本发明涉及一种交通信号灯的故障检测及报警与运维管理系统及实现方法，用于信号灯故障实时监测和报警。
背景技术：
在实际使用中，传统交通信号灯故障检测存在一些不足之处：
道路路口交通信号灯的正常与否，对道路的畅通起着决定性的作用。但交通信号灯的故障与否，一直困扰着交通部门，没有统一的检测系统。
传统方式有在前端安装信号灯监测单元，建立一套信号灯监测系统或者安排固定的巡检人员进行故障巡检，这俩种巡检方式都需要投入大量的资金和人力，并且还要克服传统方式的结构弊端。
传统的故障检测有，安排专门巡检人员进行固定路线的故障巡检和现场安装故障监测单元进行故障发现。但这俩种故障发现方式都有着明显的的缺陷。
在现场安装监测单元的方式，监测单元与监控中心之间往往有大量重要的数据及信息需要传送，这就需要有高质量的通信线路将它们连接起来。当通信线缆老化或者现场检测单元故障时，故障监系统就会出现监控盲点，即使该路口发生故障，指挥中心和维修人员也不能得到及时的故障信息。信号灯故障路口就会出现拥堵，如果在高峰期，非常可能导致路段交通瘫痪；或者诱发重大交通事故。
要做好交通灯故障检测，首先要了解信号灯正常工作原理以及各种故障下的主要特征信息，而目前交通部门及生产厂家缺少对上述信息的研究与统计，很难提供针对性的故障监控方案。
技术实现要素：
鉴于现有技术存在的不足，本发明提供了一种交通信号灯的故障检测及报警与运维管理系统及实现方法。
本发明为实现上述目的，所采用的技术方案是：一种交通信号灯的故障检测及报警与运维管理系统，包括电子警察平台和各道路路口端面ⅰ、路口端面ⅱ、路口端面ⅲ和路口端面ⅳ四个方向电子警察杆上分别设置的电子警察摄像机ⅰ和电子警察摄像机ⅱ构成的电子警察抓拍系统，每个电子警察杆上的电子警察摄像机ⅰ和电子警察摄像机ⅱ分别摄录对应路口的交通信号灯显示信号，电子警察平台通过交管局设备网分别接收各道路路口电子警察摄像机ⅰ和电子警察摄像机ⅱ的摄录信号，其特征在于：还包括专网无线设备、手持app客户端、诊断平台服务器、运维管理平台服务和pc客户端构成的交通信号灯的故障自动检测及报警与运维管理系统，诊断平台服务器中安装信号灯故障诊断软件程序，运维管理平台服务中安装信号灯故障运维管理软件程序，pc客户端作为人机交互工具；诊断平台服务器、运维管理平台服务、专网无线设备和pc客户端分别通过交管局设备网与电子警察平台连接，保证相互之间可以进行通信和数据传输，数台手持app客户端分别与专网无线设备通信；
一种交通信号灯的故障检测及报警与运维管理系统及实现方法，其特征在于，步骤如下：
第一步：资源分析；现城市主要路口均设有电子警察抓拍系统，本系统利用电子警察抓拍系统现有的电子警察资源，使用电子警察平台数据进行二次开发，识别出抓拍照片中交通信号灯的完好状态与否，并且完成故障的报警、报修、反馈、管理功能；
第二步：平台规划和数据对接；诊断平台服务器与现有电子警察平台相互兼容，并且诊断平台服务器和电子警察平台完成消息实时对接，电子警察平台向诊断平台服务器推送数据包；当某个路口有车辆通过时电子警察摄像机会产生抓拍数据，同时该数据会上传至电子警察平台，电子警察平台会自动向诊断平台服务器推送该数据信息，信息内容包括电子警察摄像机物理地址、电子警察摄像机设备编号、车辆信息、图片下载地址信息；
第三步：检测样本库的建立；在启动诊断之前，需从现有电子警察平台下载一套完整的历史抓拍数据，该数据只需保证电子警察摄像机和交通信号灯相对位置为最新位置即可，然后根据检测需求，在该套数据照片中手动框定检测区域，并且将该样本提交保存至诊断平台服务器数据库中形成样本库，样本库作为检测目录，可以离线添加；当有个别路口电子警察摄像机和交通信号灯相对位置发生变化，可以单独重新框定该电子警察摄像机抓拍照片中的检测区域，或路口新装电子警察系统，同样可以单独框定该新装电子警察摄像机的抓拍照片，然后更新样本库，扩大检测区域；原理为同一电子警察摄像机和视线范围内交通信号灯的相对位置不变，所以拍摄的图片所锁定的坐标不变，只需首次进行框选，将样本坐标数据存入数据库待对比用；
第四步：数据下载和筛选；电子警察平台数据包通过消息队列方式发送到诊断平台服务器后，诊断平台服务器根据电子警察平台推送的数据信息，通过数据信息中的下载链接从电子警察平台下载抓拍具体数据；并且根据诊断平台服务器内手动添加的样本库进行数据筛选；在下载的数据中，凡样本库涉及的路口数据进行保留，其他数据过滤，根据推送消息中下载地址把待检测图片下载到诊断平台内，诊断平台服务器采用多线程数据筛选机制，保证早晚高峰期数据的不积压，提高故障响应机制；
第五步：故障诊断；当诊断平台服务器筛选出电子警察平台推送的有效数据时，诊断平台以框定的检测样本库为检测依据，进行信号灯故障信息诊断；依托诊断平台服务器内安装的信号灯故障诊断软件程序检测机制，对下载到的路口图像数据与数据库中事先框定好的检测区域匹配后进行处理，诊断当前图像的色偏及图像亮度，过滤高亮干扰，得到正确的信号灯图像数据，通过该数据与样本库中设计的色偏阈值进行比对，判断出信号灯运行是否正常；
第六歩：故障推送；当诊断出交通信号灯故障信息时，诊断平台服务器立刻进行故障信息报警，并且将该故障报警信息推送至运维管理平台服务；对诊断异常的信号灯照片通过消息队列方式发送到运维管理平台服务；运维管理平台服务还可实现故障的统计、人工复核及设备维修；
第七步：平台对接；完成运维管理平台服务和诊断平台服务器的实时消息对接；当诊断平推送故障报警信息至运维管理平台服务和诊断平台服务器的消息总线时，运维管理平台可以及时接收该故障报警信息，并且显示至pc客户端报警栏；
第八步：人工故障筛选；运维管理平台服务是人工值守平台，当有故障报警信息推送至运维管理平台服务，运维管理平台服务首先进行故障预报警，值班人员预览故障报警信息，核实报警信息的真实性，运维管理平台服务除具有故障报警管理，还有资源管理、点位管理、备品备件管理、合同管理、项目管理功能；
第九步：故障派单；值班人员判断信号灯故障的真实性，如果为故障误报，值班人员确认后，手动删除报警信息；并且检查误报警机制，修正诊断平台服务器的报警机制，或者重新框该路口照片的检测区域，更新检测样本库，如果为确认故障，那么将报警信息推送至手持app客户端，将故障派发至现场运维管理人员；
第十步：维修作业反馈；当维修人员接收到故障信息时，维修人员赶往故障现场，进行故障维修，如果故障维修完成，维修人员通过手持app客户端进行修复反馈，如果故障不能及时完成修复，需要申领替换设备，那么也通过手持app客户端进行设备申领，等替换设备到位，维修人员继续维修，维修完成，进行修复反馈。
本发明的有益效果是：本发明利用既有电子警察系统资源进行数据挖掘，从电子警察系统抓拍照片中分析交通信号灯的状态，达到交通信号灯故障检测的目的；与电子警察系统实现了资源共享，实现一个系统多种用途，节约了建设和维护成本。
本发明包括信号灯故障诊断和信号灯故障运维管理俩部分功能，在诊断平台服务器的检测周期内，当路口交通信号灯有故障发生时，通过诊断平台服务器将信号灯故障无延时的推送至运维管理平台服务，对故障信号灯进行及时响应，维修人员迅速赶赴故障现场进行修复，有效的避免了信号灯故障路段交通瘫痪，或者诱发重大交通事故的发生。
诊断平台服务器中安装信号灯故障诊断软件程序是多线程处理模式，即使在早晚高峰期，数据峰值期间，也不会出现数据积压现象。
本发明现支持1500路的故障识别诊断功能，且系统设计具有良好的扩容性，随着城市电子警察系统逐步增加覆盖区域，还可以继续增加识别判断路数，本发明只需要将新装电子警察点位添加到检测列表就可以实现检测区域的同步扩大。
附图说明
图1为本发明的系统总体结构图；
图2为本发明的软件业务流程图；
图3为本发明的电子警察平台和诊断平台数据对接示意图；
图4为本发明的诊断平台样本库检测区域框定示意图；
图5为本发明的诊断平台样本库建立数据对接示意图；
图6为本发明的诊断平台和电子警察平台数据筛选机制示意图；
图7为本发明的诊断平台和运维管理平台消息对接示意图；
图8为本发明的运维管理平台资源管理示意图；
图9为本发明的运维管理平台故障派单示意图；
图10本发明的为运维管理平台故障维修示意图。
具体实施方式
如图1至图10所示，交通信号灯的故障检测及报警与运维管理系统，包括电子警察平台和各道路路口端面ⅰ、路口端面ⅱ、路口端面ⅲ和路口端面ⅳ四个方向电子警察杆上分别设置的电子警察摄像机ⅰ和电子警察摄像机ⅱ构成的电子警察抓拍系统，每个电子警察杆上的电子警察摄像机ⅰ和电子警察摄像机ⅱ分别摄录对应路口的交通信号灯显示信号，电子警察平台通过交管局设备网分别接收各道路路口电子警察摄像机ⅰ和电子警察摄像机ⅱ的摄录信号，还包括专网无线设备、手持app客户端、诊断平台服务器、运维管理平台服务和pc客户端构成的交通信号灯的故障自动检测及报警与运维管理系统，诊断平台服务器中安装信号灯故障诊断软件程序，运维管理平台服务中安装信号灯故障运维管理软件程序，pc客户端作为人机交互工具；诊断平台服务器、运维管理平台服务、专网无线设备和pc客户端分别通过交管局设备网与电子警察平台连接，保证相互之间可以进行通信和数据传输，数台手持app客户端分别与专网无线设备通信。
交通信号灯的故障检测及报警与运维管理系统及实现方法，步骤如下：
第一步：资源分析；现城市主要路口均建设电子警察抓拍系统，并且具有数据存储、分析、共享的电子警察平台。利用现有电子警察资源，利用电子警察抓拍数据进行二次开发，识别出抓拍照片中交通信号灯的完好状态与否；并且完成信号灯故障的报警、报修、反馈、管理功能。系统结构详见图1，系统软件业务流程详见图2。
第二步：平台规划和数据对接；如图3所示，开发诊断平台与现有电子警察平台相互兼容，并且诊断平台服务器和电子警察平台完成消息实时对接，电子警察平台向诊断平台服务器推送数据包。
当某个路口有车辆通过时电子警察摄像机会产生抓拍数据，同时该数据会上传至电子警察平台，电子警察平台会自动向诊断平台服务器推送该数据信息，信息内容包括电警摄像机物理地址、摄像机设备编号、车辆信息、图片下载地址等信息。
第三步：检测样本库的建立；在启动诊断功能之前，需从电子警察平台下载一套完整的路口抓拍历史数据，该数据只需保证前端摄像机和信号灯相对位置为最新位置即可。然后根据检测需求，在该套数据照片中手动框定检测区域，并且将该样本提交保存至诊断平台服务器数据库中形成样本库。样本库作为检测目录，检测样本也可以离线添加；当个别路口电子警察摄像机和信号灯相对位置发生变化，可以单独重新框定该摄像机抓拍照片中的检测区域；或当路口新装电子警察系统，同样可以单独框定该新装电子警察的抓拍照片，然后更新样本库，扩大检测区域，如图4、图5所示，人工选定抓拍照片中各路口需要检测的信号灯检测区域形成样本。原理为同一摄像机和视线范围内交通信号灯相对位置不变，所以拍摄的图片所锁定的坐标不变；只需首次进行框选，将样本坐标数据存入数据库待对比用。
第四步：数据下载和筛选；诊断平台服务器根据电子警察平台推送的数据信息，通过数据信息中下载链接从电子警察平台实时下载抓拍具体数据；并且根据检诊断平台服务器内手动添加的样本库进行数据筛选。在下载数据中，凡样本库涉及路口数据保留，其他数据忽略。诊断平台服务器采用多线程数据筛选机制，保证早晚高峰期数据的不积压，提高故障响应机制。
如图6所示，电子警察平台数据包通过消息队列方式发送到诊断平台服务器后，诊断平台服务器根据数据库中需要检测的路口信息对推送的消息进行筛选，然后根据推送消息中下载地址把待检测图片下载到诊断平台内。
第五步：故障诊断；当诊断平台服务器筛选出电子警察平台推送的有效数据时，诊断平台服务器以框定的检测样本库为检测依据，进行信号灯故障信息诊断，依靠信号灯故障诊断平台故障诊断机制，对下载到的路口图像数据与数据库中事先框定好的检测区域匹配后进行处理，诊断当前图像的色偏，图像亮度，过滤高亮干扰，得到正确的信号灯图像数据，通过该数据与样本库中存储的颜色阈值进行比对，判断出信号灯运行是否正常。
第六歩：故障推送；当诊断出交通信号灯故障信息时，诊断平台立刻进行故障信息报警，并且将该故障报警信息推送至运维管理平台服务，如图8所示，对诊断异常的信号灯结果通过消息队列方式发送到运维管理平台服务，实现故障的统计、人工复核及设备维修。
第七步：平台对接；完成运维管理平台服务和诊断平台服务器实时消息对接；当诊断平台服务器推送故障报警信息至消息总线时，运维管理平台服务可以及时接收该故障报警信息，并且显示在pc客户端故障报警信息栏，如图7所示。
第八步：人工故障筛选；运维管理平台服务进行故障预报警，值班人员进行故障审核和资源管理。运维管理平台服务是人工值守平台，当有故障报警信息推送至该平台，值班人员预览故障报警信息，核实报警信息的真实性。运维管理平台服务除具有故障报警管理，还有资源管理、点位管理、备品备件管理、合同管理、项目管理功能。
第九步：故障派单；值班人员判断故障的真实性，如果为误报，进行误报信息删除；并且修正诊断平台服务器的报警机制，或者重新框该路口照片的检测区域，更新检测样本库。如果为确认故障，那么将报警信息推送至手持app客户端。
如图9所示，如果为故障误报警，值班人员确认后，手动删除报警信息，并且检查误报警原因，纠正误报警机制。如果确认为真实故障报警信息，值班人员确认该报警信息，并且进行故障派单，将故障派发至现场运维管理人员。
第十步：维修作业反馈；现场维修作业，并且对维修工作是否完成做出反馈。
如图10所示，当现场维修接收到故障信息时，维修人员赶往故障现场，进行故障维修。如果故障维修完成，维修人员通过手持app客户端进行修复反馈。如果故障不能及时完成修复，需要申领替换设备，那么也通过手持app客户端进行设备申领；等替换设备到位，维修人员继续维修，维修完成，进行修复反馈。