基于國標20999通訊協議的交通信號控制系統的開發

趙悅　姚琳　曹凌寒

摘 要：伴隨著我國城市智能交通行業的迅速發展，信號控制系統的應用和技術水平得到了長足發展，信號控制系統中采用對外開放并規范、標準的協議對未來系統擴容和獲得參與競爭的機會非常重要，介紹了采用頒布不久的國家標準20999通訊協議來設計并開發的交通信號控制系統。

關鍵詞：城市交通；信號控制；通訊協議；控制系統

中圖分類號：TP273 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2017.03.116

交通信號控制系統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，也是整個智能交通系統產業中的基礎和核心平臺。由于我國在道路交通信號控制系統的應用和研究工作方面相對國外發達國家來說起步較晚，因此系統建設走的是引進與自主研發并行的道路。經過20世紀80年代至今這幾十年的發展和建設，國內交通信號控制系統建設取得了快速發展，形成了眾多的的交通信號控制系統應用品牌。但是，作為交通信號控制系統建設非常重要的一環——通信標準、通信協議的制訂工作卻較為落后，現有系統大都基于各廠家私有協議，缺乏統一接口標準，直接導致了信號控制系統的信息難以為其他交通管理業務系統服務，大大降低了系統的應用效率。城市道路交通信號控制系統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如何集成目前種類繁多的交通信號控制系統，實現數據的雙向交換成為急需解決的問題。本信號控制系統采用規范化的《交通信號控制機與上位機間的數據通信協議》（GB＼T 20999—2007，簡稱“國標20999協議”）。

1 國標20999介紹

我國現有的國內外交通信號控制系統及系統使用的交通信號控制器種類較多、通用性不強，系統擴展時遇到許多實際問題，其中缺乏通信協議的標準是困擾交通信號控制系統發展的關鍵問題。針對這種現狀，盡快實現交通信號控制機與上層系統間的通信協議規范化已經是當務之急。國家標準《交通信號控制機與上位機間的數據通信協議》是國家基礎研究項目“ITS標準和檢測技術”的子課題之一。本標準于2007-07-17發布，2008-01-01實施。本標準規定了交通信號控制機和上位機之間的通信協議標準，明確規定了信號控制系統和信號機通信協議的分類與實現，并對涉及的基本術語進行了定義。此標準作為交通信息采集與處理領域的國家標準之一，為我國智能交通的發展奠定了良好的基礎。

國標協議中規定了很多術語，例如上位機、相位、輸出通道、清空間隔等。數據通信協議結構如圖1所示。圖1中的連線表示相連的協議間兼容關系。

信息域的數據結構如圖2所示。信息域的第一個字節是初始化協議識別器（IPI）。IPI用來識別上一層的通信協議是什么。應用層數據分為消息類型域和信息域兩部分。消息類型域表示消息對應的操作類型和消息操作對象的個數；信息域分為對象域和對象值域，其中對象域由對象標識、索引數、子對象和索引組成，對象值域則包括傳輸對象的值或對象的出錯信息。

2 信號控制系統介紹

信號控制系統主要由信息添加、查看實時運行狀態、查看或修改信號控制參數三部分組成。

信息添加部分是結合國標協議的參數結構和程序功能需求來決定添加信息的種類和數量。例如，要實現用戶通過信號控制系統查看實時運行狀態的功能，配合國標協議的通道參數表，需要添加每個信號燈所屬通道號；要在地圖上顯示出信號燈位置，就需要添加信號燈所在路口的位置信息；要與信號控制機通訊，需要添加信號機以太網通訊的IP和端口，或者串口通訊的端口信息等。

查看實時運行狀態功能供用戶查看某指定路口當前各信號燈狀態、執行的時段事件、配時方案號和放行相位等信息。需要涉及到國標協議的通道參數表、通道輸出狀態表、時基調度表、時段表、配時方案表和階段配時表。各表之間的讀取邏輯如圖3所示。

按照國標協議中各個數據表的定義從信號控制機中得到需要的表格數據，結合數據庫得出信號燈當前運行狀態信息。

信號控制參數的查看和修改部分包含查看和修改信號機系統公共配置相關參數、模塊參數、公共時間相關參數、時基調度信息、時段信息、相位參數、相位輸出狀態信息、車檢器相關參數、單元相關參數、燈控相關參數、通道參數、通道輸出狀態信息、控制相關參數、配時方案表參數、階段配時信息等。無論程序中涉及到上述哪類參數的讀取和設置，都要遵照國標協議中相關數據表格中每項數據的取值范圍、所占字節數及其數據定義規則翻譯上傳的數據或制定下載的數據。

3 結束語

國標20999協議作為國家頒布的第一個交通信號控制機與上位機間的標準、規范的數據通訊協議，必將會成為未來信號機廠商和信號控制系統開發者采用的通訊協議。標準的實施與推廣，可使各個廠家遵循統一的通信協議標準開發信號控制產品，為交通控制系統的后續升級和維護提供方便。未來的交通控制系統可以采用多家廠商生產的設備，減少城市建設的重復投資，不斷提高信號控制系統的先進性和控制效率，推動城市智能化交通的發展，為城市的可持續發展作出貢獻。

參考文獻

[1]北京市公安局公安交通管理局，海信網絡科技股份有限公司.國標《交通信號控制機與上位機間的數據通信協議》研究與制訂[J].交通標準化，2009（14）.

[2]北京市公安局公安交通管理局，中國科學院自動化研究所.GB/T 20999—2007 交通信號控制機與上位機間的數據通信協議[S].北京：中國標準出版社，2007.

〔編輯：王霞〕