文/劉光勇
道路交通信號控制器（以下簡稱信號機）是交通信號控制系統的基本執行單元，一般設置在道路交叉口（或路段），屬于智能交通系統中必不可少的設備。智能交通系統建設時，一般會建設有其他的子系統（如抓拍系統），這些系統的設備也設置在道路交叉口，子系統之間的功能、設備安裝存在一定的交叉。本文首先闡述信號機的基本結構與功能，然后對比其他子系統的結構和功能，找出其中的相似點，最后提出一種信號機結構優化方案，以實現路口設備最大化的共享、公用。
一、引言
信號燈是道路交叉口基本的交通指示設備，而信號機是信號燈的控制設備，同時也是交通信號控制系統的基本執行單元。智能交通系統需要在道路交叉口設置其他子系統如道路交通監控系統、闖紅燈自動記錄系統、交通信息采集系統等，這些子系統在功能上與信號機存在一定的交叉。比如闖紅燈自動記錄系統需要知道信號燈的燈色，信號機控制著信號燈的燈色；同時，在施工建設中，路口的設備一般需要經過光纜傳輸至指揮中心，而路口設備一般共用一套光纜接口設備。
鑒于上述情況，本文試圖對設置有路口前端設備的智能交通所有子系統進行分析對比，找出子系統之間功能或結構上的相似點，并結合工程建設經驗，提出一種信號機結構優化方案，以實現路口設備最大化的共享、公用。
二、信號機組成與功能
1、信號機組成
交通信號機是現代城市交通信號控制系統的重要組成之一，主要用于城市道路交通信號的控制與管理。交通信號機主要是由檢測輸入部分、控制部分、驅動輸出部分、輔助部分組成的系統，見下圖。
檢測輸入部分：負責檢測外部信號輸入，常見的外部輸入有行人按鈕信號、地感線圈信號、攝像機信號、手控裝置信號。
控制部分：負責輸入信號的的處理、驅動信號的輸出、控制邏輯判斷等。
驅動輸出部分：向外部負載提供輸出信號，常見的外部設備有信號燈、倒計時牌、電動欄桿等。
輔助部分：負責實現輔助功能，常見的有故障檢測、與控制中心的通信、數據的管理等。
2、信號機功能
信號機的基本功能是控制道路交叉口的交通信號燈，同時信號機可以實現交通信息采、控制可變情報板等功能。見下表
以上是信號控制機的常見結構組成和功能。
圖1信號機結構示意圖
三、路口其他子系統結構
1、監控系統
道路交通電視監視系統是最常用也是最實用的交通信息采集手段，已在國內外交通管理領域中被廣泛的應用。它能為交通管理指揮人員提供道路交通信息與交通狀況的直觀反映，便于及時掌握交通動態。由于道路電視監視系統所記錄的圖像具有很強的直觀性、實時性和可逆性，使得它在解決交通事故、預防和疏導交通擁堵、及時響應交通突發事件以及在治安和偵破刑事案件、為公安偵察破案提供線索等方面發揮重要的作用。
系統結構見圖2：
監控系統的前端設備主要有兩種：監控攝像頭，傳輸設備。監控攝像頭一般是立桿安裝，通過線路連接到傳輸設備，再通過光纜傳輸至指揮中心。傳輸設備需要放置在路口機箱中。
2、闖紅燈自動記錄系統
闖紅燈自動記錄系統主要采用電子手段取代警察對機動車/駕駛人實施監測并記錄其違法行為，是實現交通違法取證、查處、取締機動車違法行為的有效手段。它利用車輛檢測技術、信號控制技術、圖像數字化處理技術、通信技術等現代科技開發的電子儀器，通常安裝于城市交通路口，24小時全天候對各類車輛的交通違法行為進行拍照，為交警部門處理該類違章提供客觀準確的依據，從而對違法者進行處罰和教育，可以大大提高機動車駕駛員的自覺性，增強安全意識，減少因交通違法行為而造成的事故、堵塞和交通混亂，提高交通路口的車輛通行速度，保證道路暢通。
闖紅燈自動記錄系統分為線圈式、視頻式兩類，兩者的區別在于檢測車輛的手段不同，線圈式通過車間器來檢測車輛通過某地點，視頻式通過分析視頻來檢測車輛（兩者的結構見圖3、4）。
圖3（線圈式）抓拍系統結構圖
圖4 （視頻式）抓拍系統結構圖
不論采用上述哪種方式，系統都需要知道信號燈的燈色、車輛的存在狀態。視頻檢測器、車間器、紅燈檢測器、通信設備一般放置在路口的機箱中。
3、交通信息采集系統
交通信息采集的方法有很多，這里主要討論利用路測技術搭建的交通信息采集系統。路側技術是通過使用安置在道路內（或者道路旁邊）的永久（或臨時的）設備來檢測車輛通過的信息技術。
路側式交通信息采集系統結構圖見圖5：
檢測器的種類有很多種，一般是立桿或路面安裝，控制單元和通信設備一般是放置在路口的機箱中。
4、系統結構對比
通過上面的描述，可以看到，各子系統之間存在一定信息共享，比如闖紅燈自動記錄系統需要知道信號燈的燈色，信號機恰恰可以提供該信息。表2是路口4各子系統的對比。
四、信號機結構優化方案
由于各子系統的設備存在功能共享的可行性，因此，可以調整智能交通系統功能劃分，通過豐富信號機功能，來實現路口設備的集中管理。
可以將其他子系統功能集成在信號機內，全部由信號機機柜內的設備來實現，信號機可作如下調整：
1、單獨設置車間器單元，用于地感線圈的檢測，包括流量監測線圈、違法檢測線圈。取消闖紅燈自動記錄系統中的車間器。
2、設置視頻處理單元，用于連接攝像頭（含球機）。取消闖紅燈自動記錄系統中的視頻車間器。
3、設置檢測接口單元，用于連接其他類型的交通流量采集設備，如微波檢測器、地磁檢測器、紅外檢測器。
4、設置網絡通信單元，路口設備共用一臺網絡傳輸設備，該設備可提供RJ45接口、光纖接口。
5、闖紅燈自動記錄系統需要的信號燈燈色信息由信號機提供，取消紅燈檢測器。
6、交通信息采集系統中，前端控制單元的功能由信號機的控制單元來實現。
7、增加恒溫控制功能，增強產品的地域適應性。
經過上面的調整，信號機將實現交通流量采集功能，統一處理視頻信號，同時提供集中的網絡通信服務，通過網絡將信號燈燈色信息告知需要的子系統。在施工建設中，需要安裝的設備數量將大大減少，布線、走線更加方便、簡潔，可以極大減少了施工的時間，加快項目進度。
五、結論
智能交通系統正朝著更加集成化、智能化的方向發展，系統的結構將會更加簡化，設備功能實現更大的集成。本文提出一種優化思路，通過重新劃分路口系統功能，豐富信號機的功能，由此大大簡化系統的結構，減少路口設備的施工時間和降低施工難度，實現路口設備最大化的共享、公用。
（作者單位：株洲南車時代電氣股份有限公司通信信號事業部）
