Это когда-нибудь случалось с вами? Вы подъезжаете к красному сигналу светофора, и через несколько секунд он становится зеленым! Как он обнаружил ваше присутствие? Или, может быть, у вас был противоположный опыт: вы сидите на светофоре в течение, как вам кажется, огромного отрезка времени без каких-либо изменений.
Некоторые фонари не имеют детекторов. Например, в большом городе светофоры могут просто работать по таймеру - в какое бы время суток ни было, пробок будет много. Однако в пригородах и на проселочных дорогах детекторы распространены. Они могут определять, когда автомобиль подъезжает к перекрестку, когда на перекрестке скопилось слишком много автомобилей (чтобы контролировать длину света) или когда автомобили выехали на полосу поворота (чтобы активировать световую стрелку).
Светофоры обычно обнаруживают транспортные средства с помощью цифровых датчиков, установленных на самих фонарях, или с помощью индуктивной петли, встроенной в поверхность дороги. Оба метода позволяют дорожной системе следить за остановившимися транспортными средствами, занимающими перекресток, и способствуют плавному движению транспорта. Однако достигают они этого совершенно разными способами.
Что такое системы с индуктивной петлей?
Чтобы установить индуктивную петлю, рабочие укладывают асфальт, а затем возвращаются и вырезают в асфальте канавку пилой. Провод помещается в канавку и герметизируется резиновым компаундом. Вы часто можете увидеть эти большие прямоугольные петли, прорезанные в тротуаре, потому что соединение очевидно.
Индуктивные петли работают, обнаруживая изменение индуктивности. Чтобы понять процесс, давайте сначала посмотрим, что такое индуктивность. Иллюстрация на этой странице полезна.
Здесь вы видите батарейку, лампочку, моток провода вокруг куска железа (желтый) и выключатель. Катушка провода представляет собой индуктор. Индуктор представляет собой электромагнит.
Если убрать из этой цепи катушку индуктивности, то получится обычный фонарик. Замкните выключатель, и лампочка загорится. С катушкой индуктивности в цепи, как показано, поведение совершенно другое. Лампочка представляет собой резистор (сопротивление создает тепло, заставляющее светиться нить накала в лампочке). Провод в катушке имеет гораздо меньшее сопротивление (это просто провод), поэтому вы ожидаете, что при включении выключателя лампочка будет светиться очень тускло. Большая часть тока должна проходить по пути с низким сопротивлением через контур. Вместо этого происходит то, что когда вы замыкаете выключатель, лампочка горит ярко, а затем тускнеет. Когда вы открываете выключатель, лампочка горит очень ярко, а затем быстро гаснет.
Причиной такого странного поведения являетсяиндукторКогда ток впервые начинает течь в катушке, катушка хочет создать магнитное поле. Пока поле создается, катушка препятствует протеканию тока. Как только поле создано, ток может нормально течь по проводу. Когда переключатель размыкается, магнитное поле вокруг катушки удерживает ток в катушке до тех пор, пока поле не исчезнет. Этот ток поддерживает горение лампочки в течение определенного периода времени, даже если выключатель разомкнут.
Датчик светофора использует петлю таким же образом. Он постоянно проверяет индуктивность контура на дороге, и когда индуктивность возрастает, он знает, что автомобиль ждет.
Системы с индуктивной петлей широко используются благодаря их упрощенному характеру. Вероятность поломки гораздо меньше по сравнению с дорогими и сложными цифровыми датчиками, но эта простота также может быть недостатком. Все, что «знает» индукционная катушка, это то, припаркована ли в данный момент на ней машина. Это основная причина того, что свет может не измениться вовремя, если автомобиль не доедет до полной остановки.
Легкие транспортные средства, такие как мотоциклы, также могут не срабатывать индуктором только из-за своего веса, что создает проблемы для байкеров в часы с низким трафиком. Цифровые сенсорные системы устраняют эти проблемы и позволяют транспортным властям регистрировать бесчисленные часы данных о дорожном движении, которые можно использовать для будущего планирования маршрутов и городских проектов.
Другие типы датчиков светофора
В дополнение к методам индукции вы можете увидеть светофоры, использующие различные современные датчики для обнаружения транспортных средств. Обычно они устанавливаются возле фонарей и не требуют укладки металла внутри дороги. Методы обнаружения, с которыми вы можете столкнуться, включают инфракрасные датчики, излучатели микроволнового луча и видеокамеры.
Инфракрасные датчики бывают «активными» и «пассивными». Активная система испускает луч инфракрасного света, который останавливается именно там, где может находиться автомобиль на красный свет. Когда транспортное средство подъезжает, луч прерывается, и датчик может определить, что пространство занято. (Автомобили экстренных служб, такие как машины скорой помощи и полицейские машины, имеют активные датчики, которые могут запросить переключение светофора, обычно при включенных фарах или сиренах.)
Пассивные датчики вместо этого используют свои инфракрасные датчики для обнаружения тепла, выделяемого двигателем автомобиля. Однако другие интенсивные источники тепла, такие как прямой солнечный свет, могут привести к ложным срабатываниям системы.
Микроволновой датчик работает аналогично активному инфракрасному, но вместо этого создает вокруг себя магнитное поле. Когда транспортные средства выезжают на поле, они мешают ему и вызывают изменения в волнах. Затем датчик может обнаружить эти изменения и увидеть автомобиль. Микроволновые излучатели относительно дороги и не имеют проблем с тепловым загрязнением, которые вы можете увидеть в инфракрасном диапазоне.
Системы видеокамер - самые сложные из тех, что мы видим на светофорах, но они также могут быть и самыми эффективными. На фонарях установлено несколько камер, подобных тем, которые можно увидеть на установке видеонаблюдения. Эти камеры позволяют объединить в сеть несколько, а то и десятки остановок.
Все они разговаривают с сервером, на котором запущено программное обеспечение, предназначенное для идентификации транспортных средств и подсчета их количества на остановке в режиме реального времени. Он также может отличать автомобили от пешеходов. Сеть принимает все эти данные, а затем пытается запустить серию источников света с максимальной эффективностью. Затем можно использовать долгосрочную аналитику для дальнейшего улучшения системы или определения того, где дороги необходимо изменить. Однако погодные условия, такие как туман, могут серьезно ухудшить обзор камер.
Чтобы обеспечить непрерывность движения, в фонари часто устанавливаются датчики двух типов или датчик плюс индуктивная петля. Если один тип обнаружения становится невозможным из-за внешних условий или аппаратного сбоя, система может вернуться к другому и избежать серьезного кошмара с трафиком.
Часто задаваемые вопросы о светофоре
Как работает светофор?
Светофор работает двумя способами. В больших городах светофоры обычно работают по таймеру, так как в течение дня постоянно много машин. Однако в пригородах и на загородных дорогах светофоры используют детекторы. Они обнаруживают транспортные средства, подъезжающие к перекрестку, когда на перекрестке скопилось слишком много автомобилей. Этот механизм обнаружения контролирует продолжительность света. Он также активирует световую стрелку, когда автомобили въезжают в полосу поворота.
Как светофоры узнают, что рядом есть машина?
Существуют разные технологии, которые используются светофорами для обнаружения автомобилей. Однако наиболее распространенным методом является индуктивная петля, которая встраивается в поверхность дороги.
Управляет ли компьютер светофорами?
Иногда светофоры централизованно контролируются и управляются компьютерами, чтобы координировать светофоры в режиме реального времени и реагировать на изменяющиеся схемы движения. Таймеры или датчики также используются для управления транспортным потоком в городе.
Как работает схема светофора?
Во-первых, катушка провода помещается в канавки с измерителем индуктивности, прикрепленным к катушке, для измерения индуктивности катушки. Светофор постоянно проверяет индуктивность петли на дороге. Когда машина попадает в магнитное поле петли, она увеличивает индуктивность, сообщая светофору, что машина ждет.