⑧中目近代第一M女{天率大謦TIANJINUNIVERSITY工程硕士学位论文■■^E●H_j:■●】Ij0【H¨ljj油_a【啊¨■跚jH■■■n】0_领域:三些三堡作者姓名:点堕丕指导教师:呈壹坚型塾堡企业导师:壁堂蝰墨兰千洼+堂l#峦生聘2004年6月摘要交通控制的好坏足制约一个城市发展速度的主要因素之一,本文在结合天津市交通控制的现状和采用新的控制技术的基础之上,建立了天津市的远程控制绿波带交通信号控制系统,用于实现主干道的绿波带协调控制。本文首先分析了天津市交通信号控制的现状和存在的问题,结合天津市道路信号控制的实际,设计了一套远程控制绿波带交通信号控制系统,系统地分析了系统的结构、功能和实现的过程,对系统的信息结构进行了分析和研究,给出了数据库设计方案。该系统分为上位机和下位机两部分,上位机软件系统采用客户端/N务器(C/S)模式,基于Microsoft公司的SQLServer7.0数据库,主要包括数据库系统、交通管理信息系统、通信系统、地理信息系统(GIS)四个子系统;下位机的路口信号机基于STD总线结构,处理器采用了INTEL公司的MSC一89C51单片计算机。论文还提出了一种相位差双向调整的方法,用于交通信号绿波带控制中的相位调整过程,缩短了过渡时间,提高了控制效果。最后,文章给出了系统的实际运行效果,远程拨号绿波带控制系统在天津市多个路口的应用情况,表明了该系统能够减少停车次数,提高主干道的车速和通行能力。关键词:交通信号控制系统绿波带协调控制客户端/N务器(C/S)相位差ABSTRACTTrafficcontroliStooneofthekeyfactorstourbandevelopment.AdaptingthepresentCircumstancesofthetraffiCcontrolinTianjinc{tyandnewapplyingtheupcontroltechnology.thiSthesiSillustrateshowwavetObui]dlong—distancedgreenwavetrafficsignalcontrolcontrolsystem(LGwTSCS)inrealizinggreencoordihateformainartery.InthefirstpartofthiSthesiSthepresentcircumstancesandexistingareproblemsofthetrafficSignalcontrolinTianjinoftheanalyticaloftheresults,designoftheanalyzed.IntermsLGWTSCS,makesystematicalprocesSanalysiSarchitecture,function,complementareandtheinformationstructureoftheLGWTSCSputforward.Inaddition,thedatabasedesignsolutioniSalSOgiven.TheLGWTSCSiScomposed0fcentralCONtrollerandintersectioncontroller.BaseddatabaseandadoptingsystemonMicrosoftSOLServersoftwarethemodeofclient/server(c/S),theiSmainlYdiVidedintofourofcentralcontrollersubsystem:databasesystem,traffiCmanagementsysteminformationsystelIl,communicationandgeographyoninformationsystem(GIS).Thecompany.Then,traffiCtimeintersectiOncontrollerisbasedmonolithiCSTDbusstructure.itSprocessoradoptingMSC一89C51oftheforINTELgreenacomputerstwo—wayoffset—adjustingA190rithmproposed,whichperformanceofcanwavesignalandcontrolteniStheshortenthetransitionhighcontroller.At1ast,wepresenttheDerformancesandresultsoftheapplicationofLGWTSCSsystemincanseveralintersectionsofTianjin,whichindicatereducethefrequencyofandthecapacitYforcarthatthiSstoppingandraionsethespeedofmotor—vehiclemoretraffiCthemainarterieS.Keywords:trafficsignalcontrolsystem,greenwave,coordinatecontrolclient/server(c/s),offset独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果,除了文中特别加以标注和致谢之处外,论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果,也不包含为获得墨洼盘鲎或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位黼…夕髅槲肌埘年m旧学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解盘壅盘堂有关保留、使用学位论文的规定。特授权盘注盘茎可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索,并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。(保密的学位论文在解密后适用本授权说明)学位论文作者签名:签字日期:M年卢砾导师签名‘月工1日签字R期日远程拨号绿波带交通信号控制系统的研究第一章绪论1.1城市交通与交通信号控制当今世界各国的大城市无不存在着交通拥挤的问题。在经历了“堵车一修路一再堵车”的漫长过程之后,美国、西欧和日本等发达国家为了解决交通问题,在道路容量不可能无限度地增加的情况下,竟相投入大量资金和人力,开始大规模地进行道路交通智能化的研究实践。在智能交通控制,交通诱导、事故应急管理、车辆安全技术等方面取得了成功的经验。进入二十世纪八十年代以来,社会经济的发展和人民生活节奏的加快使交通运输相继出现了一些用传统方法难以解决的问题。全世界的科学家和工程师们遇到了前所未有的巨大挑战。这些问题主要表现在以下几个方面:1.城市中道路拥挤现象日趋严重,由此而造成的经济损失越来越大,并~直保持较大比例的增长。据美国德克萨斯城市交通研究所公布的研究结果,在1992年美国50个中心城市中,由予交通拥挤所造成的经济损失达480亿美元,在近几年中该数字每年以5%一10%的比例不断增加。2.交通系统的运力越来越不能满足经济发展的需求,特别是发展中国家,已经成为束缚经济持续发展的主要因素之一。以我国为例,由于历史的原因,我国交通设施的投资与建设相对滞后。因此,近几年来,国家总是将交通列入优先发展的领域之一,注重资金的投入,不断改善交通环境和道路条件,努力为经济发展创造良好的投资环境。但是,由于历史欠帐较多,加之国家财力有限,很难在短期内使我国的道路交通有较大的改善。3.随着车辆数目的增加,道路拥挤的不断加剧,使电、汽车摊放物和噪声造成的对大气环境的污染日趋严重,人们要求进一步改善生活质量、减轻污染的呼声越来越强烈。针对上述交通问题有两种解决方案:1.传统的方法。即不断添加交通设施,以改善交通情况。如:增加运输车辆、新建、拓宽道路等。2.开发现有交通设施的潜力。利用交通管理和控制来提高交通运行自q效率,解决交通中存在的问题。但是,解决上述问题仅仅依靠传统的方法是难以取得理想效果的。因为,从问题的内在联系来看,这些问题是相互关联、紧密联系的,其实质是人们对交通系统更高的需求与实际服务能力与水平相对落后之间的矛盾在不同侧面的反映,远程拨号绿波带交遥信号控制系统的研究如果片面地突出解决某一问题,极有可能造成其他问题的加剧。如:解决运力不足的问题,可以采取增加运输车辆的方法,而车辆的增加,必然进一步加剧道路的拥挤和环境的污染;解决交通拥挤,可以采用增加投入,新建、拓宽道路的方法,但是城市中修建道路,需要的投资额极大,且受到保护城市原貌和沿途景观的诸多限制,而乡间公路及城市问快速公路的修建,需要占用大量耕地,造成可耕土地面积的减少。从以上分析中,我们可以得到这样的结论:无论从方法论的角度.还是从实践环节来看,过去的工作都存在一定的局限性。单单依靠传统的方法是无法彻底解决的。因此,这时只能不断的挖掘现有交通设施的潜力,利用交通管理和控错0来提高交通运行的效率,解决交通中存在的问题。进行交通管理和控制需要通过交通控制系统来实现。交通控制系统通过先进的控制思想和控制方法来对交通系统中的交通设施进行有效的控制,以发挥现有交通设施的潜力,使交通设施最大程度的发挥作用。通过交通控制系统来解决交通问题有如下优点:1.节省资金。由于交通控制系统是最大程度的挖掘现有交通设施的潜力,因此它并不需要添置更多的交通设施,这样可以节约大量的资金。2.控制效果好。它采用先进的控制思想和控制方法,可以合理、有效的使用现有的交通设施,达到良好的运行效果,解决交通拥挤等问题,同时它不同于传统的解决方法,它不会引发其他的问题。3,可以有效的减少噪声和环境污染。使用交通控制系统可以有效的减少交通阻塞。这样势必可以减少车辆的鸣笛次数,较少噪声污染;据统计车辆在路1:3停车等待时耗油量和尾气排放量都非常大。而交通控制系统可以有效的减少车辆的在路口停车等待次数,这样势必可以大大减少车辆尾气排放量,减少环境污染。4.提高交通运行的安全性。交通控制系统可以有效的控制车辆的运行,最大程度的避免车辆的冲突,从而有效的提高了交通运行的安全性。因为交通控制系统具备如上诸多优点,所以它得到了广泛的应用。世界各国都对它进行了很多研究和开发工作,当前世界各国广泛使用的最具代表性且有实效的城市道路交通控制系统有几种:1.TRANSYT一交通网络研究方法TRANSYT是最成功的静态系统,它被世界上400多个城市所采用,证明其产生的社会经济效益很显著。但也存在着许多不足。第~,计算量很大,在大城市中这一问题尤为突出:第二,周期长度不进行优化,事实上很难获得整体最优的配时方案;第三,因其离线优化,需大量的路网几何尺寸和交通流数据,在城市发展较快时,为保证可信度往往不得不花费大量时间、人力、财力重新采集数据2远程拨号绿波带交通信号控制系统的研究再优化、制定新方案。2.SC00T一绿信比、周期和相位差优化技术实践表明,SCOOT系统有一个灵活、准确的实时交通模型,不仅用于制订配时方案,还可以提供各种交通信息;SCOOT采用对下一周期的交通进行预测的方法,提高了结果的可靠性和有效性;SCOOT调整参数时采用频繁的小增量变化,既避免了信号参数突变给路网上车辆带来的损失,又可通过频繁的累加变化来适应交通条件的变化;SCOOT的车辆检测器埋设在上游路口的出口处,为下游交叉IZl信号配时预留了充足的时间,且可有足够时间作出反应以预防车队阻塞到上游交叉口。同时,检测器故障时,它亦能作出相应调整,减少影响。SCOOT的不足是:一是相位不能自动增减,相序不能自动改变;二是独立的控制子区的划分不能自行解决,需人工确定;三是饱和流率的校核来自动化,使现场安装调试时相当繁琐。3.SCATS一悉尼协调自适应交通系统SCATS系统充分体现了计算机网络技术的突出优点,结构易于改变,控制方案较为容易变换。在需要的情况下SCATS能合并相邻地区联合控制,也可允许各路口自主实行车辆感应控制。经对比实验表明:SCATS与TRANSYT相比,在总旅行时间相同的情况下停车次数明显减少。八十年代以来,我国部分城市采用引进了国外控制系统的办法,建立了一些城市道路交通控制系统。如:北京、大连引进了SCOOT系统,上海、沈阳、广州引进了SCAT系统,深圳市引进了日本的控制系统。同时在国家计委、国家科委的批准下,交通部、公安部、南京市完成了国家“七五”攻关、“八五”攻关两个项目,建成了南京城市交通控制系统。该系统采用分市式递阶控制结构,分区域控制级和路口控制级两级,预留了三级结构的可能。系统设置了实时自适应控制、固定配时和无电缆联动控制三种模式,能在特殊情况下设置七十条绿波路线。并配备了交通疏导广播、可变情报板,为车辆提供道路交通信息。我国天津大学1989.1991年研究开发的城市交通控制系统TICS(TrafficIntelligentConlrolSystem)首次成功地把自学习智能原理应用于交通信号控制系统中,其产生也是受到人工智能和知识工程在其它领域成功应用的启发。1.2天津市交通信号控制的现状和存在的问题天津市作为我国四个直辖市之一,在我国的经济发展中一直占据着重要的地位。天津市中心市区的城市交通以平面道路交通为主。近年来天津市一直注重远程拨号绿波带交遇信号控制系统的研究交通基础设旌建设,但是道路网络的承载力仍然不能满足社会对交通不断增长的需求。道路交通拥挤状况依然不容忽视。单纯依赖修建、拓宽道路来缓解交通拥挤,不仅要耗费巨额资金,还需要占用大量的土地。因此,还必须依靠先进的交通控制系统来充分发挥现有交通设施的能力,解决城市道路的拥挤问题。天津市自80年代开始建设城市交通控制系统,由于市区内各个交通控制系统建设开发时间的先后不同,道路建设规划的差异,使得市内各个区域的交通信号控制系统多样化,且系统之间无法兼容,数据通讯方式也不统一,不便于交通信号控制数据的整体管理与分析。公安部、建设部于2000年在全国的各类城市实施“畅通工程”,以改善城市的道路交通环境,促进城市经济的发展。在“畅通工程”评价中,200万人口以上的A类城市按模范管理(一等)、优秀管理(二等)、良好管理(三等)、合格管理(四等)4个等级,建成区的路口灯控率应分别达到75%、65%、55%、45%。目前,我市建成区内有各类平面交叉路口1800余处,按A类一等标准应至少有1350处平面交叉路口实现信号灯控制,自1999年开始,天津市加快了平面交叉路口实现信号控制的速度,截止到2002年底市区共有信号控制点位640处。随着平面交叉路口灯控率的提高,交通管理部门面临如何合理配置信号控制参数实现协调控制和如何对大量的路口控制器实施监控和管理的技术问题。建设区域交通信号控制系统可以解决上述问题,但需要大量的资金投入和时间投入,不能迅速解决问题。目前,国内生产的交通信号控制器实现干线绿波控制目前主要存在以下问题:一是不具备通讯功能,无法实现基础时钟的自动校准,绿波带上各路口的基准时钟易出现误差,造成绿波带控制失效。二是信号机智能性差,缺少故障自行诊断功能,当路口信号机出现故障时,信号机应该对故障进行分类,对不同的故障进行不同的处理,并把发生的故障上传给控制系统。三是不具备行人过街请求功能,安装在路段的行人过街信号机,如果不能与主干道绿波协调控制,对主干道的绿波控制效果影响很大,甚至造成绿波带控制失效。为此,本论文提出研制成本相对低廉的具有远程拨号功能的绿波带交通信号控制系统和交通信号控制机,以解决上述问题。1.3本文的工作和论文的主要结构由上节可知,需要研制成本相对低廉的具有远程拨号功能的绿波带交通信4远程拉号绿波带交通信号控制系统的研究号控制系统和交通信号控制机,主要完成以下工作:1.利用公共电话网络实现远程控制,实现对路口控制器的校时、参数调研究时段变化时主干道绿波带相位差的双向大步长调整方法,解决了解决路段上行人过街信号机与主干道绿波控制的协调控制问题。实现灵活多样的控制方式,具有单灯色控制、独立相位过度控制、独整和远程强制等功能,实现信号机故障的自诊断自处理功能。2.绿波带上路口控制器临时脱离绿波无法恢复的难题。3.4.立行人灯控制、节假日特殊日控制等多种特殊控制功能。5.开发一套由上级控制计算机系统、路口交通信号控制机组成的路口数据传输、处理的控制系统,来统一处理路口的运行参数,模拟在线路口状态,从整体上优化信号控制参数,实现道路畅通。本文主要讨论了该系统上级控制系统和路口交通信号控制机从设计、开发到实施、使用的全过程,并给出了该系统成功应用的报告和系统使用效果评价。本文的具体结构为:第二章,介绍了远程拨号交通信号控制系统的功能;第三章介绍了上级控制计算机系统:,第四章;介绍了路口交通信号控制机;第五章:介绍了系统实施后,天津市绿波带交通信号控制的情况,并分析了控制的效果。远程拨号绿波带交通信号控制系统的研究第二章远程拨号绿波带交通信号控制系统1交通信号控制的基本概念下面将论文中涉及到的交通信号控制方面的一些概念介绍如下:1.信号周期信号周期是交通信号相位显示一周所需要的时间,即红、黄、绿灯显示时间之和。对于一个平交路口来讲,总有一个比较适合其交通流量的周期时间,它能使交通流在信号控制路口的延时最小,这个周期就是最佳周期,最佳周期可以通过流量调查和公式运算求得,最佳周期的确定对于提高路口的通行能力十分重要。一般来说,交通流量小,则周期短,交通流量大,则周期应长,但不能过长,因为过长的周期对于等待信号的驾驶员和行人都会产生心理上的影响。信号周期用C表示,周期可用公式进行计算。2.绿信比指在一个周期内各相位绿灯显示时间对周期总长的比值,用百分比(%)表示,合适的绿信比方案应该适应路口交通流量的变化。3.相位及相位差一股或几股车流,它们在~个信号周期内,不管任何瞬间都获得完全相同的信号灯色显示,那么就把他们获得不同灯色的连续时序称作为一个信号相位。信号的相位种类很多,在交通信号控制中,最少的是两相位控制,多于两个相位的叫多项位控制,如三项位、四相位……。一般来讲,采用的相位越多,车辆在路口上的交叉越少,但是信号周期相应要增长,具体路口信号采用几个相位控制,要视路口的交通量及路面条件而定。相位差一般用于线控制或面控制,它表示相邻两个交叉口同一方向或某一指定相位的绿灯起始时间之差,用秒表示。相位差是实现主干道协调控制的重要参数,它的确定需要通过主干道相邻路口间距、交通流量、规定行车速度三个因素来计算得出。4.灯组指路口交通信号控制机的输出灯色组,对于机动车信号来说,一个方向的红黄绿三色灯为一个灯组,对于行人信号来说,一个方向的红、绿两色灯为一个灯组。6远程拨号绿波带交通信号控制系统的研究5.子区控制系统将一些交通流状况相近或者地理位置接近的几个路口划分为一个子区,这样可以方便的对路网进行交通信号协调控制。6.工作日类型系统设置了12中工作日类型,分别是:星期一到星期日、特殊日一到特殊日五。每一个工作日类型对应一套控制方案,于是只要设定了某天的工作日类型就可以相应的获得一套控制方案。一般情况下,某天的工作日类型即是该天是星期几。因为节假同的交通流比较特殊。所以可以将节假日设置为特殊日类型。7.时段按照交通流特性把一天分为若干时段,一个时段的交通流特性尽量相似。系统容许每天最多设置16个时段,每个时段对应一个控制方案。8.计划也就是控制方案,每个控制方案确定了信号机运行的必须的控制参数,包括相位差、过渡时间、相位时间。9.过渡方案过渡方案就是一个相位绿灯向红灯转换时的时间序列,机动车和非机动车绿灯向红灯转换的过渡时间包括绿闪、黄灯、全红,一般绿闪3秒、黄灯3秒、全红1秒,行人灯绿灯向红灯转换的过渡时间包括绿闪和全红,一般绿闪5秒、全红3秒。lO.灯组方案机动车和非机动车灯使用红黄绿三色灯控制,行人灯使用红绿两色灯控制,对不同种类交通流的控制应该选择相应不同的灯组方案选择不同的即是控制每个相位哪个灯组显示。2.2系统总体构架本系统分为上位机(即软件系统)和下位机(即路口机)两部分。本系统上位机采取的是便于数据统一管理和通信的服务器/客户端(C/S)模式,系统结构如图2.I所示:远程拨号绿艘带交通信号控制系统韵研究图2.1系统结构示意图从图中可以看出,系统将数据统一存储在数据库系统中。一方面,在客户端的操纵下,通信系统可以从数据库系统中读取数据,通过PSTN网络安全的传送到远程的路口机;另一方面,路口机中的数据也可以通过PSTN网络传送到通信系统,通信系统又可以将数据存储到数据库系统中,将结果返回到客户端。这样就实现了系统与路口机的双向通信。系统的特点如下:1.采用c/s模式,方便的实现了数据的统一管理和通信。2.采取PSTN通信方式,可以可靠、方便的实现数据通信功能。3.采用数据库统一的存储和管理数据。q.通过通信服务器统一通信,保证了路口机的参数一致性。5.可以方便的实现对路口的线控和面控。2.3上位机软件系统上位机系统的软件系统部分可以划分为以下几个子系统:1.数据库系统。为了实现数据的统一存储和管理必须建立一个数据库系统。该系统建立在数据库服务器上,客户端可以通过局域网来存储和访问数据库系统中的数据。数据库系统是整个系统的核心和基础。2.交通管理信息系统。建立交通管理信息系统的原因如下:远程拨号绿波带交通信号控制系统的研究1)交通控制涉及的数据纷繁复杂,想要对数据进行存储和管理必须建立~个管理信息系统。2)管理人员希望了解路口的信息,从整体上把握路网的运行状态以形成对路口的统一管理。想要了解路口的信息必须建立一个管理信息系统。3)想要对路口操作进行分权限管理,必须建立一个管理信息系统。其中超级用户可以实现数据的新增、修改和删除,同时可以进行信息查询和下传、上传等全部操作:而普通用户只能进行查询和下传操作。4)要想对用户的操作进行记录和查询,必须建立一个管理信息系统。管理信息系统能够实现的功能主要有:1)数据的初始化功能。2)数据查询功能。3)数据修改、删除功能。4)日志记录、查询功能。变通管理倩息累境数据数II敦11日柳始化醐巨聃IL—L.日忠查询髂i图2.2交通管理信息系统功能结构图3.通信系统。通信系统的功能是实现系统与路口机之间的通信。通信系统分为服务器和客户端两部分。为了实现数据的统~通信,只设置一个统一的通信服务器,而客户端可以有很多个。客户端可以发送操作请求到通信服务器,再由通信服务器统一进行数据上传或者下传操作。通信服务器通过PSTN与路口机之间进行通信,再把通信结果返回到客户端。9——望矍丝殳燮萱!堑!堡曼丝型墨竺盟堡塞通悄系统客,、,端滕务器幽幽幽刨吲剧剧圜幽图2.4地理信息系统功能结构图软件系统的各子系统的比较可以由表2.1表示:表2.1软件子系统的比较所处位置数据库系统交通管理信息系统通信系统地理信息系统数据服务器客户端通信服务器、客户端客户端功能数据的存储和管理数据的初始化,提供有效信息进行数据通信模拟仿真因此,整个上位机系统软件结构可以用图2.5表示。10远程拨号绿波带交通信号控制系统的研究图2.5软件系统结构示意图由上图可以看出,数据库系统是整个系统的核心,其它各系统在数据库的基础之上为用户提供方便可靠的服务。这是因为数据库中存储和管理着其他子系统需要的数据,其他系统都要通过数据库系统来进行数据存储和访问。因此,整个系统的结构可以用图2.6详细表示:图2.6系统整体结构示意图远程拨号绿波带交通信号控制系统的研究2.4系统采用通信技术分析系统采用PSTN网络进行通信,是经过分析论证得出的结论。目前比较流行的通信方式及其特点如下:1.非专线的数据通信:是指多个数据通讯设备通过公用线路来进行数据通讯,例如使用PSTN网络进行拨号通讯。这种通信方式的优点是造价低,而且维护简单方便,但是不适用于大量的数据传输,速度慢,如果有多个数据设各同时使用公用的线路容易造成通讯堵塞,对于数据的保密性也较差。2.专线数据通信:是指点对点的数据通信,是指在通信双方之间有一条专门的数据通信线路,来完成双方之间的数据传输。这种方式的优点是数据传输速度快,而且传输数据量大,不会发生通讯堵塞的情况,数据的安全性强;缺点是由于要铺设或租用专线,成本很高,维护也较为复杂。一般的专线包括:DDN专线,DDN可以提供9.6kbps~2mbps的高速率通信,但是租用费用较高;ISDN专线,它的租用费用较低,一条2B斗D(一个B速率为64kbps,一个D速率为16kbps)ISDN专线可以提供64kbps--128kbps的通信速率;XDSL专线,在XDSL中较为成熟的是ADSL,它允许在一对双绞铜线上,进行非对称高速数据传输,上行速率224---640kbps,下行速率1.544~9.2mbps。但是其对线路质量要求较高,租用费用也是相当昂贵的。专线通信和非专线通信比较如表2.2:表2.2两种通信方式的比较非专线数据通信造价速度维护难易程度安全性造价低廉速度慢维护简单安全性差专线数据通信造价高昂速度较快维护非常麻烦安全性强通过上述比较可知,非专线通信并不占有优势,然而为什么系统采用非专线通信方式呢?这是因为:1.大部分路口已经铺设了电话线,并且路口机中大部分已经安装了Modem,因此采用PSTN进行数据通信基本上不用添加新设备。即使有的路口需要安装,铺设电话线和购置Modem的费用也很低廉。这就很大程度上节省了系统的费用。同时,PSTN的维护非常方便:然而,如果使用专线通信方式,就必须铺设专线、安装新设备,而这些的费用非常高。同时,对专线进行维护很困难a2.由于传送的数据量并不大,每个路口最多下传的数据量不超过5M,而上传的数据量就更少,因此采用带宽比较小的PSTN已经足够了a12远程拔号绿波带变遥信号控制系统的研究3.由于本系统属于“定周期离线优化”系统,不要求对路口进行实时控制因此采用传送速度较慢的PsTN网络也可以接受。因此系统决定采用基于PSTN网络的数据通信方式。2.5上位机与路口信号机的通信利用公共电话网络通过远程拨号方式实现对路口交通信号控制机的远程控制功能,在实际应用中,上级控制计算机对路口信号机的参数设置、修改非常方便、有效,不用到现场操作。因此,具有通讯功能的路口信号机,在参数输入时,可以不依靠键盘。本文研究的交通信号控制机的控制参数,分为两部分,一部分是路口信号机运行需要的基本参数,例如:子区号、路口号、灯组分配、相位分配、时段、计划等,在信号机初始化时,由上级控制计算机的串口输送给信号机;另一部分运行时经常修改的参数,由上级控制计算机通过MODEM,远程传输给路口信号机。这样,把比较繁琐盼参数通过上级控制计算机传送给路口信号机,简化了键盘输入。通信系统是整个系统的重要组成部分,因为若想实现交通信号的控制必须给路口机相应的运行方案来执行,而上位机中设计好的运行方案只有通过通信系统这个接口才能传送到路口机中。同时,系统有时会需要路口机中的数据,而这些数据也只有通过通信系统才能到达上位机。通信系统是系统上位机和路口机的唯一接口。通信系统采用C/S模式,即划分为客户端和服务器端两部分:1.客户端部分提供一个用户界厦,通过改界面用户可以向服务器发出操作请求,请求服务器执行相应的操作。操作的执行结果返回到客户端。通信系统的客户端部分通常运行在客户端机器上。客户端所提供的功能主要有:1)路口机初始化功能路口机控制信号灯工作时需要有相应的控制数据,而这些数据就由初始化功能提供。客户端发送路口机初始化请求给服务器,服务器在接到请求后,从数据库中取出相应的数据,按照一定的协议将数据组织成一个数据包,然后将该数据包下传到路口机。2)下传操作功能远程拨号绿波带交通信号控制系统的研究对路口机进行完初始化操作之后,如果还有某些数据需要进行修改时,可以选择相应数据下传到路口机。能够下传的数据包括:时段和计划。需要下传数据时,客户端会发出下传的请求到服务器,由服务器执行下传操作。3)上传功能系统有时需要了解路口机的状态,这时需要上传数据。能够上传的数据包括:特殊同设置、灯组方案显示、过渡方案显示、故障记录、路口时间和路13状态。需要上传数据时,客户端会发出上传的请求到服务器,由服务器执行上传操作。4)校时功能系统对路口信号进行控制时,需要路口机的时间是一致的,这样才可以通过调整参数来实现对路口的线控和面控。丽由于路口机本身存在着误差,所以每过一段时间,就要统一对路口进行校时。需要校时时,客户端会发出上传的请求到通信服务器,通信服务器将自己的时间传送到路口机。这样,路口机都以通信服务器的时间作为标准,保证了路口机时间的一致性。5)强制功能强制功能分为以下两种:路口强制功能:强制路口机执行某套方案。在发生特殊情况时需要路口机执行一套特殊的方案,因此需要强制的退出原来的运行状态,而执行特殊方案。需要路口强制时,客户端会发出路口强制的请求到服务器,由服务器执行路口强制操作。解除路口强制:解除对路口的强制。当特殊情况结束后,可以通过解除路口强制功能退出特殊执行方案,而继续执行方方案。需要强制解除路口强制时,客户端会发出解除路口强制的请求到服务器,由服务器执行解除路口强制操作。2.服务器端部分监控客户端发送来的操作请求,根据操作请求执行相应的操作。并将与路口机通信的结果返哩到发送请求的客户端。遥信系统的服务器部分通常运行在透信服务器上。服务器端部分提供的功能主要有:1)监控客户端发送的请求由于客户端随时可能发送请求,所以服务器端一直要处于监听的状态,当有请求到达时服务器端便检验请求的有效性。如果有效便执行相应的操作。2)执行客户端的请求当客户端的有效请求到达时,服务器端会根据一定的协议解读请求.并将请求转换为相应的操作。执行的操作主要有:路口初始化、下传数据、上传数据、14远程拨号绿波带交通信号控制系统的研究校验时间、路口强制和解除路口强制等。3)连接、断开路口机在服务器端执行相应的操作之前,通信服务器必须先与路口机建立连接,才能进行通信;而当通信结束后,通信服务器也必须将与路口机的连接断开,以准备下一次连接。4)向客户端回传数据当通信服务器执行完操作之后,它需要将通信的结果返回给客户端。返回的结果有两种:数据,当执行上传操作时,上传成功后通信服务器就将上传来的数据返回到客户端。系统消息,通信系统在执行完操作之后,无论成功与否都会将通信的结果反馈给客户端,客户端可以根据反馈信息采取相应的操作。系统为了实现数据的统一通信设置了一个通信服务器,而通信系统的服务器端部分就运行于该服务器;用户可以在客户端上使用通信系统的客户端部分通过局域网访问通信服务器,并要求通信服务器进行相应的操作。2.6交通信号控制机的控制功能本文对道路交通信号控制机实现的控制功能进行了研究,交通信号控制机应能够实现以下所列出的控制方式。1.无人行横道灯组的单路口多灯组的控制方式1)基本控制方式曲两相位两灯组b)两相位多灯组c)多相位多灯组在路口的基本控制方式中,根据路口形状(丁字路口、十字路口、五叉路口等),按照相位与灯组配合控制,有十几种控制方式。2)某一灯组实现特殊控制a)灯组晚开b)灯组早启、早断与晚启、晚断曲灯组跨相位控制d)附加的右转常绿色箭头灯的控制e)附加的左转常红色箭头灯的控制远程拨号绿波带交通信号控制系统的研究2.有人行横道灯组的单路口多灯组的控制方式按照公共安全行业标准GA47.2002《道路交通信号控制机》的要求,行人过街信号的转换序列为:红.绿-绿闪.红。行人过街信号灯与机动车信号灯在转换序列上是不同的,对行人过街信号灯需要单独的灯组控制。具体的控制方式同无人行横道灯组的单路口多灯组的控制方式。3.路口交通信号机的相位间的转换方式1)两相位一般情况下,相位间的转换过渡时间是相同的,但是,主干道与次干道相交的路口,车辆、行人横过主干道和次千道的安全时间是不同的。可能由A相向B相的相位转换过渡时间应该小于B相向A相的相位转换过渡时间。2)多相位要求任一个相位转换过渡时间都可以不一致,选择范围从0-20S;或者从特定的相位转换方案中选择一种。4.一天中不同的时段有不同的控制方式1)2)不同的时段可以实现对应不同的灯组安排。不同的时段实现不同的相位控制,实现多相位与两相位的转换,平峰时两相位、高峰时多相位。3)不同时段实现红绿灯控制、黄闪控制、灭灯控制等多种控制方式。5.单信号机控制多个路口的控制方式当两个路口距离很近时(如桥梁的两端),两个路口可以使用一台信号机控制,两个路口使用一台信号机不同的灯组进行控制,两个路口的控制参数可以设置相位差,也可以不设相位差。6.路段人行横道灯与路口信号灯的协调控制路段上人行横道灯是由行人通过行人按钮输入请求信号,行人过街控制信号机根据路段上的车流量的状况给出行人过街信号。行人过街信号机的控制不是孤立的,应该与上游和下游路口信号机协调控制,保证主干道绿波带不被行人横过道路影响。7.行人自助过街交通信号控制方式1)行人自助过街信号灯安装在路段时在没有行人请求过街时,机动车信号灯给出黄闪信号,提示机动车驾驶员此处是人行横道。请减速慢行。16远程拨号绿波带交通信号控制系统的研究当有行人请求过街,在机动车信号灯黄闪状态时,行人触摸自助过街按钮有效,机动车信号灯立即由黄闪状态转变成绿灯信号(5-20秒可调),然后绿灯闪烁3秒,黄灯3秒,红灯,同时,人行横道灯由灭灯转变成红灯信号,等待机动车安全停止后,人行横道灯变为绿灯(10—40秒可调),行人可以安全横过道路;当行人安全过街后,人行横道灯绿闪多次,变红灯,同时机动车信号灯变为绿灯,机动车通行,绿灯信号持续一段时间后(30-80秒可调),再变为黄闪,可以继续接受行人过街请求。机动车信号变化的时序为:黄闪一绿灯一绿灯闪烁一黄灯一红灯一绿灯一黄闪;人行横道灯信号变化的时序为:灭灯一红灯一绿灯一绿灯闪烁一红灯一灭灯。这样,机动车信号灯由黄闪变为红灯时,有10秒以上的过渡时间,能够保证机动车驾驶员有适应信号灯变化的安全时间,保障机动车和行人的安全;行人过街时间可以根据道路宽度调整;行人过街后,有30秒以上的时间保证主干道机动车的通行,不会因为行人频繁请求过街造成主干道机动车阻塞;行人过街自助按钮只有在黄闪状态时才有效。2)行人自助过街信号灯安装在路口时行人自助过街信号灯安装在支路的机动车数量很少的主路与支路相交路口,为行人和车辆横过主干道提供安全保障。在支路的停车线前安装了存在型车辆检测器,当支路的机动车在停车线停止时。信号机检测到支路有机动车左转或直行,在允许其过街时,及时给出绿灯信号,使支路机动车安全过街,避免路口交通阻塞。机动车过街的交通信号控制时序同行人自助过街请求时序。8.利用路口控制器控制其它户外设备户外设备为智能型设备,可通过路口控制器的通讯设备、通讯链路建立与中心控制单元的通讯。户外设备为非智能型设备或简单智能型设备,中心可通过路口控制器对户外设备进行按时间顺序的控制。17远程拨号绿波带交避信号控制系统的研究第三章上级控制计算机系统3.1数据库系统的设计与实施为了实现数据的统一管理必须在数据库服务器上建立数据库系统,其它客户端通过局域网远程访问数据库,这就是分布式的数据库系统。数据库系统是其余三个子系统的基础,是整个系统的核心,数据库中存储了其他子系统需要使用和访问的数据。其中的数据主要有:路口相关数据、特殊开相关数据、时段相关数据、计划相关数据、子区相关数据、过渡方案相关数据、灯组方案相关数据等。3.1.1数据库设计数据库设计的目标是在DBMS的支持下,按照应用的要求,组织设计一个结构合理、使用方便、效率较高的数据库及其应用系统。数据库设计的步骤主要包括:1.需求分析。全面、准确了解用户的实际要求。调查了解了用户的需求以后,还需要进一步分析和表达用户的需求。即磷出数据流图。数据流图表达了数据和处理过程的关系。2.概念结构设计。即设计数据库的概念结构。概念结构设计是整个数据库设计的关键,它通过对用户需求进行综合、归纳与抽象,形成一个独立于具体DBMS的概念模型。具体做法是:1)选择局部应用。根据某个系统的具体情况,在多层的数据流图中选择一个适当层次的数据流图,作为设计分E—R图的出发点。让这组图中每一部分对应一个局部应用。2)逐一设计分E—R图。选择好局部应用之后,就要对每个局部应用逐一设计分E—R图,亦称局部E—R图。3)合并分pR图,生成初步E—R图。消除各个分E~R图的冲突,形成初步E-R图。4)消除不必要的冗余,设计基本E—R图。3.逻辑结构设计。逻辑结构设计是将抽象的概念结构转换为所选用的DBMS支持的数据模型,并对其进行优化。一般要分三步进行:1)将概念结构转换为一般的关系、网状、层次型:18——一垩堡墼!堡垫萱奎里堡量丝型墨竺塑堑塞19远程拨号姆波带交通信号控制系统的研究根据数据流图进行概念结构设计,经过抽象简化,系统包括以下实体:1.子区:即一些路口组成的区域。包含属性有;子区号、子区名。2,路口:即交叉路口。包含属性有:路口号、路口名、所属子区号、24个灯组信息、传输类型、Com端口号、路口机IP地址、路口机IP端口号、服务器IP地址、服务器IP端口号。3.特殊日。包含属性有:特殊日编号、所属子区号、特殊日、所属工作日类型。4.时段。包含属性有:时段序号、时段号、时段名、所属工作日类型、总时段数、时段开始时间、备注、是否运行标志、修改用户名、修改时间。5.计划。包含属性有:计划序号、所属路13号、所使用过渡方案号、所使用灯组方案号、计划好、相位差、周期、16个相位的相位时间、是否运行标志、工作曰类型。6.过渡方案。包含属性有:过渡方案序号、所属路口号、过渡方案号、总相位数、备注、是否运行标志、修改用户、修改时间、相位号、绿闪时间、黄灯时间、全红时间、黄红标志。7.灯组方案。包含属性有:灯组方案序号、所属路口号、灯组方案号、总相位数、备注、修改用户、修改时间、是否运行标志、相位号、灯组标志。系统包含的主要联系有:1.予区一路口联系:一对多型。即一个子区可以有多个路口,而一个路口只能包含于一个子区。2.子区一特殊日联系:一对多型。即一个子区可以有多个特殊目,而一个特殊同只能包含于一个子区。3.子区一时段联系:一对多型。即一个子区划分为多个时段,丽一个时段只能包含于一个子区。4。路口一过渡方案联系:一对多型。即一个路口可以使用多个过渡方寨,而~个过渡方案只能被一个路口使用。5.路口一计蝴联系:一对多型。即一个路口可以使用多个计划.而一个计划只能被一个路口使用。6.路13一灯组方案:一对多型。即一个路口可以使用多个灯组方案,而一个灯组方案只能被一个路口使用。7.计划一过渡方案联系:多对多型。即一个计划有多个过渡方案可以选择,而一个过渡方案又可以被多个计划使用。8计划一灯组方案联系:多对多型。即一个计划有多个灯组方案可以选择,远程拨号绿波带交通信号控制系统的研究丌U一,r列组_力莱义oJ班硬多/r计划使用o9.时段一路t=l一计划联系:多元联系。一个路口的一个时段可以有多个计划可以选择,而一个计划又可以被一个路1:3的多个时段选择。根据上述对系统的实体和联系的分析,画出分E-R图如下:臣三卜—≤多——回臣互卜—≤>——圈臣[卜≮多——圈臣[卜—≤多——圈臣!卜●>——圈图3.2分E-R图根据分E-R图,合成基本E-R图如下:2l近程拨号绿渡带交通信号控制系统的研究图3.3基本E-R图根据基本E—R图进行逻辑结构设计,因为系统采用的是关系型数据库,所以将上述概念结构转化为关系模型。根据转换的原则可以将上述概念结构转换为如下关系模型:1.子区{子区号、子区名}。2.路口{路口号、路口名、所属子区号、24个灯组信息、传输类型、Com端口号、路口机IP地址、路口机IP端口号、服务器IP地址、服务器IP端口号}3.特殊日f包含属性有:特殊日编号、所属子区号、特殊日、所属工作同类型)。4.时段{时段序号、时段号、时段名、所属工作日类型、总时段数、时段开始时间、备注、是否运行标志、修改用户名、修改时间)。5.计划:包含属性有:{计划序号、所属路口号、所使用过渡方案号、所使用灯组方案号、计划好、相位差、周期、16个相位的相位时间、是否运行标志、工作日类型)。6.过渡方案{过渡方案序号、所属路口号、过渡方案号、总相位数、备注、是否运行标志、修改用户、修改时间、相位号、绿闪时间、黄灯时间、全红时间、黄红标志}。7,灯组方案{组方案序号、所属路口号、灯组方案号、总相位数、备注、修改用户、修改时间、是否运行标志、相位号、灯组标志}。远程拨号绿波带交通信号控制系统的研究8.方案选择{时段序号、时段号、路口号、方案序号}。但是,考患到子区每天所拥有的时段是变化的,为了减少数据的冗余性,把时段分为两个关系模型如下:时段{时段序号、时段名、所属工作日类型、总时段数、备注、是否运行标志、修改用户名、修改时间)。时段明细{时段序号、时段号、时段开始时间}。同理,将过渡方案也分为两个关系模型如下:过渡方案{过渡方案序号、所属路口号、过渡方案号、总相位数、备注、是否运行标志、修改用户、修改时间)。过渡方案明细{过渡方案序号、相位号、绿闪时间、黄灯时间、全红时间、黄红标志)。将灯组方案分为两个关系模型如下:灯组方案{组方案序号、所属路口号、灯组方案号、总相位数、备注、修改用户、修改时间、是否运行标志}。灯组方案明细{组方案序号、相位号、灯组标志)。3.1.2数据库实施数据库实施即是利用数据库管理系统将上述关系模型物理实现。系统使用的数据库管理系统是Microsoft的SQLServer7.0。SQLServer是分布式的数据库管理系统,其特点是操作简单、性能稳定,因此已经被广泛使用。利用SOLServer的EnterpriseManagementTool可以很简单的将上节的关系模型建立起来。建立起来的数据库名为mydb,其中表的具体结构可以参见附录一。至此,数据库已经建立起来,但是数据库尚未完善,因为还没有建立起数据之间的相关关系和对数据的约束。经过对系统功能和控制思想的了解,系统要求实体间必须具备以下相互关系:1.新增~个子区时,相应为子区的每个工作日类型添加相应的默认时段。2.新增一个路口时,相应根据该路口的默认相位数生成相应的计划、灯组方案和过渡方案。3.删除子区时,为了保持数据完整性,相应删除其他表中的相关数据。4.删除路口时,相应删除其他表中的相关数据。5.把路口添加到一个子区时,相应增加IntPerPlan表的条目。6.把路口从子区中删除时,相应删除IntPerPlan表中的条目。远程拨号绿波带交通信号控制系统的研究7.总灯组数的自动计算。8.相位周期的自动计算。系统要求数据需要满足的约束主要有:1.尚在子区中的路口不能直接删除。2.每个子区每天最多有16个时段。3.每个子区最多有48个特殊日。4.每个路口每天每个时段最多有16条计划可以选择。5.每个路口每条计划最多有6个过渡方案可以选择。6.每个路口每条计划最多有4个灯组方案可以选择。7.时段之间的间隔不得小于15分钟。8.对方案进行调整时,当周期发生改变时的提示。上述的问题,可以通过触发器进行解决,下面举例说明触发器的使用:1.添加子区时,需要相应添加默认时段。因为总共有12个工作日类型,每个工作日类型最多有16个时段,所以最多需要添加12.16=192条记录。此操作涉及Periods和Period_Details两个表。在子区表Area中添加一条记录,需要相应在Periods表中添加12条记录,在PeriodDetails表中添加相应的记录。此问题可以通过两个触发器解决:1)Area_insert触发器,功能:当子区表中添加记录时自动触发,自动为Periods表添加相应的12条记录。2)Periodsinsert触发器,功能:当时段Periods表中添加记录时自动触发,自动为Period_Details表中添加相应的默认时段。此处应该注意的是由于加入一个子区会产生12条记录同时添加到Periods_Detaiis表中,这时会造成数据库难以判断加入的是那一条记录,所以此处使用了游标,具体代码如下:declarepersercursorcursorforselectPerSerfrominsertedopenperser—ctirsorwhile(0=O)beginfetchnextfrompersercursorintoOperserif(@@FetchStatus<>O)break//此处为向PeriodsDetails中添加默认时段endcloseperser—cursordeallocateperser_cursor远程拨号绿披带交通信号控制系统的研究通过上述两个触发器就可以实现要求的功能了,详细代码请参见附录二。2.删除子区时,为了保持数据完整性,相应删除其他表中的相关数据。这个要求也可以通过~个触发器area_delete实现。即删除子区时,自动触发相应删除特殊日表Specdate、时段表Periods、时段明细表PeriodsDetails中的相关条目。3.对于要求时段之间的间隔不得小于15分钟,也可以通过触发器insert实现。其功能为,当加入一个时段时,自动判断它与相Period_Details邻时段的时间差,如果时间差大于15分钟,则撤销数据库操作即rollback。但是,值得注意的是:加入的时段是随机的,然而系统要求时段号按照时间先后顺序排序,所以应该先找到和加入时段相邻的时段,然后将该时段插入,则这后的时段号要自动加1。代码实现请见附录二。4.对于要求每个子区每天最多有16个时段,可以通过触发器Periods_check实现。其功能为:当加入一条记录时,自动检查现有记录总数,如果已经等于16,则说明不能在继续添加记录,此时撤销数据库操作rollback,同时发出错误消息(RaisError)。5.当新增一个路口时,要生成相应的计划、灯组方案和过渡方案。这可以通过触发器intersactions—insert实现。其功能是:当添加一个路口,根据添加路口的默认相位数,自动向Plans、Lights、LighttransitionDetails、Transitions、details表中添加相应默认信息。因为需要自动添加的数据过多,2实现。所以这个操作需要执行2分钟时间。于是此处考虑采用一些存储过程来缩短执行时间。例如,对于2相位路口,生成计划时采用了存储过程insert有关存储过程的代码请参见附录三。plans至此,系统的数据库子系统已经建立完成了。此后,只需对数据库进行定期维护、优化和定期备份即可。3.2交通管理信息系统分析与实现交通管理信息系统是整个系统的重要组成部分,它可以完成数据初始化操作、数据查询操作、数据修改删除操作、日志管理等多项功能。数据库系统是整个系统的核心,但它只能提供极其庞杂而没有关联的数据,而交通管理信息系统的作用在于它将这些庞杂的数据巧妙的组织在一起,为用户提供更容易理解的信息,以使得用户能够通过简单的交通管理信息系统来操作相对复杂的数据库,这样就使得复杂的数据库变得透明了。用户能够看到的只有方便易用的交通管理信远程拨号绿波带交通信号控制系统的研究息系统了。本系统采用Borland公司的c++Builder5.0开发。采用该软件进行开发主要考虑到以下几点因素:i.c++Builder采用c++语言作为宿主语言,c++使用方便,简单易学而且功能强大。2.利用c++Builder开发速度快,开发时间短。3.C++Builder功能丰富,稳定易用。4.C++Builder进行数据库编程方便快捷。因为系统中的大部分操作都涉及到数据库编程,所以选择一个简单易用的开发工具就显得十分重要了。3.2.1c++Builder简介lder是用于电子商务、Internet应用和数据库编程等开发的最佳工c++Bui具之一。下面仅就数据库编程方面的控件进行简单介绍。利用c++Builder进行数据库编程十分方便,一般需要进行一下步骤:首先,把一个数据集放到Form或数据模块上,指定要访问的数据库和表;然后,把一个TDataSource元件放到Form或数据模块上,设置它的Dataset特性指定数据集;最后,把一个数据感知控件放到Form上,设罨它的特性指定数据源。主要使用的控件包括:1.TTable控件1)TableName特性:用于指定要访问的表。2)DatabaseName特性:用于指定要访问的数据库。2.TQuery控件1)DatabaseName特性:用于指定要访问的数据库。2)SQL特性:用于指定要执行的SQL语句。在设计期,可以单击SQL特性边上的省略号来打开一个字符串列表编辑器进行SQL语句编辑。在运行期,可以通过SOL特性来指定要执行的SQL语句。首先要关闭数据集;然后把SQL特性晴空:在调用TStrings的Add0加入SQL语句。3)Open函数:用于打开SQL语句指定的一个数据集。4)ExecSQL函数:用于执行SQL语句。与Open0不同的是,它不返回查询结果,适合于执行INSERT、UPDATE或DELETE语句,而Opell0适合于执行SELECT语句。5)Prepare函数:通知服务器预先分配好内存,作一些优化工作,以便执行远程拨号绿波带空通信号控制系统的研究SQL语句。其实,Open和ExecSQL函数会自动调用Prepare函数,入骨没有实现准备的化。但为了提赢程序的性能,最好先调用Prepare函数,再调用open和ExecSQL函数aPrepare函数会占用一些系统资源。因此,在执行了SQL语句后应当即是调用UnPrepare函数来释放资源。6)UnPrepare函数:执行了SQL语句后,应当即是调用Unprepare函数来释放资源。3.TStoredPrOC控件1)StoredProcName特性:用于指定要在服务器上执行的存储过程的名称。2)ExecProc函数:用于执行存储过程。3)Open函数:用于执行存储过程。Open函数可以返回数据集的子集,而ExecProc函数智能通过输出函数来返回结果。4.TDatabase控件1)A1iasName特性:用于指定要连接的数据库的别名。在修改这个特性之前,要把Connected特性设为false,否则将触发异常。A1iasName特性与DriverName特性是互斥的,设置其中一个,另一个将被清空。2)DatabseName特性:用于定义一个应用程序专用的别名。3)DriverName特性:用于指定一个数据库驱动程序的类型。4)Exclusive特性:这个特性设为true,应用程序就可以独占对数据库的访问。5)Params特性:用于设置连接数据库所需要的参数。3.2.2交通管理信息系统交通管理信息系统应该包括以下功能:1.数据的初始化功能。系统要进行信号控制就必须具备控制数据,而这些庞杂的数据大部分需要人工输入,操作十分复杂。因此,需要一个方便、快捷的数据初始化工具。2.数据查询功能。管理人员想要了解路口信息时,,系统应该能够准确、快捷的提供相关信息。3.数据修改、删除功能。需要对数据库中的数据进行变化时,系统应该能快捷准确的进行修改或删除。4.日志畦录、查询功能。系统要求记录所有操作,并能够方便的进行R志查询。远程拨号绿被带交通信号控制系统的研究因此,该管理信息系统可以划分为如下几个子模块:1.子区模块。功能:新增子区、子区相关信息修改和删除子区。2.路口模块。功能:新增路口、路口相关信息修改、删除路口、把路口添加到子区、把路口从子区内删除。3.特殊日模块。功能:为某个子区添加特殊日、修改已有的特殊日、删除已有的特殊日。4.时段模块。功能:为予区添加时段、修改已有时段信息、删除已有时段。5.计划模块。功能:为子区内的路口的各个时段选择相应计划、修改已有计划、复制计划。6.过渡方案模块。功能:为计划选择过渡方案、修改已有过渡方案。7.灯组方案模块。功能:为计划选择灯组方案、修改已有灯组方案。8.日志模块。由于系统每天会有大量操作,为了对各类操作进行有效管理,需要将各类操作的内容、操作人员、日期记录下来。功能:系统操作的记录、各类操作的查询。交通管理信息系统的功能结构可以用图3.4表示:图3.4交通管理信息系统功能结构图下面对部分功能模块进行介绍:1.路口模块的新增路口功能。在新增一个路口时需要输入的数据主要有:路口名、路口默认相位数、24个灯组信息、路口连接方式、电话、路口机IP、IP端口号、Com端口号、服务器IP和IP端口号。其操作界面如图3-5———————————————塑燮垫茔塑笪量丝型墨竺些塑窒图3.5新增路口窗口输入信息确认后,按确定键将执行下列代码:Queryl一>Close():Queryl一>SQL一>Clear():Oueryl一>SQL一>Add(insertQueryl一>ExeeSQL0:intointersactionswhere……):这时将会触发数据库中的intersactions—insert触发器,相应的为Plans、Transitions、transition_details、Lights、light_details表掭规相应信息。2.计划模块的修改已有计划功能。计划中可以修改的数据有:各相位时间、相位差、计划状态、计划注释。当用户调整后的周期发生变化时,系统会自动提示用户是否改变。因为计划操作比较重要,所以系统容许用户取消上次操作。如图3.6所示,系统使用了取消调整功能。其实现方法是:设置一个与Plans表结构相同的表Plans—temp,先将Plans表中数据全部拷贝到Plans—temp表中,这样Plans—temp表就成了Plans表的替身。当用户调整结束后,点击“确认调整”按钮,确认后系统荐将Plans—temp表中的数据拷贝回去,这样就实现了调整的功能。而如果用户觉得所做的调整不满意便可以使用“取消调整”,这时因为Plans表中的数据是未经调整的,所以只需将Plans表中的数据拷贝到Plans~temp表中即可实现取消调整功能。远程拨号绿波带交通信号控制系统的研究图3.6修改计划窗口3.计划模块的复制计划功能。因为每天都有大量的数据需要输入,这样使得操作及其繁琐。然而考虑到周一到周五计划数据相似,周六、周日、特殊日一到特殊日五的数据也相似,所以只要设置好一天的计划,将该天的计划复制给其它天,再进行一定修改就可以大大减少操作的复杂性。复制功能分为两部分:1)复制全天。即将某天的计划内容、时段内容、所选过渡方案号、所选灯组方案号和每时段选择计划号全部复制给选定的工作日。其窗口如图3.7所示。远程拨号绿波带交通信号控制系统的研究图3.7复制计划窗口如图所示,只要先选择某个路口的某个工作日作为源,然后再目的中选择相应的工作日(可以多选),按确定键即可实现复制功能。2)复制路口。同一个子区的路口相关数据也大致相同,因此为了减少操作的繁琐性,系统提供了复制路口功能。复制路口是将源路口的全部信息全部拷贝到目的路口。其窗口如图3.8所示。图3.8复制计划窗口——一一垩堡丝里堡墼堂奎望堕望墼型至竺塑堕壅如图所示,路口复制只支持同子区路口之间的相互复制,这是因为系统要求子区内的路口周期相同。只需在源框中选择源路口,然后在目的框中选择目的窗口(可多选),按复制键即可实现复制路口功能。4.计划模块的选择计划功能。路口每个工作f=1的每个时段最多可以有16个计划可以选择(O--15),选择计划的窗口如图3.9所示。图3.9选择计划窗口在计划号下拉框中选择相应的计划号,窗口即相应显示该计划的内容,选择完毕后按选择键即可实现选择计划功能。5同志模块的同志记录功能。系统要求记录用户的操作,其实现方法为:设定一个同志Log表(请参见附录一),该表包含字段有:同志序号LogSer、R志号LogNi/m、修改用户ModiUser、修改时问ModiDale、备注Memo、是否传送到路口机标志1STran、子区号ARNum、路口号ISNum。其中f={志号根据不同的操作进行编码。然后在进行操作的代码处加入下列代码:Queryl一>Close0:Queryl一>SQL一>CIear0:Queryl一>SQL一>Add(“insertjntoLogwhere……”):Queryl一>ExecSQL0:这里只需根据操作的不同选择不同日志号,这样就实现了Ff志的记录功能。6,闩志模块的日志查询功能。日志记录的目的是对历史操作进行查询。其远程拨呼绿波带交通信号拄制系统的研究密口如图3.10所示。图3.10日志管理窗口系统为用户设黄了多种查询方式:1)查询全部记录。2)按路13进行查洵。根据用户选择的路口进行鸯看关于该路口的操作。3)按子区进行查询。根据用户选择的子区进行查看关于该子区的操作。4)按用户进行查询。根据用户选择的用户名进行查看该用户所进行的操作。同时系统还设置了多种辅助查询手段:1)显示全部记录。2)显示3天内的记录。即显示距离今天三11内的记录。3)显示5天内的记录。即显示距离今天五Ij内的;已录。4)显示10天内的记录。即显示距离今天十日内的记录。5)显示20天内的记录。即显示距离今天二十F1内的记录。6)只显示传送到路口上的操作。这样就为用户的查询工作提供了很大的方便。其中显示3天内的记录的实现代码如下:Queryl一>Close0:Query卜>SQL一>Clear():远程拨号绿波带交通信号控制系统的研究Oueryl一>SQL一>Addfselect木fromDATEADD(dd,-3,GETDATE())<ModiDate):Queryl一>ExecSQL():至此,管理信息系统的功能就已经全部完成了。3.3通信系统的设计3.3.1通信系统分类通讯系统的功能已经在第二章第五节作了介绍,图3.11是通信系统的工作过程。图3.11通信系统结构示意图可以看出通信系统的通信可以分为两个部分:客户端与通信服务器之间的通信,通信服务器与路口信号控制机之间的通信。1.客户端与通信服务器之间的通信通信服务器与客户端之间进行通信的内容主要是通信请求(通信命令)和数据,然而要想分别出来通信的数据到底是通信命令还是纯粹的数据就必须建立一远程拨号绿渡带交通信号控制系统的研究套通讯协议来规范客户端和通信服务器之间的通讯,以此来识别各种通讯命令和数据。整套命令协议分为路口通讯命令和自定义命令两大类。路口通讯命令协议类主要是针对服务器与路1:3机之问的通信协议而对应设置的,这类命令是服务器要和路口机真正通讯的。此类通讯命令的格式为:子区号路口号命令字头1命令字头2数据内容校验和。其中数据内容则依据命令不同而不同;而自定义命令类是为了辅助前一类命令而设置的,并没有实际的数据内容,此类通讯命令的格式为:子区号路1:3号命令字头1命令字头2。命令协议的详细内容这里就不列出了。由于系统采用了Client/Server的通信结构,而通信服务器和客户端之间采用局域网进行连接,所以采取了基于TCP协议的Socket的编程技术来实现客户端和通信服务器之间的通信控制过程,通过自己开发的一套专门用于本系统的应用层协议来实现指令和数据传递。因为Socket本身就是一个多线程的编程技术,这样就保证了多个客户端同时连接通信服务器时不会彼此干扰,根据通信命令协议可以使通信服务器辨别来自不同客户端的不同命令,真正达到多个用户在线操作的效果,从而提高了系统的使用性能。同时由于客户端的信息都由数据库服务器来进行管理,这样就省去了通信服务器对于客户端的信息管理,减少了通信服务器的负担。2.通信服务器与路口信号控制机之间的通信同客户端和服务器之间的通讯一样,通信服务器和路口机之间也需要制定相应的通讯协议,来区分各种命令和数据。按照服务器和路口机之间的传输方向,将协议分为两种:一种是下传参数协议(由服务器到路口机),一种是上传参数协议(由路口机到服务器)。通信服务器和路口机之闻的通信方式有三种:1.拨号连接通信。这种通信方式适用于铺设了PSTN,并且安装了Modem的路口机。这种通信方式的特点是费用低廉、连接方便。因此,该种通信方式是系统默认的也是使用最多通信方式。2.TCP/tP通信。这种通信方式适用于铺设了DDN专线或者光线的路口机。这种通信方式的特点是费用较高、维护困难、连接快捷、数据传输稳定。由于这种通信方式要求较高,所以它不是系统默认的通信方式,使用的比较少。但是考虑到将来的升级,所以系统也预留出这种连接方式。3.串口直联。即将通信服务器和路口机通过Com端口直接相连,来进行通信。这种通信方式的特点是连接简单、需要设备最少,只需要一根数据线即可实现连接。但是,由于串口直联不可能远程通信,所以这种连接方式要求人员必须——一垄垄堡兰塑垫萱奎塑笪量篓型墨竺塑堕塞到路口机亲自操作,所以比较麻烦。这种连接方式是“单机版’’系统的主要通信方式,这里保留了这种连接方式也是为了“向上升级”。3.3.2通信系统工作流程下面以拨号连接路口为例介绍通信系统的工作流程:1.客户端流程:1)连接通信服务器;2)选择子区,选择路口,发送接通路口命令到通信服务器;3)服务器接通路口后,选择~个对路13的操作命令发送的通信服务器;4)接受服务器返回的命令执行的信息;5)重新选择操作命令,操作全部完成后,发送挂断路口的命令的通信服务器,6)关闭客户端。2.通信服务器流程:通信服务器通过分析客户端发来豹信息和命令来和路口桃通讯,所有来自客户端的信息和命令都是在服务器上的Socket中的OnRead事件中进行处理,具体的处理流程如下:1)接受客户端发来的信息和命令,读取数据2)通过分析该客户端的ScokctData,来判断客户端是同tNIl来街上通信服务器,还是已经和路口机接通,等侯命令中;31如果是刚刚来接好通信服务器,则分析客户端所发来的路口的信息,从通讯服务器中查询到路口相应的电话号码,分配一个空闲的Com端口,接通路口;4)如果已经与路口机接通,则分析客户端发来的命令信息,通过命令字头判断命令类型,下传给路口机相应的命令和数据;5)接收来自路口机发回的关于命令执行的信息,和发送回来的数据,并传送回相应的客户端6)接受挂端客户端挂断路口的命令,挂断路口,将Com端口空闲因此,拨号连接通信系统的工作流程可以用图3.12表示:远程拨号绿被带交通信号控制系统的研究图3.12拨号连接通信系统的工作流程37远程拨号绿波带交通信号控制系统的研究实践已经证明,将先进、灵活的数据传输技术应用于交通控制系统中,实现了上下位机的多方式的实时数据通讯后,使得交通信息采集通信更加快速、准确,交通管理者能够及时、方便的解决突如其来的交通问题,切实有利于城市交通道路的管理,提高了整个交通路网的运转性能,对于发挥交通路网的功能起到了很大的推动作用。3.4地理信息系统(GIS)的开发3.4.1地理信息系统概述地理信息系统(GeographicalInformationSystem,简称GIS)是20世纪60年代发展起来的一门具有空间数据分析功能的计算机系统。从功能上讲,它是一个获取、存储、编辑、处理、分析和管理地理空间数据的系统;从内容上讲,它是一个包含了计算机软件、硬件,地理空间数据和专业人员的系统。总之,它是一个以计算机为工具,具有地理图形和空掏定位功能的空间数据管理系统,是一种特殊又非常重要的信息系统。地理信息系统的蓬勃发展,使之成为信息产业的重要一环。其应用广度与科学内涵,远远超过过去以制图自动化与图形分析为主体的初级水平,逐步形成跨学科的多层次、多功能的区域综合与空间分析工具。地理信息系统已不仅仅局限于研究物质流与能量流的信息载体,而且包括研究地学信息流程的地球动力学机理与时空特性、地学信息传输机理的不确定性(多解)与可预见性(多维)以及制定对地观测与数字模拟的特定技术手段与分析研究方法。GIS的发展是伴随着电子计算机的发展和社会需要而逐步发展起来的。近年来,随着计算机的发展,特别是计算机互联网技术的高速发展和广泛普及,使得GIS的应用越来越广泛、越来越普及、越来越深入了,G1S的发展前景也就越来越广阔了。地理信息系统的起步虽不算早,但是地理信息系统软件却有很多。比较典型的有:国外的Mapinfo、ArcGIS以及国内的TopMap、SuperMap等等。这些软件基本都具备如下功能:l、电子地图组织与整理;2、地图浏览、实体选择与编辑;3、图层的实体分级显示;4、图层属性数据管理及其与空间数据的关联;5、专题分析;6、空间查询与操作;7、栅格分析;8、等值线、等值面分析;9、拓扑分析;10、网络分析等。远程拨号绿波带交通信号控制系统的研究3.4.2交遥控制系统与地理信息系统的结合交通领域涉及到地理位置信息和与道路、交通设旌相关的各种属性的问题。交通数据包括各种静态、动态数据,其中静态数据包括路网状况、路口参数、交通设施、停车场及对交通流有很大影响的机构、场所等等,而动态数据则主要涉及交通流、拥挤路段、路口排队状况以及绿波带状况等,这些数据都有很大的地理位置依赖性,如果只是简单的将这些数据存储到系统中再和地图对照或者将其与地理信息隔离开,都将导致数据的孤立,降低交通控制系统的有效性。只有当这些数据和地理信息系统有效的整合在一起时,这些数据才会变得更有价值。从而对交通控制起到指导、检验和优化的作用。随着当前道路交通建设规模的扩大、交通设施现代化程度的提高以及路网的复杂程度的闩益增加、交通流变化频率的加快,交通部门的各项工作J下同趋紧张和繁忙。如仍沿用几十年以来的分析、绘图和现场采集方法去解决各种数据的收集与处理工作,将大大限制了他们应付当今各种复杂问题的能力;同时还会遇到各种交通控制和管理中解决不了的问题。GIS凭借其强大的数据综合、地理模拟和空间分析能力,已在交通规划、综合运输、公共交通等方面有了广泛的应用,并取得了显著的经济效益和社会效益。引入GIS后,可以利用微机与系统主机相连接,通过电子地图的各种颜色显示标志,实时显示以下内容:控制区域范围全部信号灯的显示状态、路口拥挤程度、信号控制机工作状态的显示。支持远程监视、控制和维护功能。与交通监视系统联网,可将路口场景实时地传到指挥中心的交通控制主机,结合路口交通信号机传来的信号机及信号灯状态。在这样一个综合系统中,可以实现建立、编辑、显示、查询、分析和管理空间数据库,对交通控制和管理具有以下作用:l、数据的地理依赖性分析处理2、灵活的地理线性数据模型3、复杂的空间分析能力4、结合数据提供特定区域未来参考模型5、实时生动的交通控制模拟功能在交通控肯《和管理中引入地理信息系统的概念,既符合交通管理者的要求又符合交通的广大参与者的要求。在这个多媒体系统中,施工单位可以根据现有路段、路网信息对新的交通建设做出规划,管理人员可以通过各种检测手段实时监测路段、路况信息及交通状况,并在此基础上实施控制;同样,对于交通参与者来说,借助于卫星定位系统可以获取更多的交通信息,从而选择最优行使路线,远程拨号绿被带交通信号控制系统的研究以提高效率节省时间。3.4.3地理信息系统的开发引入地理信息系统构建综合信怠处理平台,首先要进行软件的开发,然后是大量数据的采集和录入,最后才是信息的综合管理和数据处理。下面首先简单介绍一下软件开发:在微机中装入TopMapProfessional软件,其嵌入式开发组件TopMapAetiveX将会被安装到系统中,在cHBuilder中我们可以直接导入该组件,著将其作为控件放在控件选项卡中。TopMapActiveX是一个集各种数据模块于一体的嵌入式组件,该组件具有各种内部函数,这些函数涉及地图的调入、浏览、修改、保存等操作,以及有关图层、对象的各种操作,使用c++Builder语言的各种控件结合TopMapAetiveX可以实现各种有关地图的操作;再结合数据库等其他开发工具,将有效地实现各种数据的分析与结合。在前端和后端平台上交通管理人员均可以观察到各种路网、路口、交通设施等方面的详细信息。在软件开发上,本系统目前只涉及有关路网信息、路口信息以及路口、小区的模拟,其他部分正在进一步的开发中。目前的系统平台已经包括综合数据库,其中存储了有关路网、路口的各种地理信息及数据信息。以对路口状态的观察为例,不仅可以实现在线实时观察路口,并可以通过时间比例的设定对路口计划的执行周期进行放大和缩小,从而可以更直观的观察路口的计划执行状态。由交通控制系统进入交通模拟这部分,将看到如图3.13所示的界厦。地图操作菜单项下主要有以下几个选项组成:放大、缩小、点击、漫游、全国显示,分别用来调入TopMap系统中的放大、缩小、点击、漫游、全图显示工具,来对地图进行相应操作。TopMap系统将上述操作模块化,生成函数,以方便调用。——————————————.望矍丝墨壁婆堂壅塑笪呈丝型墨竺塑堡塞图3.13地理信息系统的界面动态显示下的菜单项是这部分的主要功能之所在,主要有四块:(1)观察路口(2)观察小区(3)路口模拟(4)小区模拟。菜单项(1)是指路口当前状态的实时展示。程序实现上是按照下面的流程进行:首先根据当前时间对数据库进行查询,由当前时间可以得到所选路口的详细信息及其所在小区的特殊日信息(特殊日是指路口机上预存的日期,及相应日期所采取的计划号)以及工作日类型、时段、计划等信息。根据当前时间还可以判断出当前所处的特定时段区间,然后根据此信息查询对应的计划、过度方寨,再由过渡方案和灯组类型、灯组方案计算路口的每一个灯组所处的状态,在窗口显示之前将上述数据统统调入内存,这样可以避免程序执行过程由于对数据库进行查询而影响速度。这样,由To洲apActiveX控件的数据管理、实体属性数据运算以及地图展现功能就可以将路口时实状态展现在桌面上,这样,公路交通控制人员不仅可以通过路口图了解路口灯组分布状况,还可以清晰的看到路口的灯组计划执行情况,从而避免进入数据库进行查询及计算带来的分析路口状态的麻烦。值得说明的是,在路口信息展示的过程中避免了直接用信息采集工具对路口的状态进行扫描,但其前提是本系统中的路口信息对数据库的数据依赖性。所有4I远程拨号绿渡带交通信号控制系统的研究的数据在下传之前都已经在数据库中做过纪录,并采用字段IsSetting来表示其是否下传。这样用来进行路口展示的数据才是实时的。图3,14为路口展示的界面。图3.14天津市交通控制地理信息系统的路口展示作为系统建设的重要一步,我们应在软件开发完成后采集并录入所有的必要信息。主要有:(1)各种地图(2)各种重要的机构、标志性建筑、与交通有关的其他地理位置作为图层标志(3)路段信息(4)路况信息及交通标识(5)路口机红绿灯设置及与交通控制有关的公路标志线。数据的采集过程可以借助各种感应装置、摄像器材、计算机绘I虱等方式。在数据的采集过程中,值得注意的是数据的空间相关性以及数据的格式兼容性。有了足够的信息,我们就可以对数据进行综合,录入到数据库中。作为新一代交通控制系统,我们引入地理信息系统的最终目的是实现控制与管理的高效。系统构建和大量数据的采集是基础,更为重要的是如何处理利用这些数据。有了交通的各种基础设旋参数以及交通控制的各种管理参数,一方面可以通过参数实时展示路口、路网交通状况,可以对路网规划、路网交通设施的管理维修作系统化高效化管理。另一方面,建立在各种数据的线性分析、立体分析的基础上,可以根据地理位置与数据的相关性对交通实现诱导,同时可以实现未来交通流预测,提供未来交通规划参考模型。远程拨号绿波带交通信号控制系统的研究第四章远程拨号绿波带交通信号控制机4.1基本功能和技术指标4.1.1基本功能根据公共安全行业标准GA47.2002《道路交通信号控制机》的技术规范以及路口交通信号控制的实际需求,本文完成的远程拨号绿波带交通信号控制机基本功能如下:1.信号机通电开始运行时信号机先进行自检,然后有三种启动方法:(1)按照行业标准[0A47-20021的要求,路121信号机启动时,“黄闽、全红”数秒后,进入正常控制状态。(2)根据需要,路口信号机启动时,跳过“黄闪、全红”,直接进入『F常控制状态。(3)根据干道绿波协调控制的需要,先进行相位差双向大步长调整,输出“黄闪”信号,等相位差调整完毕,再进入正常绿波带控制状态。2.机动车信号与非机动车信号的转换序列为:红一绿.绿闪.黄.全红.红;行人过街信号的转换序列为:红-绿.绿闪一全红一红。3.相位问的过渡时间可调,即绿闪、黄、全红的时间可调,0.20秒。4.黄闪信号和绿闪信号频率为60次/秒,信号暗亮时间为1:1。5.信号机从自动控制方式转入手动控制方式时,手动开关作用以后,保持原有相位的最小安全时间,最小安全时间根据路口实际情况设定;从手动控制方式转入自动控制方式时,信号状态不能突变,各相位信号保持转换时刻的状态,并从当前信号状态开始以自动控制方式开始运行。6.故障监控功能远程拨号绿波带交通信号控制机具有看门狗自诊断电路,能够检测到信号灯的故障,对故障类型及故障发生的时间等故障信息进行存储记录。所存储的故障信息能够在信号机或上级控制计算机上显示、查阅。远程拨号绿波带交通信号控制机配备了独立黄闪模块,发生严重故障,信号机立即进入黄闪或关灯状态。7.信号机的控制功能(1)远程拨号绿波带交通信号控制机具备黄闽、灭灯、多时段定时绿波协调、行人请求、手动强制控制五种工作方式。(2)每天可设置16个时段,12个计划方案。远程拨号绿波带交通信号控制系统的研究(3)能够实现16个相位设计。(4)远程拨号绿波带交通信号控制机信有2至12个独立信号组输出。(5)每个行人过街触发模块提供2个独立的信号组输出。(6)信号机出现故障时,顺序降级为:绿波带协调控制一多时段定时控制.黄闪一关灯。8.通讯功能(1)路日信号机与上级控制计算机的通讯方式有两种,利用光纤、专线等通过RS232/RS485串ISl通讯;利用公共电话网络通过远程拨号方式通讯。(2)远程拨号绿波带交通信号控制机的上传信息包括:路口信号机故障信息,信号灯灯色信息,路口信号机特征参数,时间信息等。上级控制计算机下传信息包括:时间信息,状态查询信息,路口信号机配时方案信息,灯色信息,其他人工强制命令等。9.相位差双向调整功能相位差是相邻灯控路口协调相位之间绿灯起步时刻之差,是实现干道绿波带控制的重要参数。普通的多时段定周期路口控制器是依靠设置首相位起步时间来定义相位差,进而实现无电缆干道的绿波带控制。这种方式要求绿波带上的各个路口控制器除了设置相同的时段和周期外,开机时刻还必须统一,才能形成有效的千道绿波带控制。但是,当任何一台路口控制器因为某种原因(如断电、强制、上位机校时等)重新正常运行后,事先设置的相位差就失去意义,只能等到第二天的重新运行,才能恢复正常的绿波带控制。远程拨号绿波带交通信号控制机计算实际运行时刻与计划运行时刻的差异,进而推导出实际运行相位差与计划运行相位差的时间差,通过适度延长或缩短实际运行周期的长度,调整到事先设置的相位差,从而保证了绿波带控制的准确和有效。4.1.2技术指标1.时段时段按照星期循环设置,每天最多可设16个时段,一周内每天的时段可以不同。全年还可以单独设置五种特殊日专用时段,每种特殊日最多可设16个时段。全年特殊日除使用五种特殊的时段外,还可以选用周一至周日的任何一天的时段设置。——.一2.计划望堡塑量壁婆堂壅望笪量丝型墨竺塑婴塞计划按照星期循环设置,每天最多可设12个计划,一周内每天的计划内容可以不同。全年还可以单独设置五种特殊目专用计划,每种特殊日最多可设12个计划。全年特殊日除使用五种特殊的计划外,还可以选用周~至周同的任何一天的计划设置。周期时间:o-4096秒可调;相位差:O-255秒可调;每个相位绿灯信号时间:O-255秒可调。3.相位该交通信号机提供了16个运行相位,每个相位支持24个灯组输出。4.灯组(1)灯组方案该交通信号机提供了4种不同的灯组方案,对于不同的时段,可以选择不同的灯组方案。每种灯组方案最多可支持24个灯组输出。这种功能对于每天中不同的时段采用不同的相位控制提供了很好的解决方法。(2)灯组定义该交通信号机支持24个灯组输出,每个灯组支持六种定义,绿黄红、绿红、单绿(两种)、单红(两种)等,可供机动车灯、行人过街灯、跨相位灯及特殊灯选用。灯组方案与灯组定义配合使用,使该交通信号机的控制方式灵活多样,能够实现单灯色控制、独立相位过渡控制、独立行人灯控制、变相位控制等多种特殊控制功能。5.相位过渡该交通信号机同时提供了6种不同的过渡方案,16个相位中每个相位的过渡方式(绿闪、黄、红、黄红)可以选择6种过渡方案中的一种。每种过渡方案最多可支持16个相位的不同过渡。对于不同的时段,可以有6种不同的相位过渡方案供选择。这种功能对主干道与支路相交的路口采用不同的相位过渡时制提供了有效的解决方法。过渡闪绿:0-255秒可调;过渡黄:O-255秒可调;过渡红:O-255秒可调。6.强制相位定义该交通信号机支持9种手动强制相位,黄闪、全红、灭灯、A相、B相、c相、D相、E相、F相。其中“A相~F相”对应于键盘的“A-F”键,是虚设相位,可以定义,从第l相位至第16相位中最多定义6个相位作为强制相位,对应“A45远程拨号绿波带交通信号控制系统的研究相一F相”。黄闪、全红、灭灯不含在定义范围内。7.最小绿和最大绿根据行业标准[GA47—2002]的要求,信号机从自动控制方式转入手动控制方式时,手动开关作用以后,应保持原有相位的最小安全时间,最小安全时间根据路口实际情况设定;从手动控制方式转入自动控制方式时,信号状态不能突变,各相位信号应保持转换时刻的状态,著从当前信号状态开始以自动控制方式开始运行。该交通信号机在控制方式转换时,给每个相位设置一个最小绿和最大绿参数。16个(每一相位一个)最小绿:O-255秒可调;最大绿:最小绿一255秒可调。8.特殊日(节假R)该交通信号机为全年设置了48个特殊日单元,供节假日选择使用。每个特殊日的时段、计划的设置,可以在五种特殊日中选取,也可在周一至周日中选取。9.子区号、路口号为了对每一台路口机进行识别,每一台信号机都要设置本机的子区号和路口号,否则,不能与上位机年常通讯。子区号范围:O-255;路口号范围:O-255。10.电源及环境适应性(1)信号机主电源额定电压:AC220V±44V,50HZ±2HZ(2)环境温度正常工作范围:~40℃一+70。C4.2信号机的硬件结构设计与实现4.2.1概况1.机箱远程拨号绿波带交通信号控制机的机箱采用特种铝合金为骨架,四周采用Inllll厚的镀锌铁板。机箱外型尺寸为:445mm(长)×300mm(宽)×145mm(高)a2.控制模块远程拨号绿波带交通信号控制机的控制部分硬件结构原理框图如图4-1所不。远程拨号绿波带交通信号控制系统的研究逻辑框硬件结构原理框图图4-1总线单元板:~块4槽STD总线结构母板。STD总线是工业标准总线,它具有高可靠性,抗干扰能力强,高模块化,系统组成冗余度低,组态灵活等优点,已经得到国际工业界的普遍重视和广泛应用:CPU控制单元板:一块由89C51单片机及其他控制电路组成的CPU控制单元板。固态输出单元板:三块由固态继电器为控制输出器件的信号灯输出控制单元板。行人按钮输入板:一块控制行人按钮输入信号的行人按钮输入板,专供行人过街请求使用,是可选择器件。键盘及显示单元:触摸式键盘,8位LED显示器a开关电源:采用北京康拓公司生产的高精度、抗干扰电源。强电控制单元:采用德国万可公司生产的带有保险保护端子的强电连接器件。通讯单元:由一个RS232串口,一个并口,一个直流专线MODEM组成。^c图4_2交通信号机i矍辑控制部分原理框图1.STD总线STD总线由56根平行线路组成,各主要功能部件都与STD总线相连,处理器模块通过STD总线的控制总线、地址总线和数据总线协调指挥各功能部件的动作。(1)电源线电源线分+5V,一5V,+12V,一12V及地组成,共10根电源线。1—4角接主电源,供给各模板Vcc或Vdd电源,5脚接备用电源,6脚接一5V,53—56接辅助电源(不与主电源共地)。(2)数据线数据线共8根,STD总线定义7-14为数据线,用于各模板之间八位数据的传送。(3)地址线远程拨号绿波带交通信号控制系统的研究地址线共16根,对应为15—30脚,其中奇数引脚为'ftLJ\.位地址,偶数引脚为高八位地址。(4)控制和状态线控制和状态线共22根,对应为31-52脚。2.键盘显示单元(1)显示显示部分采用8位7段LED动态显示,在不同的机器状态和控制方式下,可以实时显示不同内容。如:各存储器的内容,时段、计划、灯组、控制参数、时钟时间、错误信息代码等。(2)键盘键盘由数字输入键盘和功能控制键盘组成。运行监控读写0123重启状态EEREEW4567自动手动黄闪灭码89ABA相B相全红灭灯CDEF3.处理器模块(1)处理器处理器采用INTEL公司的MSC一89C51单片计算机,该CPU具有较强的功率推动能力,可以推动8个TTL芯片,比较适合外围设备较多的单片机系统。(2)存储空间组成及分配信号机的寻址空间为64K,其中16K作为程序空间,8K作为程序运行所需RAM空间,16K作为数据存储空间,其余作为外围设备地址。(3)I/0扩展处理器板除通过总线进行I/o操作外,_;丕扩展一片8255作为键盘输入接口、LED显示输出接口和RS232串口。(4)时钟单元处理器板采用PHILIPS8563时钟芯片作为时钟处理单元,通过模拟I“C总远程拨号绿波带交通信号控制系统的研究线与CPU进行通讯。(5)串口处理模块串口处理模块采用1片8251进行T/o扩展,扩展出1个3线标准232串口。4。输入处理模块输入处理模块共扩展了32路输入,其中6路作为行人按钮输入使用,冗余的26路输入接口可以作为检测器输入。5.固态输出模块固体继电器(固态)是一种无触点继电器,具有响应时间快,寿命长的优点。每个固态输出模块可以控制2个三色灯组6路输出,每路输出的电压可以选择380V或220V,耐压可以达到1000V,输出电流可以选择5A或3A。固态输出模块具有地址设定开关用来设定灯组输出编号,灯组编号的范围为0-F。每个固态继电器都设置了回馈检测电路,能够实时检测到信号灯的状态,用来检测信号灯的故障情况。6.调制解调器模块调制解调器模块选用标准调制解调器,通讯协议应支持V.22,通讯速率不低予1200b/s。7.电源模块电源模块采用工业控制机开关电源(5V/lOA,十12V/1A,一12V/1A)。4.3相位差双向调整算法及信号机软件概述4.3.1相位差双向调整算法1.相位和相位差一股或几股车流,它们在一个信号周期内,不管任何瞬间都获得完全相同的信号灯色显示。那么就把他们获得不同灯色的连续时序称作为一个信号相位。信号的相位种类很多,在交通信号控制中,最少的是两相位控制,多于两个相位的叫多项位控制,如三项位、四相位……。一般来讲,采用的相位越多,车辆在路口上的交叉越少,但是信号周期相应要增长,具体路口信号采用几个相位控制,要视路口的交通量及路面条件而定。50远程拨号绿波带交通信I:}控制系统的研究相位差一般用于线控制或面控制,它表示相邻两个交叉口同一方向或某一指定相位的绿灯起始时间之差,用秒表示。相位差是实现主干道协调控制的重要参数,它的确定需要通过主干道相邻路口间距、交通流量、规定行车速度三个因素来计算得出。在通常情况下,当路口交通信号机启动或者时段变化时,信号机输出主相位绿灯的时刻,与上级控制计算机设置给该信号机的相位差是不一致的,需要一个计算与调整的过程,等待相位差调整完毕后,才能实现主干道绿波带的有效控制。因此,相位差调整过程的时间长短,是绿波带协调控制信号机的一项重要的技术性能指标。相位差调整过程的时间长短,与以下因素有关:第一,与信号机当前执行的周期长短、相位多少有密切关系,周期越长,相位越少,则相位差调整过程的时间也较长。第二,与调整相位差的算法有关,如果小步长调整,则相位差调整的时间就长,但是,小步长调整也有优点,相位时间变化平缓,相位时间不会突变;如果采用大步长调整,则相位差调整速度就快,但是,也有不足之处,相位时间变化比较大。本文研究的交通信号机综合了相位差大步长调整和小步长调整的优点,采用了相位差双向调整法。2.相位差双向调整算法信号机每天各个时段的起始时间是根据交通流量的变化情况确定的,是一个预先设定的参数,每个时段对应的计划参数的相位差、周期、相位时间也是预先设定的,这些是已知参数。根据这些已知的参数可以计算出任意时刻信号机应该输出的灯色的相位时间,把这一点看作信号机应该输出的基准信号状态。当路口交通信号机启动时,启动的时刻是任意的,启动时信号机先输出A相位,一般情况下,A相位的时间和相位差与基准信号状态不同,信号机需要调整周期和相位时间的长短,使相位输出时间与基准信号状态一致。当信号机的时段发生变化时,两个时段分别对应的计划参数不同,可能两个计划的相位差不同,根据车流量做了调整,信号机同样需要调整周期和相位时间的长短,使相位输出时间与基准信号状态一致。1)将每天的0:0:0(O点0分0秒)做为信号机的起始时刻,设定信号机每天从0:0:0开始运行,信号机运行的当前时间和当前时段起始时间都转化为秒,以秒为单位。计算:远程拨号绿波带交通信号控制系统的研兜塑:N+AC其中:Tx表示当前时间(秒);Ty表示当前时段起始时间(秒);C表示当前周期(秒);△表示余数。另外:令相位差为“0”(秒)。2)调整信号机调整周期和相位时间的流程框图如图4-3所示。远程拨呼绿波带交通信号控制系统的研究图4—3信号机双向调整周期和相位时间的流程框图说明:当厶=o值时:不调整信号机该时段的周期和相位时间。当A>O时:若(A—O)<1/4周期值时,则执行减(A—O)操作,当前相位时间作(1~3s)的小步长减法;若(A—O)>1/4周期值时,则执行加[T(A—O)]操作,当前相位时间进行(1~10s)的大步长加法。当A<O时:若(O—A)<3/4周期时,则执行加(O—A)操作,当前相位时间进行(1~10s)的大步长加法;若(O—A)>3/4周期值,则执行减[T一(O一△)]操作,当前相位时间进行(1~3s)的小步长减法。远程拨号绿波带交通信号控制系统的研究在通常情况下,相位差调整后,如相位差值不发生变化,则不再进行调整。信号机设有实时跟踪功能,如果时段和相位差都未发生变化,由于实时时钟的原因产生积累误差,那么信号机在下一周期的第一个相位中,进行自动调整,以保障绿波带的准确控制。3)举例说明信号机6:30分由黄闪启动,该时段的信号周期为120秒,相位差为lO秒,两相位,A相位80秒,B相位40秒,让我们看一下信号机对应相位差其相位时间的调整过程。信号机由黄闪状态变换到红绿灯状态,则当前时间Tx与当前时段起始时间Ty相同,所以余数△=0,相位差O=10秒,(o一△)=10秒。当△<0时:若(O一△)<3/4周期时,则执行加(O一△)操作,当前相位时间进行(1~10s)的大步长加法,因此,信号机的每个相位的时间要加上10秒,当追到与相位差协调后,停止调整。此例中,只需要在A相位增加lO秒,就能使△=O,相位时间就停止调整,即只需要一个周期,相位时间就停止涮整,可见相位差双向调整的算法,调整速度是很快的,可以明显提高控制的效果。4.3.2信号机软件概述远程拨号绿波带交通信号控制机的软件采用汇编语言编写,按其功能可分为两大模块:监控程序模块和应用程序模块。信号机的软件结构如图4~4所示。远程拨号绿波带交通信号控制系统的聊『究图4-4信号机软件结构1.监控程序监控程序主要负责远程拨号绿波带交通信号控制机各项运行参数的输入和修改。监控程序设计有两种状态,监控“P”状态和监控“U”状态。…P状态:该机上电后,便自动处于“P”状态。在此状态下,第一,实现与Pc机通讯,接收全部初始化参数;第二,通过键盘,校对信号机时钟;第三,转入“U”状态;第四,运行时选择进入主控程序的路径。“U”状态:在“P”状态下,按“C”键和“状态”键,信号机处于“u”状态。在此状态下,用户可直接访问RAM、EEPROM的任意单元进行参数的读/写/修改,此状态专供技术维护人员使用。由监控程序进入应用主控程序有三条途径,如图4-5所示。——一望矍丝兰堡鎏堂銮墨堕量堡型墨竺塑塑壅图4-5由监控程序进入主程序的方法亥机上电后,自动运行监控程序,用户可在键盘、显示和上级控制计算机的支持下,来完成机内所有参数的设置和本机的校时。应用程序模块又分为:控制程序模块和通讯程序模块,控制程序来完成多时段多方案配时、无缆线控、闪黄和手动控制等控制功能,通讯程序来完成上位机与路口机之间,包括灯色强制在内的所有参数的传递。2.应用控制程序应用控制程序负责远程拨号绿波带交通信号控制机的灯色变化、通讯、强制等控制功能的实现,它主要由主程序、时间中断服务子程序、串行中断服务子程序组成。1)主程序主程序负责参数的初始化,负责时间中断服务子程序、串行中断服务子程序等子程序的启动,负责判定时段,寻找计划等。主程序逻辑框图如图4-6所示。堡堡丝!堡垫堂奎里堕!垫型墨竺塑竺窒图4-6主程序逻辑框图57远程拨号绿波带交通信号控制系统的研究2)时间中断服务子程序时i百j中断每50ms中断~次,在时阊中断服务子程净中主要进行相位时阊、周期时间的累加计算。3)串行中断服务子程序当串行通讯发生时,此中断有效,主要处理串行接口与调制解调器的数据传输,并通过调制解调器实现与上位机的通讯。远程拨号绿波带交通信号控制系统的研究第五章远程拨号绿波带交通信号控制系统的应用5.1交通信号绿波带控制城市交叉口信号绿波控制一般是指一条主干道中若干个连续交叉口交通信号『HJ的协调控制。目的是使行驶在主干道协调控制的交叉口的车辆,可以不遇红灯或者少遇红灯而通过这个协调控制系统中的各交叉口。“少遇红灯”是指车队有时出于各种原因比如速度没有控制好,或者左右转弯车辆对车队的影响而使得车队在通过交叉口时有卡头或卡尾现象。从被控制的主干道路各交叉口的灯色来看,绿灯就像波浪一样向前彳亍而形成绿波,我们称这种交通信号协调控制方式为“绿波带”控制。5.1.1交通信号绿波带控制的特点交通信号绿波控制~般具有以下几个特点:I.“绿波带”具有方向性。根据城市道路的实际平均车速(35公里/小时),从理论上来讲,只有路口间距在600米左右时,双向绿波的效果才会明显,交通信号绿波控制的效果最好。实际上,路口的问距不~定在600米左右,所以很难做到双向绿波,一般的“绿波带”都是单向的,只能保证一个方向的绿灯形成绿波。在具有朝夕性交通流特征的道路上,可以根据交通流的方向确定“绿波带”的方向,并尽可能兼顾另一方向信号的协调。2.“绿波带”具有设计时速。“绿波带”的设计时速是交通信号绿波控制的干道上车辆的平均速度,车队必须按一定的设计速度行驶,才能顺利的通过绿波控制的各个路口,避免卡头或卡尾现象的发生。设计时速是根据道路上交通流的实际速度和交通量的实际情况设计的,一条“绿波带”在不同的时段具有不丽的设计时速。3.“绿波带”内各交叉口必须具有相同的信号周期。通常根据交通流量计算出各交叉口的交通信号周期,然后选择其中一个最大的周期作为整条“绿波带”共同的周期。4.“绿波带”内各交叉口的信号机必须具有相同的时钟。各个交叉口信号机时钟的~致性,是保证绿波控制有效的重要的前提条件。5.“绿波带”内各交叉口的绿信比可以不同。每个交叉口的交通信号绿信比是根据交通流量(要兼顾主干道两个方向的交通量)和主干道各交叉口的共同的远程拨号绿波带交通信号控制系统的研究周期确定的。由于每个交叉口的支路的交通量不~定相同,所阱“绿波带”内各交叉口的绿信比可以不同。也就是说,可以把史路流量小的路口的支路绿灯时问减少,把主干道的绿灯时间相应加长,这样“绿波带”内各路口的绿信比可以根据各自的流量来确定,支路的绿灯时间并没有损失。6.“绿波带”内各路口的相位差很重要。主干道交通信号绿波控制系统的相位差是保证交通流在主干道各交叉口交通信号所形成的“绿波带”内通行的重要参数。可以以一个交叉口为参考点,任何一个交叉口交通信号绿灯起始时间与参考点绿灯起始时间之差称为相位差。相位差由交通量、主干道交叉口之间的距离以及设计车速来确定。7.当主干道的交通量超饱和之后,“绿波带”的作用就会消失。当道路的交通流量饱和之后,车速下降,达不到“绿波带”的设计车速,相位差就不准确,车辆在干道上遇红灯的次数增加,“绿波带”内各路f1的控制方式下降为单点运行。5。1.2交通信号绿波带控制的设计原则根据“绿波带”的特点和实际工作经验,在设计“绿波带”时应该遵守以下几个原则:1.根据实际情况设计绿波控制的方向,一般情况下,对于单行路来说,单行路的方向就是“绿波带”的方向:对于双向主干道,“绿波带”的方向可以根据交通流的特征设计(例如具有朝夕性交通流特征的道路,交通流量大的方向确定为“绿波带”的方向),也可以根据交通流组织情况进行有目的的设计(例如两条平行的近距离的道路,“绿波带”方向可以设计成环行)。2.“绿波带”的设计车速要略高于实行协调控制之前路段的平均车速。3.“绿波带”上各个路口之间的相位差都要小于路口间实际测量的数值,一般相位差比测量值小5一10秒,这样。车辆在通过绿波控制的各个路口时可以避免有踩刹车的现象。4.“绿波带”上各个路口信号机的第一相位一般要设置为主干道方向。5.距离很近的两个路口间的协调,如果两个路口的规模等同,其周期应该相同,相位顺序相同,相位差为零(一般应用于桥梁两端的两个路口间的协调);如果两个路口规模相差较大,一个路口是两条主干道相交,另一个路口是主干道与支路相交,两个路口在交通信号协调时,小路口的信号控制是变周期控制,根据通过大路口的直行和左转(有时也要考虑右转)的车流到达小路口的情况,小60远程拨号绿波带交通信号控制系统的研究路口的信号周期不同,小路口的信号周期是变化的,两个或三个变化的周期形成一个大周期,该大周期与大路口的周期相同。6.对于双向主干道,当路口间距不大时,要缩短路口间的相位差,充分考虑双向车辆的停车次数,尽量均衡两个方向的车速和停车次数。7.设计交通信号绿波协调控制时,要充分考虑“绿波带”的视觉效果。在路口问距近,能够直观观察绿波控制效果的主于道上,要考虑“绿波带”的静态效果,尽量使“绿波带”上各个路口的绿信比协调一致,对部分支路流量小的路口,要适当延长支路的时间,使主干道同时绿灯,同时红灯,或者按顺序依次绿灯,依次红灯。8.一条比较长的主干道,可以分段实现绿波控制。9.对于两条相交的“绿波带”间的协调,以相交路口作为关键路口,把相交路口的一个方向作为一条道路的主相进行协调,相位时间为A,整条“绿波带”的相位差按照单独“绿波带”相位差的设置方法设定,相交路口的相位差为M;相交路口的另一个方向与另一条道路的主相进行协调,相位时问为B,该路段某个路口与相交路口之间的相位差为N,两条道路进行协调时,该路口的相位差为(M+N+A)。5.1.3交通信号绿波带控制的生成方法“绿波带”一般按照以下几个步骤形成:1.路段及路口的确定在主干道上选择流量、流向大体一致,横向干扰相对较少,路口间距适当的路段作为绿波控制的道路。2.交通调奄对确定的路口、路段进行实地交通调查,主要调查流量、流向、车速、停车次数、管理与控制的水平以及时间分布特点。3.控制参数的确定选择路段中流量较大的路口作为关键路口,并以该路口确定为该路段的基准周期。根据主干道的交通流量的时间分布特征确定时段的划分。根据交通流的流向特征确定绿波方向。根据路口间的时距确定相位差。4.控制后的预期效果及控制效果评估远程拨号绿波带交通信号控制系统的研究确定“绿波带”控制后的预期效果。“绿波带”实施后,对受控路段要不断进行交通调查,主要调查流量、流向、车速、停车次数、以及时间分布特点,以确定是否达到预期效果。5.参数的再调整根据评估结果,不断调整控制参数。5.2远程拨号绿波带交通信号控制系统的应用及效果目Ij{『,天津市有灯控路口651处,天津市已经在51条路段,220个路口实现了交通信号绿波带控制,在51条绿波带中,由国外引进的交通信号控制系统控制的绿波带14条,路口49处,主要分布在内环区域;由远程拨号绿波带控制系统控制的绿波带37条,路口171处,其中市内六区35条路段,158个路口,塘沽区两条路段,13个路口。天津市交通信号控制控制的情况,如表5—1所示。表5一l天津市路口控制器应用情况路口机型号W2产地天津天津澳大利亚技术特征2相位2灯组、固定方案、定周期多时段、可级联操作多相位多灯组、远程拨号控制、主干道绿波、多种控制模式多相位多灯组、联网运行、多种控制模式、带检测器应用情况348处234处69处651处绿波控制路口数量O远程拨号信号机PSC217149220合计远程拨号信号机自2002年研制成功以来,在天津市得到了广泛的应用,预计到2005年,全部替换w2型信号机,远程拨号绿波带交通信号控制系统控制的路口将达到600处。绿波带控制实施后,显著改善了主干道路的交通环境,主要体现在以下几个方面:l、主干道路的停车次数明显减少据不完全统计,曲阜道、西康路、成都道、十一经路、解放北路、解放南路、卫国道、卫津南路等路段,沿绿波控制方向遇红灯次数,降低了50%pAA:。2、提高了道路的安全性在卫津南路、勤俭道、昆纬路、解放路等道路上,在未实施绿波控制以前,为确保主干道路的畅通,有许多相邻路口的信号灯不能安装,使横过主干道路的远程拨号绿波带交通信号控制系统的研究车辆和行人非常不安全。绿波控制实施后,主干道路上所有平面交叉路口都实现了信号控制,横过主干道的车辆和行人有了自己的通行时间,提高了道路安全性。3、提高主干道路的行车速度据实际运行测量,在卫国道、卫津南路、解放路、西康路等绿波控制路段,车速提高了20%。4、提高了车辆驾驶员遵守交通信号的自觉性在绿波控制点位中,有许多非警力控制点位,在绿波控制实施之前,车辆驾驶员在黄灯和红灯初期容易出现闯红灯现象。绿波控制运行一段时间后,驾驶员逐渐就会意识到,即使闯过红灯通过一个路口,到下一个路口也必然遇到红灯。因此,减少了驾驶员闯红灯的现象。远程拨号绿波带交通信号控制系统的研究第六章总结与展望6.1全文总结本文述了天津市城市交通控制系统的设计、实现和应用的情况。第二章论述了交通实体的模型化阱及数据库的建立的过程。随后又分别对上位机的交通管理信息系统、通讯系统、地理信息系统(GIS)和路口信号机进行了相应的分析和论述。最后,文章论述了远程拨号控制系统在天津市的应用情况。本系统已经开发完成,在天津市得到了广泛的应用。经调查表明该系统将会进一步提高交通运行的效率。本系统是一个“定周期离线优化”控制系统,这种系统在中国处于比较领先的地位。然丽在人们已经进入对智能交通系统(ITS)进行研究和丌发的今天,这种系统已经不是最优选择了。然而,由于中国现在的经济状况和交通状况,在短期内还无法进入智能交通系统阶段。所以本系统在近十几年内还将处于比较领先的地位。尽管本系统不是最领先的,但是本系统具备良好的接口和系统结构。在连接流量检测系统后,该系统可以方便的扩展为实时交通控制系统,这样会更加大幅度的提高交通运行的效率,可以创造无穷的社会效益。6.2研究及应用前景展望虽然系统已经开发成功,但是对于交通控制的研究还在不断的进行着。比如:对交通流离线优化、实时交通控制、交通分配、交通诱导和智能交通系统等研究。随着电子技术、通信技术、计算机技术和自动控制技术等的发展,为解决交通问题提供了新的思路,即不仅应该修建更多的交通基础设施,而且更因该采用先进技术来对交通进行更有效的控制和管理,提高交通的机动性、安全性,最大限度的发挥现有道路系统的交通效率。同时,必须采用高新技术手段,采用智能交通系统。智能交通系统是将先进的信息技术、计算机技术、数据通信技术、传感器技术、自动控制理论、运筹学、人工智能等有效的综合运用于交通运输、服务控制和车辆锩4造,加强了车辆、道路、使用者三者之间的联系,从而形成的一种实时、准确、高效的综合运输系统。与欧美、日本等发达国家相比,我国的交通状况比较复杂,在智能运输系统远程拨号绿波带交通信号掩制系统的硼究的研究、开发和时间起步较晚。因此,对智能交通系统的研究和开发是很有前景的。远程拨号绿波带信号机主要应用于绿波干道协调控制和多相位控制。目前,天津市市区(外环以内)有各类平交路口近2000处,按照畅通工程A类城市标准,应有大于1350处的平交路口实施信号灯控制。必然依靠信号灯的协调控制才能实现如此大规模的信号控制。否则,就容易造成因信号灯配时不合理造成的交通延误。利用远程拨号绿波带交通信号控制系统就可以初步解决这个问题。与进口路口控制器仅从单机价格上相比,每台可以节约人民币5—6万元,仅此一项可以节约5000万一6000万元。随着我国城市化进程的日益加快,目前我固的各类城市已经超过600个,依据国家畅通工程的设想,将近1/3约200个城市都要实现交通信号的集中控制,利用远程拨号绿波带交通信号控制系统很容易实现集中控制,建设一个可以30个路口交通控制系统仅需人民币80万元,费用相当于进口交通控制系统的1110。因此对于中、小城市具有一定的吸引力。远程拨号绿波带交通信号控制系统的州究附录附录一数据库表【数据表名字段名ARNumARNameareaS主键:允许空NotnullARNum类型decimalchar长度530说明标识、子区号子区名数据表名字段名ISNumARNu%ISNameTelephoneTolLightSLight01一Light24GraphicTranModecharintersactions主键:允许空NotNullISNum类型DecimalNumericCharCharTinyintTinyint长度5553014l说明标识、路口号子区号NotNull路口名NotNull路口电话总灯数灯组定义圈的存储路径传输类型,0为Modem,1为Com,2为IP1001TinyintComIPPortMaxPhasel—MaxPhasel6MinPhasel一minPhasel6TypeTinyintCharIntInt12044Com端口号IP地址IP端口号最大绿时间Int4最小绿时间路口类型,默认类型有2、3、4相位Tinyintl数据表名字段名PerSerIntPerP]an主键:PerSer、PerNum、ISNum类犁IntTinyintDecimalInt长度4l54允许空NotNull说明时段序号、标识时段号、下传用路口号PerNomISNumPlanSerNotNullNotNull计划序号——垂塑塑茎堡堕堂窒望堕旦丝型墨竺塑塑壅数据表名字段名PhaNumPerSerLightCodeO卜LjghtCode24Lihgt_Detaiis主键:PhaNum、PerSer类型IntIntbit长度44l允许空NotNul】NotNullNotNull说明时段号时段序号灯组情况数据表名字段名LightPlanSerLightPlanNumTolPhaLightNoteISRunni”gISNumLfghts主键:长度4l1100l58i0NotNullLightPlanSer类型IntTinyintTinyintCharBitNumericCharbinary允许空NotNull说明灯组方案序号灯组方案号总相位数说明当前是否运行路口号{ModiUserModjDate修改的用户修改时间主键:数据表名字段名PerSerARNumPerNameWeekDayTotalPerTranNoteISRunningModjUserModiDatePeriodsPerSer类型IntDecimalCharTinyintTinyintCharBitCharDatetime长度4540l1100llO8允许空NotNul】说明时段序号子区号相位名工作日总时段数备注当前是否运行数据表名字段名LogSerLogNumLog主键:长度41LogSer类型IntTinyint允许空NotNull说明记录序号记录号,每个有具体含义,见附录ModiUserMemoIsTranModitimeARNameCharCharBitBatetimeChar20801810备注是否传送到路口机子区名67墨矍丝芏堡垫要至望堕兰墼型墨竺塑堕塞ISNameARNumISNumIntIntChar4410路口名子区号路口号主键:允许空Not数据表名字段名PetserPerNumSTTimeISModiPeriodDetailsPerSer、PerNum类型IntIntCharBit&度44101说明NOli时段序号时段号开始时间,格式为00:00:00NotNull是否修改标志,修改为1PlanSer数据表名字段名PIanSerTSNumTranSerPlans主键:跃度4544lll1类型IntNamericIntIntTinyintTinyintTinyintTinyintTinyint允许空NotNull说明计划序号路口号过渡方案序号灯组方案序号方案号相位差周期LightPlanSerPlannumOffsetCycleToIPha总相位数每个相位时间PhaseO卜Phasel6ldodiDateModiUsetISRunningPlanNoteISRunningWeedDayISModi1DatetimeCharBitCharBitTiayintBit8101100lllNotNull各注是否运行标志,运行为1工作日是否修改标志,修改为l数据表名字段名SpcDateNumARNumSpcbateSpecial—Dates主键:SpcDateNum、ARNum类型IntDecimalChar长度45iO允许空NotNotNullNull说明特殊目号子区号特殊日,格式为2002—8—25WeekDayWeekDayNameISModiTinyintCharBitl10lNotNullT作日代号,0为周日工作日名称是否修改标志,修改为L远程拨号绿波带交通倌号控制系统的研究数据表名字段名Ttanser[SNumTranNumTolPhaTranNoteModjUserTransitions主键:长度45l1100108lTranSer类型1nLDecimalTinyintTinyintCharCahrDatetimeBit允许空NotNull说明过渡方案序号路口号过渡方案号总相何数备注NodiDateISRunning数据表名字段名PhANumGFlashYel】owA11RedYeliowRedTranSerISModiTransition_details主键:允许空NotTranSer、PhANUBI类型intTinyintTinyintTinyintBitintBit长度4l11l4l说明NOli相位号绿闪时间黄灯时间全红时间黄红标志过渡方案序号是否修改标志,修改为1NotNullNotNull以上个表的关系图远程拨号绿波带交通信号控制系统的研究附录二触发器1、al'eosinsert主要功能:添加一个子区便自动填写Periods表set@count=-0set@amum=(seleetARNumfrominserted)while(@count<=11)begininsertintoPeriods(ARNum,WeekDay,|SRunning)Values(@alTiUtm,@count,1)set@count=@count+1end2、areasdelete主要功能:删除子区便自动删除与之相关的时段和特殊日set@amum=(selectARNumfromdeleted)set@isnum=(selectcount(ISNum)fromintersaetionswhereARNum2@arnum)-f(@isnum>0)rollbackelsebegindeietefromSpecialDareswhereARNum=@amumdeclarepersercursor_afeascursorforselectPerSerfromPeriodsARNum=@am咖openperser_cursor_areasfetchnextfromperser_cutsor—areasinto@perserwhile(@@fetchstatus=0)begindeletefromPeriodswherePerSer=@perserfetchnextfromperser_cursorareasinto@perserendcloseperser,cursor_areasdeallocatepersercursor_areasend3、intersactionsinsert主要功能:舔加路口便自动添加过渡方案,计划和灯组方案set④isnum=(selectISNumfrominserted)set@type=(selectTypefrominserted){f(@type23)beginexecuteinserttransitiondetails3@isnumexecuteinsert_light_details_3@isnumexecuteinseajolmas3@isnumendif(@type=4)beginexecuteinset_transition_details4@isnumexecuteinsert_light_details_4@isnumexecuteinsert_plans_4@isnumendif(@type=2)beginexecuteinsert_transitiondetails_2@isnumexecuteinsertlight_details2@isnumexecuteinsertplans_2@isnumend4、警;銎端l≯旨甥嚣銎时段号,保证时段按从小到大的顺序主要功能:百动调整时段号,保证时段按从小到大韵顺厅where———主堡垫兰堡垫堂銮望堡曼笙型墨竺塑翌塞Set@oritime=(selectSTTimefrominserted)if(1sDatel:@orijime)<>1)rollbackelsebeginset@oripernum=(selectPerNumfrominserted)set@orisRime=(selectcast(STTimeasdatetime)frominsertedlset@perser=(seleetPerSerfrominserted)set@temp=-lupdatePeriodDetailssetPerNum=@ori_pemum+1wherePerNum=@oripemumPerSer=@perserdeclarepemum—cursorcursorforselectPerNumfromPeriodDetailsandwhere((datediff(hh,cast(STTime(。dat.e.diff(m.i,cast(STTimererNtimoescasanddatetime).@oristtime)<=0)datetime),@ori_sttime)<0)andPerSer=@r,erser)orderbyasopenpemum—cursorfetchnextfrompernum—cHrsorinto@pemumwhile(@@fetch_status=0)beginupdatePeriod_DetailssetPerNum=@pemum+1wherePerNum=@pemumandPerSer=@perserset@temp2@pernumfetchnextfrompemum_cursorinto@pemumif(@tempo—1)beginupdatePeriodDetailssetPerNum2@tempwherePerNum=@orij)ernum+1andPerSer=@peterif(@temp=O)beginset@time2=(selectcast(STTimeasdmetime、fromPerNum。@temp+landPetseF@perser)if(datedi觑MI,@ori—sttime,@time2)<15)rollbackendelsebeginPeriodDetailswhereset@timel=(selectcast(STTimeasdatetime、fromPerNum2@temp一1andPerSer=@perser)set@time2=(selectcast(STTimeaSdatetime)fromPerNum2@letup+1andPerSeF@pete0if(datedi圩(MI,@timel,@ori—sttime)<15)rollbackif(datediif(MI,@ori_sttime,@time2)<15)rollbackendendelsebeginupdatePeriodDetailssetwhemPeriodDetailsPeriodDetailswherewherePerNum2@oripemttmPerNum=@oriA)ernum+1PeriodDetailswhereandPerSer。@perserset@timel=(selectcast(STTimeasdatetim曲fromPerNum;@ori_pernum-1andPerSer=@perser)if(datedi越MI,@timel,@ori_sRime)<15)rollbackendclosepemum_cursordeallocatepernumcursorend5、Periodsinsert远程拨号绿波带交通信号控制系统的研究主要功能:自动添加perioddeclarepersercursorcursorforselectPerSerfrominsertedopenperser_cursorwhile(0=0)beginfetchnextfromperser_cursorinsertintoinsertintoinsertintoendcloseperser_cursordeallocateperser_cursorinto@perserif(@@Fetch_S钯tusoO)breakPeriod_Details(PerSer,PerNum,slvnme)values(@perser,O,’06:00’)Period_Details(PerSer,PerNum,STTime)values(@persekl,‘12:00’1Period_Details(PerSer,PerNum,STTime)valuezI:@perser,2,‘18:00‘)6、Periodscheck主要功能:保证每个子区时段只有16个CREATETRIGGER{Periodscheck]ONdbo.PeriodsFOR1NSERTASdeclare@countintset@count=(selectCount(+、fromandISRurmlng=1)PeriodswhereARNum5(selectARNumfrominserted)i坟@count>12)begin—RaisError(。晟多只能有12个‘,16,1,Current_User)Rollbackend远程拨号绿波带交通信号控制系统的研究附录三存储过程2:用于两相位路口生成默认的计划方案数据。被触发器inters面tionfinsert调用。insertplansCREATEPRoCEDURE[insert__plans_2】@isnumintASdeclare@countintdeclare@weekdayintdeclare囝lightplanserintdeclare@transerintset@lightplanse—selectLightPlanNum=1)LightPlanSerfromLightswhereISNum2@isnumTranNum2¨andset@transer=(selectTranSerfromTransitionswhereISNum5@isnumandset@weekday=Owhile(@weekday<=l11beginset@eount=Owhile(@rcount<=15)begininsertintoPlans(1SNum,PlanNum,Offset,Phase01,Phase02,Phase03,Phase04,Phase05,Phase06,Phase07,Phase08,Phase09,PhaselO,Phasel1,Phasel2,Phasel3,Phasel4,Phasel5,Phasel6,lSRunning。PlanNote,WeekDay,IsModi,Status,TranSer,LightPlanSer)values(@isnum,@c吼mt,0,20,20,0,0,0,0,0,O,0,0,0,0,0,0,0,0,0,1无。,@weekday,O,0,@transer,@lightplanser)set@count=-@count+lendset@weekday=@weekday+lend远程拨号绿波带交通信号控制系统的州究参考文献[1]HaiYang,SamYagar.TrafficAssignmentandSignalContIolinSaturated139SignalRoadNetworks[J3.TransportationResearch,1995.V01.29A,No.2,:PP.125[2]N.H.Gartner.eta1.CombinedControlandRouteAssignmentNetwork[J3.Proceedingspp615—620of8thIFACSymposiumoninTrafficTransportationSystems,1997:[3]C3audioMeneguzzerReviewofModelsCombiningTrafficAssignmentandSigna]ControlEJ].JournalofTransportationEngineering,1997,March/Apri]:ppl48—155[4]张锦,高世廉,蒲云.中国城市道路交通控制系统发展研究[J].西南交通大学学报,1997[5]谢建华,李培锋,鲍光淑.互联网与地理信息系统[J].科技情报开发与经济,2002[6]胡嗣云,赵峰等.城市交通控制系统的研究[J],ITS通讯,2002,4(1)[7]黄口,陈里得.智能运输系统概论[M]:人民交通出版社,1999,pp5—20[8]段里4二.城市交通概论[M]:北京出版社,1984,ppl99—253[9]全永整,城市交通控制[M]:人民交通出版社,1989,ppl29—319[10]千炜,过秀成.交通t程学[M]:东南大学出版社,2000,pp5—40[11]美国运输部联邦公路局.交通控制系统手册[M]:人民交通出版社,1987,pp34—78[12]萨师煊,王珊.数据库系统概论[M]:高等教育出版社,2002,pp203—242[13]徐新华.c++Builder5高级编程技术[M]:人民邮电出版社,2000,pplO一34[14]MichaelOtey,Paul社,ppl20—154Conte.SQLServer7开发人员指南[M]:北京希望电子山版[15]段源华,陈洪仁,李元边.于道交通控制的子系统比拟方法及控制时段确定[J].哈尔滨建筑人学学报,1995[16]赞国光.智能交通系统的发展历程与现状分析[J]ITS通讯,2001(1),pp25—32[17]撰国光.论交通运输系统的一体化和智能化[J]电子与金系列下程,1999(3)[18]BEhmuzA.Forouzan.数据通信与网络[岫:机械工业出版礼,200274致谢本文的全部研究工作自始自终都是在天津大学管理学院马寿峰教授、天津海泰控股集团任学峰高级工程师的指导下进行的,其中的每一步都倾注了两位老师大量的心血。他们严谨的治学态度、求实的工作作风和不懈的努力进取精神将成为我今后在学习和工作中严格要求自己的标准。论文完成之际,谨向以上两位老师致以深深的谢意。衷心感谢天津市公安交通管理局设施处庞文升处长、王亮副处长对我的指导和帮助。感谢天津市公安交通管理局设施处参与该项目的全体同事,感谢天津大学参与该项目的全体老师和同学。。感谢我的妻子,感谢她在我求学期间对我的大力支持。最后,感谢各位专家在百忙中审阅本文。远程拨号绿波带交通信号控制系统的研究
作者:
学位授予单位:
卢晓东天津大学
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