交通信号系统文献翻译.doc

黄河科技学院毕业设计（文献翻译） 第1页单位代码 学 号 分 类 号 密 级 文献翻译交通信号系统 院（系）名称信息工程学院 专业名称电子信息工程 学生姓名 指导教师 年月 日 毕业设计（文献翻译） 第19页交通信号系统在下一个千年期，交通信号系统将需要在技术、社会和政治方面跨越到国外来解决许多问题。随着城市化和交通堵塞的加剧，以最高的效率运作道路系统这将成为一个更大的需求。伴随着交通量的不断增加，道路容量的增长速度将会减缓。对于市，县，国家组织来讲，满足运输需求的关键是新科技，如交通响应闭环系统或是采用先进的监测和交通管理中心的交通信号自适应系统，将会变得越来越重要。这样的系统几乎严重的依赖于交通领域的基础设施，如车辆检测，分布式微机控制系统，并通过多样化的传播媒介实时互动。所有的这些元素在一个稳定的，维护良好的环境中运行是非常重要的，即使是在维护和建设中。通常为不同部分的单一的运输系统的驾驶员的感知负责，这对于多样性的政府机构尤其是一个挑战。对于交通信号系统控制技术的运行，每个政府机构通常有交通信号不同年份和不同作业的程序。作为一个综合多式联运系统的一小部分交通信号系统，信号系统操作进一步复杂化的趋势，是最近主流的观点。当这样的观点被认可的时候，交通信号系统的“顾客”就远不止汽车司机那样多样化了，它需要这些机构高度的合作。历年分析在19世纪50年代初，不断增加的交通在市区范围内引起了路口安全和交通堵塞的关注。改善十字路口的交通通行能力的第一次尝试促使了手动转信号灯的发展，是在1968年，英格兰，伦敦的警务人员操作的。这些设备在1908年首次引入美国伦敦，并广泛的运用开来。1914年，美国俄亥俄州克里夫兰市，在城市地区的电气化导致了第一个电动交通信号的发展和安装。1919年，在纽约，手摇信号开始转换为机电控制器。 1923年，加勒特摩根发明了他的专利摩根交通信号，后来卖给了通用电气。到1932年，最后一个在布鲁克林，帕克赛德大街上的手摇信号灯由一个机电控制器取代。近50年来，从20世纪20年代直至20世纪70年代，机电式控制器支配着交通信号系统的市场。周期长度被适当的齿轮安装规划了，而且循环周期被插入的计时表盘引脚分成不同的区间。为了适应交通需求的变化，这一概念已扩展至提供“三拨”。此外，为确保相邻路口在可预见的周期长度，分裂和抵消下被运作为“交通信号系统”，一个“七线“互连程序被开发出来，使相邻的机电控制器可以在一个系统下工作。即使在我们到达千禧年，部分市区地区的交通信号系统还是基于三个拨号机电控制器和七线互联系统。此外，很多被发展出来描述机电系统的专业术语至今仍被使用着来描述基于微处理器的现代控制器。 本文的后续部分审查最近的事态发展基于微处理器的交通信号系统，交通信号设置在下一世纪的交通信号系统在预期的发展环境。在阅读这些部分，它是有益的记得乔治桑塔亚那的一句名言：“谁不记得过去的人注定要重蹈覆辙。在微处理器基础上的交通信号控制在20世纪60年代初，计算机被引入交通信号系统。1963年，第一台电脑交通信号控制系统安装于加拿大多伦多。直到20世纪70年代，发展推进到一个相对温和的步伐，微处理器首次成为常用的硬件和软件的标准化工作。经过这些努力产生了深刻的影响，才出现了目前使用的设备。这些每一个事态的发展将会在下面的章节描述。美国国家电气制造商协会的交通管制标准通过以微处理器为基础的移动控制器供应商是市场的主要力量。与此相反的机电控制器，微处理器为基础的控制器允许制造商添加新的功能，通过改变固件。微处理器的快速发展和激烈竞争导致许多发展（例如，替代相序列和新探测器的运行模式），以及一个供应商迅速进入和退出各种交通控制领域的快速发展。由于竞争的厂商生产这些控制装置，试图区分其产品的每个供应商，这样一来，有没有不同厂商之间制造的控制器很多共性。由于许多国家竞争力的采购这些设备，并有一个来自不同厂商的各种设备，这种不兼容性给维修人员造成了很大的麻烦。为了解决这些不一致的地方，一组来厂商在80年代共同起草一个标准的规范通常被称为壹。该规范定义了一个控制器上的A，B和C连接器的操作和电气接脚提供独立驱动控制的能力。美国国家电气制造商协会（NEMA）的壹标准是基于哲学，控制器将提供一个标准接口的功能和基本设置。制造商在控制器提供。标准的NEMA壹路口控制软件和硬件的基础上竞争，他们提供内在的控制器，美国国家电器制造商协会的壹标准的独立驱动控制的能力是成功的，但它缺乏执行更高级功能，如协调，运作和抢占驱动，足够的细节。个别厂商通过提供补充的功能互补部署协调驱动式交通信号系统所需的标准。由此注入了不兼容和采购的问题，尤其是当政府机构必须在日后升级现有的信号系统，并征求竞标。然而，竞争性市场力量继续迅速推进国家的实践，导致了许多国家采用NEMA标准。在1980年代末和90年代初，国家环境管理局壹规范进行了更新（符合NEMA TS2的）提供可以简化布线柜、协调驱动式操作，以及一个可选的串行总线。170型号规格在当前发展很迅速也很常见的NEMA，是加州运输部（加州交通局）和纽约运输部（DOT）共同开发设计的一款软件，即同时提供标准的连接器和便携式软件的规范。本标准的理念与NEMA标准有所不同，因为它提供了一个通用的交通控制微机准确规范。该规范定义了微处理器，存储器，输入和输出地址，串口，机械的外形，和电连接器。从理论上讲，任何人都可以开发一个以摩托罗拉6800为基础的方案，刻录成一个EPROM这一方案，将其插入一个模型170，并运行该软件。这就使交通管理软件（供应商）必须和示范170控制器的硬件供应商脱钩。虽然采用的标准锁定到20世纪70年代的计算能力机构，它也是非常成功的，因为交通机构可以购买控制器软件，然后在稍后的时间里，通过竞争力获得更多的型号170s运行该软件的能力。这种方法获得的结果是非常令人惊讶的，它只是一个软件供应商数量有限决定开发和更新模型170的软件。因此，软件厂商与NEMA厂商相比是在较少的竞争压力下。城市交通控制软件世界各地的各种机构已经试验了交通信号的集中控制。在20世纪70年代，美国联邦公路管理局（联邦公路管理局），开始努力建立一个结构化的方法称为集中交通信号控制城市交通控制软件（UTCS）。UTCS的开发商定义的控制各级计划可以从一天的时间来选择网上完全自适应的信号。尽管在线自适应控制系统的最终目标从来没有实现，这些努力导致了至今仍在许多城市中使用的早期的计算机控制的信号系统技术。此外，交通营运中心的概念和系统会显示在早期开发UTCS系统的发展过程中使用的情况。对标准的兴趣在逐渐增加20世纪90年代出现了在交通信号控制的新方向，部分原因是1991年的地面运输多式联运效率法（ISTEA），还有部分原因是迅速发展的计算机技术和通信技术。这刺激产生了解决交通信号系统在计算机和通信的互操作性问题的兴趣。出现了两个重要的标准化工作： 及其议定书的国家运输通讯（NTCIP） 先进交通控制（ATC）。该NTCIP努力的目标是在于规范交通信号控制器的交流。空管工作是针对规范内的交通信号控制器的计算平台。一个实时自适应交通控制新的兴趣导致了原型开发和生产各种自适应信号控制系统的部署。这些新举措都与20世纪70年代的硬件和软件开发方面的相似之处。全国交通通讯及其议定书该NTCIP努力发起制定标准和协议，使来自不同厂商的交通信号控制器在交通信号系统可以进行互操作。随着工作的努力展开，媒体的沟通，协议栈品种和数据元素的规格中。由此产生的TS 3.5规范，特别是针对常见的交通工程中的广泛定义是值得关注的。此外，如果所有的符合NEMA TS 3.5定义的元素数据是由特定的控制器供应商实施，就不可能有一个合理水平的互换性。然而，交通信号控制器驱动NTCIP规范是不全面的。为了努力解决困扰NTCIP的兼容性问题，这对于政府机构是非常重要的，采购NTCIP兼容的设备，以确保闭环系统的协调、抢占、公交优先、自行车重要的特点的进一步明确和有秩序的方式作为更新标准的成熟。先进的交通控制一个空中交通管制的概念始于1989年。加州交通局编写的一份报告记录了170个示范控制器的一些缺陷，并建议一个3U的VME平台使用OS - 9。这一新平台的概念是，交通信号控制器不应该静电技术（如Model170规范），而应该基于在广泛使用的商业标准，使新技术的迅速采用。最初由加州交通局制定规范的标准被称为2070。理想的情况下，新技术将被纳入2070年交通模型信号控制器，有着在桌面计算市场观察的相似的速度。随着标准开发工作的兴趣拓宽，和更多的公共机构开始参与，航管标准出现了比2070年示范更少的处理器和操作系统。当前和未来的管理挑战尽管在20世纪交通信号系统技术的发展很重要，但面临许多问题，如资金，政治支持，管理，培训，管辖权的协调，区域共同系统操作有很大的改进机会。交通运输机构举出许多问题，其中资金是主要的有利资源。在城市地区，交通工程部门往往是与高调机构竞争，如警察和消防部门，或者更有形资本的改善经费。当出现收入短缺，民选官员往往做着对交通信号系统操作和维护最低资金困难的预算决定。为了解决这个问题，交通工程社会需要制定精确量化保养良好的信号系统的好处（或维护不良信号系统的真实成本）的程序和方法，然后提交该信息来选出一个公平和有说服力的官员。一旦获得足够的资金，交通工程师用这些资金进行投资，来努力产生最大的回报。这些工作通常包括： 操作和维修程序，确定信号配时方案设计，建筑标准，维修时间表（冲突监视测试等），以及远程基础设施再投资于资本预算方法。 人员培训，其中包括继续在现有的新兴技术的部署和装备的使用，可以节约资金，很好的提高教育服务。理想的情况下，人才培养应该发生在本组织各级，达到技师、工程师和管理级别。 不同区域间交通信号管辖权的协调，以便使两个或两个以上机构能更好的为市民造福。这通常需要各机构放弃一些他们对整个系统利益的自主权，对一些问题的认识加深一点，如信任和沟通，组织的经营理念，管理层次和责任。应该指出的是，资金只是一个有利的资源。选择操作和维护，培训，辖区间的协调努力的适当组合不是一个精确的科学，并会因个别机构通过对各种运输方式一体化经营而变化。现状与发展趋势（研究问题）的技术挑战交通信号的研究已经进行了两个不同的领域：路边设备和分析型业务研究。政府机构和厂商进行了几乎所有的路边设备研究。同样，几乎所有的大学都表现在分析型业务的研究。虽然已在这两个路边设备和分析模型制成上取得了意义性的成功，但是没有地区已特别密切的与其他地区进行协调。以下研究的许多问题不属于典型的DOT，商业和大学组织结构，但他们表现出改善交通信号系统的运作相当大的希望。传感器传感器是交通信号系统的眼睛和耳朵，但许多人认为它是作为开发更好的交通控制系统中最薄弱的环节。传感需要包括队列估计，列车检测，有色金属自行车检测，应急车辆检测，交通车5辆检测，行人检测，车辆检测，（天气，空气质量）的环境。不仅要开发新的传感技术，还必须提高它的可靠性和降低成本以至于方便广泛的使用。此外，交通信号系统需要制定一个标准。这些传感器，对于带进交通信号控制器上的任何传感器信息标准的做法是通过离散逻辑来实现的（触点打开/接点闭合），这是限制和需要改进的。例如，例如巴士乘客人数和装载数据的集成提供必须把控制算法，可能会提供有先的选择权，这取决于巴士迟到或者是船上有多少人。同样，许多信息提供基于图像的车辆检测设备，可以跟踪车辆或措施排队的长度是目前被丢弃之前到达的交通信号控制器，因为检测设备必须效仿触点打开/联系密切的一环检测功能。交通信号系统将要求新兴传感器不仅使用新技术，而且还传达新的信息控制系统。自适应交通模型的应用许多建模程序和技术已经尝试了多年，并取得了不同程度的接受和使用水平。这些模型可分为宏观和微观。宏观模型的基础上平均流速和平均信号。他们对信号系统的时序设计软件特别有用，因为它们提供了用于制订目标优化逻辑函数的高效的程序。在过去的十年中，许多车型已纳入宏观更详细交代驱动信号和它们之间的协调。然而，这些宏观模型只提供系统性能分析平均估计，不提供对实际信号系统的运作的洞察力，特别是在诸如紧急抢占或时间计划转换非稳态的状态下。微观模型是基于跟理论逐周期的信倍。这些模式具有巨大的潜力来评估和可视化这些交通信号控制系统的替代概念，因为他们考虑了交通车辆的理论并且他们模仿了协调控制器驱动的先进系统的许多特征。这些微观模拟程序，可以用来分析和协调直接驱动系统，因为他们认为在现代这种感应信号系统中使用的参数较多。然而，微观模型没有纳入了加强宏观模型进行和公路通行能力手册程序的新研究财富。所以，尽管仿真包提供了基本的信号系统将如何运作合理的图片，因为这种仿真模型的差距，使许多医生产生了怀疑的观点。由于这些有潜力的工具，推动国家的实践和评估替代交通信号系统，有必要协调宏观和微观建模程序。改进设计的方法当前的设计实践，主要是根据个人的喜好，因此限制了有能力解决其他客观的设计。健全交通微观模拟仿真软件公认的做法可能会导致更好的通过能力，了解不同的设计决策，并定量分析这些评估。一个评估的替代方案，包括替代交通信号控制器的设计和多种设置认可的参考模型的发展，将极大地提高了实践的状态。共同协调研究工作美国对交通的科研经费的来源主要来自两个方面：政府机构，主要是美国DOT和私营部门的保留盈利。由于政府机构采购的低出价的基础系统，私营部门的投资在很大程度上已经投放，政府机构已确定了所需的产品及发展支付的具体项目。新出现的问题和机遇 本文介绍了对交通信号系统如何进化到了自己目前的状态，并确定了各种技术和用户正在解决或需要解决的问题的概述。在下一个千年中市场力量和技术的发展，证将有不同程度的成功。体制和用户问题的解决更加难以预测，因为这些问题往往反映多变的民选官员或公众态度的政策决定。但是业界必须决定如何处理下列问题：变更或修改的交通信号系统从主要服务于汽车驾驶员的需要，以服务更广泛的运输任务的需要对不同用户的优先事项为基础；提高公众特别是在一般和交通信号系统交通意识。必须教育公众对技术复杂性，统计的旅游需求的不确定性，以及除了道路和桥梁在运输管理和经营的长远投资效益。变更或修改的任务是为了服务于广大运输，而这肯定会因为体制问题的司法管辖而引起争议。过去出现的种种挑战，主要围绕的是各地的资源。交通信号系统资源往往是有限的，部分原因是交通信号系统的有限选区。如果交通信号系统的客户更广泛地看，然后加以经营和维护，可以共享在更多的相关的群体系统，降低单位成本的服务。然而，与此分摊的成本还附带有需要提供更多的服务和更多的团体的响应。潜在的一系列服务，包括用一个紧急车辆改善了车辆运行，改善公共交通服务，更高效的行人住宿，提高应对自然灾害，国防更好的支持，以及更传统的改进乘员去上班。当从所有这些用户具有不同的优先需求看，对交通信号系统的市场需要新的局面。重点是近年来创造了一个新的技术，但是有限的公众的潜在意识来解决交通的问题。这种认识给交通专业人员创造了重大机遇，通过推动一项认识，这些新技术可以为一个更大的用户群体提供服务的业务和地面街道的管理的业务。为了达到这一新的经营管理水平，必须采用一系列的教育措施，必须及早的付出努力，青年学生在追求交通事业，以及改善交通运输发展来服务未来的消费者。当地消防或警察部门通过参观管理中心，使得他们的访问更加充实了。专业人士也必须接受在运输服务的新教育，重点在于运输服务的消费者以及它们的相对优先权。交通运输专业人士必须加倍努力，以扩大其产品的支持。最后，为了支持这个观点，必要的交通工具的发展必须继续下去。这一设想将需要一段时间才能成熟，但它会发展下去的，在将来我们我定会使我们的广泛的交通基础设施得到更充分的利用。来源:交通标准化附英文原文：Traffic Signal Systems In the next century, traffic signal systems will need to address many issues, spanning abroad range of technical, social, and political boundaries. With the increase in urbanization and traffic congestion comes a greater demand to operate our roadway systems with maximum efficiency. As traffic volume continues to increase, roadway capacity will increase at a slower rate. New technology, such as traffic-responsive closed loop systems or adaptive traffic signal systems using advanced surveillance and traffic management centers, will become increasingly critical for city, county, and state organizations to meet transportation needs. Such systems depend heavily on field infrastructures such as vehicle detection, distributed microprocessor-based control systems, and near real-time interaction over diverse communication media. It is critical to have all of these elements operating in a stable, well-maintained environment, even during maintenance and construction. This is particularly challenging given the diversity of government agencies often responsible for different portions of what motorists perceive as a single transportation system. Each government agency typically has traffic-signal control technology of varying vintages and different procedures for operating traffic signal systems. Signal system operation is even further complicated by the recent trend that views traffic signal systems as a small component of an integrated multimodal transportation system. When such a perspective is adopted, the “customers” of traffic signal systems are much more diverse than just automobile drivers and require a high degree of agency cooperation.HISTORICAL PERSPECTIVEIncreasing traffic at intersections within urban areas caused concern for safety and congestion as early as the 1850s. The first attempt at controlling intersection traffic was the development of manually turned semaphores, operated by police officers, in London, England in 1868 (1). These devices were first introduced in the United States in 1908 in New York, and their use quickly spread. The electrification of urban areas led to the development and installation of the first electrically operated traffic signal in Cleveland, Ohio in 1914. In 1919, New York, began converting from hand-cranked semaphores to electromechanical controllers. In 1923, Garrett Morgan patented the Morgan traffic signal, which was later sold to General Electric. By 1932, the last hand-cranked semaphore on Parkside Avenue in Brooklyn was replaced by an electromechanical controller. For nearly 50 years, from the 1920s until the 1970s, the electromechanical controller dominated the traffic signal systems market. Cycle lengths were programmed by installing appropriate gears and the cycle was split into various intervals by inserting pins on a timing dial. To accommodate variations in traffic demands, the concept was extended to provide “three dials.” Also, to ensure that adjacent intersections were operating as a “traffic signal system” with predictable cycle lengths, splits, and offsets, a “seven-wire” interconnect procedure was developed so that adjacent electromechanical controllers could work together in a systematic manner (2). Even as we reach the millennium, some urban areas have traffic signal systems based on three-dial electromechanical controllers and seven-wire interconnect systems. Furthermore, much of the developed terminology to describe the electromechanical systems is still in use today to describe parameters in modern microprocessor-based controllers. Subsequent parts of this paper review more recent developments in Microprocessor based traffic signal systems to set the context for anticipated developments in traffic signal systems during the next century . While reading these sections, it is instructive to recall George Santayanas famous quote: “Those who cannot remember the past are condemned to repeat it.”Emergence of Microprocessor-Based Traffic Signal Control During the early 1960s, computers were introduced to traffic signal systems. In 1963, the first computerized traffic signal control system was installed in Toronto, Canada. Developments progressed at a relatively modest pace until the 1970s, when microprocessors became commonly available and hardware and software standardization efforts were first started. These efforts attracted a significant following that has profoundly impacted the practices and equipment used today. Each of these developments is described in the following sections.National Electrical Manufacturers Association Traffic Control StandardThe move by vendors to microprocessor-based controllers was largely motivated by market forces. In contrast to the electromechanical controllers, the microprocessor-based controllers allowed vendors to add new features by changing firmware. The rapid development of the microprocessor and intense competition led to many developments (e.g., alternative phase sequences and new detector operating modes) as well as a variety of vendors rapidly entering and exiting the traffic control field. Because competing vendors produced these control devices, each vendor attempted to distinguish its products; as a result, there was not much commonality between controllers manufactured by different vendors. Because many states competitively procured these devices and had a variety of devices from different vendors, this incompatibility led to frustration for maintenance personnel. To address these inconsistencies, a group of vendors came together in the 1980s to draft a standard specification commonly referred to as TS1 (3). That specification defined the operation and electrical pins on the A, B, and C connectors for a controller capable of providing isolated actuated control.The National Electrical Manufacturers Association (NEMA) TS1 standard was based on the philosophy that controllers would provide a basic set of features and standard connectors. Manufacturers would compete based on the hardware and software they provided inside the controllers. The NEMA TS1 standard was successful for isolated actuated intersection control, but it lacked sufficient detail for implementing more advanced features, such as coordinated-actuated operation and preemption. Individual vendors supplemented the standard by providing the complement of features necessary for deploying coordinated-actuated traffic signal systems. This introduced incompatibility and procurement issues, particularly when government agencies needed to upgrade existing signal systems at a later date and had to solicit competitive bids. Nevertheless, the competitive market forces continued to rapidly advance the state of the practice and created a following that led many states to adopt the NEMA standard. In the late 1980s and early 1990s, the NEMA TS1 specification was updated (NEMA TS2) to provide coordinated-actuated operation, preemption, and an optional serial bus that would simplify cabinet wiring (4).Model 170 SpecificationIn a somewhat parallel track to the NEMA developments, the California Department of Transportation (Caltrans) and the New York Department of Transportation (DOT) developed a specification designed to provide both standard connectors and portable software. The philosophy of this standard was somewhat different from the NEMA standard because it provided a precise specification for a generic traffic control microcomputer. This specification defined microprocessors, memory, input and output addresses, serial ports, mechanical form factor, and electrical connectors. In theory, anyone could develop a Motorola 6800-based program, burn that program onto an EPROM, plug it into a Model 170, and run the software. This allowed the traffic control software (and vendor) to be decoupled from the vendor of the Model 170 controller hardware. Although the standard locked adopting agencies into the computing power of the 1970s, it also was enormously successful because agencies could purchase the controller software and then, at a later date, competitively procure additional Model 170s capable of running the software. One surprising outcome of this approach was only a limited number of software vendors decided to develop and update Model 170 software. As a result, the software vendors were under less competitive market pressures than were the NEMA vendors.Urban Traffic Control SoftwareVarious agencies around the world have experimented with centralized control of traffic signals. In the 1970s, the Federal Highway Administration (FHWA) embarked on an effort to develop a structured approach to centralized traffic signal control called urban traffic control software (UTCS). UTCS developers defined various levels of control ranging from time of day plan selection to online fully adaptive signal timing. Although the ultimate goal of an online adaptive control system was never realized, the effort resulted in technology that many cities used to implement early computer-controlled signal systems that are still in operation today. Furthermore, many of the traffic operation center concepts and system displays currently used were developed during the deployment of these early UTCS systems.Increased Interest in Standards The 1990s began a new direction in traffic signal control, partly as a result of the 1991 Intermodal Surface Transportation Efficiency Act (ISTEA) and partly as the result of rapidly developing computer and communication technology. This stimulated an interest in resolving computer and communication interoperability issues in traffic signal systems. Two significant standardization efforts emerged: National Transportation Communications for ITS Protocol (NTCIP); Advanced Transportation Controller (ATC).The NTCIP effort was targeted at standardizing the communication to traffic signal controllers. The ATC effort was targeted at standardizing the computing platform inside the traffic signal controllers. A renewed interest in real-time adaptive traffic control resulted in prototype development and deployments of various adaptive signal control systems (5,6). All of these new initiatives have similarities with hardware and software development efforts during the 1970s.National Transportation Communication for ITS ProtocolThe NTCIP effort was initiated to develop standards and protocols that would allow traffic signal controllers from different vendors to be interoperable in traffic signal systems. As work on the effort unfolded, a variety of communication media, protocol stacks (7-9), and data elements were included in the specifications (10,11). The resulting TS 3.5 specification is particularly noteworthy for the extensive definitions of common traffic engineering terms. Furthermore, if all data elements defined in NEMA TS 3.5 are implemented by a particular controller vendor, there cannot be a reasonable level of interchangeability. However, the NTCIP specification for actuated