一种用于交通信号设施工作状态实时监控系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种用于交通信号设施工作状态实时监控系统及方法，包括信号采集单元、数据处理单元、故障识别单元、故障预处理系统及无线传输单元，其中信号采集单元包括电流电压采集模块和图像采集模块，输入端与交通信号设施的输出端连接，输出端与数据处理模块连接，数据处理单元包含了数据采集项的预设值，与采集数据进行比对，从而对交通信号设施的工作状态进行判断，故障识别单元用以输出故障的具体位置及故障类型。本发明专利技术系统在发生故障时，故障信息通过无线传输的方式发送至交通监测中心，并启动故障预处理系统，确保发生故障的交通信号设施在短时间内恢复正常的工作状态，避免由于信号灯故障带来的交通秩序混乱的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种用于交通信号设施工作状态实时监控系统及方法
本专利技术涉及交通信号设施领域，尤其涉及一种用于交通信号设施工作状态实时监控系统及方法。
技术介绍
随着城市道路交通日益拥堵，交通信号灯成为每个路口必不可少的交通管理设施，通过对车辆、行人发出行进或停止的指令使同时到达的人、车交通流，尽可能的减少相互干扰，从而提高路口的通行能力，保障路口的畅通和安全。然而，交通信号灯常年暴露在雷雨、大风、严寒、酷暑等恶劣的自然环境中，且需要连续，不间断的工作，很容易出现各种故障，因此为保证城市交通的正常运行就需要对道路的交通信号设施进行实时监控，并及时对故障做出反应，尽可能避免因信号灯故障导致交通堵塞和交通事故的发生。目前，对于交通信号设施的监控已不再局限于人员巡检排查。例如，中国申请公布号为CN106327904的专利技术专利就公开了一种交通信号灯故障检测系统，其主要的技术构思为，包括电流检测电路、电压检测电路、主控电路、通信电路、监控终端、GPRS通信模块，电流检测电路、电压检测电路的信号输出端连接主控电路，主控电路与通信电路相互连接，通信电路通过GPRS通信模块与监控终端相连；主控电路内部包括电压信息采集单元、数据处理单元、电流信息采集单元、故障分析单元，电压信息采集单元和电流信息采集单元的信号输出传送给数据处理单元，数据处理单元的信号输出传送给故障分析单元，故障分析单元与通信电路相互连接。但上述交通信号灯检测系统存在如下缺陷：故障发生时，经系统检测出故障后，通过网络传输给远程监控人员及维修人员，故障上报到故障解决需要一定的时间，在这期间，很容易产生交通混乱的问题。专利
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种用于交通信号设施工作状态实时监控系统及方法，以解决上述
技术介绍
中提出的维修效率低，容易造成交通混乱的问题。为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案，一种用于交通信号设施工作状态实时监控系统,包括信号采集单元、数据处理单元、故障识别单元以及无线传输单元，其中，所述信号采集单元包括电流电压采集模块和图像采集模块，所述电流电压采集模块和图像采集模块的输入端分别与交通信号设施的输出端连接，两者的输出端与数据处理单元连接，所述图像采集模块包括至少一个用于采集交通信号灯显示图形、颜色、亮度的摄像头；所述数据处理单元中包含预设交通信号灯正常工作时的电流电压阈值，以及以一定周期重复的图像信息，在数据处理单元获取所述信号采集单元的信息后，其对实时数据与相应阈值进行比较及判定，获取故障具体位置及故障类型所述故障识别单元用以输出故障的具体位置及故障类型，并通过无线传输模块将故障信息发送给交通监控中心；所述故障预处理系统用于在交通信号设施被检测到故障并报告给监控中心后，启动独立于所述数据处理单元的仅针对此故障路口的临时管理。进一步地，所述无线传输单元包括带有位置编号的无线4G端口，使得交通监控中心判断故障信号设施的准确位置。进一步地，所述故障预处理系统包括独立的电源和交通信号灯控制器，分别与交通信号灯连接。进一步地，所述故障预处理系统启动时间在3-5秒，并且启动期间，所述数据处理单元控制黄灯闪烁。进一步地，所述信号采集单元包括每个交通设施检测点设置一个图像传感器，采集到的图像经图像传感器处理后转化为像素值，在检测时，信号采集单元采集至少三个检测点的实时信息，经图像传感器处理后分别为第一像素值r1，第二像素值r2，第三像素值r3，并传输至数据处理单元；所述数据处理单元按照下述均值运算公式判定第一图像传感器、第二图像传感器的第一比较值P21：式中，P21表示第一图像传感器、第二图像传感器的第一比较值，r1表示第一图像传感器的实时采样像素值，r2表示第二图像传感器的实时采样像素值；r3表示第三图像传感器的实时采样像素值；T表示均方差运算，I表示积分运算；其中I表示基于二次函数的任意积分运算，上述公式为获取积分的比值信息，下述两公式相同，如基于函数y＝ax2，在x取值为(a,b)内，a＜b为任意数值；所述的数据处理单元按照下述公式判定第一图像采集信息、第三图像采集信息的第二比较值P31：式中，P31表示第一图像传感器、第三图像传感器的第二比较值，r1表示第一图像传感器的实时采样像素值，r2表示第二图像传感器的实时采样像素值；r3表示第三图像传感器的实时采样像素值；T表示均方差运算，I表示积分运算；所述的数据处理单元按照下述公式判定第二图像传感器、第三图像传感器的第三比较值P23：式中，P23表示第二图像传感器、第三图像传感器的第三比较值，r1表示第一图像传感器的实时采样像素值，r2表示第二图像传感器的实时采样像素值；r3表示第三图像传感器的实时采样像素值；T表示均方差运算，I表示积分运算；经过上述方式获取的P21、P31、P23，获取三个比较值的差值比较，判定是否超过存储在数据处理单元的阈值P，若有一个差值超过阈值P，则该时点信号灯发生故障；若比较差值均未超过阈值P，交通信号设施正常工作，则重新进行取样运算。进一步地，所述信号采集单元将采集到的电流电压数据传输到数据处理单元，通过电流频率检测，判断故障类型：式中，I表示电流，R表示图像传感器测定的实时像素值，a表示初始系数，其值在0.96-0.98之间，w表示初始频率，其值在20-25之间任意值，f0表示标准电流频率，预先设定，其值为90ppi的像素时的标准电流频率；当电流频率f低于预设频率时，则认为该交通信号设施发生断路故障，而当电流频率f高于预设频率时，则认为该交通信号设施发生短路故障。本专利技术还提供一种用于交通信号设施工作状态实时监控方法，过程为：信号采集单元中的电流电压采集模块和图像采集模块分别实时获取交通信号设施的电流电压和交通信号灯显示图形、颜色、亮度信息；其中，所述电流电压采集模块和图像采集模块分别与交通信号设施的输出端连接，两者的输出端与数据处理单元连接，所述图像采集模块包括至少一个用于采集交通信号灯显示图形、颜色、亮度的摄像头；所述数据处理单元对实时数据与相应阈值进行比较及判定，获取故障具体位置及故障类型；其中，所述数据处理单元中包含预设交通信号灯正常工作时的电流电压阈值，以及以一定周期重复的图像信息，在数据处理单元获取所述信号采集单元的信息后，对实时数据与相应阈值进行比较及判定，获取故障具体位置及故障类型；所述故障识别单元用以输出故障的具体位置及故障类型，并通过无线传输模块将故障信息发送给交通监控中心；在交通信号设施被检测到故障并报告给监控中心后，所述故障预处理系统用于启动独立于所述数据处理单元的仅针对此故障路口的临时管理。与现有技术相比，本专利技术采用电流电压监控与图像监控相结合，大大减小故障误判的可能性，为交通监控中心避免了不必要的麻烦。本专利技术通过对交通信号设施进行实时监控，并且故障发生时及时启动临时管理系统，避免了由于交通信号灯的故障带来的交通问题，同时给维修人员提供了充足的时间。尤其，本专利技术利用图像传感器将采集的图像信息转化为像素值，并传输至处理单元进行运算处理，通过不同检测点图像采集信息的对比，从而判断故障的具体位置，在判断过程中，对其中每三个监测点进行检测，整个检测过程，能够覆盖所有检测点，检测结果更加精准。尤其，本专利技术还通过监测电流频率，判断故障类型，减少因电流波动而造本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于交通信号设施工作状态实时监控系统，其特征在于，包括信号采集单元、数据处理单元、故障识别单元以及无线传输单元，其中，所述信号采集单元包括电流电压采集模块和图像采集模块，所述电流电压采集模块和图像采集模块的输入端分别与交通信号设施的输出端连接，两者的输出端与数据处理单元连接，所述图像采集模块包括至少一个用于采集交通信号灯显示图形、颜色、亮度的摄像头；所述数据处理单元中包含预设交通信号灯正常工作时的电流电压阈值，以及以一定周期重复的图像信息，在数据处理单元获取所述信号采集单元的信息后，其对实时数据与相应阈值进行比较及判定，获取故障具体位置及故障类型；所述故障识别单元用以输出故障的具体位置及故障类型，并通过无线传输模块将故障信息发送给交通监控中心；所述故障预处理系统用于在交通信号设施被检测到故障并报告给监控中心后，启动独立于所述数据处理单元的仅针对此故障路口的临时管理。

【技术特征摘要】
1.一种用于交通信号设施工作状态实时监控系统，其特征在于，包括信号采集单元、数据处理单元、故障识别单元以及无线传输单元，其中，所述信号采集单元包括电流电压采集模块和图像采集模块，所述电流电压采集模块和图像采集模块的输入端分别与交通信号设施的输出端连接，两者的输出端与数据处理单元连接，所述图像采集模块包括至少一个用于采集交通信号灯显示图形、颜色、亮度的摄像头；所述数据处理单元中包含预设交通信号灯正常工作时的电流电压阈值，以及以一定周期重复的图像信息，在数据处理单元获取所述信号采集单元的信息后，其对实时数据与相应阈值进行比较及判定，获取故障具体位置及故障类型；所述故障识别单元用以输出故障的具体位置及故障类型，并通过无线传输模块将故障信息发送给交通监控中心；所述故障预处理系统用于在交通信号设施被检测到故障并报告给监控中心后，启动独立于所述数据处理单元的仅针对此故障路口的临时管理。2.根据权利要求1所述的用于交通信号设施工作状态实时监控系统，其特征在于，所述无线传输单元包括带有位置编号的无线4G端口，使得交通监控中心判断故障信号设施的准确位置。3.根据权利要求1所述的用于交通信号设施工作状态实时监控系统，其特征在于，所述故障预处理系统包括独立的电源和交通信号灯控制器，分别与交通信号灯连接。4.根据权利要求3所述的用于交通信号设施工作状态实时监控系统，其特征在于，所述故障预处理系统启动时间在3-5秒，并且启动期间，所述数据处理单元控制黄灯闪烁。5.根据权利要求1所述的用于交通信号设施工作状态实时监控系统，其特征在于，所述信号采集单元包括每个交通设施检测点设置一个图像传感器，采集到的图像经图像传感器处理后转化为像素值，在检测时，信号采集单元采集至少三个检测点的实时信息，经图像传感器处理后分别为第一像素值r1，第二像素值r2，第三像素值r3，并传输至数据处理单元；所述数据处理单元按照下述均值运算公式判定第一图像传感器、第二图像传感器的第一比较值P21：式中，P21表示第一图像传感器、第二图像传感器的第一比较值，r1表示第一图像传感器的实时采样像素值，r2表示第二图像传感器的实时采样像素值；r3表示第三图像传感器的实时采样像素值；T表示均方差运算，I表示积分运算；其中I表示基于二次函数的任意积分运算，上述公式为获取积分的比值信息，下述两公式相同，如基于函数y＝ax2，在x取值为(a,b)内，a＜b为任意数值；所述的数据处理单元按照下述公式判定第一图像采集信息、第三图像采集信息的第二比较值P31...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖勇，吴鹤翔，曾力勇，宋彪，李主亮，莫龙，
申请(专利权)人：通号长沙轨道交通控制技术有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南,43