LED 可變標(biāo)志在交通上的應(yīng)用技術(shù)探討

楊 艷

(攀枝花學(xué)院交通與汽車工程學(xué)院)

1 引 言

可變標(biāo)志是一種可依據(jù)道路、交通、氣象等狀況而改變顯示內(nèi)容的動態(tài)交通標(biāo)志。與固定標(biāo)志的最大不同是可依據(jù)變化的道路、交通、氣象等條件，向道路使用者提供實時的交通信息，使道路使用者及時了解目標(biāo)路線上的交通擁堵長度、事故原因、路面狀況、天氣以及道路管理者發(fā)布的出行建議或者管理限令等，對減少交通事故、平抑交通流、舒展駕駛情緒、提高道路交通管理服務(wù)水平起著不可替代的作用。

可變標(biāo)志是一種交通標(biāo)志，在顏色、形狀、圖形字符等方面就應(yīng)符合交通標(biāo)志的要求。其次是一種電氣產(chǎn)品。在監(jiān)控系統(tǒng)和交通管理系統(tǒng)中，可變標(biāo)志是最主要的信息提供設(shè)備，應(yīng)滿足信息交換、數(shù)據(jù)通信要求。控制計算機一般采用單片式微機，調(diào)用其中不同的程序段，即顯示不同的圖文信息。

2 LED 可變標(biāo)志

2.1 LED 可變信息標(biāo)志

LED 可變信息標(biāo)志是目前應(yīng)用最為廣泛的可變標(biāo)志，最新國家標(biāo)準(zhǔn)《高速公路LED 可變信息標(biāo)志》(GB/T 23828－2009)于2009 年7 月1 日正式實施。LED 可變信息標(biāo)志是利用點陣顯示原理顯示圖形和文字的。將漢字做有限分割后變成一個個獨立單元，再將這些單元按序拼接在一起還原成原漢字。漢字分割如圖1 所示。

圖1 漢字分割圖

圖2 16 ×16 點陣單元漢字顯示原理圖

可變信息標(biāo)志屬于點陣顯示器一類，如圖2 所示，每行每列都可控，當(dāng)行列同時被選中的單元點亮，可以做到顯示屏上的漢字從上下左右任一方向移動，當(dāng)整個漢字從一個位置移到另一個位置時，可將列譯碼改成線選，由一個大功率管驅(qū)動。

一個完整的可變信息標(biāo)志基本電路構(gòu)成如圖3。將此方法顯示的一個單元擴展為2 ×2 =4 個，32 ×32 點陣，顯示4 個漢字，就有一定的語義表達(dá)功能，如“結(jié)冰路滑”，“注意安全”等。也可擴展為1 ×12 的長形顯示屏，可同時顯示12個漢字。

圖3 可變信息標(biāo)志基本電路構(gòu)成框圖

在組成結(jié)構(gòu)上，將可發(fā)光的LED(像素)排列，焊接在一塊底板上構(gòu)成顯示屏，配上電源、控制單元、殼體機箱等就組成一塊完整的可變信息標(biāo)志產(chǎn)品。LED 可變信息標(biāo)志產(chǎn)品是一種大型的機械電子設(shè)備，不僅需要符合電器要求，也要求安裝使用在環(huán)境條件惡劣的公路上。

LED 可變信息標(biāo)志的顯示屏組合發(fā)光像素由發(fā)光二極管組成，單粒發(fā)光二極管在額定電流時的法向發(fā)光強度:紅色不小于3 000 mcd;綠色不小于6 000 mcd;藍(lán)色不小于2 000 mcd;黃色不小于5 500 mcd。發(fā)光二極管的平均無故障時間MTBF 不小于50 000 h，其他電子元器件的MTBF 不小于30 000 h。

在顯示性能上要求，機殼的顏色采用符合國家標(biāo)準(zhǔn)漆色卡的510 號藍(lán)灰色。顯示屏基底為亞光黑色，色品坐標(biāo)應(yīng)在圖4 規(guī)定的色品區(qū)域內(nèi)，亮度因數(shù)不大于0.03。文字標(biāo)志發(fā)光時前景字符為紅色、綠色或黃色，不發(fā)光時為黑色或無色。紅色為禁令性信息，綠色為提示性信息，黃色為警告性信息。彩色圖形標(biāo)志可用紅綠藍(lán)LED 組合成三基色發(fā)光像素，對三基色發(fā)光像素的亮度等級控制不少于16 級，通過控制三基色的亮度配比，至少能顯示紅、綠、藍(lán)、黃、白等五種顏色，這些顏色的色品坐標(biāo)應(yīng)在圖4 規(guī)定的色品區(qū)域內(nèi)。

圖4 LED 可變信息標(biāo)志像素發(fā)光顏色CIE1931 色品區(qū)域圖

在額定工作電流時整屏范圍內(nèi)像素與像素之間的法向發(fā)光強度的不均勻度應(yīng)不大于5%，像素內(nèi)LED 之間的不均勻度應(yīng)不大于10%。采用動態(tài)掃描驅(qū)動顯示方式，保證汽車高速行駛時，標(biāo)志的顯示內(nèi)容清晰、穩(wěn)定。

2.2 LED 可變限速標(biāo)志

可變限速標(biāo)志是一種特殊的可變標(biāo)志，與靜態(tài)標(biāo)志一樣為禁令類標(biāo)志，采用標(biāo)準(zhǔn)為國家標(biāo)準(zhǔn)《高速公路LED 可變限速標(biāo)志》(GB/T 23826－2009)，屬強制性標(biāo)準(zhǔn)。可變限速標(biāo)志在內(nèi)容上大部分與《高速公路LED 可變信息限速標(biāo)志》(GB/T 23828－2009)一致。不同之處在于，LED 可變限速標(biāo)志外形為圓形和方形兩種，圖形外圈有效外徑尺寸為φ1 200 mm、φ1 400 mm、φ1 600 mm 三種。在顯示內(nèi)容上比可變信息標(biāo)志簡單，只顯示外圈和數(shù)字，顏色只有紅色外圈和黃(橙)色數(shù)字。

2.3 LED 車道控制標(biāo)志

LED 車道控制標(biāo)志由紅色“╳”和綠色“↓”圖案組合而成的一種特殊可變標(biāo)志，用于車道的通行和禁止管理，當(dāng)顯示紅色“╳”圖案時禁止車輛使用車道，當(dāng)顯示綠色“↓”圖案時允許車輛使用車道。由機殼、顯示屏、控制器及安裝連接件組成。顯示屏的外形有方形和圓形兩種。外形尺寸有600 mm、300 mm 兩種。環(huán)境溫度適用等級有A 型、B 型、C型三種。與信號燈的功能不同，信號燈控制的是一個方向上交通流的通行或禁止，范圍更大，并且信號燈一般設(shè)在交叉口，車道控制標(biāo)志可以設(shè)置在路段上。車道控制標(biāo)志控制更精確，空間利用率更高，效率也更高。車道控制標(biāo)志主要用于收費站或匝道控制，通信距離較短，且信息量不大，用兩條線的開關(guān)狀態(tài)即可滿足控制要求，所以沒有通信接口和協(xié)議要求。

2.4 LED 信號燈

信號燈與可變信息標(biāo)志有較大區(qū)別，在公路上使用的信號燈主要是指收費車道里的兩色信號燈，目前還沒有專用國家標(biāo)準(zhǔn)或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。信號燈按功能分為機動車信號燈、非機動車信號燈、人行橫道信號燈、車道信號燈、方向指示燈、閃光警告信號燈。在顏色上要求也各不相同。

3 檢測技術(shù)指標(biāo)和方法

LED 可變信息標(biāo)志、可變限速標(biāo)志、車道控制標(biāo)志的檢測項目和方法均相似。以LED 可變信息標(biāo)志為例。檢測條件要求環(huán)境溫度、相對濕度、大氣壓力在規(guī)定范圍內(nèi)。一般可重復(fù)客觀測試項目，進(jìn)行三次檢測取算術(shù)平均值，可給出測試結(jié)果的不確定度。主觀目測項目，測試人員應(yīng)不少于3人。檢測內(nèi)容包括外觀檢驗、材料檢驗、結(jié)構(gòu)尺寸、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性試驗、色度性能、視認(rèn)性能電氣安全性能、通信接口與規(guī)程、環(huán)境適應(yīng)性能、可靠性試驗、功能測試等多個方面。

信號燈主要是目測。除了目測，也提出一些技術(shù)要求:如泄露電流測量、接地電阻測量、絕緣電阻測試、耐久性測試、幻象試驗等，以通過試驗設(shè)備、測試電路、儀表等對信號燈狀態(tài)作出正確評價。LED 可變標(biāo)志主要技術(shù)指標(biāo)及檢測方法如表1 所示。

表1 LED 可變標(biāo)志主要技術(shù)指標(biāo)及檢測方法

4 可變標(biāo)志在交通上的意義

交通中有了LED 可變標(biāo)志的應(yīng)用，特別在高速公路上，增強了行車的高效運行和行車安全，提高了運營效益，創(chuàng)造了社會效益，在交通上發(fā)揮了越來越大的作用。

［1］ 逯龍.關(guān)于LED 信息顯示技術(shù)在高速公路上的應(yīng)用［J］. 現(xiàn)代顯示，2006，(6).

［2］ 韓文元，包左軍.交通安全設(shè)施及機電工程［M］.北京:人民交通出版社，2010.