基于国标20999通讯协议的交通信号控制系统的开发

赵悦　姚琳　曹凌寒

摘 要：伴随着我国城市智能交通行业的迅速发展，信号控制系统的应用和技术水平得到了长足发展，信号控制系统中采用对外开放并规范、标准的协议对未来系统扩容和获得参与竞争的机会非常重要，介绍了采用颁布不久的国家标准20999通讯协议来设计并开发的交通信号控制系统。

关键词：城市交通；信号控制；通讯协议；控制系统

中图分类号：TP273 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2017.03.116

交通信號控制系统是缓解城市交通拥挤，保障城市交通安全、有序、畅通的一种重要手段，也是整个智能交通系统产业中的基础和核心平台。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的一环——通信标准、通信协议的制订工作却较为落后，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。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。本信号控制系统采用规范化的《交通信号控制机与上位机间的数据通信协议》（GB＼T 20999—2007，简称“国标20999协议”）。

1 国标20999介绍

我国现有的国内外交通信号控制系统及系统使用的交通信号控制器种类较多、通用性不强，系统扩展时遇到许多实际问题，其中缺乏通信协议的标准是困扰交通信号控制系统发展的关键问题。针对这种现状，尽快实现交通信号控制机与上层系统间的通信协议规范化已经是当务之急。国家标准《交通信号控制机与上位机间的数据通信协议》是国家基础研究项目“ITS标准和检测技术”的子课题之一。本标准于2007-07-17发布，2008-01-01实施。本标准规定了交通信号控制机和上位机之间的通信协议标准，明确规定了信号控制系统和信号机通信协议的分类与实现，并对涉及的基本术语进行了定义。此标准作为交通信息采集与处理领域的国家标准之一，为我国智能交通的发展奠定了良好的基础。

国标协议中规定了很多术语，例如上位机、相位、输出通道、清空间隔等。数据通信协议结构如图1所示。图1中的连线表示相连的协议间兼容关系。

信息域的数据结构如图2所示。信息域的第一个字节是初始化协议识别器（IPI）。IPI用来识别上一层的通信协议是什么。应用层数据分为消息类型域和信息域两部分。消息类型域表示消息对应的操作类型和消息操作对象的个数；信息域分为对象域和对象值域，其中对象域由对象标识、索引数、子对象和索引组成，对象值域则包括传输对象的值或对象的出错信息。

2 信号控制系统介绍

信号控制系统主要由信息添加、查看实时运行状态、查看或修改信号控制参数三部分组成。

信息添加部分是结合国标协议的参数结构和程序功能需求来决定添加信息的种类和数量。例如，要实现用户通过信号控制系统查看实时运行状态的功能，配合国标协议的通道参数表，需要添加每个信号灯所属通道号；要在地图上显示出信号灯位置，就需要添加信号灯所在路口的位置信息；要与信号控制机通讯，需要添加信号机以太网通讯的IP和端口，或者串口通讯的端口信息等。

查看实时运行状态功能供用户查看某指定路口当前各信号灯状态、执行的时段事件、配时方案号和放行相位等信息。需要涉及到国标协议的通道参数表、通道输出状态表、时基调度表、时段表、配时方案表和阶段配时表。各表之间的读取逻辑如图3所示。

按照国标协议中各个数据表的定义从信号控制机中得到需要的表格数据，结合数据库得出信号灯当前运行状态信息。

信号控制参数的查看和修改部分包含查看和修改信号机系统公共配置相关参数、模块参数、公共时间相关参数、时基调度信息、时段信息、相位参数、相位输出状态信息、车检器相关参数、单元相关参数、灯控相关参数、通道参数、通道输出状态信息、控制相关参数、配时方案表参数、阶段配时信息等。无论程序中涉及到上述哪类参数的读取和设置，都要遵照国标协议中相关数据表格中每项数据的取值范围、所占字节数及其数据定义规则翻译上传的数据或制定下载的数据。

3 结束语

国标20999协议作为国家颁布的第一个交通信号控制机与上位机间的标准、规范的数据通讯协议，必将会成为未来信号机厂商和信号控制系统开发者采用的通讯协议。标准的实施与推广，可使各个厂家遵循统一的通信协议标准开发信号控制产品，为交通控制系统的后续升级和维护提供方便。未来的交通控制系统可以采用多家厂商生产的设备，减少城市建设的重复投资，不断提高信号控制系统的先进性和控制效率，推动城市智能化交通的发展，为城市的可持续发展作出贡献。

参考文献

[1]北京市公安局公安交通管理局，海信网络科技股份有限公司.国标《交通信号控制机与上位机间的数据通信协议》研究与制订[J].交通标准化，2009（14）.

[2]北京市公安局公安交通管理局，中国科学院自动化研究所.GB/T 20999—2007 交通信号控制机与上位机间的数据通信协议[S].北京：中国标准出版社，2007.

〔编辑：王霞〕