專利名稱：一種用于交通信號(hào)控制系統(tǒng)的硬件在環(huán)仿真測(cè)試系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于交通信號(hào)控制和交通仿真技術(shù)領(lǐng)域，更具體的說(shuō)，本發(fā)明涉及ー種用于交通信號(hào)控制系統(tǒng)的硬件在環(huán)仿真測(cè)試系統(tǒng)，應(yīng)用于信號(hào)控制系統(tǒng)控制效果的科學(xué)預(yù)評(píng)估，同時(shí)可作為交通工程專業(yè)學(xué)生實(shí)驗(yàn)教學(xué)工具。
背景技術(shù)：
交通信號(hào)控制系統(tǒng)是智能交通管理系統(tǒng)的重要子系統(tǒng)，其主要功能是自動(dòng)協(xié)調(diào)和控制整個(gè)控制區(qū)域內(nèi)各個(gè)路ロ信號(hào)控制機(jī)的配時(shí)方案，均衡路網(wǎng)內(nèi)交通流運(yùn)行，使停車次數(shù)、延誤時(shí)間及環(huán)境污染減至最小，充分發(fā)揮道路系統(tǒng)的交通效益。交通信號(hào)控制系統(tǒng)一般由交叉ロ信息采集設(shè)備、控制中心的上位機(jī)、路ロ的信號(hào)機(jī)和信號(hào)燈四部分組成交叉ロ信息采集設(shè)備通過(guò)線圈、視頻、紅外、微波雷達(dá)等設(shè)備采集車輛信息，并將此信息上傳給控制中心上位機(jī)。上位機(jī)根據(jù)交叉ロ各個(gè)方向車輛信息計(jì)算配時(shí)方案，井下達(dá)給路ロ信號(hào)機(jī)，驅(qū)動(dòng)各個(gè)信號(hào)燈執(zhí)行，從而形成閉環(huán)的信號(hào)控制系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)。傳統(tǒng)上，若對(duì)交通信號(hào)控制系統(tǒng)的效益進(jìn)行評(píng)價(jià)，通常采用是在交通現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行實(shí)地運(yùn)行測(cè)試的方法進(jìn)行，這種方法花費(fèi)巨大且對(duì)現(xiàn)有交通流運(yùn)行造成干擾。同時(shí)由于単一的現(xiàn)場(chǎng)無(wú)法產(chǎn)生各種復(fù)雜交通環(huán)境，因此這種評(píng)估方法存在低準(zhǔn)確性、低效率、高成本、評(píng)估指標(biāo)不全面的缺點(diǎn)。同時(shí)信號(hào)控制系統(tǒng)新算法的研制及交通仿真軟件模擬精度提升均需要開發(fā)ー種能實(shí)時(shí)整合交通仿真和信號(hào)控制的閉環(huán)系統(tǒng)?；谝陨系谋尘埃景l(fā)明提出一種新的交通信號(hào)控制系統(tǒng)硬件在環(huán)仿真測(cè)試系統(tǒng)。該測(cè)試系統(tǒng)由交通信號(hào)控制系統(tǒng)、信號(hào)轉(zhuǎn)換設(shè)備和交通仿真模塊三部分組成，通過(guò)有線/無(wú)線連接實(shí)現(xiàn)信號(hào)轉(zhuǎn)換設(shè)備與交通信號(hào)控制系統(tǒng)中的信號(hào)機(jī)之間、交通仿真模塊與信號(hào)轉(zhuǎn)換設(shè)備之間的一対一或ー對(duì)多數(shù)據(jù)傳輸。該系統(tǒng)的開發(fā)可滿足如下需求
(1)城市交通控制系統(tǒng)預(yù)評(píng)價(jià)的需要
傳統(tǒng)的城市交通控制系統(tǒng)的評(píng)價(jià)方式往往要投入大量的人力物力進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，不僅費(fèi)時(shí)費(fèi)力，且難于對(duì)不同場(chǎng)景進(jìn)行快速科學(xué)評(píng)估。硬件在環(huán)仿真系統(tǒng)則可充分利用交通仿真系統(tǒng)可以隨時(shí)改變路況信息、車流信息等，模擬各種各樣的交通狀況，為城市交通控制系統(tǒng)提供了一種靈活、高效、低成本的新評(píng)估方法
(2)新的控制算法的性能測(cè)試的需要
高校和科研機(jī)構(gòu)從未停止過(guò)新的控制算法的研究，傳統(tǒng)的性能測(cè)試方式需要人工進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查對(duì)比測(cè)試，效率低、準(zhǔn)確性差，更重要的是缺少與現(xiàn)有交通控制系統(tǒng)算法相比較的基準(zhǔn)平臺(tái)。通過(guò)硬件在環(huán)仿真系統(tǒng)，一方面可以將新研究的算法嵌入到程序中來(lái)，另ー方面弓I用已有信號(hào)控制方案，在相同的路況和車流條件下進(jìn)行仿真，生成評(píng)價(jià)信息，從而比較其優(yōu)劣。硬件在環(huán)仿真系統(tǒng)將對(duì)交通控制系統(tǒng)的控制算法測(cè)試改進(jìn)有極大的意義。
(3)提高交通仿真模型精度的需要
傳統(tǒng)的交通仿真主要依賴預(yù)先設(shè)定的交通信號(hào)配時(shí)方案進(jìn)行仿真。而與真實(shí)的自適應(yīng)的城市交通控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)計(jì)算的配時(shí)方案存在較大誤差。硬件在環(huán)系統(tǒng)仿真軟件的信號(hào)配時(shí)方案來(lái)源于信號(hào)控制機(jī)，即仿真環(huán)境中的信號(hào)相位配時(shí)方案與城市交通控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)產(chǎn)生的方案完全相同，因而可以提高城市交通仿真系統(tǒng)的精度。(4)學(xué)生和學(xué)習(xí)和實(shí)驗(yàn)的需要
以往，學(xué)生在學(xué)習(xí)城市交通控制系統(tǒng)時(shí)，需要有良好的信號(hào)控制軟硬件基礎(chǔ)知識(shí)，而且缺少簡(jiǎn)單有效的對(duì)信號(hào)相位評(píng)價(jià)的實(shí)驗(yàn)方法。硬件在環(huán)仿真系統(tǒng)的開發(fā)為學(xué)生的學(xué)習(xí)和實(shí)驗(yàn)提供了一種新的工具，降低了實(shí)驗(yàn)的難度，增加了學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)的認(rèn)知和感知能力。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種交通信號(hào)控制系統(tǒng)的硬件在環(huán)仿真測(cè)試系統(tǒng)，以克服實(shí)際信號(hào)控制系統(tǒng)無(wú)法事前評(píng)價(jià)、交通仿真軟件無(wú)法實(shí)時(shí)模擬信號(hào)控制系統(tǒng)配時(shí)方案的不足，將實(shí)際的交通信號(hào)控制系統(tǒng)有機(jī)地融合到虛擬的交通仿真系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)交通信號(hào)控制的硬件在環(huán)仿真測(cè)試系統(tǒng)，提供一個(gè)可重復(fù)運(yùn)行的閉環(huán)仿真測(cè)試評(píng)價(jià)系統(tǒng)。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出一種用于交通信號(hào)控制系統(tǒng)的硬件在環(huán)仿真測(cè)試系統(tǒng)，由交通信號(hào)控制系統(tǒng)、信號(hào)轉(zhuǎn)換設(shè)備和交通仿真模塊組成；其中，交通信號(hào)控制系統(tǒng)設(shè)有信號(hào)機(jī)、信號(hào)燈、檢測(cè)器和上位機(jī)，所述信號(hào)機(jī)的輸出端連接信號(hào)燈、輸入端連接檢測(cè)器，且信號(hào)機(jī)連接上位機(jī)，信號(hào)機(jī)實(shí)時(shí)收集檢測(cè)器的信息，驅(qū)動(dòng)信號(hào)燈，信號(hào)機(jī)將信息發(fā)送給上位機(jī)；所述交通仿真模塊中構(gòu)建虛擬仿真路網(wǎng)，虛擬仿真路網(wǎng)上的每個(gè)路口均設(shè)有虛擬信號(hào)燈和虛擬檢測(cè)器，每個(gè)虛擬信號(hào)燈的輸入端連接信號(hào)轉(zhuǎn)換設(shè)備，信號(hào)轉(zhuǎn)換設(shè)備的輸入端分別連接虛擬檢測(cè)器和信號(hào)機(jī)的輸出端，信號(hào)轉(zhuǎn)換設(shè)備的輸出端連接信號(hào)機(jī)的輸入端，各個(gè)路口由虛擬信號(hào)燈進(jìn)行交通控制，路網(wǎng)上的虛擬檢測(cè)器進(jìn)行實(shí)時(shí)車輛檢測(cè)；交通仿真模塊中的車輛檢測(cè)數(shù)據(jù)經(jīng)信號(hào)轉(zhuǎn)換設(shè)備傳輸給信號(hào)機(jī)，信號(hào)機(jī)的信號(hào)配時(shí)信息經(jīng)信號(hào)轉(zhuǎn)換設(shè)備傳輸回交通仿真模塊；其運(yùn)行步驟如下
(1)交通仿真模塊中的虛擬檢測(cè)器實(shí)時(shí)檢測(cè)仿真測(cè)試系統(tǒng)中的車輛到達(dá)信息，得到實(shí)時(shí)的車輛檢測(cè)信息并發(fā)送給信號(hào)轉(zhuǎn)換設(shè)備；
(2)信號(hào)轉(zhuǎn)換設(shè)備對(duì)接收到的車輛檢測(cè)信息進(jìn)行格式或模式的轉(zhuǎn)換，并將轉(zhuǎn)換后的車輛檢測(cè)信息發(fā)送給交通信號(hào)控制系統(tǒng)的信號(hào)機(jī)；
(3)交通信號(hào)控制系統(tǒng)根據(jù)接收到的車輛檢測(cè)信息，按自身控制邏輯或算法輸出信號(hào)機(jī)的信號(hào)配時(shí)信息；
(4)信號(hào)轉(zhuǎn)換設(shè)備對(duì)接收到的信號(hào)配時(shí)信息按照仿真軟件的要求進(jìn)行格式或模式的轉(zhuǎn)換，并將轉(zhuǎn)換后的信號(hào)配時(shí)信息發(fā)送回交通仿真模塊中；
(5)交通仿真模塊根據(jù)該信號(hào)配時(shí)信息實(shí)時(shí)改變仿真軟件中信號(hào)燈的燈色，控制仿真中的車輛運(yùn)行；同時(shí)，交通仿真模塊實(shí)時(shí)檢測(cè)車輛信息，并將此信息發(fā)送給信號(hào)轉(zhuǎn)換設(shè)備，即同時(shí)運(yùn)行步驟(I);
步驟(5)和步驟(I)同時(shí)運(yùn)行，之后依次運(yùn)行步驟(2)、步驟(3)、步驟(4)，運(yùn)行步驟
(5)的同時(shí)返回步驟(1)，如此重復(fù)循環(huán)。本發(fā)明中，一個(gè)信號(hào)轉(zhuǎn)換設(shè)備可以連接一到多臺(tái)信號(hào)機(jī)。本發(fā)明中，交通仿真模塊連接一個(gè)以上信號(hào)轉(zhuǎn)換設(shè)備；交通仿真模塊安裝在計(jì)算 機(jī)中。仿真測(cè)試系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)傳輸車輛檢測(cè)信息由交通仿真模塊經(jīng)信號(hào)轉(zhuǎn)換設(shè)備傳輸給信號(hào)機(jī)，信號(hào)配時(shí)信息由信號(hào)機(jī)經(jīng)信號(hào)轉(zhuǎn)換設(shè)備傳輸給交通仿真模塊。本發(fā)明中，信號(hào)轉(zhuǎn)換設(shè)備包括信號(hào)機(jī)通信模塊、信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊和計(jì)算機(jī)通信模塊，信號(hào)機(jī)通過(guò)信號(hào)轉(zhuǎn)換設(shè)備的信號(hào)機(jī)通信模塊與信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊進(jìn)行雙向連接，交通仿真模塊通過(guò)信號(hào)轉(zhuǎn)換設(shè)備的計(jì)算機(jī)通信模塊與信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊進(jìn)行雙向連接，信號(hào)轉(zhuǎn)換設(shè)備負(fù)責(zé)進(jìn)行實(shí)時(shí)的信號(hào)轉(zhuǎn)換和傳輸一方面從交通仿真模塊接收車輛檢測(cè)信息，轉(zhuǎn)換為信號(hào)機(jī)能識(shí)別的數(shù)字信號(hào)或模擬信號(hào)，并發(fā)送給信號(hào)機(jī)；另一方面從信號(hào)機(jī)接收信號(hào)配時(shí)信息，轉(zhuǎn)換為交通仿真模塊可以識(shí)別的數(shù)字信號(hào)，并發(fā)送給計(jì)算機(jī)中的交通仿真模塊。本發(fā)明中，所述信號(hào)轉(zhuǎn)換設(shè)備可以是一個(gè)獨(dú)立運(yùn)行的接口設(shè)備，或者是安裝于計(jì)算機(jī)主板上的輸入輸出卡，或者是信號(hào)機(jī)、計(jì)算機(jī)上已經(jīng)裝配了的通用接口，例如RS-232C數(shù)據(jù)終端設(shè)備接口或以太網(wǎng)接口，但不局限于這兩種。
本發(fā)明中，信號(hào)轉(zhuǎn)換設(shè)備不僅包括硬件接口設(shè)備以及相應(yīng)的連接線，也包括接口設(shè)備相應(yīng)的參數(shù)配置模塊、信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊、通信模塊等。其中參數(shù)配置模塊用于處理仿真測(cè)試系統(tǒng)運(yùn)行前的準(zhǔn)備工作，信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊和通信模塊實(shí)現(xiàn)仿真測(cè)試系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)的實(shí)時(shí)信號(hào)轉(zhuǎn)換和傳輸。本發(fā)明中，所述交通仿真模塊包括仿真軟件、數(shù)據(jù)交換子模塊和通信子模塊組成。仿真軟件依次通過(guò)數(shù)據(jù)交換子模塊、通信子模塊和信號(hào)轉(zhuǎn)換設(shè)備進(jìn)行雙向連接，其中，仿真軟件是指具有二次開發(fā)接口的微觀交通仿真軟件，如提供了 COM接口或外部信號(hào)控制模塊的VISS頂仿真軟件，或者具有二次開發(fā)接口的CORSM、Paramics、AMSUN等仿真軟件，但不局限于以上這幾種。本發(fā)明中，數(shù)據(jù)交換子模塊和通信子模塊是基于交通仿真軟件二次開發(fā)形成，其中數(shù)據(jù)交換子模塊實(shí)現(xiàn)從仿真軟件中提取車輛檢測(cè)信息給信號(hào)轉(zhuǎn)換設(shè)備、從信號(hào)轉(zhuǎn)換設(shè)備接收信號(hào)配時(shí)信息給仿真軟件；通信子模塊實(shí)現(xiàn)仿真軟件與信號(hào)轉(zhuǎn)換設(shè)備間的通信。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是
1.本發(fā)明所述的仿真測(cè)試系統(tǒng)中，在不改變仿真環(huán)境的前提下，通過(guò)連接不同的交通信號(hào)控制系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)交通信號(hào)控制系統(tǒng)進(jìn)行效益評(píng)價(jià)和對(duì)比；另一方面，對(duì)于交通信號(hào)控制系統(tǒng)，通過(guò)改變仿真環(huán)境，如輸入不同的交通量，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)該交通信號(hào)控制系統(tǒng)進(jìn)行性能測(cè)試、參數(shù)優(yōu)化和適用性分析，尤其可實(shí)現(xiàn)對(duì)新的控制系統(tǒng)或控制策略進(jìn)行在線的常規(guī)測(cè)試或極限測(cè)試，為實(shí)際應(yīng)用做充分的論證和準(zhǔn)備；
2.本發(fā)明所述的仿真測(cè)試系統(tǒng)中的交通仿真模塊，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)交通信號(hào)控制系統(tǒng)進(jìn)行高精度的實(shí)時(shí)仿真，借助仿真軟件提供的評(píng)價(jià)指標(biāo)，可以進(jìn)行精確的控制效益評(píng)價(jià)；
3.本發(fā)明所述的信號(hào)轉(zhuǎn)換設(shè)備，可以實(shí)現(xiàn)仿真軟件同時(shí)與交通信號(hào)控制系統(tǒng)多個(gè)路口信號(hào)機(jī)相連接，模擬干線或區(qū)域的協(xié)調(diào)控制；
4.本發(fā)明所述的信號(hào)轉(zhuǎn)換設(shè)備，可以通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)接口和無(wú)線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行連接，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程異地的硬件在環(huán)仿真測(cè)試。


圖I是實(shí)際的交通信號(hào)控制系統(tǒng)組成示意圖。圖2是本發(fā)明所述的硬件在環(huán)仿真示意圖。圖3是本發(fā)明所述的硬件在環(huán)仿真測(cè)試系統(tǒng)組成示意圖。
圖4是本發(fā)明所述的信號(hào)轉(zhuǎn)換設(shè)備組成示意圖。圖5是本發(fā)明所述的交通仿真模塊組成示意圖。圖6是本發(fā)明所述的硬件在環(huán)仿真測(cè)試系統(tǒng)實(shí)施例的連接示意圖。圖中標(biāo)號(hào)11為信號(hào)機(jī)，12為信號(hào)燈，13為檢測(cè)器,14為上位機(jī),21為交通仿真模塊，22為虛擬信號(hào)燈，23為虛擬檢測(cè)器，24為信號(hào)轉(zhuǎn)換設(shè)備，30為交通信號(hào)控制系統(tǒng)，41為計(jì)算機(jī)通信模塊，42為信號(hào)機(jī)通信模塊，43為信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊，51為VISSIM仿真軟件，52為數(shù)據(jù)交換子模塊，53為通信子模塊，61為計(jì)算機(jī)，62為工控卡輸出端口，63為專用連接線，64為信號(hào)機(jī)車檢信號(hào)輸入端，65為信號(hào)機(jī)上的串行通信口，66為計(jì)算機(jī)上的串行通信口。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作詳細(xì)的描述。 實(shí)施例I :
實(shí)際交通信號(hào)控制系統(tǒng)的組成如圖I所示。在圖I中，信號(hào)機(jī)11驅(qū)動(dòng)信號(hào)燈12對(duì)路口進(jìn)行交通控制，同時(shí)信號(hào)機(jī)11實(shí)時(shí)收集檢測(cè)器13的車輛到達(dá)信息。交叉口信號(hào)控制方式采用單點(diǎn)感應(yīng)或自適應(yīng)控制時(shí)，信號(hào)機(jī)11根據(jù)自身控制算法計(jì)算信號(hào)配時(shí)信息；在干線或區(qū)域的協(xié)調(diào)控制中，各個(gè)路口的信號(hào)機(jī)將車輛檢測(cè)信息發(fā)送給上位機(jī)14，上位機(jī)14中安裝有信號(hào)控制優(yōu)化算法，上位機(jī)14按控制算法輸出信號(hào)配時(shí)信息發(fā)送給信號(hào)機(jī)11。交通信號(hào)控制系統(tǒng)中的信號(hào)機(jī)11將檢測(cè)器13的車輛到達(dá)信息作為輸入，將信號(hào)燈12的信號(hào)控制配時(shí)信息作為輸出，實(shí)現(xiàn)對(duì)交通流的閉環(huán)控制。為了實(shí)現(xiàn)硬件在環(huán)仿真，通過(guò)信號(hào)轉(zhuǎn)換設(shè)備將實(shí)際的信號(hào)控制系統(tǒng)融入到交通仿真模塊中，交通仿真模塊給實(shí)際的信號(hào)機(jī)提供虛擬車輛檢測(cè)信息作為輸入，同時(shí)接收信號(hào)機(jī)輸出的信號(hào)配時(shí)信息，并根據(jù)信號(hào)配時(shí)信息在交通仿真軟件中實(shí)現(xiàn)對(duì)交通流的實(shí)時(shí)交通控制，形成包含實(shí)際信號(hào)機(jī)在內(nèi)的硬件在環(huán)仿真，硬件在環(huán)仿真如圖2所示。在圖2中，交通仿真模塊21構(gòu)建了虛擬仿真路網(wǎng)，各個(gè)路口由虛擬信號(hào)燈22進(jìn)行交通控制，路網(wǎng)上的虛擬檢測(cè)器23進(jìn)行實(shí)時(shí)車輛檢測(cè)；交通仿真模塊21通過(guò)信號(hào)轉(zhuǎn)換設(shè)備24與實(shí)際的信號(hào)機(jī)11相連，仿真軟件中的車輛檢測(cè)數(shù)據(jù)經(jīng)信號(hào)轉(zhuǎn)換設(shè)備24傳輸給信號(hào)機(jī)11，信號(hào)機(jī)11的信號(hào)配時(shí)信息經(jīng)信號(hào)轉(zhuǎn)換設(shè)備24傳輸回交通仿真模塊21，并在仿真路網(wǎng)中通過(guò)虛擬信號(hào)燈22實(shí)現(xiàn)對(duì)仿真中的交通流進(jìn)行實(shí)時(shí)控制。本發(fā)明所述的仿真測(cè)試系統(tǒng)由三部分組成，如圖3所示。在圖3中，交通仿真模塊21通過(guò)信號(hào)轉(zhuǎn)換設(shè)備24與交通信號(hào)控制系統(tǒng)30的控制機(jī)11相連接；仿真測(cè)試系統(tǒng)中有兩種數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程車輛檢測(cè)信息由交通仿真模塊21實(shí)時(shí)檢測(cè)生成，經(jīng)信號(hào)轉(zhuǎn)換設(shè)備24的轉(zhuǎn)換，傳輸給信號(hào)機(jī)11&信號(hào)配時(shí)信息由交通信號(hào)控制系統(tǒng)30或信號(hào)機(jī)11實(shí)時(shí)決策生成，經(jīng)信號(hào)轉(zhuǎn)換設(shè)備24的轉(zhuǎn)換，傳輸給交通仿真模塊21。本發(fā)明所述的信號(hào)轉(zhuǎn)換設(shè)備24的軟件部分由參數(shù)配置模塊、信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊、通信模塊組成，各模塊分別負(fù)責(zé)如下工作①參數(shù)配置模塊用于處理仿真測(cè)試系統(tǒng)運(yùn)行前的準(zhǔn)備工作，在本實(shí)施例中需要配置串口的端口號(hào)、波特率、奇偶校驗(yàn)、數(shù)據(jù)位、停止位參數(shù)，以及工控卡的通道號(hào)參數(shù)言號(hào)轉(zhuǎn)換模塊和通信模塊用于實(shí)現(xiàn)仿真測(cè)試系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)的實(shí)時(shí)信號(hào)轉(zhuǎn)換和傳輸，其關(guān)系如圖4所示。在圖4中，計(jì)算機(jī)通信模塊41實(shí)現(xiàn)信號(hào)轉(zhuǎn)換設(shè)備24與運(yùn)行交通仿真模塊21的計(jì)算機(jī)之間進(jìn)行實(shí)時(shí)、雙向的通信；信號(hào)機(jī)通信模塊42實(shí)現(xiàn)信號(hào)轉(zhuǎn)換設(shè)備24與信號(hào)機(jī)11之間進(jìn)行實(shí)時(shí)、雙向的通信。信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊43實(shí)現(xiàn)不同類型、格式的數(shù)字/模擬信號(hào)之間的實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)換。實(shí)際使用中的信號(hào)控制系統(tǒng)有多種類型，常用的交通仿真模塊也有很多種，本發(fā)明所述的信號(hào)轉(zhuǎn)換設(shè)備可以有多種不同的實(shí)現(xiàn)方式。以上海寶康電子控制工程有限公司的交通信號(hào)機(jī)(II型)GBS2121作為交通信號(hào)控制系統(tǒng)的信號(hào)機(jī)，以德國(guó)PTV公司的VISSIM微觀仿真軟件作為交通仿真模塊中的仿真軟件，以串口和工控卡以及相應(yīng)的程序作為信號(hào)轉(zhuǎn)換設(shè)備，以Visual Basic為編程環(huán)境編寫相應(yīng)的程序和模塊，介紹本發(fā)明所述的硬件在環(huán)仿真測(cè)試系統(tǒng)。寶康GBS2121交通信號(hào)機(jī)是基于微處理器的信號(hào)機(jī)，其硬件電路和軟件結(jié)構(gòu)都采 用了模塊化結(jié)構(gòu)。在信號(hào)機(jī)中配備車輛檢測(cè)器可使其具備自適應(yīng)控制功能，或者通過(guò)配置相應(yīng)軟硬件模塊，就可作為協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的路口級(jí)控制器。信號(hào)機(jī)中“控制箱”的“車檢板”可以接收車輛線圈檢測(cè)信號(hào)，“控制箱”的“輸入板”可以接收視頻檢測(cè)或紅外檢測(cè)的數(shù)據(jù)；信號(hào)機(jī)的“主控板”是核心控制部件，板上裝備了串行通信口和網(wǎng)線接口，可用于遠(yuǎn)程通訊。德國(guó)PTV公司的VISSIM仿真軟件是一種微觀、基于時(shí)間間隔和駕駛行為的仿真建模工具，用以建模和分析各種交通條件下城市交通和公共交通的運(yùn)行狀況，是評(píng)價(jià)交通工程設(shè)計(jì)和信號(hào)控制的有效工具。VISSIM由交通仿真器和信號(hào)狀態(tài)產(chǎn)生器兩部分組成，它們之間通過(guò)接口交換檢測(cè)器數(shù)據(jù)和信號(hào)狀態(tài)信息。VISSIM既可以在線生成可視化的交通運(yùn)行狀況，也可以離線輸出各種統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，如延誤或行程時(shí)間、排隊(duì)長(zhǎng)度等。VISSM中的“COM接口”是一種二次開發(fā)的編程工具，仿真模型中的數(shù)據(jù)和仿真能夠通過(guò)“COM接口 ”得到，可以導(dǎo)出或修改仿真模型中各種對(duì)象及其方法和特征屬性。在Visual Basic或Visual C++等編程環(huán)境中，可以通過(guò)VISS頂?shù)摹癈OM接口”實(shí)現(xiàn)從路網(wǎng)模型中讀取車輛檢測(cè)信息，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)修改仿真模型中的信號(hào)配時(shí)信息。本實(shí)施例在Visual Basic中編寫交通仿真模塊的程序，包括數(shù)據(jù)交換子模塊和通信子模塊，其關(guān)系如圖5所示。在圖5中，VISSIM仿真軟件51與數(shù)據(jù)交換子模塊52進(jìn)行實(shí)時(shí)、雙向的數(shù)據(jù)交換，數(shù)據(jù)交換子模塊52 —方面從VISSIM仿真軟件51中提取車輛檢測(cè)信息VISSIM的“COM接口”中調(diào)用檢測(cè)器的AttValue ("detection")方法得到對(duì)應(yīng)檢測(cè)器的檢測(cè)情況，返回值為I表示當(dāng)前的I秒時(shí)間內(nèi)檢測(cè)到車輛，返回值為0表示沒有檢測(cè)到車輛；另一方面，數(shù)據(jù)交換子模塊52將信號(hào)配時(shí)信息傳輸給VISSIM仿真軟件51 =VISSIM的“COM接口 ”中調(diào)用信號(hào)燈組的AttValue ("state")方法設(shè)置相應(yīng)信號(hào)燈組的燈色。數(shù)據(jù)交換子模塊52中的車輛檢測(cè)信息和信號(hào)配時(shí)信息通過(guò)通信子模塊53與信號(hào)轉(zhuǎn)換設(shè)備的通信模塊進(jìn)行實(shí)時(shí)、雙向的通信。本實(shí)施例中信號(hào)轉(zhuǎn)換設(shè)備的硬件包括信號(hào)機(jī)和計(jì)算機(jī)上已經(jīng)裝配了的串行通信口、相應(yīng)的通信協(xié)議、計(jì)算機(jī)中安裝的PCI-1730U工控卡、相應(yīng)的專用連接線。本實(shí)施例的實(shí)物連接示意如圖6所示。圖中寶康信號(hào)機(jī)11和運(yùn)行交通仿真模塊的計(jì)算機(jī)61通過(guò)兩條獨(dú)立的鏈路實(shí)現(xiàn)相連
(I)車輛檢測(cè)信息鏈路車輛檢測(cè)信息由計(jì)算機(jī)中的工控卡輸出端口 62，通過(guò)專用連接線63,與信號(hào)機(jī)11中的“輸入板”車檢信號(hào)輸入端64相連?！拜斎氚濉苯邮盏杰囕v檢測(cè)信息，作為信號(hào)機(jī)11的輸入；信號(hào)機(jī)11按其控制策略進(jìn)行感應(yīng)控制或自適應(yīng)控制，得到輸出是信號(hào)配時(shí)信息。
(2)信號(hào)配時(shí)信息鏈路信號(hào)配時(shí)信息由信號(hào)機(jī)11上的串行通信口 65，通過(guò)串口連接線與計(jì)算機(jī)61上的串行通信口 66相連。最后應(yīng)說(shuō)明的是以上實(shí)施例僅用于說(shuō)明本發(fā)明而并非限制本發(fā)明所描述的技術(shù)方案；因此，盡管本說(shuō)明參照上述的實(shí)時(shí)范例對(duì)本發(fā)明已經(jīng)進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明，但是，本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，仍然可對(duì)本發(fā)明進(jìn)行修改或等同替換；而一切不脫離本發(fā)明的精神和范圍的技術(shù)方案及其改進(jìn)，均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種用于交通信號(hào)控制系統(tǒng)的硬件在環(huán)仿真測(cè)試系統(tǒng)，由交通信號(hào)控制系統(tǒng)、信號(hào)轉(zhuǎn)換設(shè)備和交通仿真模塊組成；其特征在于交通信號(hào)控制系統(tǒng)設(shè)有信號(hào)機(jī)、信號(hào)燈、檢測(cè)器和上位機(jī)，所述信號(hào)機(jī)的輸出端連接信號(hào)燈、輸入端連接檢測(cè)器，且信號(hào)機(jī)連接上位機(jī)，信號(hào)機(jī)實(shí)時(shí)收集檢測(cè)器的信息，驅(qū)動(dòng)信號(hào)燈，信號(hào)機(jī)將信息發(fā)送給上位機(jī)；所述交通仿真模塊中構(gòu)建虛擬仿真路網(wǎng)，虛擬仿真路網(wǎng)上的每個(gè)路ロ均設(shè)有虛擬信號(hào)燈和虛擬檢測(cè)器，每個(gè)虛擬信號(hào)燈的輸入端連接信號(hào)轉(zhuǎn)換設(shè)備，信號(hào)轉(zhuǎn)換設(shè)備的輸入端分別連接虛擬檢測(cè)器和信號(hào)機(jī)的輸出端，信號(hào)轉(zhuǎn)換設(shè)備的輸出端連接信號(hào)機(jī)的輸入端，各個(gè)路ロ由虛擬信號(hào)燈進(jìn)行交通控制，路網(wǎng)上的虛擬檢測(cè)器進(jìn)行實(shí)時(shí)車輛檢測(cè)；交通仿真模塊中的車輛檢測(cè)數(shù)據(jù)經(jīng)信號(hào)轉(zhuǎn)換設(shè)備傳輸給信號(hào)機(jī)，信號(hào)機(jī)的信號(hào)配時(shí)信息經(jīng)信號(hào)轉(zhuǎn)換設(shè)備傳輸回交通仿真模塊；其運(yùn)行步驟如下 (1)交通仿真模塊中的虛擬檢測(cè)器實(shí)時(shí)檢測(cè)仿真測(cè)試系統(tǒng)中的車輛到達(dá)，得到實(shí)時(shí)的車輛檢測(cè)信息并發(fā)送給信號(hào)轉(zhuǎn)換設(shè)備； (2)信號(hào)轉(zhuǎn)換設(shè)備對(duì)接收到的車輛檢測(cè)信息進(jìn)行格式或模式的轉(zhuǎn)換，并將轉(zhuǎn)換后的車輛檢測(cè)信息發(fā)送給交通信號(hào)控制系統(tǒng)的信號(hào)機(jī)； (3)交通信號(hào)控制系統(tǒng)根據(jù)接收到的車輛檢測(cè)信息，按自身控制邏輯或算法輸出信號(hào)機(jī)的信號(hào)配時(shí)信息； (4)信號(hào)轉(zhuǎn)換設(shè)備對(duì)接收到的信號(hào)配時(shí)信息按照仿真軟件的要求進(jìn)行格式或模式的轉(zhuǎn)換，并將轉(zhuǎn)換后的信號(hào)配時(shí)信息發(fā)送回交通仿真模塊中； (5)交通仿真模塊根據(jù)該信號(hào)配時(shí)信息實(shí)時(shí)改變仿真軟件中信號(hào)燈的燈色，控制仿真中的車輛運(yùn)行；同吋，交通仿真模塊實(shí)時(shí)檢測(cè)車輛信息，并將此信息發(fā)送給信號(hào)轉(zhuǎn)換設(shè)備，即同時(shí)運(yùn)行步驟(I); 步驟(5)和步驟(I)同時(shí)運(yùn)行，之后依次運(yùn)行步驟(2)、步驟(3)、步驟(4)，運(yùn)行步驟(5)的同時(shí)返回步驟(1)，如此重復(fù)循環(huán)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用于交通信號(hào)控制系統(tǒng)的硬件在環(huán)仿真測(cè)試系統(tǒng)，其特征在于ー個(gè)信號(hào)轉(zhuǎn)換設(shè)備連接一到多臺(tái)信號(hào)機(jī)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用于交通信號(hào)控制系統(tǒng)的硬件在環(huán)仿真測(cè)試系統(tǒng)，其特征在于交通仿真模塊連接ー個(gè)以上信號(hào)轉(zhuǎn)換設(shè)備；交通仿真模塊安裝在計(jì)算機(jī)中。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用于交通信號(hào)控制系統(tǒng)的硬件在環(huán)仿真測(cè)試系統(tǒng)，其特征在于信號(hào)轉(zhuǎn)換設(shè)備包括信號(hào)機(jī)通信模塊、信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊和計(jì)算機(jī)通信模塊，信號(hào)機(jī)通過(guò)信號(hào)轉(zhuǎn)換設(shè)備的信號(hào)機(jī)通信模塊與信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊進(jìn)行雙向連接，交通仿真模塊通過(guò)信號(hào)轉(zhuǎn)換設(shè)備的計(jì)算機(jī)通信模塊與信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊進(jìn)行雙向連接，信號(hào)轉(zhuǎn)換設(shè)備負(fù)責(zé)進(jìn)行實(shí)時(shí)的信號(hào)轉(zhuǎn)換和傳輸一方面從交通仿真模塊接收車輛檢測(cè)信息，轉(zhuǎn)換為信號(hào)機(jī)能識(shí)別的數(shù)字信號(hào)或模擬信號(hào)，并發(fā)送給信號(hào)機(jī)；另ー方面從信號(hào)機(jī)接收信號(hào)配時(shí)信息，轉(zhuǎn)換為交通仿真模塊可以識(shí)別的數(shù)字信號(hào)，并發(fā)送給計(jì)算機(jī)中的交通仿真模塊。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用于交通信號(hào)控制系統(tǒng)的硬件在環(huán)仿真測(cè)試系統(tǒng)，其特征在于所述信號(hào)轉(zhuǎn)換設(shè)備是ー個(gè)獨(dú)立運(yùn)行的接ロ設(shè)備，或者是安裝于計(jì)算機(jī)主板上的輸入輸出卡，或者是信號(hào)機(jī)、計(jì)算機(jī)上已經(jīng)裝配了的通用接ロ。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用于交通信號(hào)控制系統(tǒng)的硬件在環(huán)仿真測(cè)試系統(tǒng)，其特征在于所述交通仿真模塊包括仿真軟件、數(shù)據(jù)交換子模塊和通信子模塊，仿真軟件依次通過(guò)數(shù)據(jù)交換子模塊、通信子模塊和信號(hào)轉(zhuǎn)換設(shè)備進(jìn)行雙向連接，仿真軟件是指具有二次開發(fā)接ロ的微觀交通仿真軟件。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的用于交通信號(hào)控制系統(tǒng)的硬件在環(huán)仿真測(cè)試系統(tǒng)，其特征在于所述仿真軟件為提供了 COM接ロ或外部信號(hào)控制模塊的VISSIM仿真軟件，或者具有二次開發(fā)接ロ的CORS頂、Paramics或AMSUN仿真軟件。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用于交通信號(hào)控制系統(tǒng)的硬件在環(huán)仿真測(cè)試系統(tǒng)，其特征在于數(shù)據(jù)交換子模塊和通信子模塊是基于交通仿真軟件二次開發(fā)形成，其中數(shù)據(jù)交換子模塊實(shí)現(xiàn)從仿真軟件中提取車輛檢測(cè)信息給信號(hào)轉(zhuǎn)換設(shè)備、從信號(hào)轉(zhuǎn)換設(shè)備接收信號(hào)配時(shí)信息給仿真軟件；通信子模塊實(shí)現(xiàn)仿真軟件與信號(hào)轉(zhuǎn)換設(shè)備間的通信。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于交通信號(hào)控制系統(tǒng)的硬件在環(huán)仿真測(cè)試系統(tǒng)，涉及交通信號(hào)控制和交通仿真技術(shù)領(lǐng)域，旨在克服實(shí)際信號(hào)控制系統(tǒng)無(wú)法事前評(píng)價(jià)、交通仿真軟件無(wú)法實(shí)時(shí)模擬信號(hào)控制系統(tǒng)配時(shí)方案的不足。該測(cè)試系統(tǒng)由交通信號(hào)控制系統(tǒng)、信號(hào)轉(zhuǎn)換設(shè)備和交通仿真模塊三部分組成，通過(guò)有線/無(wú)線連接實(shí)現(xiàn)信號(hào)轉(zhuǎn)換設(shè)備與信號(hào)機(jī)之間、交通仿真模塊與信號(hào)轉(zhuǎn)換設(shè)備之間的一對(duì)一或一對(duì)多數(shù)據(jù)傳輸。信號(hào)轉(zhuǎn)換設(shè)備可以是一個(gè)獨(dú)立運(yùn)行的接口設(shè)備，或者是計(jì)算機(jī)主板上的輸入輸出卡，或者是信號(hào)機(jī)、計(jì)算機(jī)上已裝配的通用接口。數(shù)據(jù)傳輸以信號(hào)轉(zhuǎn)換設(shè)備為橋梁，車輛檢測(cè)信息由交通仿真模塊傳輸給信號(hào)機(jī)，信號(hào)配時(shí)信息由交通信號(hào)控制機(jī)傳輸給交通仿真模塊。
文檔編號(hào)G05B23/02GK102645930SQ201210136970
公開日2012年8月22日 申請(qǐng)日期2012年5月7日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月7日
發(fā)明者倪穎, 孫劍, 李克平, 柳祖鵬 申請(qǐng)人:同濟(jì)大學(xué)