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LED在公安交通管理设施中的应用

    作者：宏拓新软件
    发布日期：2008-10-14         
阅读：60     
 
 
发光二极管(LED)是近几年来迅速崛起的半导体光电器件，它具有体积小、重量轻、电压低、电流小、亮度高和发光响应速度快等优点，容易与晶体管和集成电路配套使用，因而在全球市场上十分走俏。LED技术在近年来不断获得新的突破，应用范围不断拓宽，已成为新世纪极具发展潜力的电子产品之一。
LED广泛应用于各领域，在公安交通管理领域中的应用也呈现迅猛的上升势头，今年来各城市大量新增和改换的以LED为光源的交通信号灯就是一个典型，当然LED在其它产品如交通诱导信息显示屏、交通标志等方面的应用也增长迅速，下面分别介绍。
1 LED在交通信号灯上应用
LED在交通信号灯上的应用可以说是有目共睹的。近两年，在国内许多城市，如北京、上海、重庆、南京等都在批量将传统的以白炽灯为光源的信号灯更换为以LED为光源的信号灯。在全国范围内，尤其在一些经济发达，设施经费比较充足的地区，更换的情况尤为明显。导致大批更换的原因有几方面，如许多城市实施畅通工程以来，交通设施经费充足，能够投巨资新增、发行路口信号灯等设施;目前仍大量应用的以白炽灯为光源的信号灯有假显示、维护费用高等固有的缺点;以LED为光源的交通信号灯有抗震耐冲击、光响应速度快、节能、寿命长等优点。
传统的交通信号灯主要由以下部分构成：电源、灯壳、反光碗、有色配光镜、光源部分。其中光源部分发光材料主要是白炽灯和卤钨灯，市电可直接对白炽灯供电，对于卤钨市电则需经变压器转换后方可供电；反光碗的作用是将向各个方向出射的光收集起来向前出射；有色配光镜的作用主要是将向前出射的光进行合理的分配，这里特别提出“有色”是因为白炽灯和卤钨灯发出光色为白色，需要通过“有色配光镜”后才能得到需要的红、黄、绿三色光，后文会提到，对于本身即发出色光的LED发光材料，就不需要“有色”配光镜了。
传统的信号灯有以下几个难以避免的缺点：
1．由于反光碗的存在，导致假显示效果。这种情况主要发生在清晨和傍晚，由于阳光投射方向与地面夹角较小，信号灯遮沿无法遮挡入射到信号灯配光镜上的阳光，入射阳光通过信号灯的有色配光镜后经由反光碗反射后再射出。这样虽然信号灯本身并没有点亮，但是从驾驶员和行人的观察来说，象点亮一样，这样就存在假显示效应。假显示效应的结果是易引起严重的交通事故。
2．寿命短，维护费用高。由于交通信号灯使用条件比较严酷，如频繁点亮、供电电压不稳、环境温度高等，导致传统信号灯光源寿命较之通常使用条件寿命要低很多。以应用最普遍的白炽灯而言，一般寿命在1500小时，这样维护方面的费用就很高。仅以换灯泡为例，一个白炽灯泡的本身价值不高，但要加上高空作业车辆，人工等费用就比较可观了。虽然有一些解决方案，如双灯泡、多灯泡，但未能从根本解决问题。
3．由于有色配光镜多由塑料类材料制成，在太阳光长时间照射下会有不同程度的变色，一般表现为褪色，有些情况下转为其它相近颜色，这种情况导致灯光颜色的漂移，容易产生事故等严重后果。
以LED为光源的信号灯可以在一定程度上避免以上传统信号灯的缺点。使得LED信号灯较传统信号灯有着明显的优势：
1．由于LED发出的光束是向前的并具有一定发散角，这样就可以不必象白炽灯需要加装反光碗。而且LED本身发出的是色光，这样就不需要由有色配光镜来滤光，从而解决了假显示和配光镜颜色漂移问题，提高光利用率。
2．工作寿命长，为5～10年，维修保养费用低。而传统信号灯每年需要更换3至4次，维修保养费用高。当然5～10年的寿命是一个理论数据，是根据LED单管10万小时的寿命来计算，但实际上LED信号灯由于工作环境恶劣，日晒雨淋、严寒酷暑，对LED寿命必然会有影响。从早期安装使用的LED信号灯目前使用情况来看，较早安装的LED信号灯使用都在四年以上。
3．功耗小，一般约仅为白炽灯光源信号灯的10%～20%。这一点是符合国家的相关能源政策。
4．由于单个LED仅为整个信号灯灯盘中的特殊的一个发光单元，只要信号灯线路板设计合理，即使个别LED烧毁，也不会影响别的LED发光单元，从而影响信号灯整体效果。
但是LED信号灯本身也存在三个特殊的缺点：
一、如前面所讲的因温度升高而产生的光强衰减。
二、LED实际是个半导体PN结，其正向导通电压虽然都在一个范围内，但各不相同，这种情况导致部分LED不能工作在正常工作点上。
三、LED价格较之于白炽灯价格要贵几倍。
以笔者之见，LED信号灯发展可分为三个阶段:
(1)1998年以前，LED信号灯的试用成长形成时期。许多人走出国门，看到LED信号灯在国外的应用，也建议开发出国内产品试用。但是开发出后还仅仅是试用而已，一方面，受LED发光器件的限制，使用效果一般；另一方面，LED信号灯刚刚开发出来，对其作为户外恶劣条件下的使用也须考察一段时间，所以这一时期上海、北京等都有LED信号灯在使用，但都没有大面积铺开。
(2)1998－2000年，这一阶段是LED信号从试用走向规模使用的时期，1998年，中国大规模生产安装在用车后雾灯，此举带动一批企业开发LED发光灯具，并且在某种意义上带动国内外LED发光管材料不断新的成果，几个因素使LED信号灯使用效果有很大程度的提高。这一阶段，LED信号灯开始成批量地更换或在新增交通信号控制路口使用，北京、上海、重庆等城市都在这一时期批量使用LED信号灯，在公安交通设施领域，LED信号灯生产企业可算一支新军。但总体上看来，这一时期的LED信号灯技术水平不高，主要靠LED发光器件技术水平的提高来达到使用要求，没有在如何分配光能量分布方面下力气。相当一部分企业简单地说就是设计好线路板后将LED一排排焊好，固定在前面有一块透明塑料的灯壳内就算成品，产业上可说是低水平的重复。
(3)2001年以来，随着GB14887-1994《道路交通信号灯技术要求及测试方法》的修订，LED信号灯的技术水平进入一个总体提高的时期。由于在标准的征求意见稿和送审稿中均明确将LED作为除白炽灯、低压卤钨灯以外的一种重要光源，参考国外同类产品标准对各种光源信号灯提出配光要求，此时仅仅将LED排排好这种简单的组合很难达到要求，同时业主也对信号灯的外观、视觉效果等提出更高要求，于是为达到要求，许多企业投入人力物力进行技术开发，大大提高LED信号灯的总体技术水平。尽管国外同类产品的要求是较高，但是还是有一些企业通过技术攻关达到标准要求，这一点在标准修订过程中的验证试验中得到证实。这一阶段，国内大量城市中大规模使用或者全盘使用LED信号灯，这些城市有北京、上海、南京、重庆、宁波、无锡等等。
无论LED信号灯的优缺点如何，以LED为光源的信号灯产业当前的情况可谓方兴未艾，全国至少有约40个厂商在开发研制交通信号灯，其中有23家公司的产品通过了认证机构的检测。因为目前新的交通信号灯的国家标准还未批准发布实施，LED信号灯的生产没有标准，所以仍有一些企业将其作为一个短平快的项目进行开发、并投放市场。这几年的交通展览会上可以大量看到LED信号灯生产企业，但这也说明了以LED为光源的交通信号灯的市场有着广阔的前景。
2 LED在交通诱导信息显示屏中的应用
LED显示屏是八十年代后期在全球迅速发展起来的新型信息显示媒体，它利用发光二极管构成的点阵模块或像素单元组成大面积显示屏幕，以可靠性高、使用寿命长、环境适应能力强、性能价格比高、使用成本低等特点，在短短的十来年中，迅速成长为平板显示的主流产品，在信息显示领域得到了广泛的应用。
2.1 LED显示屏发展的简要回顾
LED显示屏发展经历了三个阶段：
(1)1990年以前LED显示屏的成长形成时期。一方面，受LED材料器件的限制，LED显示屏的应用领域没有广泛展开，另一方面，显示屏控制技术基本上是通讯控制方式，客观上影响了显示效果。这一时期的LED显示屏在国外应用较广，国内很少，产品以红、绿双基色为主，控制方式为通讯控制，灰度等级为单点4级调灰，产品的成本比较高。
(2)1990-1995年，这一阶段是LED显示屏迅速发展的时期。进入九十年代，全球信息产业高速增长，信息技术各个领域不断突破，LED显示屏在LED材料不断出现新的成果，关键控制技术随着超大规模集成电路(VLSI)的发展而日趋完善。蓝色LED晶片研制成功，全彩色LED显示屏进入市场；电子计算机及微电子领域的技术发展，在显示屏控制技术领域出现了视频控制技术，显示屏灰度等级实现16级灰度和64级灰度调灰，显示屏的动态显示效果大大提高。这一阶段，LED显示屏在我国发展速度非常迅速，从初期的几家企业、年产值几千万元发展到几十家企业、年产值几亿元，产品应用领域涉及金融证券、体育、机场、铁路、车站、公路交通、商业广告、邮电电信等诸多领域，特别是1993年证券股票业的发展更引发了LED显示屏市场的大幅增长。LED显示屏在平板显示领域的主流产品局面基本形成，LED显示屏产业成为新兴的高科技产业。
(3)1995年以来，LED显示屏的发展进入一个总体稳步提高产业格局调整完善的时期。1995年以来，LED显示屏产业内部竞争加剧，形成了许多中小企业，产品价格大幅回落，应用领域更为广阔，产品在质量、标准化等方面出现了一系列新的问题，有关部门对LED显示屏的发展予以重视并进行了适当的规范和引导，目前这方面的工作正在逐步深入。
2.2 我国LED显示屏的发展现状
产业发展初具规模
我国的LED显示屏产业经过几年的发展，基本形成了一批具有一定规模的骨干企业。据不完全统计，至1998年底，年底销售总额在1000万元以上的企业有20多家，其销售总额达6亿元左右，占行业市场总额的85%以上。全国从事LED显示屏的各类企业有100余家，行业年度销售总额近8亿元人民币，1996年、1997年的增长速度均保持40%左右，1998年略有回落。在国内市场上，国产LED显示屏的市场占有率近100%，国外同类产品基本没有市场，四十三届世乒赛主会场天津体育中心、京九铁路、北京西客站、首都机场、浦东机械等，均由国内代表企业中标。
技术水平相对领先
我国LED显示屏产业在规模发展的同时，产品技术推陈出新，一直保持比较先进的水平。90年代初即具备了成熟的16级灰度256色视频控制技术及无线遥控等国际先进水平技术，近年在全彩色LED显示屏、256级灰度视频控制技术、集群无经线控制、多级群控技术等方面均有国内先进、达到国际水平的技术和产品出现；LED显示屏控制专用大规模集成电路也已由国内企业开发生产并得到应用。LED显示屏产业培养形成了一批LED显示屏科技队伍，在全国LED显示屏行业的从业人数中，科技人员有将近50%。LED显示屏产业正成为我国电子信息产业的重要组成部分，也是平板显示领域唯一立足国内形成的民族高科技产业。
应用领域广泛
LED显示屏的应用涉及社会经济的许多领域，主要包括:
(1)证券交易、金融信息显示。这一领域的LED显示屏占到了前几年国内LED显示屏需求量的50%以上，目前仍为LED显示屏的主要需求行业。上海证券交易所、深圳证券交易所及全国上万家证券、金融营业机构广泛使用了LED显示屏的主要需求行业。上海证券交易所、深圳证券交易所及全国上万家证券、金融营业机构广泛使用了LED显示屏。
(2)机场航班动态信息显示。民航机场建设对信息显示的要求非常明确，LED显示屏是航班信息显示系统FIDS(Flight Information Display System)的首选产品，首都机场、上海浦东国际机场、海口美兰机场、珠海机场、厦门高崎机场、深圳黄田机场、广州白云机场及全国数十家新建和改扩建机场都选用了国产的LED显示屏产品。
(3)港口、车站旅客引导信息显示。以LED显示屏为主体的信息系统和广播系统、列车到发揭示系统、票务信息系统等共同构成客运枢纽的自动化系统，北京站、北京西站、南昌站、大连港等国内重要火车站和港口都安装了国内厂家提供的产品和系统。
(4)体育场馆信息显示。LED显示屏已取代了传统的灯泡及CRT显示屏，四十三届世乒赛主场地天津体育中心首次采用了国产彩色视频LED显示屏，受到普遍好评，上海体育中心、大连体育场等许多国内重要体育场馆相继采用了LED显示屏作为信息显示的主要手段。
(5)调度指挥中心信息显示。电力高度、车辆动态跟踪、车辆调度管理等，也在逐步(6)邮政、电信、商场购物中心等服务领域的业务宣传及信息显示。遍布全国的服务领域均有国产LED显示屏在信息显示方面发挥作用。
(7)广告媒体新产品。除单一大型户内、户外显示屏作为广告媒体外，国内一些城市出现了集群LED显示屏广告系统；列车LED显示屏广告发布系统也已在全国数十列旅客列车上得到采用并正在推广。
除以上应用外，LED显示屏的一个重要应用就是在交通管理方面，即交通诱导信息显示。这主要得益于智能交通系统(ITS)的兴起，在城市交通、高速公路等领域，LED显示屏作为提供大量交通诱导信息，如路段畅通堵塞状况、前方停车场车位信息等等。
2.3 LED交流诱导信息显示屏的发展趋势
随着公安交通管理科技的发展，许多城市投资智能交通系统(ITS)，交通诱导系统作为智能交通系统的子系统被置于很重要的位置，LED交通诱导信息显示屏作为诱导信息的重要载体将得到快速的发展。
高亮度、全彩化
对于仅仅显示路段交通状况和停车场情况等文字信息的显示屏而言，高亮度是一个重要的发展趋势。
对交通诱导信息要求的提高，使得视频信息也被要求显示在显示屏上，这种前几年还有用多彩，也称伪彩屏的，它采用红黄绿为基色。但当前越来越多采用的是全彩屏，这得益于价格的降低。蓝色LED产品自出现以来，成本逐年快速降低，基础材料的产业化，使LED全彩色显示产品成本下降，应用加快。以全彩色户外点间距25mm显示屏为例，1996年的产品市场价格每平方米在12万元左右，1999年已降至7-8万人民币/m，目前此种户外全彩显示屏价格已降至约6万元人民币/m。LED产品性能的提高，使全彩色显示屏的亮度、色彩、白平衡均达到比较理想的效果，完全可以满足户外全天候的环境条件要求。
标准化、规范化
材料、技术的成熟及市场价格的基本均衡之后，LED交通诱导显示屏的标准化和规范化将成为LED显示屏发展的一个新趋势。近几年业内的发展，市场竞争在传统产品条件下是以价格作为主要的是竞争手段，几番价格回落调整达到基本均衡，产品质量，系统的可靠性等将成为主要的竞争因素，这就对LED交通诱导信息显示屏的标准化和规范化有了较高要求，公安部已经立项制定LED交通诱导信息显示屏的行业标准，同时业内一些骨业已开始实施ISO9000系列标准。行业规范和标准体系的形成，对产品的检测有了相对统一的认识和评判依据，生产条件差、技术条件差、技术性不强、售后服务体系不完善的企业将受到市场的淘汰，预计今后几年内一批小规模的LED显示屏厂商会逐步淡出，行业的发展趋于有序。
3 LED在交通标志、倒计 时显示器中的应用
LED在这方面的应用主要是可变交通标志，如可变限速标志、可变车道标志、可变警告标志和配合交通信号灯使用的倒计时显示器。从技术上来讲，可变交通标志和倒计时显示器都比显示屏要简单，但由于用途的不同，此处还是将这两种产品单列出来。尤其倒计时显示器，在公安部、建设部“城市畅通工程”严管街的有关评价指标中，明确提出要求，所以在许多城市都得到大量使用。
总的说来，LED在公安交通管理设施中得到大量的应用，如果从广义的交通管理来说，LED还应用在汽车的转向灯、高位制动灯和其它尾灯上，公路上的一些发光设施如发光突起路标上等等，相信随着LED科技的进步，我们会看到更多、更好的产品问世。
 

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