交警道路交通信号控制系统

交警道路交通信号控制系统

解决方案

目 录

第 1 章 概述 ...................................................

1.1 应用背景 ............................................. 1.2 行业现况及问题 .......................................

第 2 章 设计原则、依据 .........................................

2.1 设计原则 ............................................. 2.2 设计依据 .............................................

第 3 章 系统设计 ...............................................

3.1 系统结构 ............................................. 3.2 系统组成 ............................................. 3.3 功能设计 ............................................. 3.3.1 视频车检器车流量及排队长度检测功能 ............... 3.3.2 交通参数在信号控制本周期应用 ..................... 3.3.3 信号控制配置功能 ................................. 3.3.4 视频交通参数采集设备接入功能 ..................... 3.3.5 多时段控制 ....................................... 3.3.6 感应控制 ......................................... 3.3.7 无缆线协调控制（绿波控制） .......................

3.3.8 特勤路线 ......................................... 3.3.9 公交优先控制 ..................................... 节假日不同季节控制 .................................... 行人过街按钮控制 ...................................... 降级协调控制 .......................................... 全红控制 .............................................. 闪光控制 .............................................. 手动控制 .............................................. 设备故障检测、处理功能 ................................ 信号机状态监视功能 .................................... 校时功能 .............................................. 信号机特征参数导入/导出 ............................... 视频监控功能 .......................................... 扩展功能 ..............................................

第 4 章 前端子系统设计 .........................................

4.1 系统架构设计 ......................................... 4.2 信号灯布设原则 ....................................... 4.2.1 基本原则 ......................................... 4.2.2 安装数量 ......................................... 4.2.3 机动车信号灯安装位置 ............................. 4.2.4 非机动车信号灯安装位置 ...........................

4.2.5 人行横道信号灯安装位置 ...........................

第 5 章 网络传输子系统设计 ..................................... 第 6 章 后端管理子系统 .........................................

6.1 信号控制联网系统概述 ................................. 6.2 信号控制联网系统运行环境要求 ......................... 6.2.1 CS客户端 ......................................... 6.2.2 服务端 ........................................... 6.3 信号控制联网系统功能设计 ............................. 6.3.1 系统管理 ......................................... 6.3.2 路口监控 ......................................... 6.3.3 地图监控 ......................................... 6.3.4 绿波监控 ......................................... 6.3.5 特勤路线 ......................................... 6.3.6 运行监控 ......................................... 6.3.7 查询统计 .........................................

第 7 章 核心设备介绍 ...........................................

7.1 交通信号控制机（DS-TSC300） .......................... 7.2 交通信号控制机（DS-TSC500） .......................... 7.3 视频车检器（iDS-TCD215） ............................. 7.4 视频车检器（iDS-TCD225） .............................

第 8 章 系统特点 ...............................................

8.1 灵活适应的控制方案 ................................... 8.2 设备快速维护及修复 ................................... 8.3 独立、稳定的故障检测处理 ............................. 8.4 开放式NTCIP协议 .....................................

第 1 章 概述

1.1 应用背景

随着我国汽车拥有量的持续增加和城镇化水平的日益提高，道路交通量的增长速度和人口向城市的聚集速度也在不断加快，由此进一步加剧了城市的交通问题。为了解决城市交通问题，我们的国家、各级政府和研究机构一直在致力于寻求解决的方案和各种措施。然而，进入21 世纪以来，我们普遍看到的情况却是，我国的城市交通问题不但没有得到根本性的解决，而且愈演愈烈。

这样的城市路况背景下，引入一套先进的交通信号控制系统显得尤为重要。科学的交通信号灯控制系统能在有限的道路空间上，合理地分时、分路、分车种、分流向使用道路，使路网交通压力均分，实现道路交通的有序、高效运行。

1.2 行业现况及问题

目前我国各城市都加大力度进行基础设施建设和城市改造建设，交通信号控制系统作为ITS的一个子系统，各个城市都建设了许多。信号控制系统普遍采用多时段定时信号机、感应式信号机和集中协调式信号机。但各地普遍存在重建设、轻应用的问题，且系统建成后，如何更好的使用，如何更好地发挥其效果，各地都比较欠缺。

绝大多数城市，各路口信号控制建立时间前后相差较远，各路口信号控制机类型并不统一。城市管理者逐渐发现设备类型的繁多、相互之间的

不兼容给交通信号控制系统进一步扩充、发展带来了一系列的问题，主要表现在：

➢ 技术力量和专业人员配备不够； ➢ 系统建设后期管理和维护问题； ➢ 设备的兼容性和稳定性差； ➢ 控制策略不够优化； ➢ 单个系统覆盖范围小。

第 2 章 设计原则、依据

2.1 设计原则

以上文分析结果为出发点，在总体原则上，我们按照“技术上的先进性，使用上的稳定性，产品的集成化，升级上的可拓展性，操作上的友好性”进行系统设计。

➢ 先进性

系统的设计应该具有技术先进性，所采用的理念、技术应当是业内领先的，并能代表未来的发展方向。

在系统设计过程中，充分借鉴、利用国内外的先进技术和成功经验，在系统结构上和设备选型上精益求精，将这些代表行业发展趋势的先进技术有机结合在一起，设计出一套性能优异的交通信号控制系统。整个设计具有一定的超前意识而不局限于目前的使用条件和规模。

➢ 稳定性

交通信号控制系统是一个系统牵涉面广、运行环境恶劣、不间断使用的复杂系统。系统设计时要统筹考虑所用设备和控制系统，符合当前技术和交通管理部门管理工作的发展方向，同时系统选用成熟的技术，减少系统的技术风险。

➢ 集成化

前端信号机应高度集成信号输入模块、数据处理与存储模块、主控优化模块、信号输出模块。其中信号输入模块支持多种不同格式的信号输入，无需配备其他转接、辅助设备；信号输出模块支持多种驱动信号输出，支

持有线、无线数据传输方式。

高度集成化的信号机可实现路口不同交通设备的集成控制和信息共享，包括交通信号控制设备、交通诱导屏、电子警察、视频监控，使交通信号控制机具有较强的实时控制、协调能力，以适应智能交通系统发展的要求。

➢ 可拓展性

不同客户的诉求是不同的，这就要求我们的核心架构具有足够的灵活性，具有良好的分层、模块化设计。针对不同的应用场景可以实现灵活、快速的定制，及时响应客户需求。

系统应采用灵活、开放的模块化设计，赋予结构上极大的灵活性，为系统扩展、升级及可预见的管理模式的改变留有余地。采用开放性和通用性好的系统软、硬件技术，提供与其它交通管理系统联接的接口，以适应交通管理业务不断发展的需要，最大限度地保护系统的长期投资。

➢ 易用性与易维护性

系统主要使用人员为交警和有关领导，从满足交警实战需要出发，系统采用简洁、友好的人机界面，具有多媒体化操作设计，在出现系统故障时，能够简便快捷的进行处理。前端设备支持远程升级和远程故障排除功能，维护便捷，降低系统运维管理成本。同时可自动检测系统中设备的运行状态，并给出详细参数，以辅佐管理人员及时准确地判断和解决问题。使用稳定易用的硬件和软件，完全不需借助任何专用维护工具，既降低了对管理人员进行专业知识的培训费用，也节省了日常频繁地维护费用。

2.2 设计依据

➢ 《道路交通信号控制机》（GA/47-2002）

➢ 《道路交通信号控制机安装规范》（GA/T489-2004） ➢ 《道路交通信号倒计时显示器》（GA/T508－2004） ➢ 《城市交通信号控制系统术语》（GA/T509-2004）

➢ 《城市道路交通信号控制方式适用规范》（GA/T527-2005）

➢ 《人行横道信号灯控制设置规范》(GA/T851—2009)

➢ 《道路交通信号控制机与车辆检测器间的通信协议》（GA/T920-2010） ➢ 《交通信号控制机与上位机间的数据通信协议》（GB/T20999-2007） ➢ 《道路交通信号灯设置与安装规范》（GB/14886-2006） ➢ 《道路交通信号灯》（GB/14887-2011）

➢ 《道路交通信号控制机》(GB/25280-2010)

其他国家相关的政策法令、法规文件。

第 3 章 系统设计

3.1 系统结构

图1. 系统结构示意图

3.2 系统组成

交通信号控制系统由前端子系统、网络传输子系统以及后端管理子系统三大部分组成，实现对路口交通信号配时方案的自动控制、优化，同时系统还兼具交通参数采集功能，能够实时采集、统计交通流信息，供配时优化软件使用。

➢ 前端子系统

以信号机为主体，可根据信号机本身或中心下发的指令改变道路交通信号灯状态，调节配时并控制道路交通信号灯运行。同时兼具交通参数采集功能，支持采集、处理、存储流量、占有率、排队长度等交通参数，以供交通信号配时优化软件使用，同时供交通疏道和交通组织与规划使用。

➢ 网络传输子系统

负责数据的传输与交换。中心网络主要由接入层交换机以及核心交换机组成。

➢ 后端管理子系统

由区域计算机和中心管理平台组成。区域计算机主动对前端交通流数据进行分析，自适应的选择合适的信号配时方案，并实时下发到各个路口对应的信号机。中心管理平台负责实现对辖区内相关数据的汇聚、处理、

存储、应用、管理与共享。

3.3 功能设计

3.3.1 视频车检器车流量及排队长度检测功能

视频车检器是一种基于视频图像分析和计算机视觉技术对路面车辆运行情况进行检测分析的集成系统。视频车检器利用图像处理与机器视觉的方法，实时监测各个方向的图像，并去除各种环境造成的影响，通过图像分析处理获得所需的交通数据，检测线和检测区域可在图像画面上自由设置。

视频车检器可实现控制区域内车流量及排队长度的检测，同时也支持控制区域内占有率、车速等交通参数的采集、处理和存储。交通信号控制系统可根据前端独立的车辆信息来直接调整对应相位信号灯的绿灯放行时间，也可根据区域整体的车流状况对信号灯配时方案进行针对性的区域协调。同时这部分交通参数信息也可提供到其他相关联的交通管理系统使用。

可根据交通流现状，在各路口的每个方向配置视频车检器，进行车流量及排队长度检测，为实现每个路口的全感应控制提供基础。

图2. 交通参数统计功能示意图

3.3.2 交通参数在信号控制本周期应用

在所有进口道设置视频车检器，视频车检器检测的交通参数通过网络直接传输给信号机。在一个周期内，感应式信号机内部设置“最小绿灯时

间”、“最大绿灯时间”，进入绿灯相位，信号机将开始执行这个“最小绿灯时间”，如果在“最小绿灯时间”用完之前，在一个预先设置的时间间隔内（如4~6秒）没有接收到来自视频车检器的车辆到达请求，则信号机将切断绿灯变换为红灯；如果信号机接收到来自视频车检器的车辆到达请求，则增加一个延长绿的绿灯相位时间，直到完全用完“最大绿灯时间”，以保证车辆能顺利通过该路口。

3.3.3 信号控制配置功能

3.3.3.1 相位配时

1、两相位信号配时图 2、三相位信号配时图 3、四相位信号配时图

3.3.3.2 信号周期长度配置

信号周期是指信号灯灯色任何一个完整的循环。周期长度是指信号灯运行一个循环所需要的时间，等于绿灯、黄灯、红灯时间之和。

信号周期长度常用计算方法：

不论在什么样的交叉口，能使车辆延误时间最少的最佳信号周期C0可按下式计算：

C01.5L5(s)1Y其中：

L—各相位总的延误时间； Y—各相位总的流量比。

1、相位总的延误时间可按下式计算 I—车辆启动损失时间，一般为3秒；

l—绿灯间隔时间，即黄灯时间加全红灯清空路口时间，一般黄灯为3秒，全红灯为2-4秒；

f—黄灯时间； n—所设相位数；

2、各相位总的流量比可按下式计算： yi—第i个相位的最大流量比，即

yi=qi/si

qi—第i个相位实际到达流量（实际调查） si—第i个相位流量的饱和流量（实际调查）

3.3.3.3 最大绿时间、最小绿时间设置原则

最小绿时间根据过街行人确定。行人需要有足够的绿灯时间通过交叉口，或行至最远车道的中间带，所以绿灯时间应根据交叉口宽度和行人步速计算，行人步速通常取1.2米/秒。另外研究表明当每周期行人流量小于10ped/cycle，行人绿灯间隔时间为4秒即可满足要求，当行人流量为10~20ped/cycle，绿灯间隔时间需要7秒。

由此最小绿时间应为：

G=（4~7）+w/1.2-Y

其中：

W—交叉口宽度，即该相位中最长的人行横道长度（m）；

1.2—行人平均过街步速（m/s）； Y—总的转换时间（黄灯加全红）（s）。

最大绿时间根据历史交通量或者现场调查交通量的情况进行设置。

3.3.3.4 绿信比设置原则

一个周期时间内有效绿灯时间与信号周期的比值，周期相同，各相位的绿信比不一定相等。

绿信比根据各交叉口各向交通量的流量比确定。

λ= Ge/C

其中： λ—绿信比； C —周期时长； Ge—有效绿灯时长；

有效绿灯时间＝实际绿灯时间＋黄灯时间－损失时间。

3.3.4 视频交通参数采集设备接入功能

前端信号机具备和视频车检器互联功能，信号机通过网络接收视频车检器的交通参数，根据视频车检器的交通参数进行感应控制。

信号机接收前端设置的4个方向的视频车检器，根据视频车检器采集的车流量及排队长度等交通参数，实现对路口的全感应控制，实现道路交通的有序、高效运行。

3.3.5 多时段控制

多时段控制，根据交通需求变化情况，把一天的时间分成若干个控制时段，随时间的推移，按预置的方案自动运行。各个方案运行期间信号周期、绿信比、相序不随道路状况的变化而变化，是根据典型状况的历史交通数据实现确定的。在事先确定的方案中，绿灯时间的长短、信号周期长度以及每个相位上的绿灯起止时间都是相对固定的，即在某一个时间段上，上述配时参数保持不变。

多时段控制特别适合于交通量相对规律的交叉口，根据一天中交通量的波动情况，划分若干时间区段，对应于每个时间区段的平均交通量制定相应的配时方案。

图3. 多时段控制方案图

3.3.6 感应控制

感应控制，信号机依据进口车道上设置的视频车辆检测器测得的交通流数据来调节信号配时的一种控制方式。感应控制的前提是建立视频车检器与相位的对应关系。

在交通量变化大而不规则、难于用定时控制处置的交叉口，以及在必须降低对主要干道干扰的交叉口上，用感应控制效益更大。

感应控制可分为半感应控制和全感应控制两种控制策略：

3.3.6.1 半感应控制

只在部分进口道上设置检测器的感应控制。

 适用场合：主次道路相交且交通量变化较大的交叉口  视频车检器设在次路：次路优先

 视频车检器设在主路：主路优先，有车就为绿灯

➢ 主路上的感应控制

在主路上设置视频车检器，相位在感应时间窗口内接收到来自检测器的请求，则增加一个延长绿的绿灯相位时间，以保证车辆能顺利通过该路口。

感应控制下默认运行最小绿灯时间，根据车辆检测信号递进增加绿灯时间，直到没有通行请求或增大到最大绿灯时间。

图4. 感应控制示意图 图5. 感应控制时间轴变化 图6. 主路检测半感应控制流程图

➢ 支路上的感应控制

这种系统，在每个交叉口的支路上安装检测器，支路检测有车时，仅允许支路不影响主街连续通行的前提下，可得到基本配时方案内的部分绿灯时间，并根据交通检测的结果，支路的绿灯一有可能就尽快结束，初始原则按照最小绿灯时间给予放行；支路上没有车辆时，绿灯将一直分配给主干线，保证主干线的通畅运行。

同样的设置下，也可支持相反逻辑的设置，即当支路上一检测到车辆信号就立即进入转换程序，给支路跳转绿灯，确保支路上车辆的通行。这样的应用在一些特殊部门的出入口较适宜，如消防队的出口道路。

这样的控制方式适用于不同方向车流差异非常大的路口。

图7. 支路检测半感应控制流程图

3.3.6.2 全感应控制

全感应控制适用于道路等级相当，交通量相仿且变化较大的交叉口。 全感应控制所依据的主要控制参数为信号机所设定的“最小绿时间、最长绿时间、单位延长时间”，所有感应信号相位均设有最小绿时间、单位延长时间、最大绿时间等信号控制参数。

在所有进口道设置视频车检器，感应信号相位在感应时间窗口内接收到来自检测器的请求，则增加一个延长绿的绿灯相位时间，以保证车辆能顺利通过该路口。

感应控制下默认运行最小绿灯时间，根据车辆检测信号递进增加绿灯时间，直到没有通行请求或增大到最大绿灯时间。

其控制流程如图：

图8. 全感应控制流程图

3.3.7 无缆线协调控制（绿波控制）

无缆线协调控制是线协调控制的一种，各信号机之间不进行通信，要求信号时钟完全同步——一般采用GPS卫星校时。无缆线协调控制方式，通过设定相位差来实现道路上不同交叉口之间交通信号的协调。

与定周期配置不同在于，无缆控制必须配置绿信比表中的协调相位以及相位差，且进行无缆线协调控制的各路口运行方案的周期长必须相同。

无缆线控的相位差是指进行无缆线协调控制的各路口运行方案之间，

周期开始的时间差。

如下图，以相位1为协调相位，路口1的相位差为0，路口2的相位差为15秒，路口3的相位差为25秒。

图9. 无缆线协调相位差 图10. 无缆线协调示意图

3.3.8 特勤路线

信号机支持特勤路线控制，在发生突发事件或有重要车辆需要通行时，可为这些车辆安排专门的线路供其快速通行，保证如消防车辆、救护车辆的快速通行。

3.3.9 公交优先控制

系统具有多种科学合理、灵活实用的公交优先控制算法并能执行相应的优先控制，以满足一般公交优先、双向高频度公交优先或多方向公交优先的需求。

通过在公交车辆安装特殊发射装置或在公交专用车道上设置普通车辆检测器采集公交车辆的交通需求。当公交车接近交叉口时，向检测器发出信号，检测器即把信号传给控制机，控制机指令信号灯由红灯改为绿灯，或继续延长绿灯时间。公交停靠站设在交叉口上游一方时，可把检测器设在停靠站附近，当公交车离站时就可通知信号灯放绿灯，以免在交叉口前再次停车。

图11. 公交优先控制示意图

3.3.10 节假日不同季节控制

信号机支持根据节假日及不同季节的不同交通流量分布情况进行不同周期控制，实现道路交通的有序、高效运行。

3.3.11 行人过街按钮控制

信号机支持行人按钮信号输入，可在路口和路段响应来自行人按钮的行人过街请求。在没有行人过街请求时，有自动跳步控制功能，可最大限度的保证车辆通行效率。

3.3.12 降级协调控制

在系统网络或者上位机控制出现故障时，系统可以降级到单点感应控制方式，进一步降级为单点定周期方式、黄闪控制。

3.3.13 全红控制

在全红控制方式下，各信号源对应的通道输出红灯信号。一般在交通管制的场景下应用。

3.3.14 闪光控制

在闪光控制方式下，各信号源对应的通道按照预先设定的闪光模式和一定的频率进行闪光。一般用在夜间车流量较少的叉路口，如一些经济开发区的路口，夜间启用该模式提醒司机通过路口时注意左右了望、小心通过，减少不必要的等待时间。

交通信号控制机有软件黄闪和硬件黄闪两种配置，系统采用独立的黄闪控制模块，黄闪控制更为可靠和节能，进入黄闪控制的途径主要包括：

硬件故障黄闪：当信号机主控板、灯控板等硬件发生故障时，可以通过电源板的黄闪控制进入硬件故障黄闪；

时段黄闪：通过参数设定，在指定时段进入黄闪工作模式； 手动黄闪：可通过中心控制或机箱两旁的手动按钮使信号机进入手动黄闪工作模式。

图12. 信号灯黄闪示意图

3.3.15 手动控制

手动控制，交通管理人员可根据现场车流情况人为控制路口放行状态。在由于节假日或交通事故导致路口严重拥堵，需人工疏导交通时，可帮助现场交通管理人员方便的改变信号灯工作状态。

手动控制支持2种模式，一种是机箱按键模式，一种是遥控器模式。手动控制主要包括三项功能：

1) 黄闪； 2) 全红； 3) 步进。

步进，信号灯按照相序执行下一个绿灯相位，按下步进后，信号灯会进入切换状态，当前绿灯相位进入绿闪，再跳转红灯。即原先设定的相位过渡机制保留不变的前提下，提前执行下一个相序动作。

图13. 手动控制按键板

3.3.16 设备故障检测、处理功能

信号控制系统任何轻微的故障在信号灯上反馈出来都是不能接受的大问题，所以故障检测机制的引入必不可少。

信号机配备了独立的故障检测模块，可以对内、外设备进行故障监测、自诊断和记录，当发现故障后进行故障降级来确保交通安全，并发出故障警示信号。信号机故障类型分为严重故障和一般故障，其中严重故障包括：绿冲突故障、同一灯组红绿冲突故障、一组相位对应红灯信号均故障。一般故障包括：通信故障、检测器故障、电源故障等。

3.3.16.1 严重故障

当发生严重故障时，交通信号控制机立即改为黄闪控制。 严重故障包括以下几种情况：

➢ 绿冲突故障

预先设定的冲突相位（不应同时点亮绿灯的相位）在实际运行中发生同时点亮绿灯的情况，绿冲突可能导致严重的交通事故。

➢ 同一灯组红绿冲突故障

信号灯线发生搭线或其他短路现象时，可能会导致同一灯组的红绿信号同时点亮，这种情况的发生将使驾驶员无所适从。

➢ 一组相位对应红灯信号均故障

某一路输出所有信号灯的红灯均不能点亮，将导致该相位的机动车没有停止信号。

3.3.16.2 一般故障

一般故障表现为不影响道路交通安全的其他一般故障，发现故障后能自动降级到更可靠的控制方式，保证信号机继续正常工作。

➢ 通信故障

信号机与中心之间的通讯故障，这种情况下，基于区域控制的方案会自动降级到单点/线协调的控制方式。

➢ 车辆检测故障

信号机通过设定的故障检测机制，判断线圈检测器是断路还是短路。这种情况下，基于感应控制的方案会自动降级到多时段周期控制。

➢ 电源故障

信号机电源电压超出正常使用范围时，信号机能自动检测，并生成故障报警信息。

3.3.16.3 故障存储与发送

交通信号控制机能对所有在运行期间采集的故障信息进行存储记录，并向中心上传故障信息，所存储的信息也可通过手提电脑安装的工具软件显示、查阅。

3.3.17 信号机状态监视功能

信号机支持用客户端软件登陆信号机，通过图形、图标的形式展示各关键参数的状态。

3.3.17.1 版本信息

查看所用设备硬件型号和软件型号，在设备维护时可以第一时间反馈到所需的版本信息。

图14. 版本信息示意图

3.3.17.2 通道状态

通道状态：实时显示当前路口各通道红黄绿端子的输出状态，每5秒自动刷新一次。

图15. 通道状态示意图

3.3.17.3 检测器脉冲

实时显示对应检测器通道的触发情况，可在检测器故障查询中起到故障位置定位的作用。

3.3.17.4 协调状态

实时显示当前运行的控制方式、方案、周期长、当前周期和同步时间，每5秒自动刷新一次。

图16. 协调状态示意图

3.3.17.5 交通数据

查看过去三天以内的某个采集周期检测器统计流量、占有率，检测器流量采集周期通过单元参数可以设置。

图17. 交通数据示意图

3.3.17.6 信号机事件

查看所示的信号机事件信息，包括控制器、通信和检测器三类事件信息。

图18. 信号机事件示意图

3.3.18 校时功能

信号控制系统大部分功能都是基于时间的精确控制，没有同步时钟的前提，任何信号控制都难以达到预期的效果。本系统支持两种校时模式，一种是接收来自控制中心的校时，一种是主动获取GPS信息来对系统进行校时。

采用GPS校时时，信号机直接从GPS卫星处获取标准时间，保证整个系统时间的同步。在偏远路口的应用中，可节省线缆、施工的成本。

图19. GPS天线图

3.3.19 信号机特征参数导入/导出

支持通过客户端软件进行信号机特征参数的导入、导出操作，可方便问题排查、技术人员远程协助。

3.3.20 视频监控功能

视频车检器除了具备交通参数采集功能外，还可实现视频监控功能，采用200万高清CMOS低照度摄像机，且画面场景与一般监控摄像机差异不大，可完全满足常规道路监控的要求。

图20. 视频监控功能示意图

3.3.21 扩展功能

信号机在硬件接口和软件能力上都做了足够的预留，可针对项目实现客户个性化的定制需求。

 开关门报警

可通过信号机IO接口实现机箱开关门信息的记录、上传和报警，可以对前端信号机起到一定防盗、防破坏的功能。

 无线传输功能

信号机支持无线传输功能，可通过内置USB口扩展Wifi或3G模块，实现数据的无线传输。无线传输功能使得信号机的前端布局更加灵活，场景适应性更强，同时在线缆、施工的成本上也有较大的节省。

 遥控器控制功能

信号机支持遥控器控制功能，交通管理人员可根据现场车流情况人为控制路口放行状态。在由于节假日或交通事故导致路口严重拥堵，需人工疏导交通时，可帮助现场交通管理人员方便的改变信号灯工作状态。

第 4 章 前端子系统设计

4.1 系统架构设计

前端子系统包括信号机、检测器、信号灯等。信号机根据车辆检测器获得的交叉口交通信息（车流量等）通过实时调整整个交叉口交通信号灯参数进而调整配时方案，实现单个交叉口交通信号灯的自适应控制。

➢ 车辆检测器

主要负责完成道路交叉口交通参数的采集和上传。视频车辆检测器支持车流量、平均车速、车头间距、车头时距、车道空间占有率、车道时间占有率、车辆排队长度等交通参数的采集输出。

➢ 信号机

若控制中心下发特殊控制方案时，完成控制中心下发方案的执行；若控制中心无下发方案，信号机在信号周期结束的前两秒内，读取自身连接车辆检测器检测到的数据，计算并保存相关参数，并通过网络与相邻交叉口信号机交换数据，最后用参数动态调整信号相位的绿信比，最终实现交叉口交通信号灯的自适应控制。

➢ 信号灯

负责交通信号的显示，是系统对外输出的直接体现。交通信号灯由红灯、绿灯、黄灯组成。红灯表示禁止通行，绿灯表示准许通行，黄灯表示慢行或警示。交通信号灯分为：机动车信号灯、非机动车信号灯、人行横道信号灯、车道信号灯、方向指示信号灯、闪光警告信号灯等。

4.2 信号灯布设原则

4.2.1 基本原则

➢ 对应于路口某进口，可根据需要安装一个或多个信号灯组。

➢ 信号灯可安装在出口左侧、出口上方、出口右侧、进口左侧、进口上方和进口右侧。若只安装一个信号灯组，应安装在出口处。

➢ 至少有一个信号灯组的安装位置能确保，在该信号灯组所指示的车道上的驾驶人，位于下表规定的范围内时均能清晰观察到信号灯。若不能确保驾驶人在该范围内能清晰观察到信号灯显示状态时，应设置相应的警告标志。

道路设计车速 （km/h） 距停车线 最小距离（m）

50

65

85

110

140

165

30

40

50

60

70

80

表1 交叉口视距要求

4.2.2 安装数量

➢ 当进口停车线与对向信号灯的距离大于50米时，应在进口处增设至少一个信号灯组；当进口停车线与对向信号灯的距离大于70米时，对向信号灯应选用发光单元透光面尺寸为φ400mm的信号灯。

➢ 安装在出口处的信号灯组中某组信号灯指示车道较多，所指示车道从停车线至停车线后50m不在以下三种范围内时，应相应增加一组或多组信号灯：

—— 无图案宽角度信号灯基准轴左右各10°，如图21； —— 无图案窄角度信号灯基准轴左右各5°； —— 图案指示信号灯基准轴左右各10°。

图21. 信号灯车道覆盖示意图

4.2.3 机动车信号灯安装位置

➢ 没有机动车道和非机动车道隔离带的道路，对向信号灯灯杆宜安装在路缘线切点附近。当道路较宽时，可采用悬臂式安装在道路右侧人行道上，也可根据需要在左侧人行道上增设一个信号灯组，如图22所示；当道路较窄时（机非道路总宽12米以下）时，可采用柱式安装在道路两侧人行道上，如图23所示。当进口停车线与对向信号灯的距离大于50米时，应在进口停车线附近增设一个信号灯组。

图22. 机动车信号灯组设置示意 图23. 机动车信号灯组设置示意

➢ 设有机动车道和非机动车道隔离带的道路，在隔离带的宽度允许情况下，对向信号灯灯杆宜安装在机非隔离带缘头切点向后2米以内。当道路较宽时，可采用悬臂式安装在右侧隔离带，也可根据需要在左侧机非隔离带内增设一个信号灯组；当道路较窄时（机动车道路宽10米以下）时，可采用柱式安装在两侧隔离带内。当停车线与对向信号灯的距离大于50米时，应在进口隔离带内增设一个信号灯组。

➢ 桥下路口或较大的平交路口划有左弯待转区时，如果进入左弯待转区的车辆不容易观察到本方位的对向信号灯的变化时，宜在另一方位的对向增设一组左转方向指示信号灯。

4.2.4 非机动车信号灯安装位置

➢ 没有机动车道和非机动车道隔离带的道路，非机动车信号灯宜采用附着式安装在指导机动车通行的信号灯灯杆上，如图24所示。

图24. 非机动车信号灯附着安装

➢ 当非机动车停车线与对向非机动车信号灯的距离大于50米时，应在进口增设一组非机动车信号灯，可安装在进口停车线前0.8m至2m处右侧距路缘的距离为0.8m至2m的人行道上或非机动车道左侧的机非隔离带内。

➢ 立交桥下非机动车信号灯安装在桥体上，立交桥另一侧应增设一组非机动车信号灯。

4.2.5 人行横道信号灯安装位置

➢ 人行横道信号灯应安装在人行横道两端内沿或外沿线的延长线、距路缘的距离为0.8m至2m的人行道上，采取对向灯安装。

➢ 具有中心隔离带（含立交桥下）的路口，隔离带宽度大于1.5米的，应在隔离带上增设人行横道信号灯。

➢ 采用行人按钮时，行人按钮安装高度宜在1.2～1.5米范围内。

第 5 章 网络传输子系统设计

网络传输子系统主要由路口局域网、接入线路和中心网络组成。

➢ 路口局域网

路口局域网主要用于汇聚前端各种网络设备。包括有线、无线网络模式。

➢ 接入线路

接入线路建议采用独立光纤传输，连接路口局域网和中心网络，传输带宽不小于100M。

➢ 中心网络

中心网络采用“汇聚-核心”的网络架构，用于连接路口局域网的带宽不小于100M，用于中心网络交换的带宽不小于1000M。

第 6 章 后端管理子系统

6.1 信号控制联网系统概述

iVMS-8600信号控制联网系统是对道路交通信号机进行集中管理的系统，作为智能交通综合管控平台信号机配套子系统使用。主要实现对道路交通信号控制设备的管理，以路口简单渠化示意图的方式展示道路交通信号控制设备运行状态、周期、倒计时等数据，提供对道路交通信号控制设备采集的车流量查询与统计，并以报表的形式进行展示，另外实现静态单向绿波配置、特勤路线配置监控，同时也实现了在地图中对路口、绿波带和特勤路线的操作。

本系统主要应用在交通管理部门，主要用于：

协助交警进行路口信号机当前运行状态监控，帮助交警针对路口的车流量调整路口信号灯运行方案或者手动控制更改运行状态，以提高路口同行效率，保障正常交通秩序。

用于特殊情况比如警卫、救护、抢险等情况下，保证勤务车辆准时、顺利安全通过指定路口，达到警卫任务要求。

为交通管理部门提供行车流量统计信息，进行相应的信号机配时优化、规划改进。

本系统采用C/S架构，后台服务器能够充分发挥大内存、多核/多处理器的硬件性能，总体架构适用于各种规模项目扩展。客户端界面直观，操作步骤简单，易于管理。

整体结构如下：

图25. 结构示意图

6.2 信号控制联网系统运行环境要求

6.2.1 CS客户端

 硬件环境

- CPU：1*Xeon E5620－2.4G（四核12M/5.86GT/s） - 内存：2*2GB DDR3

 软件环境

- Microsoft? Windows XP Pro SP2/SP3 32-bit/64-bit - Microsoft? Windows 7 32-bit/64-bit

6.2.2 服务端

 产品运行硬件环境

- CPU：1*Xeon E5620－2.4G（四核12M/5.86GT/s） - 内存：2*4GB DDR3

 产品运行软件环境

- Windows Server 2003/2008各系列版本

6.3 信号控制联网系统功能设计

信号控制联网系统功能菜单：

功能包括路口监控、地图监控、绿波监控、特勤路线、运行监控、查询统计和系统管理。

路口监控主要包含当前运行信息、手动控制等功能，用于监控和控制信号机的状态。

地图监控主要实现地图上对路口信号机的查看控制以及绿波特勤的监控。

绿波监控主要是对绿波带的监控查看以及绿波的参数修改。 特勤监控主要是特勤路线的监控执行。

运行监控主要用于对用户、服务器和设备信息及状态的监控，以及整个系统工作日志的查询及展示。

查询统计主要是对历史流量的查询、统计，为用户对信号机的运行方案配置、区域协调等提供参考。

系统管理主要功能为配置整个系统运行时的参数，以及组织资源、用户管理、地图管理、绿波管理、特勤管理等功能模块。

6.3.1 系统管理

系统管理模块包括组织资源、用户管理、地图管理、绿波管理、特勤管理和系统参数。

组织资源：组织和资源的管理，可以对相应的组织资源进行管理的相关操作；

用户管理：用户管理包含用户管理可以对用户信息进行管理、用户权限配置和修改密码的功能；

地图管理：地图上点位的添加和管理；

绿波管理：绿波带的配置功能； 特勤管理：特勤路线的配置功能；

系统参数包括系统基本信息的查看、配置日志（操作日志、系统日志、信号机日志）的保存时间、配置和执行校时。

图26. 系统管理示意图

6.3.2 路口监控

路口监控主要包含当前运行信息、手动控制等功能，用于监控和控制信号机的状态。

当前运行信息提供了用户对信号机当前运行方案（包括详细方案）的查看，同时提供了图像界面实时显示路口当前的一些关联信息。

手动控制模块提供了手动控制、手动更改信号机的方案。

图27. 路口监控示意图

双击路口，以图形化的方式展示路口信号机运行状态，如下图所示：

图28. 信号机状态详情界面

6.3.3 地图监控

在地图上面实时显示信号机状态及基本信息，可以直接在地图上面对信号机进行方案切换、步进控制等操作，查看路口实时流量及饼图相序。

图29. 地图监控示意图

6.3.4 绿波监控

除了一些日常参数配置外，系统还设计了绿波带。在主干道设置绿波控制，信号灯能够按预定的路线进行绿波推进，保证车辆畅通无阻。

绿波带

图30. 绿波监控示意图

6.3.5 特勤路线

除了一些日常的参数调整外，系统还设计了特勤路线。在发生突发事件或有重要车辆需要通行时，可为这些车辆安排专门的线路供其快速通行，保证如消防车辆、救护车辆的快速通行。

特勤路线

图31. 特勤路线示意图

6.3.6 运行监控

运行监控为运维管理模块，用于实现对用户、服务器和设备信息及状态的监控，以及整个系统工作日志的查询及展示，主要包含了用户监控、服务器监控、设备监控、日志查询这四块主要功能点。

用户监控：主要功能是用户状态统计查询和操作日志的查看； 资源监控：系统资源包括实时状态统计、历史状态统计和历史状态查询，主要是显示信号机和区域服务器的状态，同时支持对信号机升级和重启，支持对区域服务器的重启。

图32. 操作日志示意图 图33. 状态统计示意图

6.3.7 查询统计

查询统计功能是系统对前端所采集的往来车辆数据信息进行分类汇

总，并根据不同的业务单元的要求，以不同的形式出具统计报表，挖掘隐藏在数据背后的信息。目前系统能够对不同路口、时段的车流量进行统计，并出具柱状、曲线或表格形式的日报、周报、月报和年报表。

图34. 交通流量统计示意图

第 7 章 核心设备介绍

7.1 交通信号控制机（DS-TSC300）

1）产品简介

DS-TSC300系列交通信号控制机是基于ARM9系列32位芯片控制的交通信号控制机，具有较强的控制和通信功能，其硬件电路和软件设计都采用了模块化设计的思想。操作系统采

用自裁减的嵌入式Linux系统，并配备了网络接口，可支持远程维护及程序在线升级。

信号机机体主要由控制主机、配电单元和机柜组成。控制主机主要包括主控板、灯控板、黄闪板、控制和显示面板，由总线连接在一起。

本信号机具备手动控制、无线遥控、多时段控制、绿波控制、感应控制、公交优先等多种控制方式，可通过网络接口与指挥中心实现远程控制和管理。

2）主要特性

 采用先进的ARM9系列32位芯片，提供强大的计算与通讯能力；  模块化设计，安装和维护方便；

 采用可控硅控制信号灯，设备运行稳定；  采用开放性、标准化通信协议，方便扩展；

 配备控制和显示面板，可进行信号机状态的实时监控和方案手动调整；

 对通信、灯具等外部设备的工作状态自动监控和记录，发生故障自动告警并可自动采取相应的处理措施；

 具备独立硬件黄闪控制板，不依靠程序控制，提高安全性；  采用GPS授时的方式保证系统的精确时钟。 3）技术参数 信号灯输出 GPS接口 通讯协议 网络接口 其他接口 外部输入 无线遥控接口 工作电压 工作环境温度 工作环境湿度 功耗 绝缘强度 防护等级 支持22/44路独立控制输出，单通道带载能力800W 1个，可接收GPS卫星信号进行实时校时 支持NTCIP通信协议 1个百兆网络接口 2个RS232接口，2个RS485接口，1个USB口 支持8路行人按钮输入 提供无线遥控器接入 AC220V±44V，50Hz±2Hz -40℃～+70℃ 45%~95%，无凝结 <35W ＞100MΩ IP54（机柜） 控制主机：482.5mm(宽)×221mm(高)×290mm 结构尺寸 控制机（含机柜）：600mm（宽）×1084mm(高)×450mm（深）

7.2 交通信号控制机（DS-TSC500）

1）产品简介

DS-TSC500交通信号控制机是基于ARM9系列32位芯片控制的交通信号控制机，具有较强的控制和通信功能，其硬件电路和软件设计都采用了模块化设计的思想。信号机机体主要由控制箱、配电单元和机柜组成。控制箱主要

包括主控板、车检板、灯控板，由总线连接在一起。整机达到户外设备全天候工作要求，具有防雷击、过载保护、绿冲突检测等的安全措施。

本信号机可以在无中心控制的条件下进行信号机单点的定周期控制、感应控制、自适应控制等；也可基于GPS校时实现多点的无缆线协调控制；也可以在系统协调下执行控制中心下发的系统控制方案和关灯、闪光、全红、手动步进、特殊功能（根据用户定制需求开放相应接口）、优先等控制指令。

2）主要特性

 采用先进的ARM9系列32位芯片，提供强大的计算与通讯能力；  模块化设计，安装和维护方便；  采用固态开关控制信号灯，运行稳定；

 采用开放性、标准化通信协议，支持NTCIP协议，方便扩展；  对检测器、通信、灯具等外部设备的工作状态自动监控和记录，发生故障自动告警并可自动采取相应的处理措施；

 采用GPS授时的方式保证系统的精确时钟；

 特征参数生成和下载方便，可用PC机（笔记本电脑）完成或直接由U盘导入。

3）技术参数 项目 相位驱动 线圈检测器 通讯协议 网络接口 参数 支持16组相位驱动，24个信号通道，可扩展至36个信号通道 支持24个线圈接入，可扩展至48个线圈 支持NTCIP通信协议 2个百兆网络接口，其中1个可光电复用 2个RS232接口，1个RS422接口，2个RS485接口 其他接口 2个USB接口，其中1个内置：用于WIFI或3G模块 外部输入 外部输出 工作电压 工作环境温度 工作环境湿度 功耗 防护等级 结构尺寸 支持8路行人按钮输入，16路IO输入，8路过压过流检测输入 支持20路无源输出：4路继电器输出、16路光耦输出 AC220V±44V，50Hz±2Hz -40℃～+70℃ 45%~95%，无凝结 <60W IP54 650mm(W)×1500mm(H)×450mm(D) 7.3 视频车检器（iDS-TCD215）

1）产品简介

视频车辆检测器，采用视频图像分析技术，对图像中设定的检测区域内的运动物体进行检测，获取所需的交通信息。大场景安装、可提供

可视化图像、实时交通信息。摄像机采用ISP+ DSP结构，具有多车道视频实时分析及计算功能，可以提供车流量、车道平均速度、车头时距、车头间距、车道时间占有率、车道空间占有率、车辆类型、车辆排队长度、交通状态等交通数据。

适用于城市路口为信号机的配时提供数据依据；OD调查分析、城市交通诱导等交通数据深层次分析应用。

2）产品特性

 输出车流量、平均车速、车头间距、车头时距、车道空间占有率、车道时间占有率、车辆排队长度等交通信息，可完全替代传统的线圈、地磁、微波的信息采集设备；

 嵌入式一体化设计，集成度高、不需要工控机；

 支持实时视频画面输出，为交通监管提供可视化管理手段；  支持多种数据输出方式、包括RJ45、RS-485、IO等；  简易安装、使用方便、不破坏路面、维修时无需封闭车道。 3）典型应用

图35. 典型应用示意图

4）技术参数 项目 传感器类型 最小照度值 视频压缩标准 视频压缩码率 参数 1/1.8＂Progressive Scan CMOS 彩色:0.001 Lux @(F1.2,AGC ON) H.264 / MPEG4 / MJPEG 32Kbps~16Mbps

视频分辨率 信息采集功能 1920 × 1080 车流量、车道平均速度、车头时距、车头间距、车道时间占有率、车道空间占有率、车辆类型、车辆排队长度、交通状态 1 个RJ45 10M / 100M 自适应以太网口,1个RS-485接口,1个RS-232接口 1路 1路 1Vp-p Composite Output(75Ω/BNC) -30℃~60℃,湿度小于95%(无凝结) AC24V±10%/DC12V±10% 10Wmax 136×103.5×48.2 5kg±0.5kg 车流量统计准确率 ≥95% 通讯接口 报警输入 报警输出 BNC接口 工作温度和湿度 电源 功耗 尺寸 重量 7.4 视频车检器（iDS-TCD225）

1）产品简介

视频车辆检测器，采用视频图像分析技术，对图像中设定的检测区域内的运动物体进行检测，获取所需的交通信息。大场景安装、可提供可视化图像、实时交通信息。具有多车道视频实时分析及计算功能，可以提供车道流量、平均车速、车头时距、车头间距、时间占有率、空间占有率、车道排队长度、车辆类型、车道通行状态等交通数据。

适用于城市路口为信号机的配时提供数据依据；OD调查分析、城市交通诱导等交通数据深层次分析应用。

2）产品特性

 输出车道流量、平均车速、车头时距、车头间距、时间占有率、空间占有率、车道排队长度、车辆类型、车道通行状态等交通信息，可完全替代传统的线圈、地磁、微波的信息采集设备；

 嵌入式一体化设计，集成度高、不需要工控机；

 支持实时视频画面输出，为交通监管提供可视化管理手段；  支持多种数据输出方式、包括RJ45、RS-485、IO等；  简易安装、使用方便、不破坏路面、维修时无需封闭车道。 3）典型应用

图36. 典型应用示意图

4）技术参数 项目 传感器类型 最小照度值 数字降噪 视频压缩标准 视频压缩码率 视频分辨率 信息采集功能 参数 1/1.8＂Progressive Scan CMOS 彩色：0.002 Lux @(F1.2,AGC ON)；黑白：0.0002 Lux @(F1.2,AGC ON) 3D数字降噪 H.264 / MPEG4 / MJPEG 32Kbps~16Mbps 1920 × 1080 车道流量、平均车速、车头时距、车头间距、时间占有率、空间占有率、车道排队长度、车辆类型、车道通行状态 1 个RJ45 10M/100M/1000M 自适应以太网口,1个RS-485接口,1个RS-232接口 1路 1路 -30℃~70℃,湿度小于95%(无凝结) AC24V±10%/PoE，DC12V±10%/PoE 13Wmax Φ125 830g 车流量统计准确率 ≥95% 通讯接口 报警输入 报警输出 工作温度和湿度 电源 功耗 尺寸 重量

第 8 章 系统特点

8.1 灵活适应的控制方案

系统可通过多种控制策略，综合权衡路网交通状况，对路网各路口的周期、绿信比、相位差、运行计划进行合理配置，使之适应交通流的变化，从而确保路网的利用效率最优。

支持基于信号机的单点控制，也可实现基于上位机的区域协调控制。在城市交通信号建设中可采用统一的设备型号满足不同点位个性化的方案需求。

8.2 设备快速维护及修复

信号机采用机架式的硬件设计，把电源板、灯控板都标准化成一个个独立的设备模块。机架式的设计在设备维护时，可通过简单的模块替换找到故障点，并快速修复故障信号机，确保设备长时间稳定运行。

8.3 独立、稳定的故障检测处理

独立、稳定的故障检测、反馈模块，对各通道实时输出的信号灯控制信号进行监控。杜绝信号灯出现影响交通运行的故障状态，且对故障问题进行初步诊断，协助管理人员明确故障原因。

8.4 开放式NTCIP协议

系统采用开放式通讯协议——NTCIP，提供符合标准的协议接口，可与NTCIP通讯协议系统兼容。

NTCIP协议迎合了目前技术发展的主潮流，打破了传统的私有的智能交通控制系统（如SCOOT、SCATS）的垄断体制。通过采用开放协议的机制，引入了竞争，降低了系统的运营维护成本以及系统扩容成本。