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道路交通信号控制系统通用技术

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关键词：道路交通信号控制系统

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1　范围
本标准规定了道路交通信号控制系统的系统结构、功能要求、性能指标、通信要求、安全要求、测试要求以及运维管理等内容。其中功能要求针对系统控制中心的软件功能进行定义。
本标准适用于道路交通信号控制系统的规划、设计、建设、测试及应用。
2　规范性引用文件
下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅所注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。
GB 14886 道路交通信号灯设置与安装规范
GB 25280 道路交通信号控制机
GB/T 31418-2015 道路交通信号控制系统术语
GA/T 380 全国公安机关机构代码编制规则
GA/T 527.1-2016 道路交通信号控制方式第1部分：通用技术条件
GA/T 543.1 公安数据元（1）
GA/T 543.3 公安数据元（3）
GA/T 1049.2 公安交通集成指挥平台通信协议第2部分：交通信号控制系统
3　术语与定义
GB/T 31418 界定的以及下列术语和定义适用于本文件。
3.1　
道路交通信号控制系统 road traffic signal control system
[道路]交通信号控制系统
由道路交通信号控制机、道路交通信号灯、道路交通流检测设备、通信设备、控制计算机及相关软件等组成，用于道路交通信号控制的系统。
[GB/T 31418-2015,定义2.6.1]
3.2　
交叉口配置参数 control parameters of intersection
路口配置参数
用于交叉口信号控制的一组数据集合，一般包括设备配置、接线端子、灯组、信号组、相位、控制方案、日计划、周或日调度表等。
4　系统结构
4.1　物理结构
物理架构宜设置为三层（见图1），具体如下：
a) 外场设备，包括道路交通信号控制机、道路交通信号灯、道路交通流检测设备、行人请求装置、网络通信设备等；
b) 通信网络，应使用交通专网。宜采用通用的网络通信设备构建，可使用有线通信、无线通信或有线无线相结合的通信方式；
c) 控制中心，包括交通控制计算机、网络通信设备和系统控制软件。路网规模较大情况下，可根据需要设置道路交通信号控制分中心。

图1　物理结构
4.2　逻辑结构
逻辑结构宜分为五层，从下至上分别是采集层、接入层、数据层、应用层和用户层，见图2。

图2　系统逻辑结构
4.3　控制结构
控制结构宜设置为四层(见图3),具体如下：
a) 路口控制级，系统中控制执行的基本单元；
b) 子区控制级，由一个或相邻的多个采用相同交通控制策略的信号控制交叉口组成的集合；
c) 区域控制级，由一个或多个子区组成的集合；
d) 中心控制级，汇聚系统中的所有信息，具备对系统中任一信号控制交叉口的控制与管理功能，可实现跨区域的信号控制交叉口协调控制。

图3　控制结构
5　功能要求
5.1　总体要求
5.1.1　联网联控
应支持通过通信网络与道路交通信号机进行实时通信，实现数据交换和交互控制。
5.1.2　人机交互
应支持中文操作界面、图形可视化操作方式，信号灯等图形显示内容应符合GB14886。宜提供基于GIS的可视化操作界面。
5.2　功能配置
道路交通信号控制系统的功能配置见表1，可在此基础上进行功能扩充。
表1　功能配置表
序号系统功能基本配置可选配置
1 设备参数配置信号机 √
2  信号灯组 √
3  检测器 √
4  倒计时器  √
5  其他设备  √
6 道路参数配置交叉口 √
7  干线 √
8  区域  √
9 控制方式选择定时 √
10  感应  √
11  自适应  √
12  人工干预 √
13 控制方案设置相位相序设置 √
14  控制参数设置 √
15  中心预案设置  √
16 调度计划管理路口调度计划 √
17  中心调度计划  √
18 特勤优先控制线路与预案配置  √
19  中心人工干预执行  √
20  中心自动调度执行  √
21  车辆位置驱动执行  √
22  执行日志记录查询  √
23 运行状态监测交通流运行状态  √
24  信号控制状态 √
25  设备运行状态 √
26  软件运行状态 √
27 数据存储与分析数据存储 √
28  交通流数据统计分析 √
29  控制参数统计分析  √
30  数据分析报表输出  √
31 评估与优化通行状态评估  √
32  控制效益评估  √
33  控制参数优化  √
34  控制方案优化  √
35 故障异常报警设备故障报警 √
36  软件故障报警 √
37  交通流运行异常报警  √
38 系统管理用户管理 √
39  区域管理 √
40  日志管理 √
41  时间同步 √
42 扩展功能公交优先控制  √
43  可变导向车道控制  √
44  潮汐车道控制  √
45  有轨电车优先控制  √
46  匝道信号优先控制  √
47  应急车辆优先控制  √
48  过饱和优化控制  √
5.3　设备参数配置
5.3.1　信号机设置
能够对信号机的信息进行设置，包括信号机唯一标识、固件或软件版本、安装信息、网络配置、地理坐标位置等信息。
5.3.2　信号灯组设置
能够对信号灯组信息进行设置，并满足以下要求：
a) 可根据交叉口控制需求设置信号灯组的方向、类型、接线端子等信息；
b) 可配置各类信号灯信息，包括机动车信号机灯、方向指示信号灯、非机动车信号灯、行人信号灯；
c) 支持公交车、有轨电车、无轨电车等特殊车辆信号灯的设置；
d) 可实现信号灯绿冲突配置与绿冲突判断。
5.3.3　检测器设置
能够对接入系统的检测器信息进行设置，包括检测器类型、属性、通道等。支持包括线圈、视频、地磁、微波、射频（RFID）等检测器类型。
5.3.4　倒计时器设置
能够对倒计时器信息进行设置，包括倒计时器类型、通信参数、安装方位等。
5.3.5　其它设备
能够对系统中使用的可变导向车道指示标志、行人请求按钮等其他信号控制相关设备的参数信息进行配置。
5.4　道路参数配置
5.4.1　交叉口
能够对交叉口基础信息进行配置，包括交叉口名称、形状、地理坐标位置、车道信息等。
5.4.2　干线
能够对控制干线的信息进行配置，包括干线基础信息、干线包含的路段、路段包含的路口信息等。
5.4.3　区域
能够对控制区域的信息进行配置，包括区域基础信息、区域包含的子区或路口、子区基础信息等。
5.5　控制方式选择
能够根据不同控制需求选择对应的控制方式，包括定时控制、感应控制、自适应控制以及人工干预4大类，能实现降级控制的信息配置及自动切换：
a) 定时控制。可选择单点定时控制、干线定时协调控制、区域定时协调控制；
b) 感应控制。可选择单点感应控制、干线感应协调控制；
c) 自适应控制。可选择单点自适应控制、干线自适应协调控制、区域自适应协调控制；
d) 人工干预。可选择相位锁定/解锁控制、手动步进控制、预案控制、黄闪、全红、关灯等多种人工干预控制；
e) 降级控制。在网络、中心软件模块等发生异常时自动降级控制；在感应或自适应控制模式下，检测器故障或异常时能够执行相关相位降级方案，在故障或异常消除后自动恢复到预定的控制方式、方案。
注：控制方式的详细说明参见GA/T 527.1-2016。
5.6　控制方案设置
5.6.1　相位相序设置
能够对相位相序信息进行设置，并满足以下要求：
a) 支持对两相位以及多相位信息进行配置；
b) 可配置包括相位名称、相位属性、相位时间、对应的信号组灯色等相位信息；
c) 可根据控制需求设置相应的相位放行顺序，支持在不同控制方案中配置不同的相位顺序。
5.6.2　控制参数设置
能够根据不同控制方式对相应的控制参数信息进行设置，并满足以下要求：
a) 单点控制。可对单点控制参数进行设置，包括相位绿灯时间、黄灯时间及全红时间等；
b) 干线协调控制。可对干线协调控制参数进行设置，包括公共周期、相位差、绿信比等，宜支持通过时距图的方式显示或设置干线协调配时参数；
c) 感应或自适应控制。可对感应或自适应控制控制参数进行设置，包括降级方案、相位的最小绿、最大绿、绿灯调整范围等。
5.6.3　中心预案设置
能够对中心预案信息进行配置，并满足以下要求：
a) 可根据控制范围设置不同类型的中心预案，包括交叉口、干线或区域；
b) 支持选择交叉口现有信号控制方案或自定义中心信号控制预案。
5.7　调度计划管理
能够对路口及中心的调度计划进行配置管理，调度计划按优先级由低到高分为路口级和中心级调度，并满足以下要求：
a) 路口调度计划。由道路交通信号机实现，支持通过日计划进行调度，针对工作日、节假日、特殊日等设置不同的日计划调度，日计划可划分为多个时段；
b) 中心调度计划。由中心系统实现，支持通过日计划、指定起止时间段、人工下发或特定条件触发方式对中心预案进行调度执行。
5.8　特勤优先控制
能够对特勤优先控制进行信息配置、调度执行及历史查询，并满足以下要求：
a) 线路与预案配置。支持特勤路线优先级、起止地点、经过交叉口、各交叉口优先控制相位等信息的配置；
b) 中心人工干预执行。支持用户选择一个或多个交叉口，以人工触发方式执行特勤优先控制；
c) 中心自动调度执行。支持按预设的开始时间及时间间隔自动调度，执行特勤优先控制；
d) 车辆位置驱动执行。宜根据外场特勤车辆的实时地理位置信息，驱动系统自动执行特勤优先控制；
e) 执行日志记录查询。支持对特勤任务操作的用户、特勤线路、优先控制结果、执行时间等信息的记录与日志查询。
5.9　运行状态监测
5.9.1　交通流运行状态
能够对交叉口的实时交通流通行状态进行监测，包括交通流量、占有率、排队长度、平均车速、饱和度等。
5.9.2　信号控制状态
能够对信号控制交叉口的实时信号控制状态进行监测，包括控制方式、控制方案、周期、相位差、相位时长、信号灯色等。
5.9.3　设备运行状态
能够对道路交通信号控制机、道路交通信号灯、交通流检测器等设备的实时运行状态进行监测，包括联网状态、设备故障、数据异常等。
5.9.4　软件运行状态
能够对系统各个软件模块的实时运行状态进行监测，包括模块的配置信息、工作运行状态、可用存储空间等。
5.10　数据存储与分析
5.10.1　数据存储
能够存储系统使用的各类数据，并满足以下要求：
a) 支持使用中心数据库集中存储系统各类数据；
b) 存储控制区域内采集到的交通流量、占有率、排队长度、平均车速、饱和度等信息；
c) 存储交叉口控制方式、控制方案、周期、相位、信号灯灯色等信息；
d) 存储单点控制、干线协调控制、区域协调控制、特勤路线及预案等控制方案信息；
e) 存储数据应包含数据规范中要求的数据项，内容与格式符合数据规范的要求，见附录A。
5.10.2　交通流数据统计分析
能够对交通流数据按照不同的查询条件进行统计分析，并满足以下要求：
a) 按年、月、周、日或指定时间段，统计分析交通流量；
b) 按进口车道或方向统计交通流量和占有率；
c) 按信号周期、相位时间统计交通流量和占有率；
d) 对交通流量分布规律进行统计分析。
5.10.3　控制参数统计分析
能够对控制参数进行统计分析，并满足以下要求：
a) 对交叉口各类控制参数变化规律进行统计分析；
b) 交叉口控制参数结合对应的交通流数据变化情况进行统计分析。
5.10.4　数据分析报表输出
能够输出交叉口配置参数、中心预案、交通流数据统计分析、控制参数统计分析结果报表等信息，输出格式使用HTML、PDF、Word、Excel等格式中的一种或多种。
5.11　评估与优化
5.11.1　通行状态评估
能够针对单点控制、干线协调控制、区域协调控制等不同信号控制方式下，通行状态的相关指标进行评估计算。包括交通流量、排队长度、平均车速、占有率等基本指标以及协调方向交通总流量、协调方向平均行程车速等特征指标。
5.11.2　控制效益评估
能够针对单点控制、干线协调控制、区域协调控制等不同信号控制方式下，控制效益的相关指标进行评估计算。包括最大流量比变化率、协调方向交通总流量变化率、协调方向平均行程车速变化率等相对指标以及单位绿灯时间通过量、饱和度、平均信号控制延误等绝对指标。
5.11.3　控制参数优化
能够基于历史控制运行信息与交通流数据对信号控制参数进行优化。支持针对周期、绿信比、相位差、最小绿、最大绿等控制参数的调整优化。
5.11.4　控制方案优化
能够基于历史控制运行信息与交通流数据对信号控制方案进行优化。支持针对包括时段划分、子区划分、相位相序设计、控制方式选择等控制方案要素进行调整优化。
5.12　故障异常报警
5.12.1　设备故障报警
能够在系统相关设备发生故障或异常时自动报警，包括道路交通信号控制机、道路交通信号灯、检测器等设备。报警信息中应包含路口信息、设备位置及故障原因的描述信息。
5.12.2　软件故障报警
能够在中心系统的软件模块发生故障或异常时自动报警，包括通信、处理、存储、分析等软件模块。报警信息中应包含软件模块信息以及故障原因的描述信息。
5.12.3　交通流运行异常报警
能够对交通流运行状态进行实时监测，在其发生异常时自动报警，包括排队过长、流量异常、拥堵等。
5.13　系统管理
5.13.1　用户管理
能够对使用系统的用户信息进行配置与管理，并满足以下要求：
a) 对使用系统的用户信息进行配置，包括用户名、口令、所属单位、联系电话等；
b) 对系统中使用的用户角色信息进行配置，包括角色名称、角色权限等；
c) 可按照用户管辖范围、层级进行多级分控，支持按管辖范围授权；
d) 使用系统前需经用户登录认证，对用户身份进行合法性认证；
e) 使用软件功能项时进行用户权限检查，禁止非授权功能的访问。
5.13.2　区域管理
能够对系统的管辖区域信息进行配置管理，支持按照用户的实际辖区（支队、中队、大队）或自定义的路口集合来划分管辖区域。
5.13.3　日志管理
能够对系统运行中产生的各类日志信息进行管理，并满足以下要求：
a) 准确记录系统各个功能软件模块的运行日志，包括模块名称、版本号、运行信息及发生时间等信息；
b) 准确记录操作人员对系统的主要操作日志，包括用户名、操作类型、操作对象、操作时间、操作结果等信息；
c) 根据时间、类型、结果等条件对日志信息进行查询、统计；
d) 根据用户需求自动清理日志或者人工清理日志。
5.13.4　时间同步
能够对系统管理的设备进行时间同步，包括通过人工手动方式或用系统自动进行授时。
5.14　扩展功能
5.14.1　公交优先控制
能够通过绿灯延长、红灯提前关闭等方式实现公交车辆的信号优先放行，支持公交优先控制相关的信息采集、处理、方案设置等功能。
5.14.2　可变导向车道控制
能够通过人工切换、定时切换、自适应切换等控制模式实现可变导向车道指示标志与道路交通信号的协同控制，支持可变导向车道指示标志设备信息、可变车道控制方案设置等功能。
5.14.3　潮汐车道控制
能够通过固定方案、自动触发方式实现潮汐车道的相关设备与交通信号协同控制，可实现相关设备信息配置与潮汐车道方案设置等功能。
5.14.4　有轨电车优先控制
能够支持有轨电车相对优先控制与绝对优先控制方式，可实现有轨电车优先控制相关的信息采集、处理、优先方案设置等功能。
5.14.5　匝道信号控制
能够通过定时式、自动触发式等方式实现匝道信号控制，支持匝道信号控制方案设置、方案调度管理等功能。
5.14.6　应急车辆优先控制
能够响应消防、救护、抢险等应急救援车辆的紧急请求，实现对其信号优先放行控制。
5.14.7　过饱和优化控制
能够对交叉口或子区过饱和流向进行优化控制，支持针对延误、通行能力或排队长度等优化目标。
6　性能指标
6.1　系统容量
系统容量应满足以下指标要求：
a) 应支持接入500个以上信号控制交叉口；
b) 应支持配置50个以上用户，支持10个以上用户同时在线操作；
c) 单个交叉口支持配置15个以上方案，中心系统支持配置30个以上预案；
d) 单个交叉口可设置36个以上日计划，每个日计划可划分9个以上时段。
6.2　时间同步
系统包含所有设备的时间应与北京时间保持同步，24h的计时误差应不超过 ±2s。
6.3　数据传输指标
6.3.1　传输频率
系统与道路交通信号控制机之间控制交互信息、信号机运行状态、故障与异常报警等数据应实时传输，数据发生变化即传输，交通流统计数据等数据则按照配置的时间间隔定时传输。
6.3.2　传输延误
通信网络的平均传输延误应小于1s，系统软件导致的平均传输延误应小于1s。
6.3.3　传输一致性
宜具有数据传输一致性保障功能，保证控制中心与外场信号机中的数据一致。
6.4　数据存储时间
系统数据存储时间应不少于2年。
7　通信要求
系统通信应满足以下要求：
a) 系统与道路交通信号控制机的控制指令与信息应符合GB25280中的要求；
b) 系统与公安交通集成指挥平台的通信协议应符合GA/T 1049.2 中的要求。
8　安全要求
8.1　用户认证安全
用户认证安全应满足以下要求：
a) 使用系统应核对用户的用户名及密码；
b) 每个用户应使用各自独立的账号；
c) 系统对用户应按照实际管理辖区范围进行授权。
8.2　网络安全
系统需遵循以下网络安全要求：
a) 系统组网应使用专网，不使用互联网；
b) 应有防病毒与防网络入侵的措施；
c) 宜使用具备抑制或隔离网络风暴等网络故障的通信设备。
8.3　信息安全
a) 系统与信号机联机时，应进行双向身份鉴别，验证通过后可进行相关操作；
b) 应对公安交通集成指挥平台下发指令进行验证，验证通过后控制指令有效；
c) 数据库用户名、口令等系统关键配置信息应加密存储；
d) 系统数据库应布设冗余备份；
e) 系统具备日志审计，可检测事件日志，并定期审计。
9　测试要求
9.1　功能测试
通过操作系统，查看其实际运行情况，检验数据可靠性及有效性，验证功能是否达到第5章中的功能要求。
9.2　可靠性与性能测试
系统连续运行30天，能不间断地运行，性能应满足第6章中的要求。
9.3　通信测试
系统与道路交通信号控制机、公安交通集成指挥平台之间的通信应满足第7章中的要求。
9.4　安全测试
系统安全性应满足第8章中的要求。
10　运维管理
运维管理满足以下要求：
a) 应定期进行设备的检验、更换和维护，使系统保持良好的运行状态；
b) 应定期对系统数据进行备份，保障系统数据安全；
c) 宜配备专门技术人员对中心系统软硬件进行日常维护；
d) 可提供远程联网方式对系统进行故障诊断和软件维护。

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