交通信号机

交通信号机（共12篇）

交通信号机 篇1

摘要：针对传统信号机相位少,运算性能低的缺陷,设计了以LM3S8962为控制核心的六相位交通信号机。在设计平面交叉口六相位模型的基础上,给出信号机控制模式、信号配时参数。根据信号机功能要求及LM3S8962的资源特性,给出信号机的硬件设计方案。利用模块化设计方法,完成各功能模块软件设计,并进行了系统整体测试。测试结果表明,设计的基于LM3S8962的六相位交通信号机功能完善、运行稳定,对于城市复杂平面交叉口,其控制效果优于传统信号机。

关键词：嵌入式系统,交通信号机,六相位,LM3S8962

0 引 言

随着我国城市化飞速发展,路面交通拥堵问题日益严重。交通信号机作为缓解交通拥堵问题的重要手段之一,其核心控制器主要包括两类[1]:一类是单片机控制器,这类控制器基于8/16位单片机,功能简单,控制方式单一;另一类采用工控机作控制器,功能强大,但结构复杂且多冗余,成本高。相位控制方面,传统的信号机主要为两相位和四相位信号控制[2,3]。两相位控制时,直行方向和左转方向同时放行,左转车辆与对向直行车辆形成冲突,极易造成交通事故;四相位控制时,将右转方向作为常通状态来对待,这显然忽视了没有过街天桥或地下通道的情况下行人安全通行的要求。

针对上述传统信号机的缺陷,本文提出了一种基于ARM芯片LM3S8962的六相位交通信号机的系统控制方案及其软硬件设计方法。

1 六相位信号机控制方案

信号机的控制方案是相位设置、相序设置、信号配时的有序集合,是信号机运行的数据源,因此对信号机控制方案的研究异常重要。

1.1 平面交叉口六相位模型

本文对左转方向、右转方向分别加以考虑,将十字路口的信号相位分为6个相位,如图1所示。其中,相位1,3,4,6用于机动车,相位2,5用于机动车、非机动车和行人。从该模型中可以看出,仅1,4相位放行时产生两个分流点,其余各相位放行时不产生任何接触点,较之传统的两相位、四相位控制模型大幅减少了交通接触点[4],因此,能够更有效地降低事故隐患。

1.2 控制模式与信号配时

本文采用对交通流时间分割的方法,按照设定的通行相序为每一相位分配一定的通行时间,在一次通行周期中,各个相位的通行对象均会得到一次通行权。考虑到未来交通控制系统的要求,同时兼顾传统信号机的控制方式,本文为信号机设计了多时段、定周期、手动、黄闪四种控制模式。

信号配时方面,为了保证各方向的通行对象能够安全地通过交叉口,每个方向的通行时间不能少于15 s,而为了避免各方向通行对象等待时间过长,信号周期时长不宜超过200 s。表1给出六相位信号机的一种信号配时方案,通行相序为相位1至相位6,黄闪时长3 s。

由此得到信号周期时长为192 s,各方向信号灯时长如表2所示。实际控制中,应根据各相位车流量情况对各相通行时间作适当调整。

2 系统硬件设计

2.1 硬件总体设计

信号机作为一个典型的嵌入式系统,其设计应以应用为中心,做到软硬件可裁剪。本文选用LM3S8962作为主控芯片,根据信号机的功能要求,并结合LM3S8962的芯片特性,设计的信号机系统硬件框图如图2所示。

2.2 微处理器、存储器模块

嵌入式微处理器是整个嵌入式系统的核心。LM3S8962是Luminary Micro公司的基于ARM Cortex-M3内核具有32位RISC性能的微处理器,提供丰富的片上资源,包括256 KB FLASH,64 KB SRAM,4个32位通用定时器、同步串行接口(SSI)、10/100以太网控制器、6组共42个GPIO端口等,支持嵌入式实时操作系统μC/OS-Ⅱ,适合于关注成本的片上系统级应用[5]。

LM3S8962具有256 KB FLASH空间,FLASH是一种不挥发性内存,由一组可独立擦除的1 KB区块构成。本系统软件占用空间小,使用LM3S8962自带的FLASH存储空间完全能够满足系统要求。因此,本文将μC/OS-Ⅱ系统内核、控制软件存放于第0～253区块,控制参数存放于第254,255区块。这样能够降低系统复杂度,提高数据访问速度。

2.3 信号灯、倒计时模块

本文为信号机设计了6个相位机动车及人行道共6×2×3+2×2×2=44路信号的控制。由LM3S8962的PB3-PB5,PB0-PB2,PC4-PC6,PD0-PD2,PE0-PE2,PF0/PF1/PG0这6组GPIO端口分别输出1～6相位LED信号灯的控制信号。

本文采用8段LED数码管作为信号机的倒计时显示组件。6个相位及人行道均采用两位数码管,共6×2+4×2=20个两位数码管。利用LM3S8962自带的同步串行接口(SSI,对应于PA2～PA5 GPIO端口),配置SSI为主模式,使用Freescale SPI帧格式,通过SSI每次向外发送16位数据(包括8位段码和8位位码),再利用两片级联的74HC595芯片将16位串行数据转换为16位并行数据输出,达到将段码、位码同时输出的目的。

2.4 实时时钟、以太网接口模块

信号机执行多时段控制模式时,需要根据实时时间执行对应时段的控制方案[6,7],并且为方便用户校对,需要在液晶界面上显示实时时间。本文选用DALLAS公司的时钟芯片DS1302,该芯片能够对年、月、日、周、时、分、秒计时,具有闰年补偿功能。使用LM3S8962的3个GPIO端口PA0,PA1,PA6分别控制DS1302的RST复位线、I/O数据线、SCLK串行时钟线,将命令或数据按每次1个字节或31个字节的触发模式传入时钟寄存器或移出RAM寄存器,实现LM3S8962与DS1302之间的同步通信,从而为信号机提供实时时钟。

传统的RS 232/RS 485串口,存在通信距离短、传输速率低等缺陷,不能满足未来交通控制系统联网的要求[8],因此本文为信号机设计了10/100 Mb/s以太网接口。LM3S8962自带有10/100以太网控制器,包括完全集成的媒体访问控制器(MAC)和网络物理(PHY)接口器件。为了实现信号电平耦合与阻抗匹配,避免信号机系统与以太网之间相互干扰,本文在PHY和RJ 45接口之间连接网络变压器HR601680,将发送和接收信号线分别与PHY,RJ 45对应连接。以太网接口如图3所示。

2.5 绿冲突检测模块

绿冲突检测是系统自检的重要部分,检测同一时刻6个相位是否有2个或2个以上冲突相位的绿灯信号同时被点亮的情况[9]。本文利用8位数据并入串出芯片74HC165为信号机设计了绿冲突检测电路,使用LM3S8962的3个GPIO端口PB7,PA4,PG1分别控制74HC165的并行数据加载、时钟脉冲输入和串行数据的读取,74HC165的8个输入端分别接至6个相位及2路人行道的绿灯信号。LM3S8962根据读取的绿灯信号状态及绿冲突判断规则判定是否发生绿冲突。

3 系统软件设计

系统软件包括设备驱动、控制软件以及网络通信协议三部分。

3.1 设备驱动

设备驱动程序作为系统软件的基础,是硬件设备的接口,应用程序通过这个接口才能控制硬件设备的工作。本信号机系统的驱动程序包括:FLASH读写驱动、SSI驱动、以太网控制器驱动、DS1302读写驱动、74HC165驱动等。

3.2 uIP协议

为了实现以太网通信,需要移植网络通信协议。uIP协议栈是为小型嵌入式微处理器设计的微型TCP/IP协议栈,提供必需的网络协议[10]。本文为信号机系统移植uIP0.9协议栈,将信号机系统配置为一个小型WEB服务器。应用程序中监听80端口,从uip_conn结构体中读取当前连接的相关信息,由uip_connected()判断远程主机是否连接上本机,由uip_newdata()判断是否接收到远程主机的新数据,由uip_send()向远程主机发送数据包。

3.3 软件功能模块

系统控制软件是信号机软件的核心,本文采用模块化的设计方法,将控制软件按功能分为初始化、方案处理、秒时段处理、绿冲突检测、按键处理、通信等5个模块。

初始化包括硬件和软件初始化,硬件初始化包括对片内FLASH、DS1302芯片、液晶模块、以太网接口等的测试,软件初始化包括初始化信号机参数、清除标志等。

方案处理从FLASH中读取系统控制模式、工作时段、信号配时、通行相序等信号机的基本工作参数,并存入特定的数据结构,供其他模块调用。

秒时段处理由每秒中断一次的定时器完成各相位灯色信号输出、为各相倒计时时间计数、切换通行相位等任务。

绿冲突检测由定时器每隔特定的时间完成检测各相位是否发生绿灯信号冲突的任务。若发生绿冲突,进行声光报警并进入黄闪控制。

按键处理由外部中断服务程序完成查询系统状态、修改系统参数、更改系统工作模式等任务。

通信部分为信号机与监控中心的以太网通信,完成接收监控中心的控制命令、发送信号机状态参数等任务。

3.4 软件流程

信号机上电后,首先进行初始化,如果初始化能够正常完成,则进入方案处理,从FLASH中取出各控制模式对应的工作参数并存入特定的数据结构中,之后系统默认进入多时段控制模式,根据当前时段的工作参数执行对应的控制。当定时器产生1 s中断时,进入秒时段处理输出灯色、倒计时信号。当接收到按键请求时,进入外部中断处理程序响应用户请求。当接收到远程主机命令或者发送数据给远程主机时,进入通信处理模块。信号机每隔一定的时间间隔进入绿冲突检测模块,检测绿灯冲突。

软件流程图如图4所示。

4 结 语

本文介绍了基于LM3S8962的六相位交通信号机相位模型、信号配时、软硬件设计及实现技术。该信号机改进了传统信号机的控制方式,能够实现高性能、多相位、多模式、联网控制,系统可靠性高、操作简单、升级扩充性好。测试表明,该六相位信号机能够有效减少交叉口冲突点、减少车辆延误、提高交叉口安全程度和服务水平、保护行人安全通行、车辆畅通运行,其社会效益十分明显。

参考文献

[1]陈丹,高孝洪,张本.城市道路交叉口交通信号控制系统的发展及现状[J].交通科技,2005(6):76-78.

[2]赵忠杰,刘小强,谢光秋.单交通路口变相位变周期信号控制[J].长安大学学报:自然科学版,2005,25(6):70-72.

[3]韩强,刘治平,刘运臣.单交叉路口的六相位智能交通控制[J].山东大学学报:工学版,2004,34(2):117-121.

[4]马慧茹,赵峰.利用交通冲突评价双向路段交通安全[J].山西科技,2005(2):94-95.

[5]刘仁成,廖宗建.嵌入式操作系统在微控制器中的移植研究[J].长春理工大学学报:自然科学版,2007,28(4):432-434.

[6]万绪军,陆化普.实时自适应交通信号控制优化理论模型[J].交通运输工程学报,2001,1(4):60-66.

[7]DANKO A R.Using intelligent agents for pro-active real-time urban intersection control[J].European Journal ofOperational Research,2001,131(2):293-301.

[8]李振龙,陈德望.交通信号区域协调优化的多智能体博弈模型[J].公路交通科技,2004,21(1):85-93.

[9]JEFFREY L,VICTOR J.A cooperative multi-agent trans-portation management and route guidance system[J].Transportation Research Part C,2002(10):433-454.

[10]张永涛,黄丹丹,李欧.uIP协议分析及其应用[J].信息工程大学学报,2006,7(2):147-149.

交通信号机 篇2

尊敬的各位领导、各位来宾、同志们：

我是一名出租车驾驶员，很荣幸能够参加今天的会议，并代表全县客运驾驶员、出租车驾驶员做表态发言。

交通安全是我们安居乐业的基础，交通文明是和谐社会的重要标志，“遵守交通信号、安全文明出行”作为今天的主题，突显出创造安全、畅通、文明、和谐的道路交通环境已经成为社会各界和人民群众的共同心愿。如今，全社会大力开展“文明交通行动”，也给我们全体驾驶员提出了更高的要求。作为一名客运驾驶员，我认为安全就是最好的服务，安全就是效益，所以安全运营这根弦时刻都不能放松、也决不能随着驾龄的增长，就忽视、淡化安全工作。因为安全直接关系到乘客的生命和财产安全，更关系到社会的和谐稳定。从根本上解决交通安全文明出行问题，不仅是交管部门的责任，也是我们交通参与者的责任，我们作为窗口行业的代表，应该一如既往地理解、配合、支持交通管理工作。

作为道路交通活动的直接参与者，我们将积极参与，并做到：树立安全第一的思想，提高安全意识和安全素质，强化责任感，严格遵守交通法规，规范操作，按规定车道中速行驶，文明行车，不酒后开车，不超员超速、不疲劳开车、不违法超车、不闯红灯，市区行驶不鸣喇叭,在运行中不抽烟、不打手机、不与旁人闲聊，确保行车安全。积极参加“礼让斑马线、文明出行”交通安全活动。主动避让横过道路的行人，遇行人正在通过人行横道时，停车让行。自觉服从和配合交警、运管等执法部门和本单位管理人员的指挥、检查和监督。助人为乐，拾金不昧，见义勇为，保障乘客的人身和财产安全。

优质服务永无止境，安全行车警钟长鸣。我们将在交警、运管执法人员的指导下，满腔热情地投身“遵守交通信号、安全文明出行”行动中去，从我做起，从现在做起，从一点一滴做起，坚持不懈，持之以恒，为实现服务质量的再提升，为营造道路客运良好的安全环境作出更大努力。

交通信号机 篇3

关键词：城市交通；交通枢纽；智能管理；交通信号；控制系统 文献标识码：A

中图分类号：TP273 文章编号：1009-2374（2015）06-0115-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.0485

随着信息智能化技术的不断发展，其应用的范围领域正逐渐扩大。其中，交通智能化管理领域就是重要的应用方式之一，应用了智能化管理系统的交通运输，能够实现一体化和综合化管理。而实现这一管理模式的技术基础，则是充分智能化的交通信号控制系统。由于目前我国城市化程度不断提高，城市内的机动车通行量和出行率始终处于上升趋势，因而使交通需求变得越来越复杂，对交通信号控制能力提出了更高要求，必须具备足够的智能化水平，才能保证交通运输秩序的正常运行，维护交通运输的安全。因此，必须结合城市交通规划的实际情况，设计出科学合理的交通信号控制系统。

1 智能交通信号控制系统概述

在我国经济得到了高速发展的今天，随着我国城市化进程的加快，我国交通压力越来越大，交通堵塞现象日益严重，解决城市交通问题已经成了城市建设中首要任务。如何解决交通问题，已经成为社会关注的焦点。交通信号在解决交通堵塞、规范交通秩序中起着积极作用。但传统交通信号已经无法完全满足新时代交通情况，现代交通车流量远远大于从前，在经济水平不断提高的今天，城市家庭几乎家家都有车，而车辆数目的增多，改变了我国的交通状况和交通发展，改革创新交通信号迫在眉睫。随着时代的进步，科技的发展，信息技术、网络技术、计算机技术、通信技术、智能技术的高度普及，智能交通信号概念被提出。通过不断实践和改革，智能交通信号控制系统已初步成型，虽然暂时无法大规模推广，但是智能交通信号系统也已经给我国交通带来了质的改变。智能交通信号实现了智能监控车流量，自动变化信号，智能指挥、规范交通，优化交通状况。下面通过两点来分析智能交通信号系统的特点。

1.1 采用高新技术

智能交通信号系统离不开先进的计算机技术、通信技术、信息技术和智能技术及感应技术，可以说智能交通信号是集各大高新技术于一身的强大智能系统，随着未来交通情况的不断变化，智能交通信号对技术的要求也会越来越高。

1.2 智能化

通过不断的实践和改革创新，智能交通系统越来越完善，现代交通信号智能系统所采用的技术、设备都能达到了城市交通所应满足的需求，不仅能够有效完成信号控制工作，更加实现了根据交通实际情况及时间段进行自动变化和科学指挥交通，并且智能交通信号系统的车流量测试功能实现了对我国街道车流量的记录，为我国交通改革提供了科学依据。

2 智能交通信号的系统设计

2.1 智能交通信号子系统

智能交通信号系统既复杂又系统，有多个子系统协调来完成对交通的引导和规范，交通信号控制只是其中的一个组成部分。

想要构建一个完整、可靠、科学的智能交通信号系统，就需要无数个子系统，这些信号子系统多分布在交通事故多发点及车流量较大路段。其中车流量计算子系统是智能交通信号的核心内容，智能交通信号系统，通过对车流量的精确的监测和计算，预判绿信号可变比率，使交通信号达到了一种动态控制。智能交通信号子系统应用的关键在于，一个区域内路段要保持状态一致，避免造成交通混乱及堵塞。不同区域路段可以根据实际情况，应用不同的方案来设计智能交通信号子系统，确保交通信号子系统的实用性。为了使交通信号在同一路段保持高度一致，可将相邻子系统互相连接，形成更大的整体系统，且内部以统一的周期运转。连接方案可以根据交通实际需求来判断，可进行永久连接或暂时连接。

2.2 智能交通信号对饱和度的控制

为了使制定出的交通信号控制战略方案更加科学，需事先将交通信号控制系统应用于交通枢纽区域中心自适应协调区域，从而对不同入口车道的饱和流量加以检測并得到准确数据信息，智能交通信号系统必须进行科学的交通饱和度监测，交通饱和度是规划交通的重要依据。饱和度测试和控制系统，应在交通主要线路设置，在这个检测和控制的系统数据库中以战略检测器的形式存在，在绿灯时段范围内，战略检测器将对车流经过时的交通流量及占有率数据信息进行采集并自动处理，最后将处理结果以数据表格的形式直观呈现，通过表格交通“饱和度”一目了然。饱和度检测和控制可利用实际的绿灯时间与绿灯时间比率进行计算。有效利用绿灯时间指的是饱和交通流情况下，恰好通过以最优车间距运行的同等车流量所用的绿灯时间。

2.3 交通信号控制相位差

智能交通信号系统设计，可以规划每个系统间控制规模，避免一个系统出现故障，给多路段交通造成严重影响，降低多方向相位差变化导致的相互作用力。智能交通信号控制系统设计应全面考虑，进行科学规划和实现，其控制范围，要根据交通实际情况，对不同流量进行不同规划，避免造成资源浪费。但设计过程中不仅要考虑到控制相位差，更应该估计到相互呼应，如某路段出现故障，可通过其他路段启动应急线路，进行暂时性的交通引导，避免交通事故，系统相互运作正常时可断开连接，避免造成干扰，实现真正的智能交通信号

系统。

3 智能交通信号控制策略

控制策略指的是在特定区域制定相关的信号控制策略，规划智能交通信号，最大程度地适应各个路口交通需求的变化。当某一相位的绿灯时段需求位于平均需求的下限时，可对该相位进行早断处理，如果没有需求甚至可直接略过该相位，或引入条件相位来代替。控制器处理的参照标准是检测器测得的交通数据决策，可以采用策略检测器来担负这项工作。控制策略主要针对的是控制器的运行问题，其在实施策略控制时所采取的技术与路口孤立运行时所采取的技术完全一致。策略控制实现的载体是区域计算机，因而能够对信号运行的强度加以调整。当然，策略控制与孤立控制在本质上并非相同。策略控制无法应用车间距计时器和损失时间计时器来提前终端或略过某个相位，这是因为处于同一连接上的控制器必须以相同周期的形式来运行，这样才能达到最优化的协调效果。另外，由于相位早断或略过而节省的时间，也必须追加至本地控制器的下一个相位或主相位上，从而维持相同的周期时长。策略控制的作用在于控制绿信比、周期及相位差，对变化幅度不明显的城市区域的交通流趋势进行把握；而策略控制则适用于处理各路口不同周期中速度快但程度较小的变化。为了能够制定出更加科学合理的交通控制战略，应力求将二者进行结合，从而构建更为完善的、全方位的交通控制

系统。

4 结语

本文通过对城市交通枢纽智能交通信号控制系统设计进行探究和分析，指出为了使交通运输领域得到更快的发展，提高交通运输的安全性和可靠性，必须积极应用智能化技术来实现智能交通信号，以此来改善我国目前的交通现状，智能交通将成为未来交通的发展方向。本文从多方面对智能交通信号系统进行了分析和阐述，对其具备的优势加以分析，并对交通枢纽区域交通信号控制的控制战略提出了一些看法，强调应制定科学战略来有效维护交通安全。

参考文献

[1] 尹贻林，王垚.基于利益相关者需求的城市交通枢纽设施优化设计研究[J].北京理工大学学报（社会科学版），2012，20（3）.

[2] 李群祖，夏清国，巴明春，潘万鹏.城市交通信号控制系统现状与发展[J].科学技术与工程，2012，18（24）.

[3] 秦渝.一体化交通系统下的城市交通枢纽及站场布局与结构研究[J].技术与市场，2014，12（3）.

作者简介：宋顶利（1971-），男，河北沧州人，供职于河北联合大学，工程师，博士，研究方向：教育；张昕（1979-），女，山西襄垣人，供职于河北联合大学，会计师，研究方向：教育。

交通信号机 篇4

随着我国经济建设的发展, 城市交通堵塞问题已越来越突出, 交通信号控制技术也需要不断地升级发展以适应越来越复杂的路口交通信号控制问题。所以传统的软硬件结构封闭、固定的路口交通信号机已不能满足控制需要;软硬件分离、操作系统和控制算法分离的系统开放型架构是交通信号机系统结构发展的趋势, 层次化设计将有助于加速系统的开发调试、日后维护升级和提高系统的整体性能。

从交叉口交通信号机的应用场合来看, 信号机是一个典型的嵌入式实时系统。随着交通信号机功能的增加, 信号机要实现与控制中心或其他路口信号机的联网通讯、实时采集路口交通流信息、执行控制算法、输出信号控制状态等任务, 对这些任务的同时并且实时处理是保证城市交叉口交通信号控制有效性的关键。因此, 本文将RTLinux实时操作系统引入交通信号机, 在简要介绍了开发的单交叉口交通信号控制半实物仿真系统的基础上着重论述了交通信号机主控板部分的设计。

二、系统组成

本系统为路口交通信号控制仿真系统, 用来实现单交叉口的交通信号控制半实物仿真。主要由两部分组成, 一部分是真实交通信号机, 另一部分是仿真平台PC机和在它上面运行的仿真软件。前者是本文设计的重点, 主要是交通信号机主控板模块;后者的仿真软件基于VC++6.0开发, 用来在PC机上虚拟出一个交叉口的场景, 模仿现实环境中的十字路口, 按照统计数据或交通流模型模拟车辆运行交通流, 产生用于检测车流量和队长信号的传感器信号等, 还要在屏幕上显示出由真实信号机控制的信号灯, 主要用来验证前者的功能和效果。二者通过串口交互信息。系统结构如图1所示。

三、信号机主控板的设计

主控板是交通信号机的核心板块, 考虑硬件系统可扩展性、开发便捷性, 选用嵌入式PC104模块作为基本硬件平台, 有利于开发人员移植各种操作系统, 自行开发外围接口板 (如信号灯驱动板、车辆检测器板等) , 根据需要灵活组态, 并可灵活开发基于操作系统之上的高级语言控制程序。

1. 软硬件总体设计

硬件部分, 信号机主控板采用PCM-5864 PC104-CPU板, 该板CPU为Intel Pentium MMX 233MHz, 内存为128M, 4个RS232串口, 另配有显示、键盘、鼠标等标准人机接口, 10/100Mbps网口为信号机以后升级实现联网控制提供了硬件接口。本设计在此基础上另接普通笔记本硬盘作为主存储器。

软件部分, 为保证系统响应定时的精确性和整个系统的稳定性, 采用RTLinux实时操作系统。RTLinux是新墨西哥科技大学 (New Mexico Institute of Technology) 的研究成果, 现在由FSM Labs公司维护并提供Free版本。它实现了一个微内核的小的实时操作系统, 而将普通Linux系统作为一个该操作系统中的一个低优先级的任务来运行, 这样既实现了在Linux系统中提供对于硬实时的支持, 又保持了上层软件与linux的兼容性。在PC104上的Redhat Linux操作系统经过升级并打上RTLinux补丁后, 改造成实时Linux, 版本为2.4.20-rtl3.2-pre2。综合考虑RTLinux操作系统的自身特点, 设计如图2所示的原型机主控板软件架构。

2. 实时任务层软件

实时任务层是信号机软件中的最底层, 是整个信号机软件的核心。交通信号控制需要定时更新信号灯P的C状态, 还要实现与底层硬件通信所需要的必要编译码程序和配置/控制程序;感应控制、自适应控制等方式还要定时读取传感器的信号, 这些都是硬实时任务, 以RTLinux的内核模块形式实现, 与底层的硬件直接通信, 具有最高的优先级和实时性。

实时任务程序用到RTLinux的一些重要API主要分为以下几类:

rt_com系列函数:用来完成对串口的配置和读写, 由RTLinux系统的串口驱动程序模块rt_com.o提供;

rt_fifo系列函数:用以完成RT-FIFO通信管道的读写和配置, 是RTLinux系统特有的, 功能上类似于普通Linux的FIFO, 实现普通进程与实时进程间、以及实时进程内部的通信;

pthread系列函数:与实时任务线程相关, 用来完成实时任务线程的创建、启动、挂起等操作;

除此之外, 程序用到的其它函数包括:

hrtime_t gethrtime (void) ;该函数用于获取系统时间, 返回值是自启动以来的的系统时间, 用64位有符号整数格式表示;

int nanosleep (const struct timespec*rqtp, struct timespec*rmtp) ;该函数实现高精度的延时, 入口参数不是常用形式, 通常用nanosleep (hrt2ts (long sleeptime) , NULL) 的格式实现调用, 执行成功则返回0, 否则返回相应的错误代码。

在这些系统函数的基础上, 结合事先设计好的具体的交通信号控制算法, 完成实时控制程序的编写并编译成模块, 文件名为tcm.o, 程序结构框图如图3所示。

该程序主要有以下几部分组成:

1) 程序入口函数init_module ()

Linux内核模块加载 (insmod) 时会调用该函数, 因此该函数常用于内核模块的初始化。本程序中该函数完成以下功能:rt_fifo的创建、rt_fifo_handler的创建和rt_com的配置初始化, 以及根据需要启动一种默认的控制程序 (如黄闪) 。

2) 程序出口函数cleanup_module ()

Linux内核模块卸载 (rmmod) 时会调用该函数, 因此该函数常用于完成内核模块卸载前的清理工作。本程序中该函数完成以下功能:rt_fifo的删除、rt_com的关闭。

3) 控制算法线程pthread1~4

用四个线程实现黄灯闪烁功能和三种常用的交通信号控制算法, 这些线程不同时运行, 根据用户通过rt_fifo传来的指令互相切换。每个线程从rt_fifo获得配置参数, 通过串口输入输出程序获得当前仿真PC机传来的交通流信息和发送信号灯

4) rt_fifo_handlers事件响应函数

内核模块初始化完成后, 该函数负责与上层用户程序通信。当用户程序通过rt_fifo发出命令后, 该函数会自动执行, 根据用户的命令进行线程的切换和参数的配置;当用户选择手动模式时, 则直接向串口发送命令, 改变当前信号灯的状态。

5) 串口输入/输出及指令编/译码程序

分为接收和发送两个函数。接收函数接受仿真PC机传来的传感器的信号 (线圈信号、队长信号等) , 译码后将结果返回;发送函数将信号灯的状态编码后由串口发出至仿真PC机。

3. 非实时任务层软件

非实时任务层工作在实时任务层的基础上, 功能上用来实现显示信号机运行状态、人机接口、读写配置文件、网络通信等非实时任务;结构上以普通Linux应用程序的形式实现 (但必须具有访问实时任务层的权限) 。因此程序编写方法与普通Linux应用程序相似, 在此不再赘述, 需要注意的是RT-FIFO在此层被视为字符设备, 非实时任务层与实时任务层即是通过RT-FIFO进行通信的。此层的用户配置程序cfgtcm采用简单的循环模式, 查询用户输入, 根据用户的要求通过rt_fifo向下层实时模块发送命令, cfgtcm运行界面如下:

0~8各个数字代表的功能分别为:0退出, 1关闭所有灯, 2全红, 3黄闪, 4定时控制, 5感应控制, 6可变相位控制, 7手动控制, 8重新加载配置文件。

4. 与仿真PC机联机运行结果

通过与运行仿真软件的PC机的联机, 整个系统实现了闭环半实物仿真, 开放式软件结构的交通信号机实现了预定的大部分功能, 包括:

由简单到复杂的三种交通信号控制算法 (定时控制、感应控制、自适应控制) ;用户界面实现了控制算法的选择功能;算法的参数化以及参数从配置文件读取;配置文件为文本格式, 可以使用vi等文本编辑器进行修改;用户配置程序仅在需要修改当前工作状态时运行, 修改完成后实时控制算法即可独立工作。

四、结束语

本文设计的基于RTLinux实时操作系统的交通信号机主控板, 实现了信号机软硬件开放的体系架构。目前在实验室环境下通过与自行设计的仿真软件联机, 信号机主控板的功能和控制效果得到了验证。从仿真运行情况看, 信号控制的实时性与可靠性均达到了设计要求, 取得了令人满意的效果。若将此主控板用于真实路口的交通信号控制, 只需再开发简单的外围接口板 (信号灯驱动板、车辆检测器板等) , 与主控板通过串口或PC104总线相连即可。例如信号灯驱动板可采用单片机及必要信号灯驱动电路组成, 通过串口与主控板连接, 串口通信协议和信号灯状态编程码程序只需采用和本系统仿真软件部分相同的算法即可实现。

参考文献

[1]刘智勇.智能交通控制理论及其应用[M].北京:科学出版社, 2003

[2]Getting Started with RTLinux.FSM Labs, Inc.

[3]黄传国, 郭江, 李朝晖.基于RTLinux的实时控制系统[J].电子技术应用.2002, 8:13-15

交通信号控制优化服务解决方案 篇5

交通信号控制优化服务是借助专业团队对交通信号控制方面进行挖掘，以更加有效地缓解目前由于机动车数量过快增长而造成路网交通运行压力增大，道路硬件资源增长严重失衡这一问题。具体服务内容包括：

 对交通信号控制理论及相关技术进行总结，规范信号优化工作流程，落实责任，建立统一化与个性化相结合的交通信号管理模式，保证交通信号合理运行，满足各种条件下道路交通参与者的通行需要。

 通过对相关路口进行周期性调查，及时发现存在不足并予以改善、跟踪，从而不断提高其运行水平。

 通过路口排查和调研，对有条件进行协调控制的路口设计协调控制方案，降低协调控制路口的行车延误，提高交叉口服务能力。

 以周报、月报和专项分析报告总结归纳工作开展情况及完成效果，有计划性的回检评价历史优化路口，提炼可取之处及考虑不周的地方，对未来将有可能发生变化的交叉口或路段有一定预测性。服务内容

2.1 交通信号管理基础工作

（1）交通信号控制理论及相关技术总结

交通信号控制理论及相关技术的总结包括对交通信号控制相关理论的总结和对现今主流信号控制模式及方法的总结2部分内容。

 对交通信号控制相关理论的总结

包括对信号控制涉及的相关参数的总结、对通过能力的总结及对信号路口对车流停滞作用的总结3部分内容。

 对现今主流信号控制模式及方法的总结

包括对单点信号控制模式与方法的总结、对交通信号子区划分的模式与方法的总结、对主干道交通信号协调控制模式与方法的总结、对同类型交通信号路口协调控制模式与方法的总结、对长距离交通信号协调控制模式与方法的总结以及对区域协调控制模式与方法的总结六大类涵盖点、线、面三个层次的信号控制与协调方法的相关技术理论的总结。

在对交通信号控制相关理论的总结基础上，根据各地市信号路口特点，重点对适用该地信号控制特点的信号控制模式及方法进行总结。

 单点信号控制

主要包括单点定时信号控制、单点感应信号控制和单点自适应信号控制三种方式。针对信号控制路口常用的单点信号控制方法有Webster等方法。

 交通信号子区划分

主要基于距离原则、车流特征原则、周期原则的子区划分原则及其相关的关联度判断方法、合理周期范围判断方法的划分方法总结。

 主干道交通信号协调控制

主要包括单向绿波协调控制、对称双向绿波协调控制、非对称双向绿波协调控制的方法。针对不同地市信号控制路口不同的流量特征可选用相对应的主干道信号协调控制方法。

 同类型交通信号路口协调控制

主要针对信号路口饱和度同类型及其基础上的潮汐特征同类型进行交通信号路口同类型的判定分析，归纳与其相对应的信号控制适用方法。

 长距离交通信号协调

主要对相邻路口间距离较长的信号路口及交通信号路口数较多的整体距离较长的协调控制方法进行研究，针对长距离交通信号协调的分类归纳相对应的协调模式及方法。

 区域协调控制

交通区域协调控制是二维上的控制，它通过将绿波协调控制的路口利用组合叠加的方式，对各信号控制路口的信号周期、绿信比以及路口间的相位差进行优化，以减小延误、提高路网通行效率的信号控制方法。当前交通信号区域协调控制的方法主要可以分为结合调控的协调方法、基于延误的协调方法和基于绿波带优化的协调方法。

通过全面深入的了解信号控制的基础理论及信号控制主流模式及技术方法，掌握前沿技术，归纳出适用性强的主流核心技术规范，为交通信号控制优化提供理论及技术支持。

（2）交通信号控制关键工作流程归纳

交通信号控制关键流程，是基于ITIL服务管理理念，结合日常管理部门组成及运作特点，在项目服务周期的开始时间段内研究并确立一套更加科学、合理和细致的落实到点、责任到人的交通信号控制路口运行情况巡查管理、交通信号运行方案优化、交通信号设施巡查的规范工作流程，完善配套模板，以提高交通信号控制系统日常工作的效率。

（3）优化交通信号控制策略及方案编制

根据各地市信号控制系统的特点，结合道路情况及交通流特点，对归纳及制定出来的适用的信号控制相位模板和各种交通条件下的信号控制策略和方案进行完善优化，使得交通信号控制策略及预案模式化、流程化、标准化。

（4）信号控制模式标准化

深入研究基于单点信号控制、协调信号控制、转弯信号、倒计时设置及行人按钮设置等信号控制系统的各项参数，归纳出解决路口信号具体问题的方向及思路，制定相关规范及标准。

（5）对交通信号基础信息的核查与摸查

对已有路口的基础信息档案的路口，利用一定时间进行交通信号基础信息的核查，核对现有资料的正确性与完整性，对不完整的资料按规范进行更新及补充；对尚未建档的路口，另外一定时间进行交通信号基础信息的摸查，并按规范对路口的相关信息进行补充完善，分类建档，以上基础信息文档资料经用户方最终核定后入库存储。同时建立路口档案库，根据各路口的信息材料进行分类存储并进行不断的更新完善。

2.2 交通信号控制路口日常巡查及方案优化

（1）全市信号控制路口周期巡查

通过定时对全市交通信号控制路口进行周期巡查，利用路面巡查和内场检查结合的方式，及时发现信号策略方案不适应当前交通流需求的信号控制路口，提高对信号控制系统运行状态的动态把握和快速反应。其中，路面巡查是主要的巡查方式，通过定期对辖区路口进行实地调查，及时发现路口存在问题；内场检查是辅助方式，通过在控制中心利用系统警告功能和交通监控视频来发现问题路口。（2）日常问题路口调查及控制方案优化

对在日常巡查中发现的问题路口，以及市民、媒体等反应的问题路口，进行深入的补充调查，并根据调查数据基于实际情况对信号控制路口进行优化，通过包括调查、设计、方案优化、实施、跟踪、再优化的信号路口优化工作流程对问题路口进行模式化、标准化的方案调整，使得路口适应当前交通流增长的需求。

（3）路口信号控制档案库维护与更新

每天对存在信息变更（主要包括车道划分、检测器、灯具类型、路口硬件配置等信息）的路口档案进行维护更新；此外，对在日常巡查中发现的问题路口，以及市民、媒体等反应的问题路口，在进行信号控制策略优化后及时记录更新相关信号控制档案。

2.3 交通信号协调控制方案优化

（1）绿路协调控制优化  单向绿路协调

单向绿路协调，即对单行线的路段或双行线的其中一个方向所包含的信控交叉口进行调节，从而实现范围内的单个方向的交通流的协调控制。使得协调方向上较多的车辆在通过上游交叉口后，能够不停车地连续通过多个交叉口，提升行驶顺畅度。

 双向绿路协调

在城市中，对向交通量差值不大的双行线路段的分布显然更为广泛。非高峰期间，对向交通量趋于接近的趋势极为明显。对于这样的道路交通条件，设置单向绿路协调显然是不合适的，协调方向上的带宽收益难以弥补对向大大增加的延误。因此需要采用双向绿路协调来对这些路段进行设置。

（2）区域协调控制优化

完整优良的交通信号协调系统应当包含三个层次：为每个路口设置合适的相位、相序、周期和配时的点层次；为在同一路段上的路口设置合适的相位差实现协调控制的线层次以及对多个路口或多条路段构成的区域作战略控制的面层次。由于包含多个路口、多条路段的区域中，其交通环境、交通流结构以及交通流向的多样性均非常丰富，因此难以建立通过数学模型来对区域交通进行描述。因此需要根据各地市的实际情况，尝试逐步实现由小到大的区域协调控制。2.4 技术支持及总结

（1）周期性工作汇报

定期总结一定时间段的工作开展情况和完成效果，包括现场巡查、信号优化路口以及视频巡查路口的总结，归纳信号优化结果并附上具体优化方案，同时制定下个时间段的工作安排，以word、excel、Visio等形式整理成报告反馈。

（2）回检历史优化路口

在总结中提取部分路口将其划分为重点路口、次重点路口和特殊路口，并进行长期跟踪维护，做好优化登记和存档；针对重大交通变化或突发性等交通事件而进行的信号方案修改、优化成果、优化总结等以报告形式汇报甲方。应用案例

目前，国内城市已经基本完成了交通信号控制系统的初步建设，交通运行秩序明显改善。然而普遍存在“重建设、轻服务”的误区，导致当交通流发生明显波动时，管控优化策略明显滞后，引起局部大面积的交通拥堵，信号控制系统的运行效率大大降低。基于此，方纬公司为广州交警、珠海交警等提供了本地化驻场的信号控制优化服务，主要借助交通信号控制理论及相关专业技术，对信号控制路口进行基础信息的收集整理与归档，并在此基础上进行路口巡查、方案优化及协调控制方案的优化，逐步形成标准化的流程，最后对相关技术及工作进行总结汇报并对关键前沿技术进行研究。以珠海市交通信号控制优化服务项目为例，截止到2015年底，方纬公司已经完成珠海市香洲大队辖区、拱北大队辖区、南湾大队辖区、金堂大队辖区，涉及93个路口的交通信号控制优化工作，包括93个路口基础信息的整理、更新及信号控制方案的整理更新，84个（次）路口巡查，10条绿路方案设计，使得信号控制效率大大提高。

控制路口相位资料基础信息路口名称：XX路XX路XX地感线圈制作日期：机 型：协调路口编号：2014-x-x路口编号：检测器类型:3车行灯组：2人行灯组：XXNWES3D路口信号灯组及检测线圈分布图3425(7m)12D1D4(14m)备注：2013-7-3，SG1、SG2、SG3新增倒计时ABC3D5相位序列图542D1DV1d:bV2d:bV3d:aSG4:P1-c(Q-)SG5:P2-ac(Q+)Da1:3,4Db1:1,2图1 控制路口相位资料整理示意图

交通信号机 篇6

【关键词】轨道交通；信号系统；设计

城市轨道交通的信号系统是整个城市交通运营中最为重要的任务。如其主要任务是控制列车运行，同时也能对列车的实际运行进行相应的指挥等。可以说，它影响着整个城轨交通的实际运营情况，能影响到它的安全，能关乎它的效益，这是一个至关重要的关键点。而城市快速轨道交通现代化也是社会发展的必然结果，它的最为直接的标志我们可以进行把握，应该是信号系统的实际水平。而设计者的责任也就凸显出来了，其设计的优秀系统方案能利于行车的安全，有效提升道路的整体运输能力。更为直接的是能对行车进行迅速上的控制，能进行相应的准确及时的调度。总之，就是最大化的提高其服务质量。同时，还能有效降低工程投资以及降低工程造价等。

1、系统构成方案

城市轨道交通从本质上来说就是个运输体系，而这个体系具有技术先进的特点，同时还具备一定的自动化水平。信号控制系统的构成要依据整个交通运输情况。

《城市快速轨道交通工程项目建设标准—试行本》对信号系统划分为三个层次：第一层次，主要是设备在运量不大的线路，也或是在行车密度不高的线路上；第二层次，同第一层次恰好相对，其设备在运量相对较大的线路上，在行车密度较高的线路上，一般都可配置列车自动监控，也就是ATS系统，也可配置列车自动防护系统；第三层次，同第二层次较为相似，其设备在运量相对较大线路上等，很多时候都可配置列车自动监控系统或是配置列车自动防护系统，也可配置ATO系统。

在上述内容中，从水平等级来看，第一层次系统配置属最低水平等级。一般其适用线路较为固定，一般只适于行车间隔不小于3 min 的线路。话句话说，如果行车密度相对来说还是较高的。可以依据实际情况，对线路实施的整个系统进行相应的改造或是完善，但是这样就的话其实也是合适的。因为在改造的过程中就必须投入自己，而这样的造成了一定的浪费，进而也会出现一些烂尾工程等；另一方面，机车信号信息量有限。其自动停车装置也不能容纳更多的信息。这也造成了列车运行过程的安全性较不稳定，保障程度不高。更多时候依赖于司机的驾驶，依靠其经验实现。其国产化率水平和工程造价水平也都是呈现两极分化，一个最高，一个最低。此外，还有第二层次的信号系统配置，更为适于行车间隔在2min以上。而其行车安全主要是通过列车自动防护系统提供保障；第三层次的系统配置，它的现代化技术水平相对较高。主要适于行车间隔小于2min的线路运用，由列车自动防护系统来保证行车安全。

2、主要技术方案

2.1设计行车间隔

如今的城市轨道交通的乘客运量相对都较大，其行车密度也很高，这样相应的城市轨道交通工程就应该抓住这一特点，采取有效的办法，如多采取缩短行车间隔方法，进而减少旅客候车时间，相应地也能提高其服务质量。同时，还能减少列车编组辆数，进而最大限度的节省工程投资。然而受到信号ATP系统技术等诸多因素的影响，其正常的行车间隔的缩短也是有限度和范围的。

我们可以参照发达国家城市轨道交通的运营的成功经验，利用信号ATP系统。可以说，客流量如果在某个特殊时段内，增加到了预测高峰值的130%时，这样ATP系统还是可以满足运营采取的临时措施。如，临时增加运营列车等措施。表1以某一条线路运营方案为例予以说明。

而在对这两种方案进行分析后，我们知道，这两种方案都能满足其运量的要求。但是，方案A和方案B的单向运输能力与高峰小时单向最大断面客流量比分别为1.00和1.08，也就是说这个数值还是存在差异的。整体上，从信号系统设计角度分析出方案B应该是更为优化的，也是更为科学的，相对来说方案A还存在一定的缺陷和不足。

当然，在实际的工程运用中应结合线路近、远期运量，同时也要考虑到工程实施方案，结合ATS调控能力等，这些综合因素都需要注意。在此基础上，才能设计行车间隔，才能保证其能满足运营要求，同时还能最大化节省工程投资。

2.2ATP信息传输方式

一般来说，我们更为关注的是列车运行安全。而提供为其提供最为有效的保障的应该有很多环节或是关键设备。而ATP系统相对来说又是其最为关键、也是最为重要的设备。一般都是由轨旁设备，当然也必须包括车载设备等，由他们共同组成了ATP系统。在列车的运行中，其信息的接收途径相对单一，一般都主要通过地面ATP设备来实现。

而连续式的ATP设备主要是接收地面信息，基本都是利用轨道电路，也有的是利用连续敷设的电缆来实现的。其特点也比较明显，信息传递实时性相对高，同时其技术也相对复杂，进而造成了其造价也相对昂贵一些。点式ATP设备主要是通过地面应答器，也有的是通过点式环线等，实现列车的地面信息接收。但是，其具备实时性相对较差的特点，相对来说其技术较为简单，当然造价也相对低廉一些。

我国的现有地铁交通情况还不够理想，也可以说其实际情况还存在较大的不足。其特殊性也较为明显，在个别时期的运量非常之大，其行车密度也相对较高。还有就是在地铁隧道内的驾驶条件还不容乐观，这些实际问题很是明显。而这些特点也都是需要我们关注的。而依据这些特点就可采用连续发码方式的ATP系统，这也最为有效的，也是最为适宜的。

如今，点式ATP技术不断发展，其具体应用也越来越多，越来越合理。如在城市轨道交通工程中就能有效采用点式ATP设备。目前，较有代表性的西门子公司ZUB120点式ATP系统的主要技术指标如下：

·传输制式移频键控（FSK），串行

·传输速率50k-1

·传输间距130～210mm

·电码可靠性循环码多次判断，海明距为4

·电码长度可编程有用比特96位

·機车设备平均故障间隔时间2×104h

·地面应答器平均故障间隔时间9×105h

点式系统控制实时较差的缺点不容忽视，其还缺乏紧急停车功能等。而这些问题都应该想法解决，一般通过接近连续式发码方式就能进行一定程度上的弥补。如，上海莘闵轻轨交通线是我国第一条城市轻轨线路，在这一系统中就按点式ATP系统来实现其特有设计。而，最新的点式ATP系统打破了90s行车间隔限制，更为重要的是这一系统实现了自动驾驶的目标，具备独特的功能。

3、小结

总之，系统构成以及技术方案相继确定，那么信号系统也就随之构成，或是说基本上就定型了。然而这还不是一个良好的系统，在设计的过程中还需要注重很多的细节问题。因为这些细枝末节会影响到这个系统，正所谓牵一发而动全身。此外，在设计过程中，更应该关注城市轨道交通信号系统的特殊技术指标。这是其设计情况的最为直接的体现。

作者简介

公路隧道交通信号滤波算法 篇7

交通事件检测是基于交通流参数的变化来进行检测的,然而由于检测系统的通信噪声(或暂时性的系统故障等原因),会对反映交通事件的信号产生干扰,从而发生事件的误报。如环形线圈检测器输出的交通量、占有率数据,常常包括孤立的大脉冲,而且脉冲常常同时出现在许多连贯的检测站,这种高峰并不代表实际的交通波动。因为在一个采样间隔内(一般20~60 s),交通变量不可能推进几个检测站的长度,它是一种高频噪声。因此可以采用滤波器滤除不合理的高频信号,保持包含事件信息的信号,从而减少事件的误报数量。

1 滤波器的一般原理

在交通事件自动检测中常用的滤波器主要有低通滤波器、卡尔曼滤波器、小波消噪等[1]。

1.1 低通滤波器

低通滤波器[1]是允许检测器输出信号的低频部分通过,而拒绝不合理的高频噪声部分信号通过的滤波器。通常包括移动平均、指数平滑、中值滤波等几种形式。在交通事件检测中,为了减少因高频随机交通波动而产生的误报,1993年,Yorgos J Stephanedes和Athanasios P.Chassiakos采用时域平滑器(Running-Average Smoother)对原始数据(交通占有率数据的离散时间序列)进行滤波[2]。对实际数据进行实验表明,先对原始数据进行滤波处理,可以减少误报数量。但是,线性低通滤波器存在以下缺陷:

(1)移动平均法所需信息量较大。

(2)在存在线性趋势影响时,指数平滑法预测不准确。

(3)如果信号是由阶梯一样的采样值所组成,则中值滤波法在去除噪声的同时也使测量信号的边缘变得模糊,损失鉴别事件的信息。

1.2 卡尔曼滤波器

1961年左右,Kalman和Bucy等提出了最优线性滤波方法,其关键在于把难解的积分方程代之以相应的微分方程或差分方程,直接用计算机求其递推解[3]。其优点如下:

(1)可以处理非平稳随机过程、时变系统及有限记忆的情况;

(2)得出的递推方程组易于计算机求解;

(3)递推滤波的计算使存储量大大降低,便于实时应用。

1981年,Cremer将卡尔曼滤波器应用于交通事件检测。1984年,日本学者上田牛比古汉村与神野健二将自适应卡尔曼滤波应用于交通事件检测。

离散卡尔曼滤波的信息模型[4]如图1所示。

设离散时间模型为:

测量方程为:

式中:X(k)为n×1状态向量;Φ(k+1,k)为n×n状态转移矩阵;Z(k)为n×1测量向量;C(k)为m×n矩阵;W(k)为n×1向量,即为n维模型噪声,是均值为零的白噪声序列;G(k+1,k)为n×n噪声转移矩阵;V(k)为m×1测量误差,即为m维测量噪声,是均值为零的高斯白噪声。

于是,离散卡尔曼滤波递推运算方程组为:

(1)新息方程

()滤波估值方程

(3)预测估值方程

(4)最优增益矩阵方程

(5)预测估值协方差方程

(6)滤波估值协方差方程

虽然如此,卡尔曼滤波器仍有一些缺陷:

(1)由滤波理论可知,在模型准确的条件下,随着观测次数的增加,由线性最优滤波器可得到系统状态的精确估计值和误差方差。但在实际应用时,按线性最优滤波公式计算出的结果与系统实际状态有很大差别,并且差别可能无穷大。

(2)在应用卡尔曼滤波递推方程时,往往不能确切地掌握系统初始状态的先验知识,甚至根本不能掌握这些统计特征。对于选择不精确或者是随意选取的估计初始值及其误差协方差,只有当滤波时间很长时,估计初值及其误差协方阵对系统的影响将衰减至接近于零。

如上所述,低通滤波器显然不能满足工程需求,卡尔曼滤波器噪声特性与状态转移矩阵的确定比较困难。因此,有必要探讨其他形式的滤波器。

1.3 小波消噪

小波是一种时频分解技术,它继承了加窗傅里叶分析中局部细化的思想,引入了变尺度的概念[5]。离散小波函数可记作:

离散化小波变换系统可以表示为:

若a0=2,b0=1,则:ψj,k(t)=2-j/2×ψ(2-jt-k)称之为二进小波(Dyadic Wavelet)。

二进小波对尺度参数进行离散化,对时间域上的平移参量保持连续变化,不破坏信号在时间域上的平移变量。

一个含噪声的一维信号的模型可表示为:

式中:f(i)为真实信号;e(i)为噪声;s(i)为含噪信号。

这里以一个简单的噪声模型加以说明,即e(i)为高斯白噪声N(0,1),噪声级为1。在实际工程中,有用信号通常表现为低频信号或较平稳的信号,噪声信号则表现为高频信号,所以消噪过程可按以下方法进行处理[6]。

首先对实际信号进行小波分解,选择小波并确定分解层次为N,则噪声部分通常包含在高频中。然后对小波分解的高频系数进行门限阈值量化处理。最后根据小波分解的第N层低频系数和经过量化后的1~N维层高频系数进行小波重构,达到消除噪声的目的,即抑制信号的噪声,在实际信号中恢复真实信号。

小波消噪的方法一般有3种[7]:

(1)强制噪声处理。该方法把小波分解结构中的高频部分全部变成零,即把高频部分全部消除,再对信号进行重构。

(2)默认阈值消噪处理。在Matlab中先产生默认阈值,再进行消噪处理。

(3)给定软阈值或硬阈值消噪处理。在实际消噪处理过程中,阈值可通过经验公式获得,而且这种阈值比默认值更具有可信度。

2 交通信号滤波仿真

在采集的交通信号中,有用信号通常表现为低频信号或是一些比较平稳的信号,而噪声信号通常表现为高频信号。小波消噪可以很好地保存有用信号的尖峰和突变部分,有效的检测出信号中的奇异点[8,9]。小波信号消噪可按以下步骤进行:

(1)一维信号的小波分解。选择一个小波,并确定一个小波分解的层次N,然后对信号进行N层小波分解。

(2)小波分解高频系数的阈值量化。对第1层到第N层的每一层高频系数,选择一个阈值进行软阈值量化处理。

(3)一维小波的重构。根据小波分解的第N层的低频系数和经过量化处理后的第一层到第N层的高频系数,进行一维信号的小波重构。

在Matlab中利用小波对交通信号(流量、占有率)进行消噪,程序框图如图2所示。

3 滤波效果验证

根据小波消噪算法在Matlab中对车辆检测器检测信息车流量、占有率进行滤波仿真试验[9],为节省篇幅,这里只给出了占有率的数据滤波,并将其与低通滤波器的滤波效果进行对比,所得数据曲线如图3所示。

其中,低通滤波器采用切比雪夫窗函数,归一化窗口宽度为0.4,阶数为16;小波消噪采用symlets小波族中的sym6小波对原始信号进行分解,经过滤波之后再进行重构,在仿真时,采用ddencmp函数和wdencmp函数完成小波消噪过程,其中,ddencmp函数产生原始信号阈值门限,wdencmp函数根据门限进行信号消噪处理[10]。

试验结果表明,在以上几种滤波方式中,用小波进行占有率的消噪既可以很好的保留原信号的特征,又可以对突变信号进行较好的提取,对流量的滤波试验也表明小波具有较好的滤波效果。

4 结语

交通信息采集系统采集到的隧道内车流信息一般都含有计算噪声、通信噪声和故障噪声,必须经过滤波处理才能使用这些信息进行隧道事件检测,否则可能会导致误判断。小波消噪滤掉交通信号中的不合理的波动,使交通自动事件检测算法免于把随机波动信号或噪声信号误报为事件,有效地降低了误报率。

参考文献

[1]杨兆升,杨庆芳,冯金巧.基于模糊综合推理的道路交通事件识别算法[J].公路交通科技,2003(4):92-94.

[2]特雷尔.数字滤波器引论[M].北京:清华大学出版社,1986.

[3]彭丁聪.卡尔曼滤波的基本原理及应用[J].软件导刊,2009(11):34-36.

[4]田晓宇,李明干,刘沛.基于Kalman滤波的神经网络学习算法及其应用[J].计算机与数字工程,2005(2):40-42.

[5]孙延奎.小波分析及其应用[M].北京:机械工业出版社,2005.

[6]胡昌华,张军波,夏军,等.基于Matlab的系统分析与设计:小波分析[M].西安:西安电子科技大学出版社,2000.

[7]刘志松.基于小波分析的信号去噪方法[J].浙江海洋学院学报:自然科学版,2011(2):63-67.

[8]闻明,吉海彦.小波分析消噪及其在Matlab中的实现[J].现代电子技术,2003,26(24):47-49.

交通信号也应“村村通” 篇8

当前，全国城乡开展的“村村通”工程大大方便了农民出行，促进了城乡经济的发展，然而，一些宽阔的乡村道路上缺少必要的交通信号，这不能不说是美中不足。

《中华人民共和国道路交通安全法》第二十五条规定，全国实行统一的道路交通信号。交通信号灯、交通标志、交通标线的设置应当符合道路交通安全、畅通的要求和国家标准，并保持清晰、醒目、准确、完好。交通信号是驾驶员的生命之友，是无警区的交通岗，是广大交通参与者安全行车走路的无言导师和指路明灯。在一些诸如弯路、窄桥等危险路段和学校门前，交通信号的作用更为重要，尤其对那些路线不熟的外地驾驶员和晚上行车的驾驶员来说更是不可或缺，现实中因缺少交通信号导致的交通事故屡见不鲜。

“村村通”公路建成后，交通信号也应当实现“村村通”，如此，才能使我们的公路更好地服务于广大群众。

城市轨道交通与通信信号系统 篇9

1 城市轨道发展现状透视

世界经济一体化的到来使整个世界经济都息息相关。中国作为世界上首屈一指的经济实体, 近几年的经济发展也十分惊人。与此同时带来的城市交通问题也是尤为突出的。为了缓解这一问题, 发展城市城际交通必然是当务之急。发展交通不仅是注重数量上的增长还应该把重心放在质量上的提升。以城市立交桥为代表的城市便捷交通设施已经不能够完全满足当前城市人口流动的需求, 而是应该将更多的精力放在城市综合交通体系的建立上。比如说, 为了城市经济的繁荣和人们出行的便利, 地铁、高铁和城市城际轻轨已经成为发达国家和发展中国家争相青睐的项目。尤其是高铁技术的引进和开发不仅为当地的经济发展注入了强大的生命活力, 更是一个地区乃至一个国家科学技术力量的集中体现。以磁悬浮技术为例, 抛开这一高新技术引进带来的科技辐射作用不说, 在方便人们出行的前提下更是带动了当地材料学、建筑业以及劳动保障部门的发展。所以, 不难看出, 发展以信息科技技术为支撑的前沿交通技术是一项一举多得措施。

具体来说, 引进和发展城市交通通信和信号系统是该项举措的重点之处。交通信号就像交通系统的眼睛, 是交通系统监督城市交通流量的重要保证。信号系统的建立和监管是保证城市交通流畅度的保证, 表现在城市车辆、轻轨和地铁的安全行驶和高效率的同行能力。自上世纪中叶以来, 高新技术的发展给社会各行各业都带来了不同程度上的福利。尤其是在城市交通方面, 更是一场根本性的革命。以信息监管和计算机管理为技术支持的城市轨道交通信号系统 (ATC) 在新的城市化进程中发挥着不可替代的作用。这一技术的发展和晚上不仅保证了城市车辆的通过率大幅度提升, 还为城市轻轨和城际列车自动化驾驶提供了强大的导航作用。

2 城市轨道交通与通信信号系统现状的具体分析

城市轨道交通与通信信号系统主要是由装备各式信号装置的电路岔口装置和附属的公共设施组成的。这些公共设施基本上都是隶属于原城市基础设施, 比如城市轻轨轨道、路口交通信号灯以及公共停车管理系统。通信信号系统的组建和发展就是依赖这样的基本设施壮大起来的。并在此基础上不断巩固和升级, 依赖于电子数控的技术支持组建出一套完整的指挥系统。其中, 起着关键心作用的是城市城际联动锁定装置和自动控制装置。这两种装置是城市轨道交通和信号通信系统 (ATC) 的关键所在。细化来看ATC又可以分为自动监控系统ATS、列车自动防护系统ATP和列车自动运行系统ATO。举例来说, 城市轨道交通和通信信号系统是基于地面 (轨道实时监测数据) 来反馈城市轻轨和城际高铁上列车运行的实时状态, 对运行列车状态最最初整体预估, 评判列车的车速、阻力、制动能力的可控程度;同时通过数字化和自动化技术远程调控列车的制动刹车系统, 一方面保证列车的运行速度在合理范围之内, 另一方面可以及时的应对突发情况, 在保证列车安全的前提下杜绝轨道上的意外状况。智能化系统的引进和深化让城市轨道交通与通信信号系统可以随时接受远程控制, 既保证了列车操控人员的安全性也保证了列车的可调度性, 这样一来列车的运输能力和通过能力得到了实质上的提高, 城市物资配送、公共资源的安排也得到了合理化和高效率的配合。

城市轨道交通与信号通信系统给城市交通带来大便利的同时也有自身固有的缺点, 而这些缺点也在很大程度上制约了城市轨道与信号通信系统的深度发展。这些缺点主要体现在以下几个方面:

首先是当前我国的城市轻轨和交通信号系统的造价居高不下。以上海市的地铁造价为例, 每一公里的资金成本投入高达六亿人民币, 这一成本预期要在三十年内收回。造成这一因素的主要原因还是核心技术依靠进口, 成套的系统装备也依赖进口。国外承包商争先瓜分中国市场和国内企业竞争力不足是客观原因。加之大部分的交通信号系统是分期完成, 一旦选定承包商信号系统无法进行修改, 这就造成后期信号维修和管理对外的高度依赖性, 这样的情况不仅会造成当前系统定价由外国承包商决定的局面还会国家安全埋下隐患。

再者就是国内信号的不兼容问题。在我国首先引进该系统的大多是发达城市, 而后逐渐向大中型城市进行推广。这样的模式虽然能有效的降低引进成本但是带来的是区域与区域之间信号系统的不兼容问题。这样的局面会直接造成区域内部列车运营的沟通困难, 尤其是在地域之间由于信号不兼容会造成列车速度和行驶安全上的隐患。虽然在地域内部能达到效率的最高值但是在地域之间的配合就显得非常乏力。另一方面也使系统的维护和保修工作效率低下, 不能实现区域之间的合理统筹管理。

最后在信号材料和核心技术开发方面。我国企业的发展步伐缓慢, 竞争能力低下不能够与国外厂商在同一个平台上进行正面的较量。这不仅使得我国城市轨道与信号通信技术被国外承包商所垄断也大大不利于我国民族厂商的进步和创新。没有一个好的平台和实战战场, 使我国厂商生产出来的产品与实际运用频频脱节, 这对我国在该领域的高新技术研发是致命性的打击。如果我国企业不能积极向国外技术层次靠近不进行深度产品开发和实战演练, 那么带来的后果将是灾难性的。

3 对于我国城市轨道交通和通信信号系统的展望

我国ATC行业的发展前景是十分明朗的, 并且国家在这方面的需求是十分旺盛的。为了弥补业内的需求, 我国民族企业应当正视当前的情况, 迎难而上正确处理好需求和技术之间的问题, 积极找出解决方案。

首先要放低姿态, 以积极地锐意创新的态度吸取国外先进技术的优点, 加快国内硬件加工技术的步伐, 配合当前ATC行业的发展态势, 开发属于自己的核心技术, 推动国产城市轨道交通行业的进步。

其次要通过对引进的技术进行消化吸收, 掌握系统功能单元间接口协议和技术标准。让国内有条件的企业优先系统性学习, 争取在短时间内突破ATC在我国区域之间不兼容的瓶颈, 开创出一套适合我国大部分城市的接口协议。加大研发力度, 在政策和资金上都采取倾斜性的辅助态度, 使该项技术尽早实现国产化, 打破国外垄断, 实现行业内水准化生产, 保证国家公共交通设施安全。

再者就是以缓解城市交通压力为前提, 进行多元化的系统开发。ATC是基于信号的列车控制系统, 我国也可以积极参与基于通信的列车控制系统。这种控制系统一方面可以打破通信信号系统一家独大的局面另一方面也可以充分发挥我国的本土优势和固有的通信设施优势, 实现对城市交通的可控管理。

总的来说, 随着经济社会的发展和城市交通压力的日益增大, 发展城市轨道交通和信号通信系统是目前最为可行的方法。但是我们仍要积极克服当前的难点, 为营造一个完善便捷的城市交通网而努力。

参考文献

[1]张立国, 丁静波.城市轨道交通轨道与供电杂散电流接口设计研究[J].铁道标准设计, 2005.

城市轨道交通信号系统解决方案 篇10

随着国内城市轨道交通网络的大力发展, 近10年来, 有20多个大中城市建设近千公里的城市轨道交通线路。作为城市轨道交通“大脑”的信号控制系统, 是提高运营效率、保证行车安全及乘客舒适度的关键。基于通信的移动闭塞系统 (CBTC) 是当前世界轨道交通列车控制系统的发展趋势, 是近年来国内外使用的最先进的一种闭塞系统。

为打破国外轨道交通信号技术垄断, 加速我国城市轨道交通信号系统国产化进程, 卡斯柯信号有限公司从1994年开始启动智能列车监控子系统 (i TS) 的开发。2009年智能安全型计算机联锁子系统 (i LOCK) 开发完成并通过国际第三方独立安全认证。现在智能列车控制子系统 (i TC) 开发完成。历经17载的技术攻关, 最终开发并推出了具有完全自主知识产权的城市轨道交通信号系统解决方案——基于通信的智能型移动列车控制系统 (i CMTC) 。

1 i CMTC系统方案

基于通信的智能型移动列车控制系统采用目前最先进的基于通信的移动闭塞技术, 通过数据通信网络实现地面与车载控制、车站与中央控制相结合, 是一个集行车指挥、运行调整、安全间隔防护以及列车自动驾驶等功能为一体的移动闭塞列车运行控制系统。

1.1 i CMTC系统结构

i CMTC系统继承了卡斯柯信号有限公司现有的成熟地铁信号系统解决方案 (URBALIS 888系统) 良好的架构设计。

i CMTC系统由以下子系统组成:

(1) i TC。监控列车安全运行, 通过i TC车载部分和轨旁部分构成信息闭环控制, 实现移动闭塞控制功能。

i TC是i CMTC系统的一个核心子系统, 由车载和轨旁两部分组成。车载部分包括车载控制器 (i CC) 和驾驶员接口 (DMI) ;轨旁部分包括区域控制器 (ZC) 、线路控制器 (L C) 、编码器 (L E U) 和欧式信标 (BEACON) (见图1) 。

(2) i TS。提供自动或由人工控制进路功能, 实现行车调度指挥, 并向行车调度员和外部系统提供信息。

(3) i LOCK。执行i TS功能命令, 管理进路、道岔和信号控制, 并将进路、计轴、道岔和信号等状态信息提供给i TS和i TC子系统。

(4) DCS。通过网络通信和无线通信, 实现i CMTC系统各设备之间的安全信息和非安全信息传输。

(5) MSS。对i CMTC系统各设备的状态进行检测、诊断和集中报警, 帮助维护人员进行故障设备定位和维修。

i CMTC系统中, i LOCK、i TS、DCS和MSS子系统为既有成熟产品, 已在多个项目中应用。i TC子系统正按照EN 50126/50128/50129标准自主研发, 已处在系统集成和现场中试阶段。

1.2 i TC

1.2.1子系统组成

(1) i C C。主要实现两大功能:一是自动列车防护 (ATP) 。根据安装在列车车身上的编码里程计、信标天线和安装在轨旁的欧式应答器进行列车安全测速和定位。通过采集驾驶员输入和轨旁有源信标或区域控制器获得的变量信息和EOA信息, 确定列车的驾驶模式, 并对列车的速度、间隔、能量、退行、车门开关等进行监控, 在列车发生超速、超能、冒进、退行时对列车施加紧急制动, 保证列车运行和乘客安全;二是自动列车驾驶 (ATO) 。根据安装在列车车身上的编码里程计、信标天线和安装在轨旁的欧式应答器进行列车精确测速和定位。根据运行调整指令 (来自i TS的运行调整命令或司机人工调整停站时间) 自动驾驶列车运行, 保证列车运行时的乘客舒适性和自动精确停站。

(2) DMI。用于显示车载控制器信息的专用车载嵌入式计算机, 通过车载以太网与列车头尾2个车载控制器连接。DMI是车载控制器与列车驾驶员的接口, 根据车载控制器请求, 通过声音、图像等方式将列车运行状态和辅助驾驶信息通知列车驾驶员, 从而辅助驾驶员驾驶列车。

(3) ZC。实现移动闭塞控制的核心设备, 对其管辖区域范围内所有列车的安全间隔进行防护和管理。ZC根据车载控制器发送的位置报告或轨道区段的占用检测, 为每列列车创建自动保护区域 (AP) , 通过管理区域内的AP和轨旁状态为每一列通信列车计算移动授权 (EOA) 和安全变量信息, 并将其发送给车载控制器, 以实现对列车安全间隔的防护。

(4) L C。管理i T C子系统内部软件版本和安全时钟同步, 并接收来自i T S子系统的临时速度限制 (TSR) 设置和修改, 将线路TSR发送给车载控制器。

(5) LEU和BEACON。LEU接收i LOCK子系统的轨旁变量信息, 将其编码后通过信标发送给车载控制器。BEACON分为有源信标和无源信标。信标沿轨道布置, 用于列车越过信标时定位列车。有源信标与LEU连接, 将轨旁变量信息传递给车载控制器。LEU和信标提供轨旁i LOCK子系统和车载控制器之间的接口, 用于实现后备模式 (降级模式) 功能。

1.2.2开发流程

i TC核心子系统严格按照欧洲铁路应用标准EN 50126/50128/50129开发, 执行高标准的质量控制。 (1) 项目开发采用设计、测试、安全和质量相独立的组织结构。 (2) 系统开发过程采用安全生命周期模型 (V Cycle) , 安全生命周期模型各个阶段的输入和输出严格通过审核、验证和批准。 (3) 系统确认测试采用严格的零缺陷出口标准。 (4) 系统开发过程和安全由国际第三方安全机构进行独立安全认证。 (5) 系统开发采用标准推荐的组合故障安全和反应故障安全技术。 (6) 安全相关软件采用标准推荐的形式化开发方法, 使用经过SIL4级认证的SCADE工具进行开发。

1.2.3主要技术特点

i TC子系统符合“故障-安全”原则, 安全完整性等级为SIL4。主要技术特点体现在以下方面: (1) 车载控制器硬件采用“2取2”结构, 通过相异设计和双通道安全输出比较来提高系统的安全性。 (2) 车载控制器软件采用安全编码处理器 (VCP) 技术和数字集成安全保证逻辑 (NISAL) 编码技术, 使系统发生随机错误的不可检出率达到SIL4级要求, 保证系统的高安全性。 (3) 车头车尾的车载控制器构成冗余, 根据设备的可用性等级实现自动主备切换, 保证系统的高可用性。 (4) 轨旁设备统一采用卡斯柯信号有限公司自主研发的通过国际第三方SIL4级独立安全认证的轨旁安全平台 (TSP) 。该平台采用双系并行控制的“2乘2取2”技术、在线检测 (BIT) 技术和相异性 (DIV) 技术, 以保证轨旁系统的安全完整性等级达到SIL4级要求。 (5) 车载输入/输出模块的安全输入和输出采用并接方式连接, 构成双驱双采工作方式。 (6) 系统内部设备之间采用SACEM安全通信技术, 使用双24位SACEM编码和时间标签技术, 保证安全数据交换的安全性和时效性。

1.3 i LOCK

i LOCK是i CMTC系统中的一个关键子系统。该子系统符合“故障-安全”原则, 是以微处理器为基础的计算机联锁信号控制系统。它是卡斯柯信号有限公司引进法国阿尔斯通公司 (ALSTOM) SMARTLOCK系统核心技术, 结合我国铁路运营技术条件, 经过二次国产化开发而成的一种安全型计算机联锁系统。

i LOCK综合运用“反应故障-安全”、“组合故障-安全”和“固有故障-安全”技术, 采用双CPU表决输出方式, 比采用单一安全技术的系统具备更高的安全性。

该系统自2009年开始已广泛应用于我国国家铁路、地铁等领域, 如沪杭高速铁路, 虹桥枢纽, 北京地铁2号线、机场线和房山线, 上海地铁10号线, 深圳地铁2号线和5号线等。

i LOCK子系统的主要技术特点是: (1) 采用“2取2”双CPU结构和NISAL技术。NISAL技术在基本逻辑运算之外提供一种独立的安全校核, 使得i LOCK系统比一般的“2取2”双CPU结构具有更高的安全度等级, 保证系统的高安全性。 (2) 采用“故障-安全”通信协议与i TC系统交换安全数据, 保证安全系统之间数据通信的安全性和时效性。 (3) 采用“2乘2取2”结构和采集共享、并行驱动技术, 最大程度地提高i LOCK系统的可靠性。 (4) 采用多处理器、相互独立的计算机电源保护、防浪涌和双重电源防雷、机箱屏蔽接地、分区滤波等技术, 使i LOCK具有较高的防雷和抗干扰能力。 (5) NISAL技术的采用能确保输出驱动安全性的同时, 简化接口电路, 降低系统成本。

1.4 i TS

i TS是基于现代数据通信网络的分布式实时计算机控制系统, 与i LOCK子系统、i TC子系统、站台设备等连接, 为控制中心行车调度员和车站行车值班员提供信号和列车的监控功能, 并在此基础上实现对列车的自动化调度和运行调整, 从而减轻调度员和值班员的工作强度, 优化线路运行效率。

作为卡斯柯信号有限公司的既有成熟产品, i TS子系统在国内外地铁项目中得到了广泛的应用, 如伊朗德黑兰地铁1号线和2号线, 北京地铁2号线、9号线、机场线、房山线, 上海地铁1号线、10号线, 深圳地铁2号线和5号线等。

i T S子系统的主要特点是: (1) 关键单元采用“1+1”防护, 故障情况下冗余设备自动实现无扰切换。 (2) 采用分散自律功能配置, 在中央故障时仍可完成大部分自动控制功能。 (3) 对于涉及安全的操作, 采用高完整性控制安全协议 (HILC) , 提供安全操作的二次确认, 以确保安全。 (4) 对恶意入侵的实时监测, 保障系统的信息安全。 (5) 符合人机工程原理的标准化图形用户界面。 (6) 完善的故障诊断功能, 减少系统维护时间。

1.5 DCS

DCS为i CMTC系统提供可靠的通信连接, 主要由两大部分组成: (1) DCS有线传输系统。为i CMTC信号系统提供信息交互传输通道, 保证地面应用间正确的通信连接, 同时也为轨旁设备和车载设备通信提供接口。 (2) DCS无线传输系统。包括车载无线设备和轨旁无线单元, 为轨旁和车载设备提供可靠、持续、双向的通信服务。

DCS有线传输系统的核心网络采用基于同步数字传输 (SDH) 技术的多业务网络解决方案, 利用同步数字传输技术完善的保护机制确保信号应用通信具有更高的可靠性。DCS无线传输系统用于实现车辆与地面设备间的无线通信, 根据车-地无线传输方式不同, 系统支持自由无线和波导管两种无线方案。DCS子系统采用冗余设计 (红网和蓝网) , 具有高可用性、高带宽、双向自愈、组网灵活等特点。

1.6 MSS

MSS对i CMTC信号系统所有设备 (包括电源设备) 的工作状态和电气性能指标进行在线监测和集中报警, 收集并显示包括i TS、i TC、i LOCK等子系统设备的报警信息, 帮助维修调度人员计划和制定预防性和纠正性维护作业。MSS子系统是i CMTC系统的设备状态监测和维护辅助工具, 具有智能化诊断、功能易扩展等特点。

2 i CMTC系统特点

i CMTC系统设计充分考虑国内城市轨道交通现状和用户操作习惯, 能够满足兼顾安全和高效运营的需要。主要技术特点体现在以下方面: (1) 系统集成了多个既有的成熟子系统 (i LOCK、i TS、DCS和MSS) , 这些子系统经过充分应用验证, 技术稳定可靠。 (2) 整个信号系统中所有安全子系统的安全完整性等级达到SIL4级, 导致危险侧的故障率低于10-9/h, 确保系统的高安全性。 (3) 所有关键设备采用冗余热备配置, 故障情况下冗余设备之间自动实现切换, 不影响系统正常运营。 (4) 在同一线路上, 系统支持CBTC模式列车和点式后备模式列车的混合运营, 并提供完整的SIL4级安全防护。 (5) 在点式后备模式下提供ATO功能, 提高系统后备模式运营效率。 (6) 支持3种不同等级的运营模式——联锁模式、点式后备模式和CBTC模式, 当无线通信不能正常工作时, 系统可降级为后备模式或更低的联锁模式运行。 (7) 提供电信级的SDH骨干网, 具有高带宽、双向自愈、组网灵活, 可同时承载信号和实时多媒体, 以及视频监控等多项附加应用等特点。 (8) 采用模块化设计, 可根据项目需求灵活裁剪和扩充系统功能, 满足系统用户需求。

3 i CMTC系统研发历程

从1994年启动i TS子系统自主研发到现在整个i CMTC系统的集成和中试, i CMTC系统解决方案的设计和开发集结了众多中外信号专家的智慧与丰富经验。i CMTC系统具体研发历程如下:

1994年, 启动i TS子系统的自主研发;

1998年, 具有完全自主知识产权的i TS子系统成功应用于伊朗德黑兰地铁1号线和2号线;

2002年, 启动i LOCK子系统的自主研发;

2005年, 具有完全自主知识产权的i LOCK子系统 (采用“2乘2取2”结构) 研发成功;

2006年, i LOCK子系统通过铁道部技术审查, 被批准在客运特等站——上海南站投入使用;

2007年, 启动i TC核心子系统自主研发, 从概念、设计到开发, 整个过程由国际第三方进行独立安全审查和认证;

2008年, i TS、i LOCK作为国产化URBALIS 888信号解决方案的子系统, 成功应用于北京地铁2号线和北京首都机场线;

2009年, i LOCK子系统通过国际第三方SIL4级独立安全认证;

2011年, i TC子系统获准在上海轨道交通10号线试车线进行现场动车调试;

2011年, i CMTC获准在上海轨道交通张江实训基地进行中试;

2012年, 计划i TC子系统通过国际第三方SIL4级独立安全认证;

2012年, 计划推出具有完全自主知识产权的城市轨道交通信号系统解决方案——i CMTC系统。

4 结束语

随着i TC子系统开发完成并通过国际第三方SIL4级独立安全认证, 以及与既有成熟子系统集成, 卡斯柯信号有限公司将为中国城市轨道交通提供一个高安全性、高可靠性的具有完全自主知识产权的CBTC信号系统解决方案——i CMTC系统, 这将成为中国城市轨道交通国产信号控制系统发展的里程碑。

交通信号机 篇11

【关键词】高级交通信号控制 双语研究生教学 课程建设

【基金项目】国家自然科学基金项目（ 51408049 ）， 2016年中央高校教育教学改革专项（研究生卓越人才培养计划项目）（ jgy16045）。

【中图分类号】G64【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2016）31-0036-01

一、问题的提出

1.本科生与研究生教学目的的差异

本科教育注重专业基础教学，主要目的为系统地掌握本学科、专业必需的基础理论、基本知识，掌握本专业必要的基本技能、方法和相关知识，具有从事本专业实际工作和研究工作的初步能力；硕士研究生教育应当使学生掌握本学科坚实的基础理论、系统的专业知识，掌握相应的技能、方法和相关知识，具有从事本专业实际工作和科学研究工作的能力[1]。博士研究生教育应当使学生掌握本学科坚实宽广的基础理论、系统深入的专业知识、相应的技能和方法，具有独立从事本学科创造性科学研究工作和实际工作的能力。

2.双语教学特点

国内大学的教学如何追踪学科最新进展，提升学生国际化视野是当前教育的关键问题之一[2]。双语教学在系统的教授专业知识的同时可提高学生专业英语素养[3]。双语教学是为培养国际化专业人才，提高教学质量，为专业教学服务的一种新的教学方法，对促进我国教育的理念、内容与方法上的更新与改革，加快我国高等教育的现代化与国际化等方面有着直接作用。

3.课程开发的必要性与可行性

国外交通信号控制起步较早，理论及技术较成熟，我国交通工程学起步较晚，交通信号控制研究同国外发展较为独立[4]，亟需进一步将国外先进技术与我国实际情况相结合，形成适合我国特色的高级信号控制技术。

双语教学采用中英文相结合的方式，在专业知识教学的同时提升研究生专业英语的能力，培养研究生阅读英文原版书籍的习惯，为研究生了解国外技术及进一步深造提供良好的平台。

二、高级交通信号控制教育改革

1.教材选取

引进国外高水平英文教材，选用《Signal Timing Manual 2nd ed》作为课程的主教材，并辅以《改订 交通信号の手引（日）》、《Manual on Uniform Traffic Control Devices》、《Richtlinien für Lichtsignalanlagen（德）》等国外交通信号控制手册/导则作为参考书。

2.课程设计

高级交通信号控制技术双语课程采用中英文结合的教学方式，根据课时进度调节课堂中英文教学的比例，逐步提高研究生专业英语水平。课程共分为基础夯实、专业提升、课程设计、扩展阅读及国际交流等若干环节。

（1）基础夯实

包括课程简介，专业术语及基础理论的教学，此阶段起承上启下的作用，对本科教学内容进行简单回顾并引出本学科的教学内容及教学形式。由于本部分为基础且内容为学生所熟悉，故课堂上英文所占比例宜为60～80%。

（2）专业提升

高级交通信号控制主要包括交通信号控制基础、交通信息技术、智能交通系统、交通仿真、数据库及数据分析技术等方面内容，此部分为专业知识的提升，有针对性的对高级交通信号控制各部分内容进行深入讲解。本部分教学英文所占比例宜略低，约占40～60%。

（3）课程设计

课程设计主要需要学生掌握交通信号配时技术、交通信号控制相关软硬件、交通信号控制相关技术。此部分重在培养学生自主学习探索及对交通信号控制软件的应用能力[5]。本部分需辅以课后作业，软件均使用英文版软件，中英文结合教学，课堂英文教学比例宜为50～70%。

（4）拓展阅读

在完成学科系统教学的基础上，可适当开展拓展阅读，主要内容为世界各国交通信号控制发展简介及交通信号控制前沿技术。由前三部分打下的基础，此部分课堂英文教学所占比例建议为70～90%。

（5）国际交流

学生对本学科体系及内容有了全面的了解后，邀请国内外专家进行讲座交流。建议与专家全程用英文交流，此部分课堂上英文教学比例建议为90～100%。

三、教育改革期望

本课程在进行高级交通信号控制教学的基础上引进英文教学，全面系统的介绍本课程的知识体系并培养学生国际化视野。为学生进行对本专业更深入的学习及研究打下基础，并为进一步深造做准备。

参考文献：

[1]赵阳.专业学位研究生教学本科化的反思及其对策[J].教育发展研究，2014（3）：79-84.

[2]葛作然.基于国际视野的高等教育质量提升策略探析[J]. 中国成人教育， 2016（8）： 53-55.

[3]吴平.五年来的双语教学研究综述[J]. 中国大学教学， 2007（1）：37-45.

[4]LI Y，Zhao Z H，LI P F， et al. Review of traffic signal control methods under over？鄄saturated conditions[J].Journal of Traffic & Transportation Engineering， 2013，13（4）：116-126.

[5]李岩，陈宽民，王建军，等.科研创新型与工程实践型人才培养的课程实践——交通工程专业学科进展类课程开设方式探索[J].教育教学论坛，2013（39）：271-272.

作者简介：

李岩（1983-），男，长安大学公路学院副教授，工学博士，研究方向：交通信号控制与智能交通。

张凯丽（1990- ），女，硕士研究生。

交通信号机 篇12

这些平面交叉路口成为道路交通的瓶颈。如何对其进行有效性规划和运用,成为公路网建设的重要课题。本文将对日本和英国在交通信号设计标准上的差异进行论述,并介绍几款基于该标准的设计软件。

一、日本的交通信号标准

日本道路平面交叉口的规划和设计顺序如图1所示。

1. 设计交通量

当遇到现有交叉路口改良的情况,需要进行交通量调查,测量单位是“台/15分钟”。因而,作为设计交通量的单位被定义为“台/小时”。

2. 饱和交通流率

红灯信号下处于停止的交通流在信号变成绿灯后开始流动,除去等候车队最前面的第三至第四台,之后的车辆大体上可按一定的车头间隔对交通流进行观测。由此,在交叉路口进口道的等候车队,大致按一定比率,以最短安全车间空距连续通过基准断面的最大的稳定交通量,即为饱和交通流率。

影响饱和交通流率的主要原因可归纳为表1所示。

日本是在计算确定了饱和交通流率的基础上,再对道路主要因素、交通主要因素及周边主要因素中的巴士站的修正率进行规定。

3. 信号阶段

所谓阶段(周期),是指在1组交通流的通行权下,绿灯信号表示的组合。

阶段方式是在考虑交叉路口的形状和交通条件(区别方向的交通量、车辆种类构成等)的基础上进行的设定。

一般按如下顺序进行讨论:①对各进口道的交通流区别方向全部取出;②各交通流中,互不交叉的交通流归纳在一个阶段中;③决定阶段顺序。

再者,为了减少阶段切换时的损失时间,以尽可能少的阶段方式讨论交通判定。

二、英国的交通信号标准

英国的交通信号设计顺序也与日本一样,先输入设计交通量/信号阶段,再计算有效绿灯时间、平均迟滞时间、饱和度。

与日本为寻求饱和交通流率,而考虑种种主要因素运用修正系数进行计算的方法相对应,英国根据OD调查的结果寻求饱和交通流率,计算交叉路口的饱和度。

因而,主要着眼于寻求把交叉路口的迟滞时间最小化的信号阶段。此处,最大的差异在于设计交通量的单位不同。同时,对于平均迟滞时间等的计算公式,日本和英国的方法也存在差异。

关于设计交通量:在英国,作为设计交通量的定义,使用名为“PCU”的单位。所谓“PCU”是轿车的换算台数。英国将汽车定义为1PCU,相应自行车为0.2 PCU,摩托车为0.4 PCU,巴士为2.0PCU,卡车为2.3 PCU的比率。

三、两国标准的差异

根据两国的实际情况,交通信号设计标准受经验性影响很大。同时,在英国的交叉路口中设置了环岛这一交通控制特征,作为速度控制的对策得到了高度评价。

关于设计交通量的单位,相对于日本的“台/小时”的表现形式,英国采用的是“PCU”。此外,在饱和交通流率的计算中,运用了与各国实际国情相匹配的修正系数进行计算。

四、交通规划和VR (虚拟现实)模拟

1. 交通规划

英国具有代表性的交通规划软件是TRL公司(英国交通研究所)的OSCADY PRO和TRANSYT (其界面分别如图2、图3)。

OSCADY PRO,是以设计人员设计交通信号为目的的产品。该产品的特征为:能进行信号阶段和排列的自动设定,可对信号容量和交通堵塞/交通信号的阶段迅速进行优化处理。TRANSYT,是一款对交通网络的交通信号控制进行优化处理的程序。该产品的特征为:可设定交通网络最适时的信号时间,并可制作复数个具备特征的交通网络图。

两款软件都在进行面向日本的本地化开发,不久便可对应英文和日文界面,今后还预定对应中国的标准。

2. VR模拟

UC-win/Road是以交通计划信息为基础,利用VR进行可视化表现的模拟软件。