文/刘光勇
道路交通信号控制器（以下简称信号机）是交通信号控制系统的基本执行单元，一般设置在道路交叉口（或路段），属于智能交通系统中必不可少的设备。智能交通系统建设时，一般会建设有其他的子系统（如抓拍系统），这些系统的设备也设置在道路交叉口，子系统之间的功能、设备安装存在一定的交叉。本文首先阐述信号机的基本结构与功能，然后对比其他子系统的结构和功能，找出其中的相似点，最后提出一种信号机结构优化方案，以实现路口设备最大化的共享、公用。
一、引言
信号灯是道路交叉口基本的交通指示设备，而信号机是信号灯的控制设备，同时也是交通信号控制系统的基本执行单元。智能交通系统需要在道路交叉口设置其他子系统如道路交通监控系统、闯红灯自动记录系统、交通信息采集系统等，这些子系统在功能上与信号机存在一定的交叉。比如闯红灯自动记录系统需要知道信号灯的灯色，信号机控制着信号灯的灯色；同时，在施工建设中，路口的设备一般需要经过光缆传输至指挥中心，而路口设备一般共用一套光缆接口设备。
鉴于上述情况，本文试图对设置有路口前端设备的智能交通所有子系统进行分析对比，找出子系统之间功能或结构上的相似点，并结合工程建设经验，提出一种信号机结构优化方案，以实现路口设备最大化的共享、公用。
二、信号机组成与功能
1、信号机组成
交通信号机是现代城市交通信号控制系统的重要组成之一，主要用于城市道路交通信号的控制与管理。交通信号机主要是由检测输入部分、控制部分、驱动输出部分、辅助部分组成的系统，见下图。
检测输入部分：负责检测外部信号输入，常见的外部输入有行人按钮信号、地感线圈信号、摄像机信号、手控装置信号。
控制部分：负责输入信号的的处理、驱动信号的输出、控制逻辑判断等。
驱动输出部分：向外部负载提供输出信号，常见的外部设备有信号灯、倒计时牌、电动栏杆等。
辅助部分：负责实现辅助功能，常见的有故障检测、与控制中心的通信、数据的管理等。
2、信号机功能
信号机的基本功能是控制道路交叉口的交通信号灯，同时信号机可以实现交通信息采、控制可变情报板等功能。见下表
以上是信号控制机的常见结构组成和功能。
图1信号机结构示意图
三、路口其他子系统结构
1、监控系统
道路交通电视监视系统是最常用也是最实用的交通信息采集手段，已在国内外交通管理领域中被广泛的应用。它能为交通管理指挥人员提供道路交通信息与交通状况的直观反映，便于及时掌握交通动态。由于道路电视监视系统所记录的图像具有很强的直观性、实时性和可逆性，使得它在解决交通事故、预防和疏导交通拥堵、及时响应交通突发事件以及在治安和侦破刑事案件、为公安侦察破案提供线索等方面发挥重要的作用。
系统结构见图2：
监控系统的前端设备主要有两种：监控摄像头，传输设备。监控摄像头一般是立杆安装，通过线路连接到传输设备，再通过光缆传输至指挥中心。传输设备需要放置在路口机箱中。
2、闯红灯自动记录系统
闯红灯自动记录系统主要采用电子手段取代警察对机动车/驾驶人实施监测并记录其违法行为，是实现交通违法取证、查处、取缔机动车违法行为的有效手段。它利用车辆检测技术、信号控制技术、图像数字化处理技术、通信技术等现代科技开发的电子仪器，通常安装于城市交通路口，24小时全天候对各类车辆的交通违法行为进行拍照，为交警部门处理该类违章提供客观准确的依据，从而对违法者进行处罚和教育，可以大大提高机动车驾驶员的自觉性，增强安全意识，减少因交通违法行为而造成的事故、堵塞和交通混乱，提高交通路口的车辆通行速度，保证道路畅通。
闯红灯自动记录系统分为线圈式、视频式两类，两者的区别在于检测车辆的手段不同，线圈式通过车间器来检测车辆通过某地点，视频式通过分析视频来检测车辆（两者的结构见图3、4）。
图3（线圈式）抓拍系统结构图
图4 （视频式）抓拍系统结构图
不论采用上述哪种方式，系统都需要知道信号灯的灯色、车辆的存在状态。视频检测器、车间器、红灯检测器、通信设备一般放置在路口的机箱中。
3、交通信息采集系统
交通信息采集的方法有很多，这里主要讨论利用路测技术搭建的交通信息采集系统。路侧技术是通过使用安置在道路内（或者道路旁边）的永久（或临时的）设备来检测车辆通过的信息技术。
路侧式交通信息采集系统结构图见图5：
检测器的种类有很多种，一般是立杆或路面安装，控制单元和通信设备一般是放置在路口的机箱中。
4、系统结构对比
通过上面的描述，可以看到，各子系统之间存在一定信息共享，比如闯红灯自动记录系统需要知道信号灯的灯色，信号机恰恰可以提供该信息。表2是路口4各子系统的对比。
四、信号机结构优化方案
由于各子系统的设备存在功能共享的可行性，因此，可以调整智能交通系统功能划分，通过丰富信号机功能，来实现路口设备的集中管理。
可以将其他子系统功能集成在信号机内，全部由信号机机柜内的设备来实现，信号机可作如下调整：
1、单独设置车间器单元，用于地感线圈的检测，包括流量监测线圈、违法检测线圈。取消闯红灯自动记录系统中的车间器。
2、设置视频处理单元，用于连接摄像头（含球机）。取消闯红灯自动记录系统中的视频车间器。
3、设置检测接口单元，用于连接其他类型的交通流量采集设备，如微波检测器、地磁检测器、红外检测器。
4、设置网络通信单元，路口设备共用一台网络传输设备，该设备可提供RJ45接口、光纤接口。
5、闯红灯自动记录系统需要的信号灯灯色信息由信号机提供，取消红灯检测器。
6、交通信息采集系统中，前端控制单元的功能由信号机的控制单元来实现。
7、增加恒温控制功能，增强产品的地域适应性。
经过上面的调整，信号机将实现交通流量采集功能，统一处理视频信号，同时提供集中的网络通信服务，通过网络将信号灯灯色信息告知需要的子系统。在施工建设中，需要安装的设备数量将大大减少，布线、走线更加方便、简洁，可以极大减少了施工的时间，加快项目进度。
五、结论
智能交通系统正朝着更加集成化、智能化的方向发展，系统的结构将会更加简化，设备功能实现更大的集成。本文提出一种优化思路，通过重新划分路口系统功能，丰富信号机的功能，由此大大简化系统的结构，减少路口设备的施工时间和降低施工难度，实现路口设备最大化的共享、公用。
（作者单位：株洲南车时代电气股份有限公司通信信号事业部）
