交通信号控制系统与公安交通集成指挥平台通信协议研究

1.引言

交通信号控制系统是缓解城市交通拥挤、保障城市交通安全、有序、畅通的一种重要的交通解决方案。由于我国在道路交通信号控制系统的应用和研究工作方面相对国外发达国家来说起步较晚，因此系统建设走的是引进与自主研发并行的道路，经过20世纪80年代至今这几十年的发展和建设，国内交通信号控制系统建设取得了快速发展，形成了众多的的交通信号控制系统应用品牌。但是，作为交通信号控制系统建设非常重要一环的通信标准、通信协议的制定工作却较为落后，现有系统大都基于各厂家私有协议，缺乏统一接口标准，直接导致了信号控制系统的信息难以为其他交通管理业务系统服务，大大降低了系统的应用效率。随着我国经济的飞速发展，为适应不断增长的交通管理需求，各种交通管理应用系统逐步建成。如何综合这些系统中种类繁多的交通信息，对其功能进行集成应用，从而及时全面地掌控复杂交通状况，实时监控和调度各类交通资源成为急需解决的问题。公安交通集成指挥平台由此而诞生，它集成了公安交通管理中各业务系统的主要功能和信息，实现交通研判数据化和交通指挥精确化，使得交通管理部门决策科学、指挥灵敏、反应及时、响应快速，大大提高了指挥调度效率。而城市道路交通信号控制系统是城市交通管理中重要的组成部分，公安交通集成指挥平台如何集成目前种类繁多的交通信号控制系统，实现数据的双向交换成为急需解决的问题。

本文针对我国目前交通信号控制系统和公安交通集成指挥平台普遍建设中数据通信协议标准缺失的问题，通过分析国内外现有道路交通信号系统的应用及相关通信协议现状，归纳整理了公安交通集成指挥平台对交通信号控制系统的功能及数据需求，提出了基于信息层交换的轻量级构架，设计了基于XML组织数据内容的通信协议，为实现公安交通集成指挥平台对交通信号控制系统的集成提供了一种较为通用的方法。

2.国内外现

2.1.国内信号系统及交通集成指挥平台应用情况我国在城市交通信号控制系统的研究和应用工作方面起步较晚，20世纪80年代以来,一方面进行了以改善城市市中心交通为核心的UTSM（城市交通信号管理）技术研究；另一方面采取引进与开发相结合的方针，引入了部分国外的道路交通控制系统（如上海、杭州的SCATS系统，北京、成都的SCOOT 系统，武汉、长春的ITACA系统等）。其后、随着国内交通信号控制技术的逐步成熟，一批针对我国交通流特点、具有自主知识产权的交通信号控制系统（如华通HT-UTCS，海信HiCon等等）相继出现。经过这几十年的发展和建设，我国城市交通信号控制系统的市场品牌总数达到20多个，据不完全统计，截至2007年底，全国信号灯控制的路口数量达到四万二千个，在道路上运行的信号机达到了四万二千多台。

2000年全国交警部门开始建设公安交通集成指挥平台，目前，全国共有590余个城市（包括县级市）建成了集警情采集、交通流信息采集、交通控制等功能于一体的交通集成指挥平台，其中400余个城市实现了信号区域控制或主次干道“绿波带”（线协调控制）控制。

2.2.国内外信号控制系统的通信协议、标准现状

在国外，城市交通信号控制系统技术已较为成熟，但也出现了系统与设备、系统与系统之间的互联、互操作的难题。于是，美国国家电器制造商协会NEMA（NationalElectricalManufacturersAssociation）于1992年着手开发通用性的交通信号控制系统通信协议（NTCIP：NationalTransportationCommunicationsforITSProtocol）。其初步设计构想源自于交通信号机的应用需求：无论任何一种交通信号控制系统以及信号机只要遵从NTCIP协议就可以实现互联、互操作和实时通信。目前，由ITE、AASHTO与NEMA共同组成的NTCIP联合委员会已通过报告、期刊与网站等方式进行NTCIP技术与应用的推广。

现阶段，NTCIP已上升为针对智能交通系统电子设备间数据传输所制定的标准通信协议。其主要目标是确保交通控制与ITS系统组成单元彼此之间的“互操作性（Interoperability）”与“互换性（Interchangeability）”。

NTCIP的应用一般分为两大类：中心到外场（C2F）及中心到中心（C2C）的应用。前者通常包含路侧设施或者是各运营部门所拥有的车辆与管理中心的计算机之间的信息传输。而后者则主要是管理中心的计算机或各个子系统之间的数据传输。NTCIP标准采用了分层的架构，分别为信息层，应用层，传输层，子网络层和物理层。其架构如图1所示

可以看出，NTCIP是遵照OSI参考模型的规范，类似ISO的OSI七层协议模型，提供交通控制中心与现场设备或与不同控制中心之间通信的标准。对于应用层、传输层、子网络层、实体层都应用了已有的成熟标准，其关键是制定了信息层的相关标准。而与交通信号控制系统中相关的NTCIP标准有：NTCIP1201、1202等，与中心到中心通信相关的NTCIP标准有：NTCIP2500、2501、2502等。

国内交通信号控制系统通信协议、标准现状

1993年公安部制订了我国信号机的行业标准GA/T47-93《交通信号机技术要求与测试方法》，该标准按基本功能对交通信号机作了分类，规定了交通信号机的技术要求和测试方法，是我国首个信号机标准。2002年公安部对该标准进行了修订，并改为强制性标准GA47-2002《道路交通信号控制机》。新标准对集中协调式道路交通信号机的物理通信接口、基本通信内容进行了规定，但具体通信协议、格式等内容未包含在标准中。2004年，公安部颁布了行业标准GA/T509《城市交通信号控制系统术语》规定了城市交通信号控制系统中的专用术语。2005年，颁布了GA/T527《城市道路交通信号控制方式适用规范》规定了城市道路交通信号控制方式。以上标准都未涉及通信协议方面的内容。

2008年我国正式出台国家标准GB/T20999-2007《交通信号控制机与上位机间的数据通信协议》，该标准规定了信号机与上位机间的数据通信协议的结构及物理层、数据链路层、网络层和应用层的要求，协议在参考美国NTCIP协议和美国加州AB3418标准的基础上，采用了四层结构，见图2。适用于交通信号控制系统信号机与上位机间的通信，此项标准的发布，对我国信号控制系统来说无疑是一大进步。2010年颁布了《道路交通信号控制机与车辆检测器间的通信协议》规定了道路交通信号控制机与车辆检测器间的串行接口和以太网接口的数据交换规程。