基于國(guó)標(biāo)20999通訊協(xié)議的交通信號(hào)控制系統(tǒng)的開發(fā)

趙悅　姚琳　曹凌寒

摘 要：伴隨著我國(guó)城市智能交通行業(yè)的迅速發(fā)展，信號(hào)控制系統(tǒng)的應(yīng)用和技術(shù)水平得到了長(zhǎng)足發(fā)展，信號(hào)控制系統(tǒng)中采用對(duì)外開放并規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)的協(xié)議對(duì)未來系統(tǒng)擴(kuò)容和獲得參與競(jìng)爭(zhēng)的機(jī)會(huì)非常重要，介紹了采用頒布不久的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)20999通訊協(xié)議來設(shè)計(jì)并開發(fā)的交通信號(hào)控制系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：城市交通；信號(hào)控制；通訊協(xié)議；控制系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：TP273 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2017.03.116

交通信號(hào)控制系統(tǒng)是緩解城市交通擁擠，保障城市交通安全、有序、暢通的一種重要手段，也是整個(gè)智能交通系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)中的基礎(chǔ)和核心平臺(tái)。由于我國(guó)在道路交通信號(hào)控制系統(tǒng)的應(yīng)用和研究工作方面相對(duì)國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家來說起步較晚，因此系統(tǒng)建設(shè)走的是引進(jìn)與自主研發(fā)并行的道路。經(jīng)過20世紀(jì)80年代至今這幾十年的發(fā)展和建設(shè)，國(guó)內(nèi)交通信號(hào)控制系統(tǒng)建設(shè)取得了快速發(fā)展，形成了眾多的的交通信號(hào)控制系統(tǒng)應(yīng)用品牌。但是，作為交通信號(hào)控制系統(tǒng)建設(shè)非常重要的一環(huán)——通信標(biāo)準(zhǔn)、通信協(xié)議的制訂工作卻較為落后，現(xiàn)有系統(tǒng)大都基于各廠家私有協(xié)議，缺乏統(tǒng)一接口標(biāo)準(zhǔn)，直接導(dǎo)致了信號(hào)控制系統(tǒng)的信息難以為其他交通管理業(yè)務(wù)系統(tǒng)服務(wù)，大大降低了系統(tǒng)的應(yīng)用效率。城市道路交通信號(hào)控制系統(tǒng)是城市交通管理中重要的組成部分，公安交通集成指揮平臺(tái)如何集成目前種類繁多的交通信號(hào)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的雙向交換成為急需解決的問題。本信號(hào)控制系統(tǒng)采用規(guī)范化的《交通信號(hào)控制機(jī)與上位機(jī)間的數(shù)據(jù)通信協(xié)議》（GB＼T 20999—2007，簡(jiǎn)稱“國(guó)標(biāo)20999協(xié)議”）。

1 國(guó)標(biāo)20999介紹

我國(guó)現(xiàn)有的國(guó)內(nèi)外交通信號(hào)控制系統(tǒng)及系統(tǒng)使用的交通信號(hào)控制器種類較多、通用性不強(qiáng)，系統(tǒng)擴(kuò)展時(shí)遇到許多實(shí)際問題，其中缺乏通信協(xié)議的標(biāo)準(zhǔn)是困擾交通信號(hào)控制系統(tǒng)發(fā)展的關(guān)鍵問題。針對(duì)這種現(xiàn)狀，盡快實(shí)現(xiàn)交通信號(hào)控制機(jī)與上層系統(tǒng)間的通信協(xié)議規(guī)范化已經(jīng)是當(dāng)務(wù)之急。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《交通信號(hào)控制機(jī)與上位機(jī)間的數(shù)據(jù)通信協(xié)議》是國(guó)家基礎(chǔ)研究項(xiàng)目“ITS標(biāo)準(zhǔn)和檢測(cè)技術(shù)”的子課題之一。本標(biāo)準(zhǔn)于2007-07-17發(fā)布，2008-01-01實(shí)施。本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了交通信號(hào)控制機(jī)和上位機(jī)之間的通信協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，明確規(guī)定了信號(hào)控制系統(tǒng)和信號(hào)機(jī)通信協(xié)議的分類與實(shí)現(xiàn)，并對(duì)涉及的基本術(shù)語進(jìn)行了定義。此標(biāo)準(zhǔn)作為交通信息采集與處理領(lǐng)域的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)之一，為我國(guó)智能交通的發(fā)展奠定了良好的基礎(chǔ)。

國(guó)標(biāo)協(xié)議中規(guī)定了很多術(shù)語，例如上位機(jī)、相位、輸出通道、清空間隔等。數(shù)據(jù)通信協(xié)議結(jié)構(gòu)如圖1所示。圖1中的連線表示相連的協(xié)議間兼容關(guān)系。

信息域的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)如圖2所示。信息域的第一個(gè)字節(jié)是初始化協(xié)議識(shí)別器（IPI）。IPI用來識(shí)別上一層的通信協(xié)議是什么。應(yīng)用層數(shù)據(jù)分為消息類型域和信息域兩部分。消息類型域表示消息對(duì)應(yīng)的操作類型和消息操作對(duì)象的個(gè)數(shù)；信息域分為對(duì)象域和對(duì)象值域，其中對(duì)象域由對(duì)象標(biāo)識(shí)、索引數(shù)、子對(duì)象和索引組成，對(duì)象值域則包括傳輸對(duì)象的值或?qū)ο蟮某鲥e(cuò)信息。

2 信號(hào)控制系統(tǒng)介紹

信號(hào)控制系統(tǒng)主要由信息添加、查看實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)、查看或修改信號(hào)控制參數(shù)三部分組成。

信息添加部分是結(jié)合國(guó)標(biāo)協(xié)議的參數(shù)結(jié)構(gòu)和程序功能需求來決定添加信息的種類和數(shù)量。例如，要實(shí)現(xiàn)用戶通過信號(hào)控制系統(tǒng)查看實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)的功能，配合國(guó)標(biāo)協(xié)議的通道參數(shù)表，需要添加每個(gè)信號(hào)燈所屬通道號(hào)；要在地圖上顯示出信號(hào)燈位置，就需要添加信號(hào)燈所在路口的位置信息；要與信號(hào)控制機(jī)通訊，需要添加信號(hào)機(jī)以太網(wǎng)通訊的IP和端口，或者串口通訊的端口信息等。

查看實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)功能供用戶查看某指定路口當(dāng)前各信號(hào)燈狀態(tài)、執(zhí)行的時(shí)段事件、配時(shí)方案號(hào)和放行相位等信息。需要涉及到國(guó)標(biāo)協(xié)議的通道參數(shù)表、通道輸出狀態(tài)表、時(shí)基調(diào)度表、時(shí)段表、配時(shí)方案表和階段配時(shí)表。各表之間的讀取邏輯如圖3所示。

按照國(guó)標(biāo)協(xié)議中各個(gè)數(shù)據(jù)表的定義從信號(hào)控制機(jī)中得到需要的表格數(shù)據(jù)，結(jié)合數(shù)據(jù)庫得出信號(hào)燈當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)信息。

信號(hào)控制參數(shù)的查看和修改部分包含查看和修改信號(hào)機(jī)系統(tǒng)公共配置相關(guān)參數(shù)、模塊參數(shù)、公共時(shí)間相關(guān)參數(shù)、時(shí)基調(diào)度信息、時(shí)段信息、相位參數(shù)、相位輸出狀態(tài)信息、車檢器相關(guān)參數(shù)、單元相關(guān)參數(shù)、燈控相關(guān)參數(shù)、通道參數(shù)、通道輸出狀態(tài)信息、控制相關(guān)參數(shù)、配時(shí)方案表參數(shù)、階段配時(shí)信息等。無論程序中涉及到上述哪類參數(shù)的讀取和設(shè)置，都要遵照國(guó)標(biāo)協(xié)議中相關(guān)數(shù)據(jù)表格中每項(xiàng)數(shù)據(jù)的取值范圍、所占字節(jié)數(shù)及其數(shù)據(jù)定義規(guī)則翻譯上傳的數(shù)據(jù)或制定下載的數(shù)據(jù)。

3 結(jié)束語

國(guó)標(biāo)20999協(xié)議作為國(guó)家頒布的第一個(gè)交通信號(hào)控制機(jī)與上位機(jī)間的標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范的數(shù)據(jù)通訊協(xié)議，必將會(huì)成為未來信號(hào)機(jī)廠商和信號(hào)控制系統(tǒng)開發(fā)者采用的通訊協(xié)議。標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施與推廣，可使各個(gè)廠家遵循統(tǒng)一的通信協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)開發(fā)信號(hào)控制產(chǎn)品，為交通控制系統(tǒng)的后續(xù)升級(jí)和維護(hù)提供方便。未來的交通控制系統(tǒng)可以采用多家廠商生產(chǎn)的設(shè)備，減少城市建設(shè)的重復(fù)投資，不斷提高信號(hào)控制系統(tǒng)的先進(jìn)性和控制效率，推動(dòng)城市智能化交通的發(fā)展，為城市的可持續(xù)發(fā)展作出貢獻(xiàn)。

參考文獻(xiàn)

[1]北京市公安局公安交通管理局，海信網(wǎng)絡(luò)科技股份有限公司.國(guó)標(biāo)《交通信號(hào)控制機(jī)與上位機(jī)間的數(shù)據(jù)通信協(xié)議》研究與制訂[J].交通標(biāo)準(zhǔn)化，2009（14）.

[2]北京市公安局公安交通管理局，中國(guó)科學(xué)院自動(dòng)化研究所.GB/T 20999—2007 交通信號(hào)控制機(jī)與上位機(jī)間的數(shù)據(jù)通信協(xié)議[S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2007.

〔編輯：王霞〕