一种用于信号灯的双链路远程冗余控制系统及方法

摘要

本发明涉及一种用于信号灯的双链路远程冗余控制系统及方法，属于智能交通领域。所述方法包括：信号灯控制系统以双核(A、B控制器)控制为基础，通过接收指挥中心双链路通信(A、B通信)指令数据，对两路信号灯执行模块(A、B执行)进行控制，冗余控制方法将动态选择A或B控制器，动态选择A或B通信，动态选择A或B执行，构成信号灯冗余控制；提高电源、通信受限等场景下信号灯远程控制的可靠性和可控性。

说明书

技术领域

本发明属于智能交通领域，涉及一种用于信号灯的双链路远程冗余控制系统及方法。

背景技术

交通信号灯是指挥交通运行的信号灯，根据不同灯光、颜色、形状等的组合构成指示车辆、行人、船舶等的通行与否。交通信号灯通常根据指挥中心的控制指令显示不同的灯光、组合等实现交通控制作用。交通信号灯能否可靠工作主要受电源、通信、灯光控制等影响。特别是在位置偏远，环境恶劣、通信受限、电源受限的内河部分航道，如控制河段等地设置的，通过接收指挥指令来控制灯的开启，闪烁频率等的信号灯，在不具备有线通信，市电等场景下，如何确保信号灯可靠工作至关重要。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种用于信号灯的双链路远程冗余控制系统及方法。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种用于交通信号灯的双链路远程冗余控制系统，所述系统包括信号灯远程控制指挥中心和信号灯控制系统；

所述信号灯远程控制指挥中心具备两种不同通信模式的通信设备用于远程通信，两种不同通信模式为通信模式A和通信模式B；

所述信号灯控制系统包括控制器A和控制器B；

其中，控制器A由通信模块A、电池A、控制模块A和执行模块A组成；控制器B由通信模块B、电池B、控制模块B和执行模块B组成；

通信模块A和通信模块B分别对应通信模式A和通信模式B，通信模块A和通信模块B用于与信号灯远程控制指挥中心通信，接受信号灯远程控制指挥中心发来的数据，将信号灯控制系统的数据反馈回信号灯远程控制指挥中心。

可选的，其特征在于：该方法包括以下步骤：

S1：控制器A通过通信模块A与指挥中心通信，进行数据处理；控制器B通过通信模块B与指挥中心通信，进行数据处理数据；控制器A与控制器B通过数据线进行本地通信，相互监听；

S2：执行模块A或执行模块B接受控制模块A的指令，执行信号灯的控制信号；执行模块A或执行模块B接受控制模块B的指令，执行信号灯的控制信号；执行模块A和执行模块B不能同时工作，在同一时间只受控制模块A或者控制模块B控制，且直接连接信号灯；

S3：信号灯控制器正常工作状态下控制器A和控制器B同时工作，分别通过通信模块A和通信模块B与信号灯远程控制指挥中心建立通信网络，接收指令；控制器A和控制器B进行信息交互，相互监听，由控制器A完成信号灯的控制，控制器B仅接收信号：

S4：当控制器A中的通信模块A故障时，控制器A切换接收控制器B转发的指挥中心指令，由控制器A完成信号灯的控制。

可选的，当所述控制器A的执行模块A故障时，控制器A将调用执行模块B，由执行模块B完成信号灯的控制。

可选的，当所述控制器A的控制模块A和电池A故障时，信号灯控制器将控制权限交给控制器B，通过通信模块B收到的指令完成信号灯的控制。

本发明的有益效果在于：

本发明主解决了无人化的交通信号灯控制稳定性不足的问题，实现低人员成本，低基础建设成本，但可控性高、稳定性高的信号灯远程控制。

本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作优选的详细描述，其中：

图1为本发明提供的信号灯控制器结构示意图；

图2为本发明提供的一种双链路通信与双核的冗余控制问题解决方案的流程图；

图3为本发明提供的一种双链路通信与两组信号灯执行模块的冗余控制问题解决方案流程图；

图4为本发明提供的具体实施特例中对三处信号灯的双链路通信示意图；

图5为本发明提供的具体实施特例中对三处信号灯的双链路冗余控制方法示意图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本发明的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

请参阅图1～图5。

内容1，为双链路通信与双控制核心的冗余控制问题解决方案，信号灯控制器由控制器A和控制器B组成。控制器A搭载无线通信模块A，以通信链路A作为主通信方式，进行远域无线通信；控制器B搭载无线通信模块B，以通信链路B作为备用无线通信方式，进行局域无线通信。在正常情况下，控制器A通过无线通信模块A将作为信号灯控制器的接收指令的主路线，控制器B通过无线通信模块B接收来自通信链路B上的指令作为信号灯控制器的接收指令的备份路线，但控制器B与控制器A进行实时有线通信，相互监听；正常情况下，控制器B仅接收指令，不通过执行模块控制信号灯；当通信链路A发生通信中断，没有信号等情况，控制器A将获取控制器B接收的指令，直到无线通信模块A恢复正常；控制模块A故障时，控制器B通过无线通信模块B接收指令，并通过执行模块A或B控制信号灯，直到控制模块A恢复正常。

内容2，为双链路通信与两组信号灯执行模块A、B的冗余控制问题解决方案，控制器A与控制器B都连接信号灯执行模块A和执行模块B；执行模块B为执行模块A的备用。在正常情况下，信号灯控制器由控制器A通过无线通信模块A接收来自指挥中心的指令，通过执行模块A实现信号灯的开启，闪烁；执行模块A故障的情况下，控制器A通过无线通信模块A接收指令，通过切换执行模块B实现信号灯的开启，闪烁；同理，当无线通信模块A的通信中断后，控制器A获取控制器B接收的指令，再通过执行模块A或者执行模块B控制信号灯；当控制模块A故障，将由控制器B通过无线通信模块B接收指令，再通过执行模块A或者执行模块B控制信号灯。执行模块的正常与否由控制器A或控制器B的传感器进行检测，其中，电池供电不足、灯的损坏、执行模块损坏，都将视为执行模块异常。

内容3，为双链路通信与整体的冗余控制问题解决方案，整体的冗余控制为处理好双链路通信对双核与两组信号灯执行模块的控制关系，实际上就是内容1与内容2的融合。

本实施例以某控制河段为例阐述实现方法，在该控制河段一共设立了3处信号灯放置点，控制器A通过4G/5G网络与信号灯远程控制指挥中心建立网络，以Mqtt网络协议进行指令传输，控制器B通过LoRa来接收覆盖三个信号灯布置点的附近的LoRa终端，LoRa的指令来自终端通过互联网/局域网的有线网络接收信号灯远程控制指挥中心的指令。由于航道的复杂性和重要性，使得对控制可靠性要求极高，信号灯布置地点偏远且人员不易靠近，使得对控制稳定性要求极高，必须要能够确保控制命令能够准确实行，并且能够维持相当长的稳定性，因此要求Mqtt与LoRa通讯跟信号灯控制器高度冗余。冗余具体实施包括以下主要情景：

情景1，设备无异常。正常情况下都是直接通过控制器A接收Mqtt上的指令，对控制器A上的执行模块A实施控制，实现对信号灯控制，此时控制器B仅处于接收指令状态。

情景2，LoRa故障。此时控制器A不受影响，一样可以正常使用Mqtt进行通讯和控制，此时将控制器B的故障信息通过Mqtt进行发布。

情景3，执行模块A故障。此时虽然控制器A可以正常通讯，但是无法正常控制信号灯，因此需要调用控制器B上的执行模块B进行控制，此时仍然使用Mqtt进行通讯。

情景4，Mqtt故障。此时不能够使用控制器A进行通讯，但是可以通过控制器B的LoRa进行数据通讯，而通过控制器A的执行模块A来进行信号灯控制。

情景5，控制器A和控制器B之间的通讯故障。此时A控制器和B控制器不再相互监听，控制器B默认控制器A异常，将切断控制器A与执行模块A/B的连接，通过LoRa进行通讯，调用执行模块A/B对灯进行控制。

情景6，其他非单一故障。在实际情况中有可能存在非单一故障，此时也有相应的通讯手段和控制方式，具体情况在表1中所示。

表1综合故障下的冗余处理

注：强制关灯为硬件上的直接关闭。表中，“0”为正常；“1”为异常。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。