專利名稱：高亮度交通可變情報(bào)板及其實(shí)現(xiàn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于交通信息發(fā)布與顯示領(lǐng)域，具體涉及一種在低能見度條件下應(yīng)用的高亮度交通情報(bào)板及其實(shí)現(xiàn)方法。
背景技術(shù)：
交通可變情報(bào)板(Variable Message Sign, VMS)是動態(tài)交通標(biāo)志板的一種,通常布設(shè)在道路口、大橋、隧道、高架、高速道路等交通設(shè)施上，提供可見的交通誘導(dǎo)信息顯示，用于指示駕駛員前方的交通狀況、道路情況和偶發(fā)性事件等信息。交通可變情報(bào)板與交通信息廣播和車載導(dǎo)行系統(tǒng)一道成為當(dāng)前重要的交通信息發(fā)布手段。交通可變情報(bào)板能夠向司機(jī)及時(shí)發(fā)布不同路段的不同路面情況及各類交通信息，并進(jìn)行交通法規(guī)，交通知識的宣傳，達(dá)到減少公路重現(xiàn)性阻塞，減少公路非重現(xiàn)性事故的影響，提高行車安全，從而有效疏導(dǎo)交通，提高公路的使用效率?？勺兦閳?bào)板由控制中心控制，配合交通監(jiān)控系統(tǒng)可對交通流進(jìn)行誘導(dǎo)和控制。常用的交通可變情報(bào)板是以發(fā)光二極管(Light Emitting Diode, LED)為基本顯示單元的交通信息顯示設(shè)備，具有圖形及文字等顯示功能，發(fā)光顏色有紅色、黃色、紅綠黃色、紅黃雙色以及紅綠藍(lán)全彩色等。目前基于LED的交通可變情報(bào)板在大霧能見度較低時(shí)存在可視性下降、指示作用降低的不足，這對公路行車安全非常不利。眾所周知大霧低能見度條件會對公路行車安全帶來很大影響，極易發(fā)生交通事故或擁堵，有效的交通信息提示在此條件下具有重要意義。而目前基于LED的交通可變情報(bào)板在低能見度情況下閱讀效果欠佳，解決該問題有兩種實(shí)現(xiàn)方法，一種是通過不斷提高LED發(fā)光亮度來實(shí)現(xiàn)，使用高亮度LED制作高亮度交通情報(bào)板，達(dá)到滿足低能見度條件應(yīng)用的要求。目前LED技術(shù)滿足不了應(yīng)用要求，只有通過提升LED技術(shù)、降低LED器件成本來達(dá)到應(yīng)用要求。同時(shí)LED材料并不環(huán)保，在未來應(yīng)用中存在缺陷。在LED發(fā)光燈中包含有銻、砷、鉻、鉛以及其他多種金屬元素。其中，部分LED燈的有毒元素含量已經(jīng)超過了監(jiān)管部門制定的標(biāo)準(zhǔn)。比如在低亮度紅色LED燈中，研究人員發(fā)現(xiàn)其鉛含量超標(biāo)達(dá)到8倍，鎳含量也超標(biāo)2. 5倍。實(shí)際上在美國加州法律中，絕大多數(shù)LED燈都已經(jīng)被明確定義為有毒垃圾，如果使用普通填埋的辦法處理將會污染土壤和地下水。而如果LED燈破碎，還可能會對直接接觸的人體健康造成損害。
發(fā)明內(nèi)容
為解決背景技術(shù)中存在的上述缺陷，本發(fā)明提供一種高亮度交通可變情報(bào)板及其實(shí)現(xiàn)方法，該設(shè)備發(fā)光亮度高，可在能見度低于100米的條件下有效發(fā)布交通信息，提高行車安全性。本發(fā)明的基本技術(shù)方案如下高亮度交通可變情報(bào)板，包括交通情報(bào)顯示面板、激光二極管陣列、電源系統(tǒng)、發(fā)光控制系統(tǒng)以及通信模塊；所述激光二極管陣列是由多個(gè)激光二級管組成的發(fā)光點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)，多個(gè)激光二級管的出光端分別通過光纖連接至交通情報(bào)顯示面板上預(yù)置的發(fā)光點(diǎn)位；發(fā)光控制系統(tǒng)通過所述通信模塊獲取需要顯示的交通信息，發(fā)光控制系統(tǒng)輸出控制信號至電源系統(tǒng)，控制電源系統(tǒng)對所述多個(gè)激光二級管分別供電?；谏鲜龌炯夹g(shù)方案，本發(fā)明還可作如下優(yōu)化限定和改進(jìn)該高亮度交通可變情報(bào)板還包括環(huán)境能見度探測器，發(fā)光控制系統(tǒng)采集環(huán)境能見度探測器獲得的能見度信息用以調(diào)節(jié)合適的發(fā)光亮度。上述多個(gè)激光二級管對應(yīng)的多根光纖封裝構(gòu)成光纖束。上述預(yù)置的發(fā)光點(diǎn)位覆蓋了表達(dá)交通情報(bào)的各種圖案，也可以是標(biāo)準(zhǔn)的點(diǎn)陣陣列(這樣通過設(shè)置發(fā)光控制系統(tǒng)支持文字編/解碼，交通情報(bào)顯示面板可以顯示文字信息)。采用上述高亮度交通可變情報(bào)板實(shí)現(xiàn)交通情報(bào)發(fā)布的方法，包括以下步驟(I)通信模塊接收需要發(fā)布的交通信息，送入發(fā)光控制系統(tǒng)；(2)發(fā)光控制系統(tǒng)對需要發(fā)布的交通信息進(jìn)行編碼，形成控制信號輸出至電源系統(tǒng)；(3)電源系統(tǒng)根據(jù)控制信號調(diào)整激光二極管陣列中各個(gè)激光二極管的注入電流；(4)各個(gè)激光二極管分別耦合入對應(yīng)的光纖，通過光纖導(dǎo)出，在各個(gè)激光二極管對應(yīng)的交通情報(bào)顯示面板上預(yù)置的發(fā)光點(diǎn)位出射激光，共同形成表達(dá)相應(yīng)交通情報(bào)的發(fā)光圖案。上述步驟(I)中，可以通過設(shè)置能見度探測器，獲得周圍環(huán)境的能見度信息并送入發(fā)光控制系統(tǒng)，發(fā)光控制系統(tǒng)根據(jù)能見度信息，在所述控制信號中增加對電源系統(tǒng)輸出功率的控制參數(shù)，以調(diào)節(jié)合適的激光二極管發(fā)光亮度。本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)1、使用激光二級管做光源，光束更集中，穿霧特性好。2、使用高亮度光纖，光源不直接外露，受戶外溫度變化沖擊小，大大提高壽命；同時(shí)防水性好，不會出現(xiàn)老化浸水。3、系統(tǒng)高亮度，可在低能見度條件下有效顯示交通信息。4、系統(tǒng)功耗低。
圖1為本發(fā)明的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式大霧低能見度條件下，交通可變情報(bào)板光源發(fā)光的傳輸損耗增大，因此傳輸距離比正常能見度條件下要小很多。特別當(dāng)能見度小于100米甚至更低時(shí)，可變情報(bào)板有效可視距離縮短，交通信息不能有效發(fā)布，行車安全帶來嚴(yán)重影響。激光是一種相干光源，LED為非相干光源，相對于LED非相干光源，激光具有更好的光束指向性，光束在相同功率條件下能夠傳輸?shù)酶h(yuǎn)，因此可以選用激光作為交通可變情報(bào)板光源。唯一需要注意的是光源功率的安全性，防止其對人眼的影響。因此激光光源的輸出功率需要實(shí)現(xiàn)隨外界能見度變化自動調(diào)節(jié)，以保證可變情報(bào)板既具有良好的穿霧特性，又具有可視安全性。同時(shí)當(dāng)前激光二極管技術(shù)已經(jīng)很成熟，輸出功率毫瓦量級的紅光波長激光二極管價(jià)格已較低，可以逐漸實(shí)用化。不過，若可變情報(bào)板直接使用激光二極管作為發(fā)光源存在兩個(gè)缺點(diǎn)，首先是前述工作安全性原因；其次是光源發(fā)散角非常小使得多個(gè)發(fā)光點(diǎn)組成的陣列圖案時(shí)，對每個(gè)發(fā)光點(diǎn)的指向性要求增加，實(shí)際生產(chǎn)加工難度增大。因此，使用光纖束作為發(fā)光末端。光纖輸出光具有一定發(fā)散角，激光輸出地安全性提高；同時(shí)光纖改變光源均勻性與集中度，還可任意改變發(fā)光角度，其安裝使用方便。另外光纖束還具有可彎曲，可塑性強(qiáng)，抗沖擊性強(qiáng)等特點(diǎn)，能適應(yīng)惡劣環(huán)境，可連續(xù)長時(shí)間使用，節(jié)省長期更換成本。本發(fā)明的高亮度交通可變情報(bào)板，采用激光光源組成發(fā)光顯示結(jié)構(gòu)，并通過高亮度光纖束傳光組成發(fā)光顯示點(diǎn)陣，形成高亮度交通可變情報(bào)板。光源可使用激光二極管作為發(fā)光源，排布成陣列結(jié)構(gòu)，通過控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對陣列每個(gè)發(fā)光點(diǎn)的發(fā)光控制，從而實(shí)現(xiàn)交通顯示信息的可變更換，再通過高透光率的高亮度光纖將激光二極管發(fā)射的激光引導(dǎo)出去，實(shí)現(xiàn)交通信息的實(shí)時(shí)發(fā)布。本發(fā)明交通可變情報(bào)板結(jié)構(gòu)由光纖束組成的顯示面板、激光管陣列、電源系統(tǒng)、發(fā)光控制系統(tǒng)、環(huán)境能見度探測、通信端等部分構(gòu)成。光纖材料選取目前常用的光纖按材料分有石英光纖、玻璃光纖、聚合物(塑料)光纖。石英材料在傳輸損耗與耐用性上要好于玻璃光纖、聚合物(塑料)光纖，但其價(jià)格相對昂貴。玻璃光纖在短距離使用上傳輸損耗較小，容易排絲形成傳光束。聚合物(塑料)光纖在米量級長度具有較好的傳光特性，其價(jià)格最便宜，但耐用性相對較差。根據(jù)可變情報(bào)板最終工作方式及應(yīng)用場合，選取不同類型的光纖來制作可變情報(bào)板。交通可變情報(bào)板實(shí)際制作時(shí)必須考慮激光二極管陣列和高透光率光纖束之間的光束整形和耦合問題，以減少能量損耗?？勺兦閳?bào)板發(fā)光亮度自適應(yīng)調(diào)節(jié)根據(jù)環(huán)境不同能見度，為了使可變情報(bào)板顯示的信息在各種環(huán)境背景光下都能以合適的亮度顯示，提高顯示效果，可變情報(bào)板的發(fā)光亮度自適應(yīng)調(diào)節(jié)技術(shù)?？勺兦閳?bào)板裝有能見度感知器，在能見度較低時(shí)開啟光纖束工作模式，通過調(diào)節(jié)光源供電的功率，實(shí)現(xiàn)可變情報(bào)板發(fā)光亮度自適應(yīng)調(diào)節(jié)。實(shí)際應(yīng)用中本發(fā)明可以和普通LED交通可變情報(bào)板共同使用，日常能見度條件下使用普通可變情報(bào)板進(jìn)行交通指示，在能見度降低時(shí)，開啟本發(fā)明基于高亮度光纖束的可變情報(bào)板，達(dá)到低能見度條件下的信息指示。這樣既可兼顧日常的信息顯示，又可降低使用成本，提高現(xiàn)有技術(shù)的應(yīng)用延續(xù)性。目前紅、綠、藍(lán)三種顏色波長的激光二極管都有生產(chǎn)，紅光波長的激光二極管技術(shù)成熟，價(jià)格較低，如果其它兩種顏色波長的激光二極管技術(shù)成熟后，可以制作彩色交通可變情報(bào)板。所顯示的圖形、字?jǐn)?shù)規(guī)格、外形、安裝等都與常見交通情報(bào)板一致，滿足交通可變情報(bào)板使用標(biāo)準(zhǔn)。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)交通情報(bào)發(fā)布的過程如下(I)通信模塊接收需要發(fā)布的交通信息，送入發(fā)光控制系統(tǒng)；能見度探測器獲得周圍環(huán)境的能見度信息也送入發(fā)光控制系統(tǒng)；(2)發(fā)光控制系統(tǒng)對需要發(fā)布的交通信息進(jìn)行編碼，并根據(jù)能見度信息設(shè)置關(guān)于電源系統(tǒng)輸出功率的參數(shù)(以調(diào)節(jié)合適的激光二極管發(fā)光亮度)，形成控制信號輸出至電源系統(tǒng)；(3)電源系統(tǒng)根據(jù)控制信號調(diào)整激光二極管陣列中各個(gè)激光二極管的注入電流；(4)激光二極管陣列的各個(gè)激光二極管整體耦合入光纖束，通過光纖束導(dǎo)出，在各個(gè)激光二極管對應(yīng)的交通情報(bào)顯示面板上預(yù)置的發(fā)光點(diǎn)位出射激光，共同形成表達(dá)相應(yīng)交通情報(bào)的發(fā)光圖案。本發(fā)明可在能見度低于100米的情況下使用，發(fā)光亮度能根據(jù)環(huán)境光的變化自適應(yīng)調(diào)節(jié)以滿足不同能見度條件下的安全使用。與目前已有的交通情報(bào)板設(shè)備相比，本發(fā)明的情報(bào)板設(shè)備穿霧特性更好、性能更為齊全、價(jià)格更為低廉、安裝維護(hù)更為簡便，因此具備較大的性價(jià)比優(yōu)勢，應(yīng)用推廣前景良好，適用于大霧多發(fā)公路、水運(yùn)段，起到在低能見度條件下交通誘導(dǎo)信息的有效顯示功能，滿足交通管理部門在惡劣天氣條件下進(jìn)行交通誘導(dǎo)的需求。本發(fā)明可以為交通管理部門采取限速、限量或者封閉等措施提供依據(jù)與支撐，從而減少交通事故的發(fā)生，提高行車安全和運(yùn)輸效率。
權(quán)利要求
1.高亮度交通可變情報(bào)板，其特征在于包括交通情報(bào)顯示面板、激光二極管陣列、電源系統(tǒng)、發(fā)光控制系統(tǒng)以及通信模塊；所述激光二極管陣列是由多個(gè)激光二級管組成的發(fā)光點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)，多個(gè)激光二級管的出光端分別通過光纖連接至交通情報(bào)顯示面板上預(yù)置的發(fā)光點(diǎn)位；發(fā)光控制系統(tǒng)通過所述通信模塊獲取需要顯示的交通信息，發(fā)光控制系統(tǒng)輸出控制信號至電源系統(tǒng)，控制電源系統(tǒng)對所述多個(gè)激光二級管分別供電。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高亮度交通可變情報(bào)板,其特征在于該高亮度交通可變情報(bào)板還包括環(huán)境能見度探測器，發(fā)光控制系統(tǒng)采集環(huán)境能見度探測器獲得的能見度信息用以調(diào)節(jié)合適的發(fā)光亮度。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高亮度交通可變情報(bào)板，其特征在于所述多個(gè)激光二級管對應(yīng)的多根光纖封裝構(gòu)成光纖束。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高亮度交通可變情報(bào)板，其特征在于所述預(yù)置的發(fā)光點(diǎn)位覆蓋了表達(dá)交通情報(bào)的各種圖案，或者組成標(biāo)準(zhǔn)的點(diǎn)陣陣列。
5.采用如權(quán)利要求1所述高亮度交通可變情報(bào)板實(shí)現(xiàn)交通情報(bào)發(fā)布的方法，包括以下步驟(1)通信模塊接收需要發(fā)布的交通信息，送入發(fā)光控制系統(tǒng)；(2)發(fā)光控制系統(tǒng)對需要發(fā)布的交通信息進(jìn)行編碼，形成控制信號輸出至電源系統(tǒng)；(3)電源系統(tǒng)根據(jù)控制信號調(diào)整激光二極管陣列中各個(gè)激光二極管的注入電流；(4)各個(gè)激光二極管分別耦合入對應(yīng)的光纖，通過光纖導(dǎo)出，在各個(gè)激光二極管對應(yīng)的交通情報(bào)顯示面板上預(yù)置的發(fā)光點(diǎn)位出射激光，共同形成表達(dá)相應(yīng)交通情報(bào)的發(fā)光圖案。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的實(shí)現(xiàn)交通情報(bào)發(fā)布的方法，其特征在于步驟(I)中，設(shè)置一個(gè)能見度探測器，獲得周圍環(huán)境的能見度信息并送入發(fā)光控制系統(tǒng)，發(fā)光控制系統(tǒng)根據(jù)能見度信息，在所述控制信號中增加對電源系統(tǒng)輸出功率的控制參數(shù)，以調(diào)節(jié)合適的激光二極管發(fā)光亮度。
全文摘要
本發(fā)明提供一種高亮度交通可變情報(bào)板及其實(shí)現(xiàn)方法，該情報(bào)板包括交通情報(bào)顯示面板、激光二極管陣列、電源系統(tǒng)、發(fā)光控制系統(tǒng)以及通信模塊，激光二極管陣列是由多個(gè)激光二級管組成，多個(gè)激光二級管的出光端分別通過光纖連接至交通情報(bào)顯示面板上預(yù)置的發(fā)光點(diǎn)位，發(fā)光控制系統(tǒng)通過通信模塊獲取需要顯示的交通信息，發(fā)光控制系統(tǒng)輸出控制信號至電源系統(tǒng)，控制電源系統(tǒng)對所述多個(gè)激光二級管分別供電。本發(fā)明使光源不直接外露，受戶外溫度變化沖擊小，從而提高壽命，同時(shí)防水性好，不會出現(xiàn)老化浸水，并且光束集中，穿霧特性好，系統(tǒng)亮度高，功耗低，可在低能見度條件下有效顯示交通信息。
文檔編號G09F9/33GK103050063SQ201210566690
公開日2013年4月17日 申請日期2012年12月24日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月24日
發(fā)明者阮馳, 孫有群, 王允韜, 徐松松 申請人:中國科學(xué)院西安光學(xué)精密機(jī)械研究所