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LED在公安交通管理設(shè)施中的應(yīng)用
發(fā)布日期:2008-10-14
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發(fā)光二極管(LED)是近幾年來迅速崛起的半導(dǎo)體光電器件,它具有體積小、重量輕、電壓低、電流小、亮度高和發(fā)光響應(yīng)速度快等優(yōu)點,容易與晶體管和集成電路配套使用,因而在全球市場上十分走俏。LED技術(shù)在近年來不斷獲得新的突破,應(yīng)用范圍不斷拓寬,已成為新世紀極具發(fā)展?jié)摿Φ碾娮赢a(chǎn)品之一。
LED廣泛應(yīng)用于各領(lǐng)域,在公安交通管理領(lǐng)域中的應(yīng)用也呈現(xiàn)迅猛的上升勢頭,今年來各城市大量新增和改換的以LED為光源的交通信號燈就是一個典型,當然LED在其它產(chǎn)品如交通誘導(dǎo)信息顯示屏、交通標志等方面的應(yīng)用也增長迅速,下面分別介紹。
1 LED在交通信號燈上應(yīng)用
LED在交通信號燈上的應(yīng)用可以說是有目共睹的。近兩年,在國內(nèi)許多城市,如北京、上海、重慶、南京等都在批量將傳統(tǒng)的以白熾燈為光源的信號燈更換為以LED為光源的信號燈。在全國范圍內(nèi),尤其在一些經(jīng)濟發(fā)達,設(shè)施經(jīng)費比較充足的地區(qū),更換的情況尤為明顯。導(dǎo)致大批更換的原因有幾方面,如許多城市實施暢通工程以來,交通設(shè)施經(jīng)費充足,能夠投巨資新增、發(fā)行路口信號燈等設(shè)施;目前仍大量應(yīng)用的以白熾燈為光源的信號燈有假顯示、維護費用高等固有的缺點;以LED為光源的交通信號燈有抗震耐沖擊、光響應(yīng)速度快、節(jié)能、壽命長等優(yōu)點。
傳統(tǒng)的交通信號燈主要由以下部分構(gòu)成:電源、燈殼、反光碗、有色配光鏡、光源部分。其中光源部分發(fā)光材料主要是白熾燈和鹵鎢燈,市電可直接對白熾燈供電,對于鹵鎢市電則需經(jīng)變壓器轉(zhuǎn)換后方可供電;反光碗的作用是將向各個方向出射的光收集起來向前出射;有色配光鏡的作用主要是將向前出射的光進行合理的分配,這里特別提出“有色”是因為白熾燈和鹵鎢燈發(fā)出光色為白色,需要通過“有色配光鏡”后才能得到需要的紅、黃、綠三色光,后文會提到,對于本身即發(fā)出色光的LED發(fā)光材料,就不需要“有色”配光鏡了。
傳統(tǒng)的信號燈有以下幾個難以避免的缺點:
1.由于反光碗的存在,導(dǎo)致假顯示效果。這種情況主要發(fā)生在清晨和傍晚,由于陽光投射方向與地面夾角較小,信號燈遮沿?zé)o法遮擋入射到信號燈配光鏡上的陽光,入射陽光通過信號燈的有色配光鏡后經(jīng)由反光碗反射后再射出。這樣雖然信號燈本身并沒有點亮,但是從駕駛員和行人的觀察來說,象點亮一樣,這樣就存在假顯示效應(yīng)。假顯示效應(yīng)的結(jié)果是易引起嚴重的交通事故。
2.壽命短,維護費用高。由于交通信號燈使用條件比較嚴酷,如頻繁點亮、供電電壓不穩(wěn)、環(huán)境溫度高等,導(dǎo)致傳統(tǒng)信號燈光源壽命較之通常使用條件壽命要低很多。以應(yīng)用最普遍的白熾燈而言,一般壽命在1500小時,這樣維護方面的費用就很高。僅以換燈泡為例,一個白熾燈泡的本身價值不高,但要加上高空作業(yè)車輛,人工等費用就比較可觀了。雖然有一些解決方案,如雙燈泡、多燈泡,但未能從根本解決問題。
3.由于有色配光鏡多由塑料類材料制成,在太陽光長時間照射下會有不同程度的變色,一般表現(xiàn)為褪色,有些情況下轉(zhuǎn)為其它相近顏色,這種情況導(dǎo)致燈光顏色的漂移,容易產(chǎn)生事故等嚴重后果。
以LED為光源的信號燈可以在一定程度上避免以上傳統(tǒng)信號燈的缺點。使得LED信號燈較傳統(tǒng)信號燈有著明顯的優(yōu)勢:
1.由于LED發(fā)出的光束是向前的并具有一定發(fā)散角,這樣就可以不必象白熾燈需要加裝反光碗。而且LED本身發(fā)出的是色光,這樣就不需要由有色配光鏡來濾光,從而解決了假顯示和配光鏡顏色漂移問題,提高光利用率。
2.工作壽命長,為5~10年,維修保養(yǎng)費用低。而傳統(tǒng)信號燈每年需要更換3至4次,維修保養(yǎng)費用高。當然5~10年的壽命是一個理論數(shù)據(jù),是根據(jù)LED單管10萬小時的壽命來計算,但實際上LED信號燈由于工作環(huán)境惡劣,日曬雨淋、嚴寒酷暑,對LED壽命必然會有影響。從早期安裝使用的LED信號燈目前使用情況來看,較早安裝的LED信號燈使用都在四年以上。
3.功耗小,一般約僅為白熾燈光源信號燈的10%~20%。這一點是符合國家的相關(guān)能源政策。
4.由于單個LED僅為整個信號燈燈盤中的特殊的一個發(fā)光單元,只要信號燈線路板設(shè)計合理,即使個別LED燒毀,也不會影響別的LED發(fā)光單元,從而影響信號燈整體效果。
但是LED信號燈本身也存在三個特殊的缺點:
一、如前面所講的因溫度升高而產(chǎn)生的光強衰減。
二、LED實際是個半導(dǎo)體PN結(jié),其正向?qū)妷弘m然都在一個范圍內(nèi),但各不相同,這種情況導(dǎo)致部分LED不能工作在正常工作點上。
三、LED價格較之于白熾燈價格要貴幾倍。
以筆者之見,LED信號燈發(fā)展可分為三個階段:
(1)1998年以前,LED信號燈的試用成長形成時期。許多人走出國門,看到LED信號燈在國外的應(yīng)用,也建議開發(fā)出國內(nèi)產(chǎn)品試用。但是開發(fā)出后還僅僅是試用而已,一方面,受LED發(fā)光器件的限制,使用效果一般;另一方面,LED信號燈剛剛開發(fā)出來,對其作為戶外惡劣條件下的使用也須考察一段時間,所以這一時期上海、北京等都有LED信號燈在使用,但都沒有大面積鋪開。
(2)1998-2000年,這一階段是LED信號從試用走向規(guī)模使用的時期,1998年,中國大規(guī)模生產(chǎn)安裝在用車后霧燈,此舉帶動一批企業(yè)開發(fā)LED發(fā)光燈具,并且在某種意義上帶動國內(nèi)外LED發(fā)光管材料不斷新的成果,幾個因素使LED信號燈使用效果有很大程度的提高。這一階段,LED信號燈開始成批量地更換或在新增交通信號控制路口使用,北京、上海、重慶等城市都在這一時期批量使用LED信號燈,在公安交通設(shè)施領(lǐng)域,LED信號燈生產(chǎn)企業(yè)可算一支新軍。但總體上看來,這一時期的LED信號燈技術(shù)水平不高,主要靠LED發(fā)光器件技術(shù)水平的提高來達到使用要求,沒有在如何分配光能量分布方面下力氣。相當一部分企業(yè)簡單地說就是設(shè)計好線路板后將LED一排排焊好,固定在前面有一塊透明塑料的燈殼內(nèi)就算成品,產(chǎn)業(yè)上可說是低水平的重復(fù)。
(3)2001年以來,隨著GB14887-1994《道路交通信號燈技術(shù)要求及測試方法》的修訂,LED信號燈的技術(shù)水平進入一個總體提高的時期。由于在標準的征求意見稿和送審稿中均明確將LED作為除白熾燈、低壓鹵鎢燈以外的一種重要光源,參考國外同類產(chǎn)品標準對各種光源信號燈提出配光要求,此時僅僅將LED排排好這種簡單的組合很難達到要求,同時業(yè)主也對信號燈的外觀、視覺效果等提出更高要求,于是為達到要求,許多企業(yè)投入人力物力進行技術(shù)開發(fā),大大提高LED信號燈的總體技術(shù)水平。盡管國外同類產(chǎn)品的要求是較高,但是還是有一些企業(yè)通過技術(shù)攻關(guān)達到標準要求,這一點在標準修訂過程中的驗證試驗中得到證實。這一階段,國內(nèi)大量城市中大規(guī)模使用或者全盤使用LED信號燈,這些城市有北京、上海、南京、重慶、寧波、無錫等等。
無論LED信號燈的優(yōu)缺點如何,以LED為光源的信號燈產(chǎn)業(yè)當前的情況可謂方興未艾,全國至少有約40個廠商在開發(fā)研制交通信號燈,其中有23家公司的產(chǎn)品通過了認證機構(gòu)的檢測。因為目前新的交通信號燈的國家標準還未批準發(fā)布實施,LED信號燈的生產(chǎn)沒有標準,所以仍有一些企業(yè)將其作為一個短平快的項目進行開發(fā)、并投放市場。這幾年的交通展覽會上可以大量看到LED信號燈生產(chǎn)企業(yè),但這也說明了以LED為光源的交通信號燈的市場有著廣闊的前景。
2 LED在交通誘導(dǎo)信息顯示屏中的應(yīng)用
LED顯示屏是八十年代后期在全球迅速發(fā)展起來的新型信息顯示媒體,它利用發(fā)光二極管構(gòu)成的點陣模塊或像素單元組成大面積顯示屏幕,以可靠性高、使用壽命長、環(huán)境適應(yīng)能力強、性能價格比高、使用成本低等特點,在短短的十來年中,迅速成長為平板顯示的主流產(chǎn)品,在信息顯示領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。
2.1 LED顯示屏發(fā)展的簡要回顧
LED顯示屏發(fā)展經(jīng)歷了三個階段:
(1)1990年以前LED顯示屏的成長形成時期。一方面,受LED材料器件的限制,LED顯示屏的應(yīng)用領(lǐng)域沒有廣泛展開,另一方面,顯示屏控制技術(shù)基本上是通訊控制方式,客觀上影響了顯示效果。這一時期的LED顯示屏在國外應(yīng)用較廣,國內(nèi)很少,產(chǎn)品以紅、綠雙基色為主,控制方式為通訊控制,灰度等級為單點4級調(diào)灰,產(chǎn)品的成本比較高。
(2)1990-1995年,這一階段是LED顯示屏迅速發(fā)展的時期。進入九十年代,全球信息產(chǎn)業(yè)高速增長,信息技術(shù)各個領(lǐng)域不斷突破,LED顯示屏在LED材料不斷出現(xiàn)新的成果,關(guān)鍵控制技術(shù)隨著超大規(guī)模集成電路(VLSI)的發(fā)展而日趨完善。藍色LED晶片研制成功,全彩色LED顯示屏進入市場;電子計算機及微電子領(lǐng)域的技術(shù)發(fā)展,在顯示屏控制技術(shù)領(lǐng)域出現(xiàn)了視頻控制技術(shù),顯示屏灰度等級實現(xiàn)16級灰度和64級灰度調(diào)灰,顯示屏的動態(tài)顯示效果大大提高。這一階段,LED顯示屏在我國發(fā)展速度非常迅速,從初期的幾家企業(yè)、年產(chǎn)值幾千萬元發(fā)展到幾十家企業(yè)、年產(chǎn)值幾億元,產(chǎn)品應(yīng)用領(lǐng)域涉及金融證券、體育、機場、鐵路、車站、公路交通、商業(yè)廣告、郵電電信等諸多領(lǐng)域,特別是1993年證券股票業(yè)的發(fā)展更引發(fā)了LED顯示屏市場的大幅增長。LED顯示屏在平板顯示領(lǐng)域的主流產(chǎn)品局面基本形成,LED顯示屏產(chǎn)業(yè)成為新興的高科技產(chǎn)業(yè)。
(3)1995年以來,LED顯示屏的發(fā)展進入一個總體穩(wěn)步提高產(chǎn)業(yè)格局調(diào)整完善的時期。1995年以來,LED顯示屏產(chǎn)業(yè)內(nèi)部競爭加劇,形成了許多中小企業(yè),產(chǎn)品價格大幅回落,應(yīng)用領(lǐng)域更為廣闊,產(chǎn)品在質(zhì)量、標準化等方面出現(xiàn)了一系列新的問題,有關(guān)部門對LED顯示屏的發(fā)展予以重視并進行了適當?shù)囊?guī)范和引導(dǎo),目前這方面的工作正在逐步深入。
2.2 我國LED顯示屏的發(fā)展現(xiàn)狀
產(chǎn)業(yè)發(fā)展初具規(guī)模
我國的LED顯示屏產(chǎn)業(yè)經(jīng)過幾年的發(fā)展,基本形成了一批具有一定規(guī)模的骨干企業(yè)。據(jù)不完全統(tǒng)計,至1998年底,年底銷售總額在1000萬元以上的企業(yè)有20多家,其銷售總額達6億元左右,占行業(yè)市場總額的85%以上。全國從事LED顯示屏的各類企業(yè)有100余家,行業(yè)年度銷售總額近8億元人民幣,1996年、1997年的增長速度均保持40%左右,1998年略有回落。在國內(nèi)市場上,國產(chǎn)LED顯示屏的市場占有率近100%,國外同類產(chǎn)品基本沒有市場,四十三屆世乒賽主會場天津體育中心、京九鐵路、北京西客站、首都機場、浦東機械等,均由國內(nèi)代表企業(yè)中標。
技術(shù)水平相對領(lǐng)先
我國LED顯示屏產(chǎn)業(yè)在規(guī)模發(fā)展的同時,產(chǎn)品技術(shù)推陳出新,一直保持比較先進的水平。90年代初即具備了成熟的16級灰度256色視頻控制技術(shù)及無線遙控等國際先進水平技術(shù),近年在全彩色LED顯示屏、256級灰度視頻控制技術(shù)、集群無經(jīng)線控制、多級群控技術(shù)等方面均有國內(nèi)先進、達到國際水平的技術(shù)和產(chǎn)品出現(xiàn);LED顯示屏控制專用大規(guī)模集成電路也已由國內(nèi)企業(yè)開發(fā)生產(chǎn)并得到應(yīng)用。LED顯示屏產(chǎn)業(yè)培養(yǎng)形成了一批LED顯示屏科技隊伍,在全國LED顯示屏行業(yè)的從業(yè)人數(shù)中,科技人員有將近50%。LED顯示屏產(chǎn)業(yè)正成為我國電子信息產(chǎn)業(yè)的重要組成部分,也是平板顯示領(lǐng)域唯一立足國內(nèi)形成的民族高科技產(chǎn)業(yè)。
應(yīng)用領(lǐng)域廣泛
LED顯示屏的應(yīng)用涉及社會經(jīng)濟的許多領(lǐng)域,主要包括:
(1)證券交易、金融信息顯示。這一領(lǐng)域的LED顯示屏占到了前幾年國內(nèi)LED顯示屏需求量的50%以上,目前仍為LED顯示屏的主要需求行業(yè)。上海證券交易所、深圳證券交易所及全國上萬家證券、金融營業(yè)機構(gòu)廣泛使用了LED顯示屏的主要需求行業(yè)。上海證券交易所、深圳證券交易所及全國上萬家證券、金融營業(yè)機構(gòu)廣泛使用了LED顯示屏。
(2)機場航班動態(tài)信息顯示。民航機場建設(shè)對信息顯示的要求非常明確,LED顯示屏是航班信息顯示系統(tǒng)FIDS(Flight Information Display System)的首選產(chǎn)品,首都機場、上海浦東國際機場、?诿捞m機場、珠海機場、廈門高崎機場、深圳黃田機場、廣州白云機場及全國數(shù)十家新建和改擴建機場都選用了國產(chǎn)的LED顯示屏產(chǎn)品。
(3)港口、車站旅客引導(dǎo)信息顯示。以LED顯示屏為主體的信息系統(tǒng)和廣播系統(tǒng)、列車到發(fā)揭示系統(tǒng)、票務(wù)信息系統(tǒng)等共同構(gòu)成客運樞紐的自動化系統(tǒng),北京站、北京西站、南昌站、大連港等國內(nèi)重要火車站和港口都安裝了國內(nèi)廠家提供的產(chǎn)品和系統(tǒng)。
(4)體育場館信息顯示。LED顯示屏已取代了傳統(tǒng)的燈泡及CRT顯示屏,四十三屆世乒賽主場地天津體育中心首次采用了國產(chǎn)彩色視頻LED顯示屏,受到普遍好評,上海體育中心、大連體育場等許多國內(nèi)重要體育場館相繼采用了LED顯示屏作為信息顯示的主要手段。
(5)調(diào)度指揮中心信息顯示。電力高度、車輛動態(tài)跟蹤、車輛調(diào)度管理等,也在逐步(6)郵政、電信、商場購物中心等服務(wù)領(lǐng)域的業(yè)務(wù)宣傳及信息顯示。遍布全國的服務(wù)領(lǐng)域均有國產(chǎn)LED顯示屏在信息顯示方面發(fā)揮作用。
(7)廣告媒體新產(chǎn)品。除單一大型戶內(nèi)、戶外顯示屏作為廣告媒體外,國內(nèi)一些城市出現(xiàn)了集群LED顯示屏廣告系統(tǒng);列車LED顯示屏廣告發(fā)布系統(tǒng)也已在全國數(shù)十列旅客列車上得到采用并正在推廣。
除以上應(yīng)用外,LED顯示屏的一個重要應(yīng)用就是在交通管理方面,即交通誘導(dǎo)信息顯示。這主要得益于智能交通系統(tǒng)(ITS)的興起,在城市交通、高速公路等領(lǐng)域,LED顯示屏作為提供大量交通誘導(dǎo)信息,如路段暢通堵塞狀況、前方停車場車位信息等等。
2.3 LED交流誘導(dǎo)信息顯示屏的發(fā)展趨勢
隨著公安交通管理科技的發(fā)展,許多城市投資智能交通系統(tǒng)(ITS),交通誘導(dǎo)系統(tǒng)作為智能交通系統(tǒng)的子系統(tǒng)被置于很重要的位置,LED交通誘導(dǎo)信息顯示屏作為誘導(dǎo)信息的重要載體將得到快速的發(fā)展。
高亮度、全彩化
對于僅僅顯示路段交通狀況和停車場情況等文字信息的顯示屏而言,高亮度是一個重要的發(fā)展趨勢。
對交通誘導(dǎo)信息要求的提高,使得視頻信息也被要求顯示在顯示屏上,這種前幾年還有用多彩,也稱偽彩屏的,它采用紅黃綠為基色。但當前越來越多采用的是全彩屏,這得益于價格的降低。藍色LED產(chǎn)品自出現(xiàn)以來,成本逐年快速降低,基礎(chǔ)材料的產(chǎn)業(yè)化,使LED全彩色顯示產(chǎn)品成本下降,應(yīng)用加快。以全彩色戶外點間距25mm顯示屏為例,1996年的產(chǎn)品市場價格每平方米在12萬元左右,1999年已降至7-8萬人民幣/m,目前此種戶外全彩顯示屏價格已降至約6萬元人民幣/m。LED產(chǎn)品性能的提高,使全彩色顯示屏的亮度、色彩、白平衡均達到比較理想的效果,完全可以滿足戶外全天候的環(huán)境條件要求。
標準化、規(guī)范化
材料、技術(shù)的成熟及市場價格的基本均衡之后,LED交通誘導(dǎo)顯示屏的標準化和規(guī)范化將成為LED顯示屏發(fā)展的一個新趨勢。近幾年業(yè)內(nèi)的發(fā)展,市場競爭在傳統(tǒng)產(chǎn)品條件下是以價格作為主要的是競爭手段,幾番價格回落調(diào)整達到基本均衡,產(chǎn)品質(zhì)量,系統(tǒng)的可靠性等將成為主要的競爭因素,這就對LED交通誘導(dǎo)信息顯示屏的標準化和規(guī)范化有了較高要求,公安部已經(jīng)立項制定LED交通誘導(dǎo)信息顯示屏的行業(yè)標準,同時業(yè)內(nèi)一些骨業(yè)已開始實施ISO9000系列標準。行業(yè)規(guī)范和標準體系的形成,對產(chǎn)品的檢測有了相對統(tǒng)一的認識和評判依據(jù),生產(chǎn)條件差、技術(shù)條件差、技術(shù)性不強、售后服務(wù)體系不完善的企業(yè)將受到市場的淘汰,預(yù)計今后幾年內(nèi)一批小規(guī)模的LED顯示屏廠商會逐步淡出,行業(yè)的發(fā)展趨于有序。
3 LED在交通標志、倒計 時顯示器中的應(yīng)用
LED在這方面的應(yīng)用主要是可變交通標志,如可變限速標志、可變車道標志、可變警告標志和配合交通信號燈使用的倒計時顯示器。從技術(shù)上來講,可變交通標志和倒計時顯示器都比顯示屏要簡單,但由于用途的不同,此處還是將這兩種產(chǎn)品單列出來。尤其倒計時顯示器,在公安部、建設(shè)部“城市暢通工程”嚴管街的有關(guān)評價指標中,明確提出要求,所以在許多城市都得到大量使用。
總的說來,LED在公安交通管理設(shè)施中得到大量的應(yīng)用,如果從廣義的交通管理來說,LED還應(yīng)用在汽車的轉(zhuǎn)向燈、高位制動燈和其它尾燈上,公路上的一些發(fā)光設(shè)施如發(fā)光突起路標上等等,相信隨著LED科技的進步,我們會看到更多、更好的產(chǎn)品問世。
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