交通信号设施状态监测技术及应用研究

摘要： 随着交通管理形式日益复杂，交通信号灯、电子警察等智能交通设施在交通管理中发挥着越来越重要的作用，智能交通设施的应用也越来越多，交通信号设施等的故障会引起交通混乱、交通事故等问题，如何及时发现交通信号设施故障、由被动响应向主动发现转变，是交通设施管理部门亟需要解决的问题，本文探讨了交通信号设施状态监测技术的应用，以期能对现实管理带来改善。

Abstract： With the development of traffic management， ITS equipment has given much contribution on the daily management， with a breakdown for the equipment， it will take much confusion and traffic jam for the city traffic， as a result， it's very important to detect the failure status of the equipment， and the detect model is a important topic for the management department. This paper makes a discussion on the application of the signal monitoring technology， and hope could give some reference to the management practice.

关键词： 交通设施管理；状态监测；智能交通

Key words： traffic equipment management；status monitoring；ITS

中图分类号：U491.5 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2013）20-0246-03

1 概述

随着城市建设的发展，北京市由1999年的286处交通信号灯发展到今天的3200处，交通信号控制系统建设规模呈“爆炸”型发展。交通信号设施的正常运行与道路交通的畅通密切相关，对突发性信号设施故障处置不及时会造成交通秩序混乱并诱发事故带来安全隐患。目前故障发现主要是依靠维护人员巡视、交通民警上报、热心市民上报等“口口相传”式的被动落后手段。由于故障信息模糊、上报迟滞等问题，故障处置严重滞后，已远远不能适应城市发展和管理的要求。依靠科技手段，及时发现故障，并对故障源进行判定，迅速、准确调动专业维护人员到现场排除故障是当前信号设施维护最为有效的措施。

2 我国交通信号设施维护管理现状

2.1 交通信号设施故障接报方式现状

2.1.1 故障发现以人工上报为主。目前交通信号设施故障监测受限于交通信号控制器建设年代不同，技术水平、类型不同，交通设施故障接报只能依靠民警上报、人工巡检、热心市民上报等传统手段。

2.1.2 故障诊断以管理人员经验判断为主。要保障交通设施的正常运行，除设备自身外，还依赖于其工作支撑环境或配套设施是否正常。近些年安装的某些新型系统信号机自身具备了故障检测功能，但仅限于设备本身，对于供电等支撑环境故障，灯具、控制缆等配套设施故障等无法检测，需管理人员根据经验判断后调用不同的专业维护队伍进行现场故障抢修。

2.1.3 交通信号设施的维护针对性不强。为了保证交通设施设备处于良好的工作状态，目前设施维护管理，主要依靠年维护、节假日前维护等定期维护和日常维修等。这些制度的严格执行，为设施的正常运转奠定了重要基础。但是，目前的维护和故障抢修工作缺乏数据的积累和分析，缺乏基于设施状态维护的针对性。

2.2 现有交通信号设施故障抢修工作存在的相关问题 由于近期交通设施的投资、建设规模呈“爆炸”型发展，以目前的维护队伍、资源和能力，仅凭“吃苦耐劳”已不足以应对日益提升的工作标准。传统交通信号设施维护方式存在以下问题：

2.2.1 常规故障接报手段落后，造成故障处置严重滞后。常规接报手段主要包括：值班车组巡视；现场民警上报；热心市民上报等。这类手段接报环节多、时间延迟大，缺乏基于设施运行状态的故障报警的及时性，直接造成故障处置滞后。

2.2.2 故障上报内容模糊，“无效报警”造成维修资源浪费。据统计，2007年度设施处接报9035次信号灯设施故障报警，其中误报（接报故障到现场后发现设备运转正常、报告地点与实际故障发生地点偏差）1361次，需供电管理部门解决的供电线路停电359次。以上故障报修导致的维护单位无效抢修超过维修全部工作量的20%。

故障原因不明，经常会造成维护单位“疲于奔命”，致使有限的维修能力浪费，也延迟了故障恢复时间。

2.2.3 无法对故障进行判别、分类，维护效率低。由于设施种类繁多、专业分工越来越细，信号灯设施的维护抢修，由一家专业维护单位已不能完成所有类别的故障维修。目前采取的办法是委托多家专业维护单位（工程类、设备类）分别承担各自专业的维护保障工作。目前的接报手段只能获取模糊的故障信息，通过管理人员根据经验进行初步判定故障源，并指派相应的维护队伍到现场进行抢修。如果故障源判定错误，将造成故障无法排除，需重新指派专业维护队伍进行抢修的现象，大大降低维护效率。

3 交通信号设施监测系统框架设计

3.1 系统建设目标 交通信号设施故障监测系统将为管理部门提供一个有效的设施管理平台，对纳入系统的各种设备的工作运行状况、信号状态进行实时监测，对道路交通信号设施出现的故障实时报警，使维修中心能够快速判定设备故障原因和故障类型，及时通知路面交警对故障设备路段或路口进行临时管理，同时通知相对应的专业维修人员及时进行抢修恢复设备的运行，减少设备故障对交通的影响。

系统建设目标如图1。

3.2 系统数据流分析 本系统的建设重点是现场设备状态的自动获取、上传、故障判断。与此同时，传统的故障接报手段将继续保留：将系统暂未覆盖地区的设施维护一并纳入系统；也可在系统覆盖区域内，与自动获取的故障信息相互印证。系统信息数据流设计如图2。

3.3 系统总体功能框架设计 交通信号设施故障监测系统的功能架构设计如图3。

4 交通信号设施故障监测关键技术应用及研究

4.1 多类型交通信号设施接入方式的实现 由于北京市交通信号控制系统建设的历史沿革，在用交通信号设施具有种类多、建设不规范、标准不统一等特点。为此，对现有交通信号设施进行了综合分析。结合工程现状和系统建设目标，对功能相近的设备进行了归类总结。接口包括监测系统下端设备（工况监测仪）与信号机、电子警察、显示屏等交通设施系统的接口以及与综合管理平台系统的接口两部分。本系统结合设备归类设计了多种接口方式，尽可能简化工程类别，规范工作环境，以标准、实时、可靠的规范化数据接口获取基础状态数据。工况监测仪通过内部协议转换，通过数据接口和通讯系统，将各个监测仪的数据送往综合管理平台。

4.2 故障监测系统与原信号设施的兼容性设计 由于交通设施目前自带的故障监测功能的局限性，为实现全方位的故障监测功能，需要对交通设施本身、交通设施供电、通讯情况等综合环境进行检测，具体技术实现如下：

①下端设备运行环境状态的实时获取：运用多路电压、电流、温湿度、开关量等多种传感形式，对设备运行环境和支持环境的状态进行实时采集。

②被监控设备运行状态的实时获取：第一类：针对各类设备的工作原理，在不影响原设备运行（使用物理隔离）的情况下，采集设备关键点的状态，进而获取被监控设备的实时运行状态。第二类：通过数据接口，获取设备本身产生的故障信息，并通过协议、信息的转换，使之符合本系统的规范要求。

③工作环境、设备状态信息的综合处理：依靠多接口MCU处理单元，将上述多种来源的信息进行汇总，判断运行状态和故障状态，在向维护中心发出报警信息的同时，根据故障类型，控制相关设备进入保护状态（例如发现信号绿冲突时控制交通信号灯进入黄闪或灭灯状态）。

4.3 交通信号设施故障判断机理设计。如前所述，纳入本系统管理的下端设备种类、型号繁多，其工作过程（如灯态转换时序）反映到监测点的电量参数和时间参数不尽相同。通过获取大量的基础数据并进行统计分析，设计出了“多参数故障判断模型”，实现了对主要故障类型的可靠判别。

5 交通信号设施故障监测系统应用情况总结

北京市交通信号设施故障监测系统，已成为北京市智能交通管理系统中的一个重要组成部分，为首都交通管理部门提高故障的监测水平、提高管理人员快速抢修能力，提供了重要支持，进而达到减少交通设施故障、并消除突发通信号设施故障处置不及时造成的交通秩序混乱并诱发事故带来安全隐患。

此系统极大地提高了设施管理维护的工作效率，对于改善北京的交通环境起到重要的作用。

5.1 交通设施管理模式实现了较大突破。交通设施状态监测系统的实施，是改变交通设施管理模式的有益尝试，为探索适合城市海量交通设施管理的业务处理模式和管理方式起到积极作用。

5.2 缩短了设施故障响应时间，提高了故障排除效率。交通设施状态监测系统平台实施后，维护人员能够及时发现故障情况，增强了应急处置能力，能快速排除各种影响交通安全的故障隐患，并有效地提高了交通设施管理的工作效率，在一定程度上有效地保障了区域交通的良好运转，缓解城市交通拥堵，为形成安全畅通的交通环境提供了基本保证。同时，交通设施管理监督功能的加强，也可以促使机动车驾驶员和行人自觉遵守交通规则，减少交通违法行为和交通事故的发生，对于加快城市的经济发展和建设有不可替代的作用。

5.3 大大提高了故障监测率。对于交通设施故障的报警而言，原有技术只能实现由于信号机自身原因造成的故障报警，故障发现率仅有30%左右，而采用本项新技术后，故障监测不仅能监测信号机自身，还能监测运行的支撑环境和配套设施，也能准确判别故障源，故障监测准确率达到了90%以上，大大提高了故障监测的发现率和准确率。

5.4 降低交通设施故障发生率，有效减少交通影响。通过设施管理平台的数据统计分析和预防性维修等功能，对交通信号设施进行针对性预防维护，最大限度的降低了故障的发生概率，能有效的减少设施故障对路面交通造成的影响。

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