一种城市交通信号控制运行诊断系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于交通信号控制技术领域，主要应用于对城市道路交通信号控制系统运行状态及效果的科学诊断与评估，同时可作为交通工程专业学生实验教学工具。
【背景技术】
[0002]城市交通信号控制作为缓解交叉口拥堵、提高交通流安全的核心手段，在交通系统中起到非常关键的作用。一方面，它通过优化的信号控制策略提高车辆通行能力、减少延误时间；另一方面，它可以通过调控信号相位切换时的关键参数保证车辆以及行人的安全。因此，信号控制系统的优劣直接关系到道路系统的安全和效率。
[0003]然而，在现实的城市道路交通系统运行中，以下几种情况屡见不鲜:绿灯时期无车辆通过但另一方向排队较长；在绿灯即将结束时刻通过的车辆与另一方向开始通过的车辆发生冲突；行人由于等待时间过长而闯红灯；行人走到马路中央时行人信号结束且对向车辆开始通过等等。以上这些现象的发生无一不是信号控制系统运行不当引起。其主要原因有以下几方面:
1、目前我国各大城市使用的信号控制系统主要以国外的为主，照搬了国外系统运行模式而忽略了其适用性，因为国内外交通流存在较大差异性，尤其是国内非机动车及行人比例较高；
2、国内对信号控制系统中各种方式以及参数的选取经常以经验知识作为选择判断依据，缺乏理论支持；
3、信号控制系统运行较长一段时期后，其系统运行实测值与设定理论值存在一定偏差，但国内尚缺乏对现有的信号控制运行真正意义上有效、客观的诊断以及评价系统。
[0004]另外，传统上对交通信号控制系统运行参数以及效益进行的评价，无论在评价方式方面还是在评价指标方面都存在一些缺陷。
[0005]在评价方式方面，传统的评价主要是在道路交叉口进行现场的直接观察，通过统计现场的交通流数据进行分析评价。这种评价方式可行性不高，需要投入大量的人力物力成本进行现场试验，既费时又费力。另外，这种评价方式通常仅仅是对信号机的运行状态进行评估，无法评价信号控制方案能否满足当前的交通流环境，特别是对于复杂交通条件下(例如公交信号优先)交通控制系统的运作的情况和相位信息的实时性和合理性评价方面存在严重困难。更重要的是如果直接在现场试验，一个小失误就可能造成交通的大拥堵，甚至引发交通事故。
[0006]在评价指标方面，传统上主要是通过车辆平均延误、停车次数以及排队长度等指标衡量交叉口信号控制效果。然而，车辆平均延误等指标本身比较难测，理论计算结果较真实值误差大。另外，现有这些指标一方面不能全面、准确地反映交叉口交通流运行状态；另一方面这些指标仅仅考虑了信号控制运行的结果，并未考虑导致这些结果的中间控制参数的优劣。
【发明内容】
[0007]基于上述情况，本发明的目的在于提出一种城市交通信号控制运行诊断系统，以能够实时读取交通信号控制下的交通流检测数据和信号配时数据，然后对其进行客观、全面、有效的诊断评价，并为管理者提供直观的诊断结果，从而有利于管理者调控并完善已有信号控制方式以及系统参数，实现道路交通系统的效益最大化。
[0008]为实现上述目的，本发明提出一种城市交通信号控制运行诊断系统，该系统主要由下位机01和上位机02构成，其中:
下位机OI为诊断仪03，所述诊断仪03由电源模块30、诊断接口模块31、仿真接口模块32、信号转换模块33、显示模块34、按键模块35、微控制器模块36、信息传输模块37和本地存储模块04组成，其中微控制器模块36为核心，其输入端分别连接电源模块30、诊断接口模块31、仿真接口模块33以及按键模块35，其输出端分别连接仿真接口模块32、信号转换模块33、显示模块34、信息传输模块37以及本地存储模块04 ;通过按键模块35可将诊断仪03切换至两种不同的工作模式，分别为实际交叉口模式和硬件在环仿真模式，其中:实际交叉口模式下，将诊断接口模块31与路侧信号机或其他交通流检测设备连接，可以实现对现实的交通信号控制运行进行诊断；在硬件在环仿真模式下，将诊断接口模块31、信号转换模块33与实际信号机连接，仿真接口模块32与计算机连接，从而配合实际信号机或上位机客户端06完成对交通流检测数据和信号配时数据的实时读取与传递，进而实现对基于硬件在环的仿真环境下的交通信号控制运行进行诊断；显示模块34可实时显示交通流检测和信号配时数据；本地存储模块04可完成对交通流检测数据和信号配时数据的本地存储；信息传输模块37可实现对交通流检测数据和信号配时数据的实时发送；
上位机02包括服务器端05和客户端06，服务器端05由数据接收模块50和数据存储模块51组成，数据接收模块50的输入端连接诊断仪03，数据接收模块50的输出端连接数据存储模块51，数据存储模块51的输出端连接客户端06 ;服务器端完成接收并存储诊断仪03发来的交通流检测数据和配时数据，数据的存储按照区域号、路口号、日期等组织方式保存，为客户端06的诊断分析做准备；
客户端06有两种不同的工作模式，分别为硬件在环仿真模式和诊断分析模式，其中:硬件在环仿真模式下，客户端06由通信模块65和数据交换模块66组成，通信模块65的信号配时数据输入口与诊断仪03进行连接，通信模块65的信号配时数据输出口与数据交换模块66的输入口连接，数据交换模块66的信号配时数据的输出口与仿真软件进行连接；通信模块65的交通流检测数据输入口与数据交换模块66的输出口连接，通信模块65的交通流检测数据输出口与诊断仪连接，数据交换模块66的交通流检测数据输入口与仿真软件连接；所述客户端完成交通流检测数据和信号配时数据在仿真软件与诊断仪之间的传递；在诊断分析模式下，客户端06由交叉口基本信息设置模块60、诊断指标确定模块61、数据加载模块62、诊断指标计算模块63和分析改善模块64组成，交叉口基本信息设置模块60的输出端连接诊断指标确定模块61的输入端，诊断指标确定模块61的输出端分别连接数据加载模块和诊断指标计算模块63的输入端，诊断指标计算模块63的输出端连接分析改善模块64，数据加载模块62的输入端分别连接服务器端05和本地存储模块04 ;所述客户端首先要完成对所要诊断的仿真或现实交叉口的一些基本信息进行设置，进而确定可以诊断的指标，相关设置完毕后既可以从服务器加载对应区域号、路口号的交通流检测和信号配时数据，或可通过读取已保存到本地存储模块04中的数据，从而完成相关诊断指标的计算并可给出改善建议报告；具体步骤如下:
(1)根据实际需要，通过诊断仪03的按键模块将诊断仪切换至实际交叉口模式和硬件在环仿真模式中的任一种；
(2)将诊断仪03的诊断接口模块与路侧信号机或其他交通流检测设备连接，诊断仪03工作在实际交叉口模式下，按照信号机所提供的通信协议，实时读取现实交叉口的交通流检测数据和信号配时数据，可根据需要保存在本地存储模块04或经信息传输模块上传到服务器端05 ;
(3)将诊断仪03的诊断接口模块、信号转换模块与实际信号机连接，仿真接口模块与计算机连接，上位机客户端06与诊断仪03均工作在硬件在环仿真模式下，诊断仪03的微控制器模块分别与实际信号机、上位机客户端06进行通信，从上位机客户端06获取交通流虚拟检测数据并经过信号转换模块送达信号机外部输入端，从信号机外部通信端读取交通流检测数据和信号配时数据，并保存在本地存储模块04或经信息传输模块上传到服务器端05的同时，将信号配时数据经仿真接口模块送达上位机客户端06，进而控制交叉口仿真的运行；
(4)上位机的服务器端05完成接收并存储诊断仪03发来的交通流检测数据和信号配时数据，数据的存储按照区域号、路口号、日期等组织方式保存；
(5)当客户端06工作在硬件在环仿真模式下，首先要完成对所要运行的仿真软件的一些基本参数进行设置，如:仿真周期、仿真速度、仿真精度等，进而实现将仿真平台下的交通流虚拟检测数据传递给诊断仪03，同时接收诊断仪03发来的信号配时数据，并由此更新仿真软件中的信号灯状态；
(6)当客户端06工作在诊断分析模式下，首