局域网13与信号机2-4连接，专业用户2-5常进行设备管理、维护和配时，需要依靠由中心后台分配的特殊密钥进行访问，访问时既可用网线连接信号机也可通过WIFI等无线连接，但必须有密钥才能进行设备管理。

所述各向交通参与者2-6包括各向行人、车辆所使用的移动智能终端，这些智能终端上经常自配WIFI和蓝牙组件，可与信号机2-4配备的各向无线节点无密连接，然后获取公开的交通信息服务，并通过APP软件向信号机2-4发送路权请求放行信号。

所述各向显示诱导屏2-7，有些城市中心后台管理者经常通过路口各向显示诱导屏2-7发布一些动态的交通提示信息，各向显示诱导屏2-7与信号机2-4的通信过去常用RS485总线，但通信速率慢，在本实用新型中，采用内部局域网13与信号机2-4通信，电源也采用信号机13内经过滤波稳压的电源。

本实用新型无线节点的部署方法，一般因WIFI和蓝牙通信距离有限，而实际交叉口空间很大，所以无线节点部署时经常在每个方向离停车线50米处布设，保证各向车流和行人在进入交叉口前找到无线信号并自动连接上。

本实用新型发布的交通信息方法，在于中心后台提供安全的专业化服务和分类处理，有些交通信息如灯色、配时、绿波设计时速、交通拥堵状况、工程施工状况等可以公开，有些如警卫路线、设备管理、安全事件等不可以公开访问。

本实用新型中专业人员与信号机的交互方法，来自于职能部门特殊分配的动态密码，每个专业人员进入路口服务，必须得到中心后台管理部门的授权，并记录在案。路口密钥是动态管理的，以防维护人员离岗离职后故意破坏路口灯色安全。

本实用新型中普通交通参与者与信号机的交互方法，是通过移动智能终端APP软件实现的，APP软件由专业厂商定制，内部通信协议不向APP用户公开，仅傻瓜化、可视化操作界面，在一定时间内某个方向某个用户路权频繁请求信号，仅当作一次请求事件，而且在有些饱和交通状况、线控、面控及交通管制情况下，不支持APP请求。

综上所述：一种交互式道路交通信号机，包括以下特征：

（1）本实用新型信号机内采取灯控处理器、通信服务器和传感网络处理器分开并行架构；

（2）本实用新型信号机安装内部局域网，并通过各向无线WIFI热点和蓝牙为各向交通参与者提供交互式服务；

（3）本实用新型信号机所控路口，交通参与者可在无传感网络或车辆检测器失效的情况下，通过智能手机APP发出方向路权请求信号，各向累积请求信号也遵从安全过滤的优化算法；

（4）本实用新型信号机对于专业维护人员提供动态密钥进行设备管理，但由中心后台服务器根据职能部门权限特殊分配，非易获得；

（5）本实用新型信号机基础工作方法是：灯控处理器驱动外部灯组并检测灯组故障；传感网络处理器采集各向交通流信息并检测传感器故障；通信服务器接受来自中心后台的服务信息和控制方案，无密发布专业交通信息并提供访问，同时优化本地交通流信息，既可实现本地点控优化，也可把数据上传给后台服务器继续线控优化和面控优化；

（6）本实用新型信号机交互式工作方法是：通过内部有线无线局域网络扩容外场设备；各向交通参与者可通过移动智能终端和相关APP软件访问通信服务器，并可向信号机发送路权请求放行信号。

本实用新型有益的效果是：本实用新型是现有技术不足和高端需求背景下而作的信号机架构革新，实施后灯控更安全、外设可扩容、有线无线网络兼备、并实时提供公共交通信息服务，有利于车、路、人协同和自动驾驶。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理和主要特征和本实用新型的优点，本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型的要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。