本发明涉及智能网联汽车电子和交通技术领域，尤其是涉及一种智能网联汽车路侧交通信号协议转换系统及方法。
背景技术：
随着汽车电子产业、传感器产业、图像处理芯片产业以及人工智能技术的不断发展，汽车行业技术目前正处于新的变革机遇期，尤其是智能网联汽车和自动驾驶汽车更是汽车创新的驱动力，而在智能网联和自动驾驶方面，车路通讯更是其中重要的一环。而目前在用的交通系统中，并不具备将交通信号机数据直接发送至车辆的功能，现有的交通系统仅有部分信号机具有网联功能，而且是通过将路侧单元的数据(线圈、交通信号机、监控视频等数据)传送至交通数据中心，再通过交通数据中心发布至信息板、网络或在线地图上，而并没有直接的车路通讯功能，通过路侧设备将交通数据发送到大数据中心，再由大数据中心进行发布的模式，存在信息滞后、延时较高的问题。而未来的智能网联汽车和自动驾驶汽车均将对实时的道路数据具有很高的要求，现有的交通数据发布存在较大的局限性，同时道路上各家交通信号机的通讯协议均不一样，统一起来比较复杂。
技术实现要素：
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种智能网联汽车路侧交通信号协议转换系统及方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种智能网联汽车路侧交通信号协议转换系统，用以将交通信号机的数据直接传送至车载设备，该系统包括：
交通信号控制机：用以控制道路交通路口的红绿灯；
信号协议转换装置：用以通过硬件端口和串口方式获取交通信号控制机的数据，将读取的信号机数据发送至数据中心，并进行协议解析后转换为行业标准协议或定制化协议发送；
dsrc设备和lte-v设备：用以接收信号协议转换装置发送的数据并通过无线传输的方式发送给车载设备；
交通路口静态信息采集模块：与信号协议转换装置通信，用以采集道路交通静态信息，包括路口和路段的渠化信息以及标志标牌信息。
所述的信号协议转换装置包括控制系统单元以及分别与控制系统单元连接的电压采集单元、电流采集单元、串口采集单元、液晶显示单元、电源管理单元、数据存储单元、gps模块单元、通讯模块单元、数据输入单元和数据输出单元，所述的电压采集单元、电流采集单元和串口采集单元分别与交通信号控制机连接，所述的数据输入单元与交通路口静态信息采集模块连接，所述的数据输出单元分别与dsrc设备和lte-v设备连接。
所述的数据输出单元包括dsrc接口和lte-v接口。
所述的信号协议转换装置通过硬件端口进行数据采集，包括电压采样和电流采样两种方式，具体为：
(1)实时读取各路信号灯组的电流，读取频率远程设定为5hz；
(2)实时读取各路信号灯组的电压，读取频率远程设定为5hz；
(3)读取路口配时方案文件，获取路口本地配时方案的相位相序、周期时长和绿信比，并且获取路口信号灯组端子定义；
(4)通过控制系统单元对各端子上的通电时间或电流有无时间进行计时，结合路口本地配时方案，获取当前运行的信号周期和绿信比、每个相位所包含信号灯的灯色状态、已运行的时间和剩余时间，并且提供倒计时；
(5)将硬件读取的灯色状态与软件读取的内容做比较，判断相位相序、周期时长、绿信比、当前相位放行时长的正确性；
(6)获取下一周期时长、各相位及灯色时长。
所述的信号协议转换装置通过串口方式进行数据采集，包括usb和网口，具体为：
(1)读取路口编号、信号机工作状态、控制方式，所述的控制方式包括定周期控制、自适应控制、感应控制、手动控制和指定相位；
(2)读取信号机时钟和设备自身时钟，对二者进行比较后对两者的时钟差值进行补偿；
(3)读取路口信号配时方案，包括相位相序、信号周期和放行相位；
(4)读取相位所包含信号灯的灯色状态，已运行的时间及剩余时间倒计时，包括红变绿倒计时与绿变红倒计时；
(5)将硬件读取的灯色状态与软件读取的灯色状态进行比较，进行相位相序、周期时长、绿信比和当前相位放行时长正确性的判别；
(6)获取下一周期时长、各相位及灯色时长。
该系统还包括路侧近场支付模块，该路侧近场支付模块与信号协议转换装置通信，用以完成充电支付、停车支付、加油支付的汽车使用环节的付费动作。
一种智能网联汽车路侧交通信号协议转换方法，该方法包括以下步骤：
1)控制系统单元通过电压采样、电流采样和串口方式分别获取多个交通信号控制机的交通信号数据；
2)控制系统单元对输入的交通信号数据进行匹配，支持不同版本交通信号控制机的协议解析，包括gb252802016版协议；
3)控制系统单元对匹配后的数据进行读取、解析和转换；
4)控制系统单元对转换后的数据进行记录、存贮和显示，并与大数据中心进行通信；
5)控制系统单元接收路口静态信息采集模块的路口静态数据，并将该数据进行解析和转换；
6)控制系统单元将转换后的交通信号数据和路口静态数据通过数据输出单元发送至dsrc设备或lte-v设备；
7)dsrc或lte-v设备通过无线传送模式将数据发送至车载设备。
所述的步骤2)具体包括以下步骤：
在首次读取交通信号控制机数据时，进行交通信号控制协议匹配初始化，完成交通信号机的协议匹配，包括以下自动和手动两种方式：
方式一：
201)信号协议转换装置与交通信号控制机建立连接，若连接成功，则进行步骤202)，若连接不成功，则继续建立直至与交通信号控制机建立连接；
202)连接交通信号控制机成功后，轮询内部存储的交通信号协议，并对交通信号协议进行匹配；
203)若匹配成功，则在液晶显示单元上显示匹配成功，若匹配不成功，则会在液晶显示单元上显示匹配不成功；
方式二：
211)信号协议转换装置在与交通信号控制机连接后，进行初始化，并在液晶显示单元上显示连接成功；
212)液晶显示单元上显示多种可用的交通信号机控制协议，在液晶显示单元界面上进行控制协议选择；
213)选择确认完成后，若协议匹配成功，则在界面上提示协议匹配成功，若选择确认完成后，协议不匹配，则在界面上提示协议匹配不成功，并返回步骤212)重新选择。
所述的步骤3)具体包括以下步骤：
当信号协议转换装置与交通信号控制机连接不通时，通过硬件端口进行数据读取，具体为：
301)当交通信号控制机与信号协议转换装置连接的串口或网口中断后，信号协议转换装置切换为硬件数据采集模式；
302)信号协议转换装置通过电压采集单元和电流采集单元直接读取信号灯电压和电流信息；
303)直接获取交通信号控制机的本地配时方案；
304)将本地配时方案、信号灯电压和电流信息数据进行汇总并进行多种支持的协议转换，将转换后的数据按照数据协议打包；
当信号协议转换装置与交通信号控制机连接正常时，同步通过串口采集单元和硬件端口进行数据读取，具体为：
311)当信号协议转换装置与交通信号控制机连接正常时，信号协议转换装置切换为串口采集模式；
312)通过串口采集单元读取交通信号控制机的工作方式信息、配时方案、相位状态以及灯组和端子信息、当前状态和倒计时信息；
313)将交通信号控制机的工作方式信息、配时方案、相位状态以及灯组和端子信息、当前状态和倒计时信息进行汇总并进行多种支持的协议转换，将转换后的数据按照数据协议打包。
所述的步骤4)具体包括：
信号协议转换装置将设备心跳、信号灯数据、设备状态数据、故障记录和操作日志通过通讯模块单元主动发送至大数据中心并进行循环覆盖和显示，大数据中心通过通讯模块单元向信号协议转换装置请求所需数据，包括配时方案、故障记录和操作日志。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
一、适用于多种协议：通过拿到不同信号机厂家的协议，进行读取和解析，形成一套封装完成的软件读取解析发送协议，存入控制单元中。
二、快速识别：由于控制单元当中存储了多种不同厂家的信号机协议，支持手动和自动选择协议，以便安装调试时能够快速识别出信号机属于哪种协议。
三、近场拓展：该系统支持拓展近场支付，以后可扩展为充电、加油、停车以及收取拥堵费使用；
四、适配性广：该系统同步支持多种信号机协议解析，避免了一家信号机需要开发一个控制单元的问题，既能适配国标信号机协议，也能支持信号机厂家自身协议。
五、读取可靠：通过串口读取信号机数据，同时又支持通过电压和电流硬件采集信号机数据，大大增大了读取信号机数据的可靠性。
六、复用性强：解析输出协议既支持输出国家标准协议，又支持不同厂家定制化协议，可复用性强。
附图说明
图1为智能网联汽车路测交通信号控制协议转换系统框架图。
图2为交通信号机数据采集方式图。
图3为交通信号控制协议自动匹配初始化流程图。
图4为交通信号控制协议手动匹配初始化流程图。
图5为交通信号控制协议转换流程图。
图6为数据显示及系统设置结构图。
图7为数据传送流程示意图。
图中标记说明：
1、交通信号控制机；2、信号协议转换装置；3、dsrc设备；4、lte-v设备；5、交通路口静态信息采集模块；6、路侧近场支付模块；7、数据中心平台。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例
为了解决目前市面上多种交通信号机共存，且通讯协议不统一的技术问题，本发明的目的在于提供一种智能网联汽车路测交通信号机协议转换系统及方法，支持不同协议的交通信号机转换成标准的行业协议，从而将交通信号机数据传送至车载设备，为达到上述目的，本发明提供的智能网联汽车路测交通信号机协议转换系统，主要包括：
1、支持从交通信号机灯控输出端子以电压采样方式进行数据采集，包含每个相位信号灯的灯色状态，已运行的时间、剩余时间，提供倒计时，并预测下一周期时长、各相位及灯色时长；
2、支持从交通信号机灯控输出端子以电流采样方式进行数据采集，包含每个相位信号灯的灯色状态，已运行的时间、剩余时间，提供倒计时，并预测下一周期时长、各相位及灯色时长等数据；
3、支持从交通信号机通讯端口(含网口或串口)方式进行数据采集，读取相位所包含信号灯的灯色状态，已运行的时间及剩余时间倒计时，包括红变绿倒计时与绿变红倒计时，并预测下一周期时长、各相位及灯色时长；
4、支持交通信号机的个性化协议解析(包含但不局限于gb252802016)，将交通信号机的私有协议或国标协议(从信号机读取信号配时方案、周期时长、绿信比及当前相位状态)转换成标准协议；
5、支持从路口静态信息采集模块采集路口静态信息数据，包括路口及路段的渠化信息、标志标牌信息等；
6、支持将转化为标准协议数据和路口静态信息数据输出给dsrc和lte-v设备，并通过dsrc或let-v设备发送至车载设备。
如图1所示，本发明的智能网联汽车路测交通信号机协议转换系统包括：
交通信号机1，主要用来控制道路交通路口红绿灯。
信号协议转换装置2，主要用来读取交通信号机相位信号灯的灯色状态，已运行的时间、剩余时间，提供倒计时，并预测下一周期时长、各相位及灯色时长，并转换成行业标准协议，发送至dsrc设备或lte-v设备。
3dsrc设备3，主要用来将交通信号控制机数据通过无线传输的方式发送给车载设备。
lte-v设备4，主要用来将交通信号控制机数据通过无线传输的方式发送给车载设备。
交通路口静态信息采集模块5，主要采集道路交通的静态信息，包括路口及路段的渠化信息、标志标牌信息等，还包括与信号机协作完成信号配时优化、车速引导及公交信号优先辅助控制功能。
路侧近场支付模块6，主要类似于etc支付模块，满足充电支付、停车支付、加油支付等汽车使用环节的付费需求。
车辆加油、充电或停车开始时，通过车载obu将车辆信息发送给路侧控制单元，路侧控制单元将车辆信息同步发送至近场支付模块和数据中心，待车辆加油/充电完成或驶离停车区域后，将加油、充电或停车信息等发送给近场支付模块，由近场支付模块核算应支付费用，并将扣费信息通过控制单元发送给车载obu，从车载obu端扣除费用，同时将相应扣费信息同步发送至数据中心。
数据中心7：主要用于收集和存储控制单元采集的信号机数据，以及扩展近场支付的相关数据。
本发明的转换方法步骤如下：
1、通过数据采集单元采集交通信号控制机的数据，并传送至控制系统单元；
2、控制系统单元接收到交通信号机数据后，先对输入的交通信号机数据进行解析，支持不同版本交通信号控制机的协议解析，包括gb252802016版协议；
3、控制系统单元将解析完成的数据，按照行业标准进行数据转换；
4、控制系统单元对解析过程和转换后数据，系统日志以及故障进行记录、存贮，并可通过液晶显示屏对数据进行读取和显示；
5、控制系统单元接收路口静态信息采集模块的数据，并将数据进行解析、转换；
6、控制系统单元将转换后的交通信号数据和路口静态数据通过数据输出单元传送至dsrc设备或lte-v设备，数据输出单元同时支持dsrc和lte-v接口。
7、dsrc或lte-v设备将交通信号机的数据通过无线传送模式，发送至车载dsrc或lte-v设备。
具体为：
一、交通信号控制机信号读取
在交通信号控制机工作时，同步读取交通信号控制机内部数据，并支持不同方式读取信号机数据，如图2所示。
不同的信号机内部通讯协议不同，数据读取方式也不一样，本发明重点解决多种交通信号控制机数据读取无法兼容，且协议不一致的问题，支持电压数据读取方式、电流数据读取方式和串口数据读取方式，并将交通信号机相位信号灯的灯色状态，已运行的时间、剩余时间，提供倒计时，并预测下一周期时长、各相位及灯色时长等数据发送至控制系统单元。
二、交通信号控制机数据解析
2.1交通信号控制协议匹配初始化
第一次读取交通信号控制机数据时，转换系统会对读取的交通信号控制机数据进行初始化工作，重点是匹配交通信号机的协议，交通信号控制机的协议匹配主要分为2种方式：
如图3所示，方式1：
1、转换系统连接信号机后，读取信号机数据，若连接成功，则转为2，若连接不成功，则继续初始化进行信号机连接；
2、连接信号机成功后，轮询转换系统内部存储协议，并对协议进行匹配；
3、协议匹配成功后，会在显示屏上做匹配成功提示；
4、协议匹配不成功的话，则会在显示屏上提示匹配不成功。
如图4所示，方式2
1、转换系统跟信号机连接后，初始化转换系统，读取交通信号控制机数据；
2、连接交通信号控制机，连接完成后，则在显示器上显示连接成功；
3、显示器上出现多种交通信号机控制协议，在界面上由安装调试人员进行协议选择确认；
4、选择确认完成后，协议匹配成功则在界面上提示协议匹配成功。若选择确认完成后，协议不匹配，则在界面上提示协议匹配不成功，请重新选择。
三、交通信号控制机数据转换
交通信号控制机和转换系统协议匹配完成后，再进行数据读取、解析、转换工作，协议转换分为2种模式，当信号机连接不通时，走硬件端口进行数据读取，当信号机连接正常时，同步走串口和硬件端口进行数据读取，详细设计流程如图5所示。
硬件数据采集模式：
1、当交通信号机跟转换系统初始化后，转换系统从交通信号机中进行数据采集，但在交通信号机和转换系统的串口或网口中断后，转换系统采用硬件数据采集模式；
2、转换系统直接读取信号灯电压和电流信息；
3、读取信号机本地配时方案；
4、将信号机配时方案、相位及灯组等信息数据进行汇总处理；
5、将汇总的数据信息进行协议转换，同时支持多种协议标准转换；
6、将转换后的数据进行数据协议打包处理。
串口数据采集：
1、当交通信号机跟转换系统初始化后，转换系统从交通信号机中进行数据采集，在交通信号机和转换系统的串口或网口连接正常时，转换系统采用串口采集模式；
2、通过串口读取信号机工作方式；
3、获取配时方案和相位状态；
4、获取灯组及端子信息，当前状态及倒计时信息；
5、其它同硬件数据采集模式。
四、数据显示及系统设置
当转换系统完成数据转换后，会对相应的故障日志、操作日志等进行记录和显示，数据显示及系统设置内容如图6所示。
1、转换系统将设备心跳、信号灯数据和设备状态数据通过通讯模块单元主动发送至大数据中心，大数据中心亦可向转换系统请求所需数据；
2、大数据中心向转换系统请求配时方案，转换系统将信号机的配时方案发送至大数据中心；
3、大数据中心向转换系统请求故障记录，将信号机和转换系统的故障记录发送至大数据中心，新产生故障时转换系统自动向大数据中心发送故障记录，并将故障记录存储至设备本地，待存储满时进行循环覆盖；
4、大数据中心向转换系统请求操作日志，将信号机和转换系统的操作日志发送至大数据中心，当转换系统的内存中操作日志存满时，对操作日志进行循环覆盖；
5、设备的心跳、信号灯数据、设备状态数据、配时方案、故障记录、操作记录等均可在转换系统的显示单元进行单独显示，并可通过“系统设置”对转换系统进行参数设置。
五、数据传送
待转换系统将数据完成解析和打包后，将数据通过转换系统的i/o口发送至let-v设备或dsrc设备，转换系统通过数据输出单元将转换的多个数据协议可根据需要分别发送至不同的lte设备或dsrc设备，详细发送流程图如图7所示。