一种信号灯灯色采集装置及工作方法

技术领域

本发明涉及信号灯灯色采集技术领域，具体涉及一种信号灯灯色采集装置及工作方法。

背景技术

目前，现有的交通路口信号灯灯色信息，只能在路口位置通过观察才能看到信号灯的灯色变化，在道路上行驶的机动车司机无法提前感知前方路口交通信号灯灯色信息；行车地图导航软件中也无法提供此类信息，从而无法提供准确行程时间、进行线路规划。

当前国内传统的实时交通信号灯状态获取大部分都是采用网线直连信号机，通过与信号机生产厂家对接，获取对方的外发的灯色数据。这种方式不仅异常复杂难以协调，而且数据实时性、准确性也无法保证。另外，由于各大城市路口都使用了不同品牌的信号机，信号机厂家不同导致各自设备的接口以及协议规则各不相同，这就造成通过单一设备获取路口信号灯信息异常困难，需要兼容众多信号机设备，开发、维护成本居高不下，并且通过直接连接信号机主机还可能会造成信号机故障，从而导致路口信号灯异常产生交通事故。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中信号灯灯色采集复杂且成本高的缺陷，从而提供一种信号灯灯色采集装置及工作方法，能够实现对不同品牌信号机的兼容，对信号灯实时灯色状态采集，实现对信号灯实时倒计时的学习与输出，克服了设备对不用品牌信号机兼容能力不足的问题。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

第一方面，本发明提供了一种信号灯灯色采集装置，所述系统包括：信号灯监测单元、计算分析单元及数据传输单元；

所述信号灯监测单元，用于按照预设周期采集交通信号机内各组信号灯的脉冲信号；

所述计算分析单元，用于根据所述信号灯的脉冲信号获取各个信号灯的灯色状态及灯色周期，并根据所述灯色周期计算各个信号灯的倒计时信息；

所述数据传输单元，用于将各个信号灯的灯色状态及倒计时信息按照预设格式，并通过有线或无线方式传输到后端平台。

本发明实施例提供的信号灯灯色采集装置，通过信号灯监测单元采集交通信号机内的脉冲信号，由计算分析单元根据脉冲信号获取信号灯的灯色状态及灯色周期，并计算各个信号灯的倒计时信息，将各个信号灯的灯色状态及倒计时信息通过数据传输单元传输至后台平台。本发明通过高兼容性的信号灯灯色采集装置对信号灯实时灯色状态进行采集与学习，装置整体架构简单、成本低，而且不受天气、光线或角度的影响，能够克服了设备对不用品牌信号机兼容能力不足的问题，提高信号灯灯色采集的准确性与可靠性。

可选地，还包括：状态展示单元，用于将信号灯灯色采集装置的系统状态及传输状态通过预设指示灯进行展示。

本发明的信号灯灯色采集装置以指示灯形式展示其系统状态及传输状态，能够让操作人员更直观、更快速地了解装置当前的运行状态，如果设备出现异常情况，能够根据各个指示灯不同的展示结果对所出现问题有大致掌握，方便进行有针对性的检查或维修。

可选地，所述信号灯灯色采集装置安装至交通信号机的机柜中，所述信号灯监测单元通过预设组数的灯组接口与所述交通信号机进行物理连接；所述预设组数按照路口的实际信号灯组数确定，并按照预设控制方向标识对所述灯组接口进行设置；所述灯组接口，包括：电源地、绿灯I/O、黄灯I/O及红灯I/O。

本发明的信号灯灯色采集装置安装在交通信号机的机柜中，设置灯组接口并以有线方式与交通信号机进行物理连接，能够对接任意品牌的信号机，提高了设备的兼容性。此外，按照路口的实际信号灯组数设置灯组接口，每个接口按照控制方向标识进行设置，以此区分采集的脉冲信号为东西方向或南北方向，或者更复杂路口的控制方向。通过物理连接与标识区分能够降低建设成本，而且采集装置不会受天气、光线或角度的影响，提高信号采集的准确性与可靠性。

可选地，所述灯组接口采用双向光耦隔离。

本发明的灯组接口采用双向光耦隔离能够保证信号灯灯色采集设备不被220V电压干扰，同时也不会对信号灯的220V控制信号产生影响，因此如果信号灯灯色信息采集装置发生故障也不影响信号机以及信号灯正常工作，保证交通安全。

可选地，所述后端平台，包括：RSU路侧广播单元、边缘智能体或交通运维平台中的至少之一。

本发明通过将学习到的各个信号灯的灯色状态及倒计时信息传输至各种后端平台，能够借助路侧传感器、摄像头、网络通讯设备等设备建立起一种实时、准确、高效的综合运输管理体系，从而使交通设施得以充分利用，提高交通效率和安全，最终使交通运输服务和管理智能化，实现交通运输的集约式发展。

可选地，所述预设指示灯，包括：电源灯、运行灯、通讯灯及预留灯；所述电源灯，用于表征所述信号灯灯色采集装置是否开机；所述运行灯，用于表征所述信号灯灯色采集装置的运行状态；所述通讯灯，用于表征所述信号灯灯色采集装置的通信状态；所述预留灯，用于为未来功能扩展提供预留位置，处于空置状态。

本发明通过在信号灯灯色采集装置设置各种指示灯，用来指示装置当前的系统状态和传输状态。不同指示灯的亮、灭或闪烁指示装置的不同运行状态，操作人员可根据不同指示灯的状态了解设备的当前状态，从而提供更有针对性的操作。此外，设置预留灯是为了进行未来功能扩展，使信号灯灯色采集装置的功能更丰富。

第二方面，本发明实施例提供了信号灯灯色采集装置的工作方法，包括以下步骤：

按照预设周期采集交通信号机内各组信号灯的脉冲信号；

根据所述信号灯的脉冲信号获取各个信号灯的灯色状态及灯色周期，并根据所述灯色周期计算各个信号灯的倒计时信息；

将各个信号灯的灯色状态及倒计时信息按照预设格式，并通过有线或无线方式传输到后端平台。

本发明实施例提供的信号灯灯色采集装置的工作方法，通过采集交通信号机内各组信号灯的脉冲信号，根据脉冲信号获取信号灯的灯色状态及灯色周期，并计算各个信号灯的倒计时信息，将各个信号灯的灯色状态及倒计时信息传输至后台平台。本发明通过高兼容性的信号灯灯色采集装置对信号灯实时灯色状态进行采集与学习，装置整体架构简单、成本低，而且不受天气、光线或角度的影响，能够克服了设备对不用品牌信号机兼容能力不足的问题，提高信号灯灯色采集的准确性与可靠性。

可选地，所述根据所述信号灯的脉冲信号获取各个信号灯的灯色状态及灯色周期的过程，包括：将所述信号灯的脉冲信号按照预设电平区间划分为高电平及低电平；通过将所述高电平及低电平转化为预设数字信号来记录信号灯的灯色状态；当灯色切换时，则计算上一灯色的灯色持续时间，获取不同灯色的灯色周期。

本发明通过采集信号灯的脉冲信号来判断信号灯的灯色状态，通过每种灯色的持续时间学习信号灯每种灯色的灯色周期，包括红灯时间、绿灯时间及黄灯时间。计算分析单元的存储器以特定格式将信号灯的灯色状态及灯色周期进行记录，用来计算倒计时信息。当某个信号灯的灯色切换时，根据学习到的灯色周期开始进行倒计时，将信号灯灯色状态及倒计时信息传输至后端平台，后端平台能够根据这些信息进行综合运输管理，使交通设施得以充分利用，提高交通效率和安全，最终使交通运输服务和管理智能化，实现交通运输的集约式发展。

可选地，若计算所得的灯色持续时间发生变化，则对应调整不同灯色的灯色周期，并根据所述灯色周期调整各个信号灯的倒计时信息。

本发明通过实时监测信号灯的灯色持续时间获取每个信号灯的灯色周期，根据灯色周期进行倒计时计算。如果监测到某信号灯的灯色周期发生变化，就对应调整当前的倒计时信息。目前城市规划会考虑早晚高峰通行状态，某些路口的信号灯持续时间会根据路口的交通状态进行调整，导致不同时间段对应的灯色周期有所不同，这种情况下通过实时监测信号灯的灯色持续时间能够及时调整当前时间段的灯色周期与倒计时信息，将实时的、准确的灯色信息传输至后端平台，从而建立起一种实时、准确、高效的综合运输管理体系。

可选地，还包括：将信号灯灯色采集装置的系统状态及传输状态通过预设指示灯进行展示，展示结果包括：若电源灯、运行灯、通讯灯及预留灯全灭，则代表所述信号灯灯色采集装置存在异常情况；若所述电源灯常亮，则代表所述信号灯灯色采集装置已开机；若所述运行灯常亮，则代表所述信号灯灯色采集装置正在进行自检与学习，若运行灯闪烁，则代表所述信号灯灯色采集装置已学习完成，并按照相位周期时间进行闪烁；若所述通讯灯常亮，则代表所述信号灯灯色采集装置的网络通信正常，等待数据传输，若通讯灯闪烁，则代表所述信号灯灯色采集装置正在进行数据传输；若所述预留灯常亮，则代表此灯处于空置状态，根据实际需求进行功能扩展。

本发明在信号灯灯色采集装置设置各种指示灯来指示装置当前的系统状态和传输状态。不同指示灯的亮、灭或闪烁指示装置的不同运行状态，操作人员可根据不同指示灯的状态了解设备的当前状态，从而提供更有针对性的操作。此外，设置预留灯是为了进行未来功能扩展，使信号灯灯色采集装置的功能更丰富。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种信号灯灯色采集装置的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种信号灯灯色采集装置的具体结构示意图；

图3为本发明实施例提供的一种信号灯灯色采集装置的工作方法的流程示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

实施例1

本发明实施例提供了一种信号灯灯色采集装置，如图1所示，该系统包括：信号灯监测单元、计算分析单元及数据传输单元；

所述信号灯监测单元，用于按照预设周期采集交通信号机内各组信号灯的脉冲信号；

所述计算分析单元，用于根据所述信号灯的脉冲信号获取各个信号灯的灯色状态及灯色周期，并根据所述灯色周期计算各个信号灯的倒计时信息；

所述数据传输单元，用于将各个信号灯的灯色状态及倒计时信息按照预设格式，并通过有线或无线方式传输到后端平台。

具体地，在本发明实施例中，将信号灯灯色采集装置安装在交通信号机的机柜中，信号灯灯色信息采集装置提供预设组数的灯组接口，如图2所示，本发明实施例预先提供16组AC90～220V交流电开关量I/O输入模块的相位接口作为灯组接口，仅作为举例，但不以此为限。信号灯灯色采集装置的信号监测单元、计算分析单元及数据传输单元均设置于工控主板上，灯组接口通过线缆接入到交通信号机的接线端子上的开关量输出接口，使信号灯监测单元从该接口采集交通信号灯的高低电平脉冲信号。通过预设组数的灯组接口与交通信号机进行物理连接，能够对接任意品牌的信号机，提高了设备的兼容性。其中灯组接口的实际开通组数根据路口的实际信号灯组数进行确定，并按照预设控制方向标识对灯组接口进行设置，以此区分每个接口对应的信号灯指示通行方向为由东向西、由西向东、由南向北、由北向南、左转或右转，或者更复杂路口的控制方向，例如异型交叉口，但不以此为限。每组灯组接口包括电源地、绿灯I/O、黄灯I/O及红灯I/O，采用双向光耦隔离保护采集装置不被信号灯的220V电压干扰或不对信号灯的220V控制信号产生影响，能够保证假如信号灯灯色信息采集装置发生故障时也不影响信号机以及信号灯的正常工作。

在本发明实施例中，当采集到各组信号灯的交流信号后，通过计算分析单元对此交流信号进行分析计算，此过程由信号灯灯色采集装置内的MCU芯片进行处理：根据信号灯的脉冲信号获取各个信号灯的灯色状态及灯色周期，并根据灯色周期计算各个信号灯的倒计时信息。最后，将获得的信号灯的灯色状态及倒计时信息使用统一预设格式，通过通信模块传输至后端平台。本发明实施例所采用的格式为国际GA/T 1743-2020格式，但不以此为限。

本发明实施例的通信模块包括有线或无线网络传输方式，支持CAN、RS-485、RJ45、TCP/IP及WIFI协议传输，但不以此为限。如图2所示，预留网线插口LAN1和LAN2。后端平台包括RSU路侧广播单元、边缘智能体或交通运维平台中的至少之一，后端平台借助路侧传感器、摄像头或网络通讯设备，能够建立起一种实时、准确、高效的综合运输管理体系，从而使交通设施得以充分利用，提高交通效率和安全，最终使交通运输服务和管理智能化，实现交通运输的集约式发展。例如可将灯色状态及倒计时信息同步到导航软件，司机在到达某一路口时能够根据导航软件的提示提前知道当前路口的信号灯状态，在等待红灯时能够根据倒计时信息了解当前需要的等待时间，导航软件也能够根据灯色状态及倒计时信息更新路程时间，提升司机驾车体验感，提高交通效率与安全，使交通运输服务和管理智能化，实现交通运输的集约式发展。

此外，本发明实施例所提供的信号灯灯色采集装置还包括状态展示单元，用于将信号灯灯色采集装置的系统状态及传输状态通过预设指示灯进行展示。如图2所示，信号灯包括：电源灯、运行灯、通讯灯及预留灯。电源灯用来表示信号灯灯色采集装置是否开机，运行灯用来表示信号灯灯色采集装置的运行状态，通讯灯用来表示信号灯灯色采集装置的通信状态，预留灯用来为未来功能扩展提供预留位置，未设置具体功能作用时处于空置状态。

本发明实施例提供的信号灯灯色采集装置，通过信号灯监测单元采集交通信号机内的脉冲信号，由计算分析单元根据脉冲信号获取信号灯的灯色状态及灯色周期，并计算各个信号灯的倒计时信息，将各个信号灯的灯色状态及倒计时信息通过数据传输单元传输至后台平台。本发明通过高兼容性的信号灯灯色采集装置对信号灯实时灯色状态进行采集与学习，装置整体架构简单、成本低，而且不受天气、光线或角度的影响，能够克服了设备对不用品牌信号机兼容能力不足的问题，提高信号灯灯色采集的准确性与可靠性，为建立一种实时、准确、高效的综合运输管理体系提供数据信息。

实施例2

本发明实施例提供了一种信号灯灯色采集装置的工作方法，如图3所示，该方法基于实施例1提供的装置进行交通信号灯的灯色采集，步骤包括：

步骤S1：按照预设周期采集交通信号机内各组信号灯的脉冲信号。

具体地，在本发明实施例中，交通信号机控制信号灯切换灯色，当进行灯色切换时对应的信号电平会发生变化，由此产生高低电平脉冲信号。因此通过灯组接口并按照预设周期实时采集各组信号灯的脉冲信号，例如每隔10ms采集一次信号灯的物理脉冲信号，但不以此为限。

步骤S2：根据所述信号灯的脉冲信号获取各个信号灯的灯色状态及灯色周期，并根据所述灯色周期计算各个信号灯的倒计时信息。

具体地，在本发明实施例中，当采集到各组信号灯的脉冲信号后，将其按照预设电平区间划分为高电平及低电平，将高电平及低电平转化为预设数字信号来记录信号灯的灯色状态，当灯色切换时，则计算上一灯色的持续时间，获取不同灯色的灯色周期。例如，如果红灯的电平持续500ms在60V-220V之间，记为高电平，电平记录为1，代表红灯亮；如果红灯电平持续500ms低于48V，记为低电平，电平记录为0，代表红灯灭。当监测到红灯由亮变灭，并切换为绿灯时，计算红灯的持续时间，此持续时间即为红灯的灯色周期。

本发明实施例对每一路监测到的电平变化情况进行单独记录，并将所记录数据保存至计算分析单元的存储器内。每一路包含红、黄、绿三种灯色信息，当三种信号灯进行一个周期的灯色切换后，得到每种灯色的灯色周期，当切换为某一灯色时，按照此灯色的灯色周期计算其倒计时信息。

本发明实施例考虑到目前城市规划会考虑早晚高峰通行状态，某些路口的信号灯持续时间会根据路口的交通状态进行调整，某些路口将按照信号灯分时段进行放行，例如设置为早晚高峰、平峰和夜间信号灯分时段放行，但不以此为限。因此，如果计算所得的灯色持续时间发生变化，则对应调整不同灯色的灯色周期，并根据灯色周期调整各个信号灯的倒计时信息，将实时的、准确的灯色信息传输至后端平台，从而建立起一种实时、准确、高效的综合运输管理体系。

步骤S3：将各个信号灯的灯色状态及倒计时信息按照预设格式，并通过有线或无线方式传输到后端平台。

具体地，在本发明实施例中，将各个信号灯的灯色状态及倒计时信息按照国际GA/T 1743-2020数据格式，通过有线或无线方式传输到后端平台，其中支持CAN、RS-485、RJ45、TCP/IP及WIFI协议传输，后端平台包括RSU路侧广播单元、边缘智能体或交通运维平台中，但不以此为限。后端平台借助路侧传感器、摄像头或网络通讯设备，能够建立起一种实时、准确、高效的综合运输管理体系，从而使交通设施得以充分利用，提高交通效率和安全，最终使交通运输服务和管理智能化，实现交通运输的集约式发展。

此外，本发明实施例还包括：将信号灯灯色采集装置的系统状态及传输状态通过预设指示灯进行展示，展示结果包括：

1.若电源灯、运行灯、通讯灯及预留灯全灭，则代表信号灯灯色采集装置存在异常情况，例如主机未开机、电源未连接、主机电源故障或指示灯故障；

2.若电源灯常亮，则代表信号灯灯色采集装置已开机；

3.若运行灯常亮，则代表信号灯灯色采集装置正在进行自检与学习，若运行灯闪烁，则代表信号灯灯色采集装置已学习完成，并按照相位周期时间进行闪烁；

4.若通讯灯常亮，则代表信号灯灯色采集装置的网络通信正常，等待数据传输，若通讯灯闪烁，则代表信号灯灯色采集装置正在进行数据传输；

5.若预留灯常亮，则代表此灯根据实际需求设置功能的运行状态。

本发明实施例提供的信号灯灯色采集装置的工作方法，通过采集交通信号机内各组信号灯的脉冲信号，根据脉冲信号获取信号灯的灯色状态及灯色周期，并计算各个信号灯的倒计时信息，将各个信号灯的灯色状态及倒计时信息传输至后台平台。本发明通过高兼容性的信号灯灯色采集装置对信号灯实时灯色状态进行采集与学习，装置整体架构简单、成本低，而且不受天气、光线或角度的影响，能够克服了设备对不用品牌信号机兼容能力不足的问题，提高信号灯灯色采集的准确性与可靠性，为建立一种实时、准确、高效的综合运输管理体系提供数据信息。

虽然结合附图描述了本发明的实施例，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下作出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。