基于GPRS的交通信号控制系统的设计.doc

基于GPRS的交通信号控制系统的设计基于GPRS的交通信号控制系统的设计.txt每个女孩都曾是无泪的天使，当遇到自己喜欢的男孩时，便会流泪一一，于是坠落凡间变为女孩，所以，男孩一定不要辜负女孩，因为女孩为你放弃整个天堂。朋友,别哭,今夜我如昙花绽放在最美的瞬间凋谢,你的泪水也无法挽回我的枯萎 本文由爱兴隆东墙贡献 pdf文档可能在WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT，或下载源文件到本机查看。 第卷 第期 年月 信息工程大学学报 瑚 基于的城市交通信号控制系统设计 姚远，赵荣彩 （信息工程大学信息工程学院，河南郑州，） 摘要：论文针对设计的基于技术的交通信号控制系统，介绍了系统的检测子系统、通信 子系统以及指挥控制中心和路口信号机各部分的设计，着重对系统的实时性和可靠性设计进 行了分析和论述。 关键词：；交通信号控制系统；实时性；可靠性 中图分类号： 文献标识码： 文章编号：（） 印 野 ， （ ，瑚 舀 ， ，） ： ， 、 、 培 ：； ； 珊 珊； 行定点多时段的交通控制策略，同时也可以执行绿 引言 城市交通信号的控制与管理是当前任何一个 波控制、自适应控制和感应控制等多种控制方法。 在系统初始时，可以根据不同的交叉路口、交通干 道和交通区域，选择设置不同的控制策略。 本文主要结合以上系统特点，重点介绍了该系 统各组成部分及它们之间的关系，并对系统的实时 性和可靠性作了分析。 现代化城市所需要面对的。在改善道路通行状况、 减轻交通堵塞所造成的损失等方面，城市交通信号 控制系统发挥着不可替代的作用，其控制与管理的 优劣直接影响城市道路交通拥堵或疏通的效果。 针对我国目前城市交通信号控制的实际情况， 我们设计开发了一种交通信号控制系统。该系统 的主要特点是： 使用无线网络作为系统通信的主要 手段，完成路口信号机与指挥控制中心计算机的信 息传输。对于一些中小城市，如果采用光纤进行交 通信号控制系统的通信手段，需要完成专线的架 设，成本较高，施工、维护等的难度也较大。而 无线通信方式由于价格低廉和能够满足实际 系统的大部分需要而更适合于我国中小城市的交 通网络信号控制。 采用多种交通控制策略。系统不仅可以执 系统组成 该交通信号控制系统由指挥中心服务器、路口 信号控制机、检测系统和通信系统组成。指挥中心 和路口信号控制机是系统的主体，检测系统负责对 交通流信息进行实时采集，而通信系统起到了连接 其它组成部分的桥梁纽带作用。它可以快速、准 确、实时地将各路口检测系统采集到的交通流信息 传给指挥中心，使交通管理人员能够准确获得路网 各个路口的交通流数据和路口信号机的运行状态， 同时还可以通过指挥中心将控制命令和控制参数 快速、准确、实时地传给各个路口信号机。下面对 收稿日期：一一；修回日期： 万 方数据 作者简介：姚远（一），男，湖北武汉人，信息工程大学讲师，主要研究方向为计算机软件与理论。 第期 姚 远等：基于的城市交通信号控制系统设计 系统的各个组成部分及它们间的相互关系进行详 细介绍。 检测部分 当系统按照感应控制和自适应控制等交通控 制策略执行时，需要对交通流量进行检测，因此，对 交通流信息的实时与准确采集成为系统设计的关 键内容之一。 一般来说，交通流信息的采集可以通过固定安 装在路口附近的检测设备来完成。检测设备利用 埋设在车道路面下的环形线圈不问断收集过往车 辆的信息，将这些信息通过串口交给路口信号机。 路口信号机将车辆信息，包括车辆通过的时间、地 点等经过简单处理后通过网络通信系统发送到指 挥控制中心。指挥中心服务器根据检测到的交通 流信息，按照不同的交通控制策略算法建立不同的 计算模型，自动产生相应的控制命令和控制参数， 并将其发送到各个交叉路口。另外，交通流信息作 为道路交通信息的主要来源，还被存入服务器的交 通信息数据库。 通信部分 通信部分是交通信号控制系统的重要组成部 分之一，它可以使交通管理人员准确获得各个路口 的交通流量和路口机的运行状态，为提高路网的控 制效果创造条件。因此，如何能够快速、准确、实时 地将各个路口的交通流数据和路口信号机运行参 数发送给指挥中心，并将指挥中心的控制命令和参 数发送给路口信号机，就成了整个控制系统高效运 行的重要环节。 目前我国现有的交通信号控制系统网络构成 中，数据通信主要采用有线方式。按照数据通信使 用的通信设备和运行软件的不同，主要分为这样几 种。一种是路口的信号控制机与指挥中心之间的 通信是单工模式，只能接收指挥中心发送来的数 据，没有办法向指挥中心上传数据；另一种是路口 的信号控制机与指挥中心之间的通信是半双工模 式的，双方通过连接公用电话网络， 采用非专线的数据通信方式完成数据通信；较为理 想的一种是路口的信号控制机与指挥中心之间通 过光纤等专线直接进行数据通信。 在上述的种通信方式中，前两种方式实现简 单，成本较低，但是通信与控制效果不够理想，而第 种方式，虽然可以达到较为理想的控制效果，但 是成本较高。因此，在系统设计的过程中考虑到使 用无线网络作为系统的通信网络。 是在原有网络基础上引入的无线 分组接人技术，利用无线信道资源，用户不需要利 用电路交换模式的网络资源，可以随时接收与发送 数据，享受“永远在线”的数据业务服务。腿的 技术优势主要体现在这样两个方面：一方面，它可 以实现用户数据与无线网络的最佳结合，从而确保 了分组模式数据应用的成本效益和无线网络资源 的有效利用；另一方面，它实现了协议的透明传 送，由于支持基于标准数据协议，所以它支 持所有基于协议的应用，保证基于 的应用可以实现与互联网的连接。 在系统的实现中，系统使用模块来实现 路口信号机与网络的连接。模块一般 是指带有上网功能的模块，目前市场上 有很多选择，比较流行的是西门子公司的系 列。模块具有连接方便、使用简单、功能强大 的特点，它与路口信号机间通过串口进行连接，使 用的通信协议是符合制定的规范 标准的命令集。同时由于是基于协 议的，所以路口信号机与网络通信时，要发 送符合协议的数据包。 路口信号机与指挥中心 路口信号机是系统的核心部分，其硬件采用了 嵌入式工控机。之所以使用嵌入式，是为了保证其 本身的高可靠性。嵌入式工控机使用的处理器是 低功耗，无需冷却风扇，减小了系统的不可靠 因素。在嵌入式工控机上运行系统，可以非 常容易地实现协议。因为在链路层 采用的是协议，在中国移动的接入网关 中就是使用协议与进行协商通信 的。而在“系统中，作为系统提供的一项 服务，能够支持在串行线上的使用，这就使 得用户可以通过串口与模块通讯，并通过 网络连入中。当然，为了节省成本， 也可以选择单片机代替嵌入式工控机，但是开发难 度较嵌入式工控机大，需要在单片机上实现协 议。 指挥中心部分的程序是典型的基于协议和 互联网的分布式应用程序。由于指挥中心需要实 时和多个路口完成数据通信，在程序的开发中主要 需要考虑并行性和实时性的要求。另外，指挥中心 本身的优化和配置也非常重要。为了达到理想的 交通控制效果，在指挥中心部分还设置有单独的数 据库服务器，专门存放交通阻塞信息、交通数据信 息及实时的和历史的控制数据和状态数据等信息， 并在交通信息数据库的基础上建立了相应的各种 万 方数据 信息工程大学学报 年 专用数据库。 照一定格式变为纯数字文本。 半字节数据压缩。经过预处理，数据信息中 都是按照一定格式存放的纯数字信息，因此完全可 以用半字节方法进行数据压缩，因为数字的 系统的实时性与可靠性考虑 实时性考虑 该交通信号控制系统的主要控制策略不仅包 括感应控制和自适应控制，还包括绿波控制等。系 统可通过建立市区主干道的绿波带，缩短车辆出行 时间，提高道路通行能力。除此之外，系统还能够 对消防车、救护车、警车、巡逻车等特殊车辆在紧急 时刻开辟绿通道，提高这些车辆在执行任务时的运 行效率。所有这些控制策略，都要求交通信号控制 系统必须满足实时性的要求。而系统实时性的瓶 颈主要是在系统的通信部分，尤其是无线网络的带 宽。如果系统采用的是光纤通信，其带宽至少可达 到以上，系统的实时性可以较好满足，而当 采用无线网络作为系统的通信手段时，由于 带宽的限制，为了保证系统的实时性，必须作很多 的优化工作。 对于指挥中心服务器来说，它不需要模 块，只需通过宽带、或接入互联网即可。 为了保证实时性，指挥中心最好使用宽带接入，并 用固定的地址。 对于路口信号机来说，它是通过直接联 入互联网。允许用户在端到端分组转移模式 下发送和接收数据，它的理论带宽可达到 ，实际应用带宽大约在 码的高位都一样，是冗余的，因此每一个数 字完全可以用低位描述，即每个数字字符的位 编码可压缩为位编码，其编码表如表所示。 表 半字节数据压缩编码表 在程序中可以规定编号是奇数的字符放在高 位，编号为偶数的字符的编码放在低位，这样 压缩比理论上可达到。 （）选择适当的网络传输协议 由于的底层基于协议，层之上可 选的协议主要有面向连接的协议和非面向连 接的协议。当业务的数据要求高可靠性时， 一般选用协议，但协议实现起来复杂，而 且由于指挥中心需要与较多的路口信号机进行通 信，系统的负荷会较大。而协议没有可靠性 的保证，它对网络的负荷较小，比较适合实时数据 的传输。由于系统可以通过其它方法来保证数据 的可靠性，因此在网络传输协议上，选择使用了 协议完成路口信号机与指挥中心的数据传输。 除此之外，在未来的几年内，随着项目的 运营及无线网络的不断升级，的传输速率将 有望达到左右，届时系统的实时性将得到较 大改善。 可靠性考虑 对于交通信号控制系统来说，系统的可靠性非 常重要，它是影响整个系统是否可用的一个关键因 素。在系统的硬件设计中，主要考虑的是保证路口 信号机具有在户外恶劣条件下长期连续工作的能 力。在系统的软件设计中，主要需要考虑在各种特 殊条件下系统的纠错和容错能力，并且可以在远程 对设备正在运行的工作状态进行检测。关于系统 硬件方面的可靠性设计，本文不进行深入的讨论， 在这里主要讨论在系统可靠性方面，软件设计所做 的主要工作。 ，因此 较适于间断的、突发性的和频繁的、少量的数 据传输，也可适用于偶尔的大数据量传输。为了保 证实时性，系统所做的主要工作包括： （）数据通信使用压缩技术 为了减少系统资源的消耗和带宽的占用，路口 信号机和指挥中心的通信使用了压缩数据的方法。 使用数据压缩方法不仅能减少信道的占有时间，还 可提高数据的安全性。目前数据的压缩算法很多。 该系统使用的是无损压缩技术，结合具体的数据格 式特点，通过使用压缩预处理和半字节压缩算法完 成数据的压缩，从而获得较高的数据压缩比。具体 的实现过程如下： 压缩预处理。路口信号机与指挥中心通信 的数据基本是文本数据，通过分析发现，各段数据 记录中，比如车流量信息、运行配时方案等，还存在 很多冗余，另外，进行数据压缩时，使用的是半字节 压缩算法，要求数据为纯数字，因此预处理所做的 工作是减少数据记录中的冗余信息，同时将数据按 万 方数据 第期 姚远等：基于的城市交通信号控制系统设计 （）保证系统通信的正常运行 由于现在的网络还不够稳定，平均每天 有次的掉线，因此指挥中心与路口信号机需 要在一定的时间间隔内，互相发送心跳包，以此来 对路口信号机与指挥中心建立的数据链路进行实 时自动检测和断线监控，并且以此方式保持路口信 号机与指挥中心时间系统的一致性。 （）传输数据的错误检测 由于使用无线网络，当指挥中心与路口 信号机进行信息传递时，数据通信存在一定的误码 率和丢包现象，因此系统必须使用一定的检错 方法。 该系统利用的是检错方法。一般来说， 检错算法是针对比特型数据，算法需要逐位进 行运算，效率比较低，不适用于高速通信的场合。 而实际系统的通信数据量比较大，需要按照字节进 行校验。因此，系统采用了一种按字节查表 的快速算法。该算法把位二进制序列数的 （共个）全部计算出来，放在一个表里，在编码 和解码时只要从表中查找对应的值就可以完成相 应的处理。 在每次进行数据的发送之前，都要使用 计算算法进行发送数据的计算，并将得到值 附加在数据之后。在收到数据之后，要利用 的验证算法进行验证，只有验证正确，数据才被接 收。算法实现步骤如下： 首先要构造的查找表。 索引所指的表值与寄存器组做异或运算。 数据指针加，如果数据没有全部处理完， 则重复步骤（数据包括的两个字节）。 寄存器组的值是否等于“硒 ”，例如 是的” ”，若相等则通 过，否则失败。 （）出错信息报告与处理 路口信号机启动时将创建日志文件，记录的信 息包括方案的每个周期的运行时间、灯组状态的变 化等。如果在运行过程中出现错误情况，也将记录 在此日志文件中。特别是当出现软件无法自恢复 的错误时，路口信号机在写日志文件的同时，会向 指挥中心发送信息，通报错误情况，以便相关人员 进行处理。 另外，由于路口信号机是运行在无人值守的模 式下，其运行的软件在网络故障、软件程序故障、 操作系统故障等情况下必须能够自检测、自恢复。 结束语 虽然目前基于技术的交通信号控制系 统还具有一定缺点，例如：路口信号机与指挥中心 通信的实时性不够高；通信的误码率和丢包率偏 高；基于互联网的数据通信保密性不够高等，但是 与传统的基于有线技术的交通信号控制系统相比， 仍具有很多优势，如：永远在线，接入时间短，设备 成本不高，维护费用小，覆盖范围广等，基本克服了 有线通信所造成的造价高、覆盖范围小、易受干扰 等缺点。随着网络各种新技术的不断推出， 、技术的进一步发展和成熟，构筑在其上的交 通信号控制系统必然也能与之同步发展，因而具有 广阔的前景。 参考文献： 按照的某种生成多项式，比如姗的 生成多项式，构造该的查找表。 在发送数据之前，计算给定长度数据的 位值。 寄存器组初始化为全“”（）。 寄存器组向右移动一个字节。 刚移出的那个字节与数据字节进行异或运 算，得出一个指向查找表的索引。 索引所指的表值与寄存器组做异或运算。 数据指针加，如果数据没有全部处理完， 则重复步骤。 寄存器组取反，得到，附加在数据之后。 在接收数据之后，检查给定长度数据的 位值是否正确。 寄存器组初始化为全“”（）。 寄存器组向右移动一个字节。 刚移出的那个字节与数据字节进行异或运 算，得出一个指向查找表的索引。 何小荣，钱清泉，陈维荣基于的远程视频监视 技术研究石家庄铁道学院学报，（）： 徐吉万城市交通的计算机管理与控制北京：测 绘出版社， 朱茵，唐祯敏，钱大琳基于网络技术的城市交通控制 系统的研究交通科技，（）： 祁玉生现代移动通信系统北京：人民邮电出版 社， 周溪召实时交通控制和交通分配整合的研究进展 上海海运学院学报，（）： 周辉，何红波，王文军智能交通控制系统计算机 应用研究，（）： 万 方数据 基于GPRS的城市交通信号控制系统设计 作者： 作者单位： 刊名： 英文刊名： 年，卷(期)： 被引用次数： 姚远， 赵荣彩， YAO Yuan， Zhao Rong-cai 信息工程大学,信息工程学院,河南,郑州,450002 信息工程大学学报 JOURNAL OF INFORMATION ENGINEERING UNIVERSITY 2005，6(1) 2次 参考文献(6条) 1.何小荣.钱清泉.陈维荣 基于GPRS的远程视频监视技术研究期刊论文-石家庄铁道学院学报 2004(03) 2.徐吉万 城市交通的计算机管理与控制 1988 3.朱茵.唐祯敏.钱大琳 基于网络技术的城市交通控制系统的研究期刊论文-交通科技 2002(01) 4.祁玉生 现代移动通信系统 2002 5.周溪召 实时交通控制和交通分配整合的研究进展期刊论文-上海海运学院学报 2002(03) 6.周辉.何红波.王文军 智能交通控制系统期刊论文-计算机应用研究 2002(03) 相似文献(4条) 1.学位论文 龚莹莹 基于无线通信的城市道路交通信号控制系统 2004 为了解决日益严重的城市交通问题,如何对现有交通进行有效的管理和控制已成为中国交通运输中迫切需要解决的问题.城市交通信号控制系统是解 决交通拥挤的强制性手段之一,用于城市道路交通控制与管理,实现交通信号的智能控制,通过有规律的控制和运用交通信号使车辆有秩序地驶离冲突区域 ,对城市道路网的交通流畅通发挥着重要的作用.目前城市交通信号控制的通信方式多采用电话缆,在工程实施时,电缆一般采用空中架设或地下敷设的方 式,由于城市中有各种空中、地下设施,现场交通情况非常复杂,给工程施工带来了许多困难,工程成本高,工程实施难.该论文提出设计一种新型的基于无 线通信方式的城市道路交通信号控制系统,系统包括交通信号控制器,GPRS无线MODEM和交通信号控制系统服务器软件.系统采用GPRS无线传输方式作为交 通信号控制数据的传输方式,可较好地解决目前城市交通控制系统中有线通信布缆工程成本高、实施难的问题.交通信号控制器采用单片机进行控制,运用 基于时间表的主干线控制模式,通过对交通信号控制模式、信号控制方案等设置,协调控制车辆在通过干线路口时总是在绿灯开始时到达,实现绿波带控制 ,提高车辆行车速度和道路通行能力,保证主干线的畅通,减少车辆在行驶过程中的延误.GPRS无线MODEM的核心模块采用CELLON公司的CSM91900/1800GSM/GPRS无线模块,用单片机控制其进行拨号联网方式的GPRS无线组网,实现了系统服务器、交通信号控制器等设备的无线接入.该论文完成了基 于无线通信的城市道路交通信号控制系统的交通信号控制器样机设计与研制工作,GPRS无线MODEM的样机设计与开发;完成了服务器软件的基本功能;成功 利用GPRS无线传输方式完成了城市交通控制信号的传输,实现了基于时间表的主干线绿波控制,达到了预期的研究目的. 2.学位论文 张晶莹 基于GPRS的交通信号控制系统的研制 2009 随着城市化进程的加快，道路交通拥堵问题越来越严重，迫切需要解决，因此城市道路交通控制技术已成为当前控制领域和交通工程领域的研究热 点和难点之一。针对南宁市现有的交通信号控制机价格昂贵、维护不便等原因，设计了一个基于GPRS的交通信号控制系统。 本文在原有基于DSP的交通信号机已实现现场控制交通基础上，增加基于GPRS技术的无线通信模块，实现数据服务中心对各路口交通信号机的监听、控 制与管理维护。制作设计硬件和软件资源，实现系统集成，并做了可靠性设计。 研制过程中，硬件方面，完成交通信号控制机和GPRS通信模块的串口交叉连接，以及服务器、客户端、GPRS DTU和交通信号机的系统集成，给出了系统 结构图。软件方面，编写下位机主程序、数据存储程序、RS232串口通信程序、按键程序、信号灯控制程序和LCD驱动程序，对各程序模块进行集成，并 进行调制和烧写。上位机中，实现对各路口交通运行情况的实时监听与控制，并利用SQL Server开发交通管理数据库，对各路口交通运行情况可以进行 查询、增加、修改、删除等功能，以及对交通管理系统数据的维护。 最后对集成后的系统做了无线通信实验，实现了数据服务中心对交通信号机的无线控制，验证系统无线传输性能，达到预期效果。 3.期刊论文 陈思.吴建平 一种基于GPS/GPRS的智能交通信号控制系统 -中国科技信息2006,(7) 本文介绍了当今城市交通信号控制的重要性,在现今自适应交通信号控制方法的基础上进行改进,增加了GPS车载设备.这将会是智能交通研究的主要 方向.本文重点介绍了这种基于GPS/GPRS智能交通信号控制系统的组成、功能、系统工作原理和研究发展方向 4.学位论文 程海燕 智能交通信号协调控制系统研究 2006 本文从高性能智能交通信号控制系统的要求出发，针对目前我国城市交通问题的现状，对智能交通信号协调控制系统进行了研究和探讨，并对城市 交通信号动态优化算法在DSP中的实现进行了研究。着重就系统中的路口信号机进行了研究，主要工作内容有： (1)采用高性能的浮点DSPs作为系统核心处理器芯片，设计了基于TMS320C6713B的主控板，各总线通信接口模块与主控板之间的通信接口设计按统一 标准进行，提高了系统的通用性。 (2)考虑到系统的可扩展性，设计了LonWorks总线通信模块，实现信号机各模块问以及与外部设备的数据通信。本模块以Neuron神经元芯片为核心 ，采用现场总线拓扑结构进行组网，增强了稳定性和数据传输的可靠性。 (3)为适应不同的需求，设计了GPRS无线通信模块，实现主控板与上位控制机及图像采集模块、相邻路口信号机间的数据传输。 (4)为增强系统的可靠性，从软件和硬件两方面对系统进行了抗干扰设计。根据系统的具体工作要求，采用循环冗余校验、软件陷阱、指令冗余等软 件可靠性设计以及电源监控、冗余备份等硬件措施，保证系统正常运行。 (5)针对典型的城市多车道双向交通的交叉路口交通流分布，采用一种动态交通流的优化控制方法，在DSP的开发环境CCS中实现算法，并将优化算法 移植到DSP系统中，实现单路口的自适应优化控制，仿真结果表明了所采用方法的有效性。 引证文献(2条) 1.甘金明.黄永庆.韦祖权 基于GPRS的路灯监控通信协议研究期刊论文-梧州学院学报 2007(6) 2.陈思.吴建平 一种基于GPS/GPRS的智能交通信号控制系统期刊论文-中国科技信息 2006(7) 本文链接：/Periodical_xxgcdxxb200501027.aspx 授权使用：浙江工业大学图书馆(wfzjgydx)，授权号：3e4a60cc-8eb8-41fb-941f-9e1500edcf84 下载时间：2010年10月20日 1本文由爱兴隆东墙贡献 pdf文档可能在WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT，或下载源文件到本机查看。 第卷 第期 年月 信息工程大学学报 瑚 基于的城市交通信号控制系统设计 姚远，赵荣彩 （信息工程大学信息工程学院，河南郑州，） 摘要：论文针对设计的基于技术的交通信号控制系统，介绍了系统的检测子系统、通信 子系统以及指挥控制中心和路口信号机各部分的设计，着重对系统的实时性和可靠性设计进 行了分析和论述。 关键词：；交通信号控制系统；实时性；可靠性 中图分类号： 文献标识码： 文章编号：（） 印 野 ， （ ，瑚 舀 ， ，） ： ， 、 、 培 ：； ； 珊 珊； 行定点多时段的交通控制策略，同时也可以执行绿 引言 城市交通信号的控制与管理是当前任何一个 波控制、自适应控制和感应控制等多种控制方法。 在系统初始时，可以根据不同的交叉路口、交通干 道和交通区域，选择设置不同的控制策略。 本文主要结合以上系统特点，重点介绍了该系 统各组成部分及它们之间的关系，并对系统的实时 性和可靠性作了分析。 现代化城市所需要面对的。在改善道路通行状况、 减轻交通堵塞所造成的损失等方面，城市交通信号 控制系统发挥着不可替代的作用，其控制与管理的 优劣直接影响城市道路交通拥堵或疏通的效果。 针对我国目前城市交通信号控制的实际情况， 我们设计开发了一种交通信号控制系统。该系统 的主要特点是： 使用无线网络作为系统通信的主要 手段，完成路口信号机与指挥控制中心计算机的信 息传输。对于一些中小城市，如果采用光纤进行交 通信号控制系统的通信手段，需要完成专线的架 设，成本较高，施工、维护等的难度也较大。而 无线通信方式由于价格低廉和能够满足实际 系统的大部分需要而更适合于我国中小城市的交 通网络信号控制。 采用多种交通控制策略。系统不仅可以执 系统组成 该交通信号控制系统由指挥中心服务器、路口 信号控制机、检测系统和通信系统组成。指挥中心 和路口信号控制机是系统的主体，检测系统负责对 交通流信息进行实时采集，而通信系统起到了连接 其它组成部分的桥梁纽带作用。它可以快速、准 确、实时地将各路口检测系统采集到的交通流信息 传给指挥中心，使交通管理人员能够准确获得路网 各个路口的交通流数据和路口信号机的运行状态， 同时还可以通过指挥中心将控制命令和控制参数 快速、准确、实时地传给各个路口信号机。下面对 收稿日期：一一；修回日期： 万 方数据 作者简介：姚远（一），男，湖北武汉人，信息工程大学讲师，主要研究方向为计算机软件与理论。 第期 姚 远等：基于的城市交通信号控制系统设计 系统的各个组成部分及它们间的相互关系进行详 细介绍。 检测部分 当系统按照感应控制和自适应控制等交通控 制策略执行时，需要对交通流量进行检测，因此，对 交通流信息的实时与准确采集成为系统设计的关 键内容之一。 一般来说，交通流信息的采集可以通过固定安 装在路口附近的检测设备来完成。检测设备利用 埋设在车道路面下的环形线圈不问断收集过往车 辆的信息，将这些信息通过串口交给路口信号机。 路口信号机将车辆信息，包括车辆通过的时间、地 点等经过简单处理后通过网络通信系统发送到指 挥控制中心。指挥中心服务器根据检测到的交通 流信息，按照不同的交通控制策略算法建立不同的 计算模型，自动产生相应的控制命令和控制参数， 并将其发送到各个交叉路口。另外，交通流信息作 为道路交通信息的主要来源，还被存入服务器的交 通信息数据库。 通信部分 通信部分是交通信号控制系统的重要组成部 分之一，它可以使交通管理人员准确获得各个路口 的交通流量和路口机的运行状态，为提高路网的控 制效果创造条件。因此，如何能够快速、准确、实时 地将各个路口的交通流数据和路口信号机运行参 数发送给指挥中心，并将指挥中心的控制命令和参 数发送给路口信号机，就成了整个控制系统高效运 行的重要环节。 目前我国现有的交通信号控制系统网络构成 中，数据通信主要采用有线方式。按照数据通信使 用的通信设备和运行软件的不同，主要分为这样几 种。一种是路口的信号控制机与指挥中心之间的 通信是单工模式，只能接收指挥中心发送来的数 据，没有办法向指挥中心上传数据；另一种是路口 的信号控制机与指挥中心之间的通信是半双工模 式的，双方通过连接公用电话网络， 采用非专线的数据通信方式完成数据通信；较为理 想的一种是路口的信号控制机与指挥中心之间通 过光纤等专线直接进行数据通信。 在上述的种通信方式中，前两种方式实现简 单，成本较低，但是通信与控制效果不够理想，而第 种方式，虽然可以达到较为理想的控制效果，但 是成本较高。因此，在系统设计的过程中考虑到使 用无线网络作为系统的通信网络。 是在原有网络基础上引入的无线 分组接人技术，利用无线信道资源，用户不需要利 用电路交换模式的网络资源，可以随时接收与发送 数据，享受“永远在线”的数据业务服务。腿的 技术优势主要体现在这样两个方面：一方面，它可 以实现用户数据与无线网络的最佳结合，从而确保 了分组模式数据应用的成本效益和无线网络资源 的有效利用；另一方面，它实现了协议的透明传 送，由于支持基于标准数据协议，所以它支 持所有基于协议的应用，保证基于 的应用可以实现与互联网的连接。 在系统的实现中，系统使用模块来实现 路口信号机与网络的连接。模块一般 是指带有上网功能的模块，目前市场上 有很多选择，比较流行的是西门子公司的系 列。模块具有连接方便、使用简单、功能强大 的特点，它与路口信号机间通过串口进行连接，使 用的通信协议是符合制定的规范 标准的命令集。同时由于是基于协 议的，所以路口信号机与网络通信时，要发 送符合协议的数据包。 路口信号机与指挥中心 路口信号机是系统的核心部分，其硬件采用了 嵌入式工控机。之所以使用嵌入式，是为了保证其 本身的高可靠性。嵌入式工控机使用的处理器是 低功耗，无需冷却风扇，减小了系统的不可靠 因素。在嵌入式工控机上运行系统，可以非 常容易地实现协议。因为在链路层 采用的是协议，在中国移动的接入网关 中就是使用协议与进行协商通信 的。而在“系统中，作为系统提供的一项 服务，能够支持在串行线上的使用，这就使 得用户可以通过串口与模块通讯，并通过 网络连入中。当然，为了节省成本， 也可以选择单片机代替嵌入式工控机，但是开发难 度较嵌入式工控机大，需要在单片机上实现协 议。 指挥中心部分的程序是典型的基于协议和 互联网的分布式应用程序。由于指挥中心需要实 时和多个路口完成数据通信，在程序的开发中主要 需要考虑并行性和实时性的要求。另外，指挥中心 本身的优化和配置也非常重要。为了达到理想的 交通控制效果，在指挥中心部分还设置有单独的数 据库服务器，专门存放交通阻塞信息、交通数据信 息及实时的和历史的控制数据和状态数据等信息， 并在交通信息数据库的基础上建立了相应的各种 万 方数据 信息工程大学学报 年 专用数据库。 照一定格式变为纯数字文本。 半字节数据压缩。经过预处理，数据信息中 都是按照一定格式存放的纯数字信息，因此完全可 以用半字节方法进行数据压缩，因为数字的 系统的实时性与可靠性考虑 实时性考虑 该交通信号控制系统的主要控制策略不仅包 括感应控制和自适应控制，还包括绿波控制等。系 统可通过建立市区主干道的绿波带，缩短车辆出行 时间，提高道路通行能力。除此之外，系统还能够 对消防车、救护车、警车、巡逻车等特殊车辆在紧急 时刻开辟绿通道，提高这些车辆在执行任务时的运 行效率。所有这些控制策略，都要求交通信号控制 系统必须满足实时性的要求。而系统实时性的瓶 颈主要是在系统的通信部分，尤其是无线网络的带 宽。如果系统采用的是光纤通信，其带宽至少可达 到以上，系统的实时性可以较好满足，而当 采用无线网络作为系统的通信手段时，由于 带宽的限制，为了保证系统的实时性，必须作很多 的优化工作。 对于指挥中心服务器来说，它不需要模 块，只需通过宽带、或接入互联网即可。 为了保证实时性，指挥中心最好使用宽带接入，并 用固定的地址。 对于路口信号机来说，它是通过直接联 入互联网。允许用户在端到端分组转移模式 下发送和接收数据，它的理论带宽可达到 ，实际应用带宽大约在 码的高位都一样，是冗余的，因此每一个数 字完全可以用低位描述，即每个数字字符的位 编码可压缩为位编码，其编码表如表所示。 表 半字节数据压缩编码表 在程序中可以规定编号是奇数的字符放在高 位，编号为偶数的字符的编码放在低位，这样 压缩比理论上可达到。 （）选择适当的网络传输协议 由于的底层基于协议，层之上可 选的协议主要有面向连接的协议和非面向连 接的协议。当业务的数据要求高可靠性时， 一般选用协议，但协议实现起来复杂，而 且由于指挥中心需要与较多的路口信号机进行通 信，系统的负荷会较大。而协议没有可靠性 的保证，它对网络的负荷较小，比较适合实时数据 的传输。由于系统可以通过其它方法来保证数据 的可靠性，因此在网络传输协议上，选择使用了 协议完成路口信号机与指挥中心的数据传输。 除此之外，在未来的几年内，随着项目的 运营及无线网络的不断升级，的传输速率将 有望达到左右，届时系统的实时性将得到较 大改善。 可靠性考虑 对于交通信号控制系统来说，系统的可靠性非 常重要，它是影响整个系统是否可用的一个关键因 素。在系统的硬件设计中，主要考虑的是保证路口 信号机具有在户外恶劣条件下长期连续工作的能 力。在系统的软件设计中，主要需要考虑在各种特 殊条件下系统的纠错和容错能力，并且可以在远程 对设备正在运行的工作状态进行检测。关于系统 硬件方面的可靠性设计，本文不进行深入的讨论， 在这里主要讨论在系统可靠性方面，软件设计所做 的主要工作。 ，因此 较适于间断的、突发性的和频繁的、少量的数 据传输，也可适用于偶尔的大数据量传输。为了保 证实时性，系统所做的主要工作包括： （）数据通信使用压缩技术 为了减少系统资源的消耗和带宽的占用，路口 信号机和指挥中心的通信使用了压缩数据的方法。 使用数据压缩方法不仅能减少信道的占有时间，还 可提高数据的安全性。目前数据的压缩算法很多。 该系统使用的是无损压缩技术，结合具体的数据格 式特点，通过使用压缩预处理和半字节压缩算法完 成数据的压缩，从而获得较高的数据压缩比。具体 的实现过程如下： 压缩预处理。路口信号机与指挥中心通信 的数据基本是文本数据，通过分析发现，各段数据 记录中，比如车流量信息、运行配时方案等，还存在 很多冗余，另外，进行数据压缩时，使用的是半字节 压缩算法，要求数据为纯数字，因此预处理所做的 工作是减少数据记录中的冗余信息，同时将数据按 万 方数据 第期 姚远等：基于的城市交通信号控制系统设计 （）保证系统通信的正常运行 由于现在的网络还不够稳定，平均每天 有次的掉线，因此指挥中心与路口信号机需 要在一定的时间间隔内，互相发送心跳包，以此来 对路口信号机与指挥中心建立的数据链路进行实 时自动检测和断线监控，并且以此方式保持路口信 号机与指挥中心时间系统的一致性。 （）传输数据的错误检测 由于使用无线网络，当指挥中心与路口 信号机进行信息传递时，数据通信存在一定的误码 率和丢包现象，因此系统必须使用一定的检错 方法。 该系统利用的是检错方法。一般来说， 检错算法是针对比特型数据，算法需要逐位进 行运算，效率比较低，不适用于高速通信的场合。 而实际系统的通信数据量比较大，需要按照字节进 行校验。因此，系统采用了一种按字节查表 的快速算法。该算法把位二进制序列数的 （共个）全部计算出来，放在一个表里，在编码 和解码时只要从表中查找对应的值就可以完成相 应的处理。 在每次进行数据的发送之前，都要使用 计算算法进行发送数据的计算，并将得到值 附加在数据之后。在收到数据之后，要利用 的验证算法进行验证，只有验证正确，数据才被接 收。算法实现步骤如下： 首先要构造的查找表。 索引所指的表值与寄存器组做异或运算。 数据指针加，如果数据没有全部处理完， 则重复步骤（数据包括的两个字节）。 寄存器组的值是否等于“硒 ”，例如 是的” ”，若相等则通 过，否则失败。 （）出错信息报告与处理 路口信号机启动时将创建日志文件，记录的信 息包括方案的每个周期的运行时间、灯组状态的变 化等。如果在运行过程中出现错误情况，也将记录 在此日志文件中。特别是当出现软件无法自恢复 的错误时，路口信号机在写日志文件的同时，会向 指挥中心发送信息，通报错误情况，以便相关人员 进行处理。 另外，由于路口信号机是运行在无人值守的模 式下，其运行的软件在网络故障、软件程序故障、 操作系统故障等情况下必须能够自检测、自恢复。 结束语 虽然目前基于技术的交通信号控制系 统还具有一定缺点，例如：路口信号机与指挥中心 通信的实时性不够高；通信的误码率和丢包率偏 高；基于互联网的数据通信保密性不够高等，但是 与传统的基于有线技术的交通信号控制系统相比， 仍具有很多优势，如：永远在线，接入时间短，设备 成本不高，维护费用小，覆盖范围广等，基本克服了 有线通信所造成的造价高、覆盖范围小、易受干扰 等缺点。随着网络各种新技术的不断推出， 、技术的进一步发展和成熟，构筑在其上的交 通信号控制系统必然也能与之同步发展，因而具有 广阔的前景。 参考文献： 按照的某种生成多项式，比如姗的 生成多项式，构造该的查找表。 在发送数据之前，计算给定长度数据的 位值。 寄存器组初始化为全“”（）。 寄存器组向右移动一个字节。 刚移出的那个字节与数据字节进行异或运 算，得出一个指向查找表的索引。 索引所指的表值与寄存器组做异或运算。 数据指针加，如果数据没有全部处理完， 则重复步骤。 寄存器组取反，得到，附加在数据之后。 在接收数据之后，检查给定长度数据的