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LED在公安交通管理設施中的應用

    作者：宏拓新軟件
    發布日期：2008-10-14         
閱讀：61     
 
 
發光二極管(LED)是近幾年來迅速崛起的半導體光電器件，它具有體積小、重量輕、電壓低、電流小、亮度高和發光響應速度快等優點，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技術在近年來不斷獲得新的突破，應用范圍不斷拓寬，已成為新世紀極具發展潛力的電子產品之一。
LED廣泛應用于各領域，在公安交通管理領域中的應用也呈現迅猛的上升勢頭，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在其它產品如交通誘導信息顯示屏、交通標志等方面的應用也增長迅速，下面分別介紹。
1 LED在交通信號燈上應用
LED在交通信號燈上的應用可以說是有目共睹的。近兩年，在國內許多城市，如北京、上海、重慶、南京等都在批量將傳統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，尤其在一些經濟發達，設施經費比較充足的地區，更換的情況尤為明顯。導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，交通設施經費充足，能夠投巨資新增、發行路口信號燈等設施;目前仍大量應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、光響應速度快、節能、壽命長等優點。
傳統的交通信號燈主要由以下部分構成：電源、燈殼、反光碗、有色配光鏡、光源部分。其中光源部分發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變壓器轉換后方可供電；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，對于本身即發出色光的LED發光材料，就不需要“有色”配光鏡了。
傳統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，導致假顯示效果。這種情況主要發生在清晨和傍晚，由于陽光投射方向與地面夾角較小，信號燈遮沿無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。假顯示效應的結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、環境溫度高等，導致傳統信號燈光源壽命較之通常使用條件壽命要低很多。以應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，一般表現為褪色，有些情況下轉為其它相近顏色，這種情況導致燈光顏色的漂移，容易產生事故等嚴重后果。
以LED為光源的信號燈可以在一定程度上避免以上傳統信號燈的缺點。使得LED信號燈較傳統信號燈有著明顯的優勢：
1．由于LED發出的光束是向前的并具有一定發散角，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，維修保養費用低。而傳統信號燈每年需要更換3至4次，維修保養費用高。當然5～10年的壽命是一個理論數據，是根據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光單元，只要信號燈線路板設計合理，即使個別LED燒毀，也不會影響別的LED發光單元，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生的光強衰減。
二、LED實際是個半導體PN結，其正向導通電壓雖然都在一個范圍內，但各不相同，這種情況導致部分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信號燈在國外的應用，也建議開發出國內產品試用。但是開發出后還僅僅是試用而已，一方面，受LED發光器件的限制，使用效果一般；另一方面，LED信號燈剛剛開發出來，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信號從試用走向規模使用的時期，1998年，中國大規模生產安裝在用車后霧燈，此舉帶動一批企業開發LED發光燈具，并且在某種意義上帶動國內外LED發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，在公安交通設施領域，LED信號燈生產企業可算一支新軍。但總體上看來，這一時期的LED信號燈技術水平不高，主要靠LED發光器件技術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。相當一部分企業簡單地說就是設計好線路板后將LED一排排焊好，固定在前面有一塊透明塑料的燈殼內就算成品，產業上可說是低水平的重復。
(3)2001年以來，隨著GB14887-1994《道路交通信號燈技術要求及測試方法》的修訂，LED信號燈的技術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，許多企業投入人力物力進行技術開發，大大提高LED信號燈的總體技術水平。盡管國外同類產品的要求是較高，但是還是有一些企業通過技術攻關達到標準要求，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，國內大量城市中大規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信號燈的優缺點如何，以LED為光源的信號燈產業當前的情況可謂方興未艾，全國至少有約40個廠商在開發研制交通信號燈，其中有23家公司的產品通過了認證機構的檢測。因為目前新的交通信號燈的國家標準還未批準發布實施，LED信號燈的生產沒有標準，所以仍有一些企業將其作為一個短平快的項目進行開發、并投放市場。這幾年的交通展覽會上可以大量看到LED信號燈生產企業，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在交通誘導信息顯示屏中的應用
LED顯示屏是八十年代后期在全球迅速發展起來的新型信息顯示媒體，它利用發光二極管構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、環境適應能力強、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品，在信息顯示領域得到了廣泛的應用。
2.1 LED顯示屏發展的簡要回顧
LED顯示屏發展經歷了三個階段：
(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顯示屏的應用領域沒有廣泛展開，另一方面，顯示屏控制技術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顯示屏在國外應用較廣，國內很少，產品以紅、綠雙基色為主，控制方式為通訊控制，灰度等級為單點4級調灰，產品的成本比較高。
(2)1990-1995年，這一階段是LED顯示屏迅速發展的時期。進入九十年代，全球信息產業高速增長，信息技術各個領域不斷突破，LED顯示屏在LED材料不斷出現新的成果，關鍵控制技術隨著超大規模集成電路(VLSI)的發展而日趨完善。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域的技術發展，在顯示屏控制技術領域出現了視頻控制技術，顯示屏灰度等級實現16級灰度和64級灰度調灰，顯示屏的動態顯示效果大大提高。這一階段，LED顯示屏在我國發展速度非常迅速，從初期的幾家企業、年產值幾千萬元發展到幾十家企業、年產值幾億元，產品應用領域涉及金融證券、體育、機場、鐵路、車站、公路交通、商業廣告、郵電電信等諸多領域，特別是1993年證券股票業的發展更引發了LED顯示屏市場的大幅增長。LED顯示屏在平板顯示領域的主流產品局面基本形成，LED顯示屏產業成為新興的高科技產業。
(3)1995年以來，LED顯示屏的發展進入一個總體穩步提高產業格局調整完善的時期。1995年以來，LED顯示屏產業內部競爭加劇，形成了許多中小企業，產品價格大幅回落，應用領域更為廣闊，產品在質量、標準化等方面出現了一系列新的問題，有關部門對LED顯示屏的發展予以重視并進行了適當的規范和引導，目前這方面的工作正在逐步深入。
2.2 我國LED顯示屏的發展現狀
產業發展初具規模
我國的LED顯示屏產業經過幾年的發展，基本形成了一批具有一定規模的骨干企業。據不完全統計，至1998年底，年底銷售總額在1000萬元以上的企業有20多家，其銷售總額達6億元左右，占行業市場總額的85%以上。全國從事LED顯示屏的各類企業有100余家，行業年度銷售總額近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。在國內市場上，國產LED顯示屏的市場占有率近100%，國外同類產品基本沒有市場，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，均由國內代表企業中標。
技術水平相對領先
我國LED顯示屏產業在規模發展的同時，產品技術推陳出新，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色視頻控制技術及無線遙控等國際先進水平技術，近年在全彩色LED顯示屏、256級灰度視頻控制技術、集群無經線控制、多級群控技術等方面均有國內先進、達到國際水平的技術和產品出現；LED顯示屏控制專用大規模集成電路也已由國內企業開發生產并得到應用。LED顯示屏產業培養形成了一批LED顯示屏科技隊伍，在全國LED顯示屏行業的從業人數中，科技人員有將近50%。LED顯示屏產業正成為我國電子信息產業的重要組成部分，也是平板顯示領域唯一立足國內形成的民族高科技產業。
應用領域廣泛
LED顯示屏的應用涉及社會經濟的許多領域，主要包括:
(1)證券交易、金融信息顯示。這一領域的LED顯示屏占到了前幾年國內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。上海證券交易所、深圳證券交易所及全國上萬家證券、金融營業機構廣泛使用了LED顯示屏的主要需求行業。上海證券交易所、深圳證券交易所及全國上萬家證券、金融營業機構廣泛使用了LED顯示屏。
(2)機場航班動態信息顯示。民航機場建設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FIDS(Flight Information Display System)的首選產品，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十家新建和改擴建機場都選用了國產的LED顯示屏產品。
(3)港口、車站旅客引導信息顯示。以LED顯示屏為主體的信息系統和廣播系統、列車到發揭示系統、票務信息系統等共同構成客運樞紐的自動化系統，北京站、北京西站、南昌站、大連港等國內重要火車站和港口都安裝了國內廠家提供的產品和系統。
(4)體育場館信息顯示。LED顯示屏已取代了傳統的燈泡及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)調度指揮中心信息顯示。電力高度、車輛動態跟蹤、車輛調度管理等，也在逐步(6)郵政、電信、商場購物中心等服務領域的業務宣傳及信息顯示。遍布全國的服務領域均有國產LED顯示屏在信息顯示方面發揮作用。
(7)廣告媒體新產品。除單一大型戶內、戶外顯示屏作為廣告媒體外，國內一些城市出現了集群LED顯示屏廣告系統；列車LED顯示屏廣告發布系統也已在全國數十列旅客列車上得到采用并正在推廣。
除以上應用外，LED顯示屏的一個重要應用就是在交通管理方面，即交通誘導信息顯示。這主要得益于智能交通系統(ITS)的興起，在城市交通、高速公路等領域，LED顯示屏作為提供大量交通誘導信息，如路段暢通堵塞狀況、前方停車場車位信息等等。
2.3 LED交流誘導信息顯示屏的發展趨勢
隨著公安交通管理科技的發展，許多城市投資智能交通系統(ITS)，交通誘導系統作為智能交通系統的子系統被置于很重要的位置，LED交通誘導信息顯示屏作為誘導信息的重要載體將得到快速的發展。
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展趨勢。
對交通誘導信息要求的提高，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產品自出現以來，成本逐年快速降低，基礎材料的產業化，使LED全彩色顯示產品成本下降，應用加快。以全彩色戶外點間距25mm顯示屏為例，1996年的產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境條件要求。
標準化、規范化
材料、技術的成熟及市場價格的基本均衡之后，LED交通誘導顯示屏的標準化和規范化將成為LED顯示屏發展的一個新趨勢。近幾年業內的發展，市場競爭在傳統產品條件下是以價格作為主要的是競爭手段，幾番價格回落調整達到基本均衡，產品質量，系統的可靠性等將成為主要的競爭因素，這就對LED交通誘導信息顯示屏的標準化和規范化有了較高要求，公安部已經立項制定LED交通誘導信息顯示屏的行業標準，同時業內一些骨業已開始實施ISO9000系列標準。行業規范和標準體系的形成，對產品的檢測有了相對統一的認識和評判依據，生產條件差、技術條件差、技術性不強、售后服務體系不完善的企業將受到市場的淘汰，預計今后幾年內一批小規模的LED顯示屏廠商會逐步淡出，行業的發展趨于有序。
3 LED在交通標志、倒計 時顯示器中的應用
LED在這方面的應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品單列出來。尤其倒計時顯示器，在公安部、建設部“城市暢通工程”嚴管街的有關評價指標中，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在公安交通管理設施中得到大量的應用，如果從廣義的交通管理來說，LED還應用在汽車的轉向燈、高位制動燈和其它尾燈上，公路上的一些發光設施如發光突起路標上等等，相信隨著LED科技的進步，我們會看到更多、更好的產品問世。
 

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