文献综述
课题研究现状及发展趋势
交通信号灯作为城市交通管理系统的末端，对城市交通起着直接调节的作用[1]。交通信号灯用于道路平面交叉路口，通过对车辆、行人发出行进或停止的指令，使各同时到达的人、车交通流，尽可能减少相互干扰，从而提局路口的通行能力，保障路口畅通和安全。交通信号灯从应用分布上看可分为以下三类。1)机动车信号灯由绿黄红三种颜色的灯组成，绿灯亮时，准许车辆通行，但转弯车辆不得妨碍被放行的直行车辆、行人通行；黄灯亮时，已越过停止线的车辆可继续通行；红灯亮时，禁止车辆通行。市区内十字路口信号灯多为机动车信号灯。2)车道信号灯，由绿色箭头灯和红色叉形灯或红色箭头灯组成，绿色箭头灯亮时，准许本车道车辆按指示方向通行；红色叉形灯或红色箭头灯亮时，禁止本车道车辆通行。3)人行横道信号灯。人行横道信号灯由绿灯和红灯组成，绿灯亮时，准许行人通过人行横道；红灯亮时，禁止行人进入人行横道，但是已经进入人行横道的，可以继续通过或者在道路中心线处停留等候[2]。所以，交通信号灯的设置合理与否，直接关系到所有民众的人身安全，我们知道，现在国内车辆日益增多，由于平均物质生活水平的提高，为了最求更舒适和更便利的生活质量，不少有经济实力的人们纷纷购买汽车。不过，在驾车享受舒适出行的同时，越来越多的车辆也给我国的道路交通带来莫大的压力。我国公路经过近十几年的迅猛发展，可以说基本架构已经完成，四通八达的道路交通为国民的生活带来了极大方便，不仅仅是出行，而且大幅降低了物品、资源的运输成本。交通信号灯是道路交通的指挥者，设置道路交通信号灯的目的就是为了保障出行人们的安全和给出行民众和车辆带来便利，如果交通信号灯设置的位置不恰当或者交通信号灯自身出现了问题，那么交通信号灯不但不会给我们的安全和方便带来保障，反而会因为误导我们队路况的判断导致意外的发生。现实中由于信号灯大多安装于路口的灯杆上[1]，在雷雨、炎热、酷寒天气容易受到破坏。常见的交通信号灯故障及其原因有：路口交通信号灯全不亮，形成原因大致为：停电、总保险烧毁（短路引起）、主板烧毁（雷击）等；单方向交通信号灯不亮，形成原因大致为：保险丝烧毁（保险丝老化）、断路（短路引起）、变压器烧毁（短路或老化）；单个交通信号灯不亮，形成原因大致为：断路（短路或电线接点老化）、变压器烧毁（短路或老化）等；事故造成信号灯损毁类；单独通电可以亮，接入交通信号控制机则两个灯一起亮或频闪，形成原因大致为：零线没接好或者断线[3]；信号灯故障时容易引起交通堵塞，甚至造成交通事故，有必要对其进行检测，使系统及时进入故障工作状态，同时让交管人员及时获知信号灯工作情况，以便快速维修[4]。传统的交通灯故障检测仍停留在定期指定人员巡检的方式，因此检测周期长、信息反馈速度慢、检测成本高，已经不能适应当今社会日益增大的交通运输的需求[5]。要做好交通灯故障检测，首先要了解信号灯正常工作以及各种故障下的主要特征信息。而目前交通部门及生产厂家缺少对上述信息的研究与统计，很难提供针对性的故障监控方案。如果分配指定人员采用定期巡检的方式监控，尽管可以简单直接的检测到故障信息，但针对交通状况复杂、拥有大量信号灯的区域，该方法效率低、成本高，更不能满足准确定位故障来源和实时监控的要求。信号灯故障检测就是检测信号灯的“亮”、“灭”状态，最直观的检测方法是视频检测和光电检测，将检测结果接入信号机。这2种检测方式都是信号机外部检测方式，成本高、体积大、安装维护复杂，不适于实际应用。信号机一般都采用内部间接测量法，即通过测量信号机的灯驱动回路上有无电压和电流，判断信号灯是否有故障。对于白炽灯、碘钨灯、LED满盘灯、LED箭头灯等不同类型的信号灯，信号机输出的灯驱动电压为交流220V，不随信号灯负载类型而变化，驱动电流则不一样，白炽灯通常为100A，LED箭头灯则可能不到10A，电流相差10倍以上，信号机在使用中还常出现一个输出端子接多路信号灯的情况。因此，信号灯故障检测的关键在于电流检测，而电压检测比较易于实现，检测技术已趋成熟完善。目前常见的检测方法是通过信号灯两端的电压及电流信息分析信号灯的故障[6-8]。文献［9］是将信号灯两端220V交流电转化为ＴＴＬ电平信号，并传输到监控室由人来判断其故障状态，该技术的缺陷在于只能检测出部分故障，而实际中经常出现电压正常但信号灯故障的情况。文献［10］是用A/D采集交通灯的电流信息并送到ARM处理器，采用自学习算法来判断灯的故障信息，该技术用到了A/D变换电路、滤波电路，电路复杂且自学习算法计算量大、检测周期较长。绿冲故障、信号机死机、信号灯故障、同一相位红绿灯－起亮是路口常出现故障。绿冲故障时极易导致路口出现交通事故[11]；信号机死机时路口不再红绿切换，司机将不再遵循交通灯的指示，此时很容易造成交通拥堵[11]；信号灯故障和同一相位红绿灯一起亮故障会对某一相位的交通流产生延时，造成交通资源的浪费[12]。因此设定故障检测的优先级由高到低依次为绿冲突、信号机死机、同一相位红绿灯一起亮。
本课题研究的意义和价值
我们知道，现在国内车辆日益增多，由于平均物质生活水平的提高，为了最求更舒适和更便利的生活质量，不少有经济实力的人们纷纷购买汽车。不过，在驾车享受舒适出行的同时，越来越多的车辆也给我国的道路交通带来莫大的压力。我国公路经过近十几年的迅猛发展，可以说基本架构已经完成，四通八达的道路交通为国民的生活带来了极大方便，不仅仅是出行，而且大幅降低了物品、资源的运输成本。由于运输成本的下降，所以生活物质的价格自然也会随之降低，物价降低，人们的购买力提高，自然而然生活水平就有了提高[13-15]。这就是道路交通对人们生活水平的间接影响。交通信号灯是道路交通的指挥者，设置道路交通信号灯的目的就是为了保障出行人们的安全和给出行民众和车辆带来便利，如果交通信号灯设置的位置不恰当或者交通信号灯自身出现了问题，那么交通信号灯不但不会给我们的安全和方便带来保障，反而会因为误导我们队路况的判断导致意外的发生。现实中由于信号灯大多安装于路口的灯杆上，在雷雨、炎热、酷寒天气容易受到破坏。常见的交通信号灯故障及其原因有：路口交通信号灯全不亮，形成原因大致为：停电、总保险烧毁、主版烧毁等；单方向交通信号灯不亮，形成原因大致为：保险丝烧毁、断路、变压器烧毁；单个交通信号灯不亮，形成原因大致为：断路、变压器烧毁等；事故造成信号灯损毁类；单独通电可以亮，接入交通信号控制机则两个灯一起亮或频闪，形成原因大致为：零线没接好或者断线[3]；亮灯颜色与交通信号控制机信号不一致，形成原因大致为：线接错位；交通信号灯亮灯不受控制，形成原因大致为：零线接错[16]；灯芯常亮，形成原因大致为：接线短路，或者信号机有问题；线路、信号机正常，信号灯不亮，形成原因大致为：交通信号灯故障或者交通信号灯电源工作不正常[17-18]。交通信号灯故障时容易引起交通堵塞，甚至造成交通事故，有必要对其进行检测，使系统及时进入故障工作状态，同时让交管人员及时获知信号灯工作情况，以便快速维修。这就保证了交通灯的故障不会因为检查人员不能及时发现，而长期故障。本课题的研究，对于交通灯的故障，如：交通灯系统死机、绿冲故障、红绿同亮时，能及时检测出故障，通知主控板做出相应控制决策，使交通灯控制系统进入故障工作状态，并及时发出远程信号，使交管人员知[19-20]。这使得交通秩序不会因交通灯故障而长时间处于混乱中，大大地提高了人们出行的便利，保障了道路交通的安全。
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