CN103065481B - 一种特种车辆信号优先控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明基于集成GPS定位模块的终端设备与对外开放接口的信号控制系统，构建了一种特种车辆信号优先控制系统，并依托智能移动终端和B/S架构分别为现场用户和指挥中心用户提供特种车辆信号优先控制的各类应用及管理服务。本发明提供的系统，采用现场用户与指挥中心用户两级应用及管理服务的模式，不仅能灵活地为各类特种车辆提供自主式、智能化的信号优先服务，而且为交通管理者提供了特种车辆信号优先任务的决策和管理支持，具有较强的经济性、可操作性、可靠性和实用性，对提高城市交通管理水平和效率，深化城市智能运输系统建设有着积极的意义。

Description

一种特种车辆信号优先控制系统

技术领域

本发明涉及智能交通信号控制领域，具体涉及一种基于GPS定位数据的特种车辆优先控制系统。

背景技术

特种车辆，诸如消防车、救护车、抢险车、警车等，其执行的特种使命直接关系到人民群众的生命财产安全，因此保障其道路行驶路权，一直是城市交通管理者重要的职责之一。

传统信号优先任务的执行，需要提前调度大量警力至优先车辆途径的信号交叉口，通过执勤交警间的协作，人为调整信号机工作状态，为特种车辆开辟信号优先路径。随着分布式城市交通信号控制系统的普及，前端信号机的远程控制得以实现，使得指挥中心执勤民警可直接通过操作后台信号控制系统设置信号优先方案，有效降低了路口执勤交警的工作量，但是特种车辆行进的实时位置及状态仍需要人工辅助确认，在缺乏精确信息支持的条件下，信号优先控制方案执行和撤销时机无法准确把握，由此容易对城市道路常规交通流造成不良的影响。

综观当前特种车辆信号优先控制控制系统的研究和应用，存在的不足及问题主要有：

1．优先车辆状态的获取主要依托于车载固定终端与路口传感设备的通讯，不仅增加了基础设施建设和维护的成本，而且也导致了用户类型的单一化，无法灵活地为不同用户提供信号优先服务；

2．从用户服务的角度而言，对于城市交通管理者，未提供后台监控和管理功能，缺乏决策和管理层面的支持；对于现场用户，系统的可操作性、可靠性、实用性存在一定程度的缺陷，系统功能缺乏智能化和人性化的设计。

发明内容

针对现有优先控制系统用户类型单一化，缺乏智能化和人性化设计，本发明提出了一种特种车辆信号优先控制系统，本发明目的在于，基于集成GPS定位模块的终端设备和支持远程控制和对外开放接口的信号控制系统，构建特种车辆信号优先控制系统，并依托智能移动终端（可集成GPS定位模块）和B/S架构为现场用户和指挥中心用户提供特种车辆信号优先控制的各类应用及管理服务。

为了实现上述目的，本发明采取以下技术方案：

一种特种车辆信号优先控制系统，包括基础支撑层、数据处理层、应用服务层和通讯网络层；其中，基础支撑层包含优先车辆GPS定位数据采集系统和信号控制系统；数据处理层主要实现数据的接入与提取、数据的综合处理、数据的归档和备份及与信号控制系统的交互；应用服务层可为现场用户和指挥中心用户提供特种车辆信号优先的各类应用和管理服务；通讯网络层是构建数据处理层与基础支撑层和应用服务层之间数据交互通道的基础；

1）所述优先车辆GPS定位数据采集系统，依托集成GPS定位模块的终端设备，通过无线网络以一定的时间间隔上传优先车辆的GPS定位数据；

2）所述信号控制系统指的是支持远程控制并对外开放接口的信号控制系统；

3）所述数据处理层，其核心架构包括通讯服务器、数据库服务器、计算服务器、地图服务器、中间件服务器和文件服务器，各类服务器依托部署其中的相关软件实现数据处理层的功能；

4）所述数据应用层，现场用户基于部署于移动终端的客户端，通过无线网络与数据处理层进行交互，获取用户登录、信号优先任务设置（包括信号优先路线选择和信号优先参数设置）、信号优先任务执行及终止、信号优先任务执行状态监测、下游交叉口实时相位监测等应用服务功能；指挥中心用户基于WEB服务器和地图服务器生成的WEB+GIS的应用界面，通过有线专用网络与数据处理层进行交互，获取用户登录、实时信号优先任务监测、信号优先任务管理、预设信号优先任务查询、历史信号优先任务查询、用户权限管理、静态信息管理等应用服务功能；

5）所述通讯网络层，采用无线和有线网络混合应用的方式，支撑各层次间的数据传输。

本发明采用上述技术方案，具有以下有益效果： 

1．相对于传统的特种车辆信号优先系统，本发明无需在车辆及路口安装特定的传感设备，在具备支持远程控制和对外开放接口的信号控制系统的基础上，特种车辆仅需安装或者携带集成GPS定位模块的终端设备，即可开发系统。系统投入成本低，建设周期短，维护简单；

2．相比现阶段研究和应用的特种车辆信号控制系统，本发明克服了信号优先服务群体固定化的缺陷，基于无线网络（如3G、4G、专用短程无线网络等），现场用户仅需借助于智能移动终端（集成GPS定位模块），如平板电脑、警务通、智能手机等，即可为所需车辆提供信号优先服务；

3．关于用户服务的设计，本发明采用现场用户与指挥中心用户两级应用及管理服务的模式。现场用户服务注重于优先任务设置的便利性、灵活性和可操作性以及任务执行时动态信息的实时展现，可为现场用户提供自主式、智能化的特种车辆信号优先服务；指挥中心用户服务注重于从城市交通管理的角度，对特种车辆信号优先任务进行全局的监控和管理，从而确保指挥中心用户的最高管理权和决策权。

附图说明

图1为本发明实施例的系统总体网络拓扑结构图；

图2为本发明实施例的系统总体架构图。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。

如图1所示为系统总体网络拓扑结构如图5所示，主要描述了交通指挥中心局域网与外部终端之间的通信连接。其中，指挥中心通过专用无线网络与GPS数据采集终端（即集成GPS定位模块的终端设备）和现场用户的移动终端建立通信连接；通过有线光纤与路口信号控制器建立通信连接。具体实施时，集成GPS定位模块的终端设备和现场用户的移动终端可为不同的设备，也可为同一设备，即集成GPS定位模块的移动终端，如目前较为常见的平板电脑、智能手机等；专用无线网络的构建，可直接租用运营商网络（如3G、GPRS等），亦可单独进行建设。

图2为系统总体架构，主要描述了系统层次结构、主要的数据流及功能模块。一种特种车辆信号优先控制系统包括基础支撑层、数据处理层、应用服务层和通讯网络层。

1）基础支撑层包含优先车辆GPS定位数据采集系统和信号控制系统。其中优先车辆GPS定位数据采集系统依托集成GPS定位模块的终端设备，通过无线网络以一定的时间间隔上传优先车辆的GPS定位数据；信号控制系统指的是支持远程控制并对外开放接口的信号控制系统。

2）数据处理层主要实现数据的接入与提取、数据的综合处理、数据的归档和备份及与信号控制系统的交互。其核心架构包括通讯服务器、数据库服务器、计算服务器、地图服务器、中间件服务器和文件服务器，各类服务器依托部署其中的相关软件实现数据处理层的功能，并可按需进行合并或扩展，以适应不同的应用需求。

具体而言：通讯服务器用于支持数据的接入与提取；数据库服务器用于支持静态、动态数据的储存、调用和管理；地图服务器用于支持基于GIS的空间数据分析处理和地图服务的生成；计算服务器用于支持实时数据的预处理，信号优先任务执行状态判断，确定需锁定信号优先相位的交叉口集，确定需解除信号优先相位锁定的交叉口集，信号优先控制方案的生成等数据处理过程。需要说明的是，这些处理过程需要融合数据库服务器中的相关数据；中间件服务器用于支持与信号控制系统的交互，主要包括系统下发相关路口执行信号优先控制方案指令、下发相关路口解除信号优先控制方案指令、下发重新建立网络连接指令、接受信号控制系统指令执行反馈信息、接受信号控制系统网络连接状态心跳检测信息；文件服务器用于支持原始数据和相关业务数据的备份和归档。

各类服务器可按需进行合并或扩展，以适应不同的应用需求。

3）应用服务层可为现场用户（搭乘于特种车辆的信号优先任务执行者）和指挥中心（交通指挥中心的管理者）用户提供特种车辆信号优先的各类应用和管理服务：

现场用户基于部署于移动终端的客户端，通过无线网络与数据处理层进行交互，获取用户登录、信号优先任务设置（包括信号优先路线选择和信号优先参数设置）、信号优先任务执行及终止、信号优先任务执行状态监测、下游交叉口实时相位监测等应用服务功能。主要功能说明如下：

a）用户登录，采用双重安全保障机制，当现场用户通过移动终端客户端登录系统时，只有完全通过设备验证及帐号登录验证两个独立的过程，才能正常登录系统；

b）信号优先路线选择，包含三种选择方式：其一为智能路线选择方式，即用户可在界面中选择优先路线的起点与终点，系统自动计算得出两点间的最短行驶路径作为优先路线；其二为自定义线路选择方式，即用户可在界面中逐次选择优先路线途径的信号控制交叉口，系统自动联结生成优先路线；其三为优先路径预案选择方式，即用户可选取通过其他方式设置并预存在系统中的优先路线预案；

c）信号优先参数设置，指对车队包含车辆数、优先任务等级、优先相位等参数的设置，初始设置为系统默认值，优先相位默认值由系统根据优先路线方向计算生成，其他默认参数采用一般情况下的取值；现场用户可根据实际情况对参数进行调整，以适应不同信号优先任务的需求；

d）信号优先任务的执行及终止，指的是现场用户在完成信号优先任务的设置后，可下达执行信号优先任务指令，其随行车队即可获取系统提供的信号优先服务；在正常完成信号优先任务或现场用户下达终止信号优先任务指令后，系统将自动解除路口信号机的优先相位锁定状态，使其恢复执行正常的信号控制方案；

e）信号优先任务执行状态监测，指的是在执行信号优先任务时，系统将实时显示当前信号优先任务的相关信息，包括信号优先路线信息、车队的实时位置、已通过的交叉口和未通过的交叉口、相关信号机的工作状态、下游交叉口实时相位信息等。

指挥中心用户基于WEB服务器和地图服务器生成的WEB+GIS的应用界面，通过有线专用网络与数据处理层进行交互，获取用户登录、实时信号优先任务监测、信号优先任务管理、预设信号优先任务查询、历史信号优先任务查询、用户权限管理、静态信息管理等应用服务功能。主要功能说明如下：

a）用户登录，指的是指挥中心用户可通过帐号登录的方式登录系统；

b）实时信号优先任务监测，指的是系统将通过地图可视化表征结合文字描述的方式，为指挥中心用户实时展示当前正在执行的信号优先任务的相关信息，主要包括信号优先线路、车队实时位置、信号机的工作状态、执行的优先相位及相关的文字描述等；

c）信号优先任务管理，主要为指挥中心用户提供信号优先任务的预设及信号优先任务强制终止两大功能，其中信号优先任务的预设功能支持指挥中心用户对未来（通常是下一日）确定的信号优先任务进行预设，支持相关信息的录入或修改操作，预设的信号优先任务信息将在相应的时间段显示于系统界面上；信号优先任务强制终止功能支持指挥中心用户对即将或正在执行的信号优先任务进行强行终止，用于保障指挥中心用户对信号优先任务的最高决策权和控制权；

d）历史信号优先任务查询，指的是对指挥中心用户可对历史执行的信号优先任务进行查询，系统将通过地图可视化表征结合文字描述的方式为用户展示相关信息，包括任务的起始时间、结束时间、车队行驶路径、信号优先线路等信息；

e）用户权限管理，指的是指挥中心用户可增加、删除、修改相关的设备、人员登录权限信息；

f）静态信息管理，指的是指挥中心用户可基于可视化界面人工导入或修改系统所需的静态信息或配置文件。

4）通讯网络层构建了数据处理层与基础支撑层和应用服务层之间的数据交互通道，并采用无线和有线网络混合应用的方式，支撑各层次间的数据传输。

Claims (2)

1.一种特种车辆优先控制系统，包括基础支撑层、数据处理层、应用服务层和通讯网络层，其特征在于，

基础支撑层包含优先车辆GPS定位数据采集系统和信号控制系统；数据处理层用于实现数据的接入与提取、数据的综合处理、数据的归档和备份及与信号控制系统的交互；应用服务层用于为现场用户和指挥中心用户提供特种车辆信号优先的各类应用和管理控制；通讯网络层是构建数据处理层与基础支撑层和应用服务层之间数据交互通道的基础；

所述优先车辆GPS定位数据采集系统，依托集成GPS定位模块的终端设备，通过无线网络以一定的时间间隔上传优先车辆的GPS定位数据；

所述信号控制系统指支持远程控制并对外开放接口的信号控制系统；

所述数据处理层核心架构包括通讯服务器、数据库服务器、计算服务器、地图服务器、中间件服务器和文件服务器，各类服务器依托部署其中的相关软件实现数据处理层的功能，各类服务器按需进行合并或扩展；

通讯服务器用于支持数据的接入与提取；数据库服务器用于支持静态、动态数据的储存、调用和管理；计算服务器和地图服务器用于支持实时数据的预处理，数据的挖掘、融合、分析处理，最终生成得到支撑各类应用服务的业务数据和地图服务；中间件服务器用于支持与信号控制系统的交互；文件服务器用于支持原始数据和相关业务数据的备份和归档；

所述数据应用层，现场用户基于部署于移动终端的客户端，通过无线网络与数据处理层进行交互，获取应用服务功能；指挥中心用户基于WEB服务器和地图服务器生成的WEB+GIS的应用界面，通过有线专用网络与数据处理层进行交互，获取应用服务功能；

所述通讯网络层，采用无线和有线网络混合应用的方式，支撑各层次间的数据传输；

所述集成GPS定位模块的终端设备和支持现场用户信号优先服务的移动终端，为不同的设备或集成为一套设备，提供GPS数据采集和信号优先服务的功能；

所述实时数据的预处理包括实时数据的有效性检验、完整性检验以及缺失数据的估计处理；

所述数据的挖掘、融合、分析处理指基于GIS的空间数据分析处理，信号优先任务执行状态判断，确定需锁定信号优先相位的交叉口集，确定需解除信号优先相位锁定的交叉口集，信号优先控制方案的生成，所述挖掘、融合、分析处理过程需要融合数据库服务器中的相关数据；

所述与信号控制系统的交互包括系统下发相关路口执行信号优先控制方案指令、下发相关路口解除信号优先控制方案指令、下发重新建立网络连接指令、接受信号控制系统指令执行反馈信息、接受信号控制系统网络连接状态心跳检测信息；

所述现场用户，获取应用服务功能包括：

a）用户登录，采用双重安全保障机制，当现场用户通过移动终端客户端登录系统时，如同时通过设备验证及帐号登录验证两个独立的过程，则正常登录系统；

b）信号优先路线选择，包含三种选择方式：其一为智能路线选择方式，即用户在界面中选择优先路线的起点与终点，系统自动计算得出两点间的最短行驶路径作为优先路线；其二为自定义线路选择方式，即用户在界面中逐次选择优先路线途径的信号控制交叉口，系统自动联结生成优先路线；其三为优先路径预案选择方式，即用户选取通过其他方式设置并预存在系统中的优先路线预案；

c）信号优先参数设置，指对车队包含车辆数、优先任务等级、优先相位参数的设置，初始设置为系统默认值，优先相位默认值由系统根据优先路线方向计算生成，其他默认参数采用一般情况下的取值；现场用户根据实际情况对参数进行调整，以适应不同信号优先任务的需求；

d）信号优先任务的执行及终止，指的是现场用户在完成信号优先任务的设置后，下达执行信号优先任务指令，其随行车队即获取系统提供的信号优先服务；在正常完成信号优先任务或现场用户下达终止信号优先任务指令后，系统将自动解除路口信号机的优先相位锁定状态，使其恢复执行正常的信号控制方案；

e）信号优先任务执行状态监测，指的是在执行信号优先任务时，系统将实时显示当前信号优先任务的相关信息，包括信号优先路线信息、车队的实时位置、已通过的交叉口和未通过的交叉口、相关信号机的工作状态、下游交叉口实时相位信息。

2.根据权利要求1所述的特种车辆优先控制系统，其特征在于：所述指挥中心用户，获取应用服务功能包络：

a）用户登录，指的是指挥中心用户通过帐号登录的方式登录系统；

b）实时信号优先任务监测，指的是系统将通过地图可视化表征结合文字描述的方式，为指挥中心用户实时展示当前正在执行的信号优先任务的相关信息，包括信号优先线路、车队实时位置、信号机的工作状态、执行的优先相位及相关的文字描述；

c）信号优先任务管理为指挥中心用户提供信号优先任务的预设及信号优先任务强制终止两大功能，其中信号优先任务的预设功能支持指挥中心用户对未来确定的信号优先任务进行预设，支持相关信息的录入或修改操作，预设的信号优先任务信息将在相应的时间段显示于系统界面上；信号优先任务强制终止功能支持指挥中心用户对即将或正在执行的信号优先任务进行强行终止，用于保障指挥中心用户对信号优先任务的最高决策权和控制权；

d）历史信号优先任务查询，指的是对指挥中心用户对历史执行的信号优先任务进行查询，系统将通过地图可视化表征结合文字描述的方式为用户展示相关信息，包括任务的起始时间、结束时间、车队行驶路径、信号优先线路信息；

e）用户权限管理，指的是指挥中心用户增加、删除、修改相关的设备、人员登录权限信息；

f）静态信息管理，指的是指挥中心用户基于可视化界面人工导入或修改系统所需的静态信息或配置文件。

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