CN108364485A - 一种交通信号控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种交通信号控制系统，包括应用程序服务器、WEB服务器、数据库服务器、路口服务器、路口设备；通过在应用程序服务器上设置多个虚拟信号机，多个虚拟信号机与多个路口服务器一一对应进行通信，以实现通过虚拟信号机对各路口的路口设备进行控制，从而节省了硬件结构，降低了维护成本。

Description

一种交通信号控制系统

技术领域

本发明实施例涉及交通信号控制技术领域，尤其涉及一种交通信号控制系统。

背景技术

随着智能手机的普及，以及物联网、大数据、人工智能等技术的发展，交通领域获取道路上车流量信息的方式越来越丰富，但是由于传统的交通信号控制机的存在，该流量信息并不能深度的开放给路口每个信号控制系统，致使多数信号控制系统只能通过传统的检测手段(地磁、视频、雷达、线圈等)获取单点的车流量信息，通过有有限的硬件资源(有限的计算速度)来优化交通信号控制方案，难以实现以城区为规模的交通协调控制与深度优化。

由于信号控制系统中普遍存在的信号机或其他形式的主控部分，导致整套系统较为复杂，维护压力大，易失效，且功能扩展性较差。

发明内容

本发明实施例提供一种交通信号控制系统，用以实现降低硬件成本降低维护压力，避免出现因信号机老化、损坏导致的路口信号控制的瘫痪。

本发明实施例提供的一种交通信号控制系统，包括：应用程序服务器、WEB服务器、数据库服务器、路口服务器、路口设备；

所述应用程序服务器分别与所述WEB服务器、所述数据库服务器和所述路口服务器连接；

所述应用程序服务器设有多个虚拟信号机，所述多个虚拟信号机与多个所述路口服务器一一对应进行通信，所述虚拟信号机获取灯色输出方案，并将灯色输出方案发送给其对应的路口服务器；

所述路口服务器用于接收所述虚拟信号机发送的灯色输出方案，对所述灯色输出方案进行解析，根据解析后的灯色输出方案控制所述路口设备中的路口信号灯组；

所述WEB服务器与所述应用程序服务器进行通信，用于对所述应用程序服务器中的虚拟信号机进行控制；

所述数据库服务器与所述应用程序服务器进行通信，用于向所述应用程序服务器中的虚拟信号机提供生成灯色输出方案的数据。

可选的，所述虚拟信号机获取灯色输出方案，包括：

所述虚拟信号机获取所述数据库服务器发送的灯色输出方案；或者

所述虚拟信号机获取所述WEB服务器配置的参数，根据所述WEB服务器配置的参数生成所述灯色输出方案；或者

所述虚拟信号机获取预设的灯色输出方案；或者

所述虚拟信号机获取所述路口服务器上报的路口流量信息和信号灯的实时检测数据，生成所述灯色输出方案。

可选的，所述系统还包括个人终端设备；

所述个人终端设备与所述路口服务器连接；所述个人终端设备设有虚拟信号机，所述虚拟信号机向所述路口服务器发送控制指令，用于对所述路口设备进行控制。

可选的，所述路口设备包括路口信号灯组、倒计时牌和各类检测设备；

所述路口信号灯组通过所述路口服务器获取所述虚拟信号机发送的灯色输出方案或者将检测到的信号灯的输出电压值、输出电流值发送给所述路口服务器，以使所述路口服务器上报给所述虚拟信号机；

所述倒计时牌用于根据所述路口服务器发送的倒计时命令进行倒计时显示；

所述各类检测设备用于将检测信息发送给所述路口服务器。

可选的，所述虚拟信号机包括数据库服务器接口、核心控制模块、灯色输出模块和WEB服务器接口；

所述数据库服务器接口用于与所述数据库服务器进行通信，获取所述数据库服务器发送的信息；

所述WEB服务器接口用于与所述WEB服务器进行通信，获取所述WEB发送的配置参数；

所述核心控制模块用于根据从所述WEB服务器获取的配置参数或从所述数据库服务器获取的信息，生成或修改灯色输出方案，以及控制所述数据库服务器接口、所述灯色输出模块和所述数据库服务器接口的运行；

所述灯色输出模块用于接收所述核心控制模块生成的灯色输出方案，对所述灯色输出方案进行分解，生成灯色控制命令。

可选的，所述虚拟信号机还包括：联网模块和故障判断模块；

所述联网模块用于向所述路口服务器发送灯色输出方案或接收所述路口服务器发送的检测信息；

所述故障判断模块用于提取所述联网模块接收到的检测信息与所述灯色输出模块输出的灯色输出方案进行比对，将比对结果发送给所述核心控制模块。

可选的，所述灯色输出模块还用于生成倒计时牌命令，所述倒计时牌命令通过所述联网模块发送给所述路口服务器。

可选的，所述路口服务器具体用于：

与所述应用程序服务器进行通信，将所述应用程序服务器下发的路口设备控制命令数据包进行解析，并分发给所述路口设备；

与所述路口设备进行通信，将所述路口设备上传的各类检测信息打包为数据包，并上传至所述应用程序服务器；

所述路口服务器还包括存储模块，用于存储所述应用程序服务器下发解析后的控制命令、时间信息以及所述路口设备上传的检测信息、时间信息，还存储有所述路口设备的本地通信地址与设备标志码的对应关系，其中所述设备标志码包括设备种类信息、设备所属方向信息、编号信息；

在所述应用程序服务器工作不正常时，从所述存储模块中提取最近一次存储的路口设备控制命令下发给所述路口设备；并在与所述应用程序服务器恢复连接且应用程序服务器功能正常时，将所述存储模块中存储的所述路口设备上传的检测信息以及存储时刻的时间信息上传给所述应用程序服务器；

可选的，所述路口服务器将所述应用程序服务器下发的路口设备控制命令数据包进行解析，包括：

将所述数据包分解为多个片段，将所述数据包中包含的设备识别码替换为设备本地通信地址。

可选的，所述路口服务器将所述路口设备上传的各类检测信息打包为数据包，包括：

所述各类检测信息包含有本地通信地址信息；

所述路口服务器将接收到的本地通信地址信息替换为设备识别码，并与时间信息、位置信息打包为数据包。

本发明实施例表明，通过在应用程序服务器上设置多个虚拟信号机，每个虚拟信号机对应与一个路口服务器通信，以实现通过虚拟信号机对各路口的路口设备进行控制，从而节省了硬件结构，降低了维护成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简要介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种交通信号控制系统的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种交通信号控制系统的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的一种数据包解析流程的示意图；

图4为本发明实施例提供的一种检测信息上传的流程示意图；

图5为本发明实施例提供的一种数据包的结构示意图；

图6为本发明实施例提供的一种信号灯控制命令的格式示意图；

图7为本发明实施例提供的一种检测器命令的格式示意图；

图8为本发明实施例提供的一种倒计时牌命令的格式示意图；

图9为本发明实施例提供的一种异常状态处理的流程示意图；

图10为本发明实施例提供的一种虚拟信号机的结构示意图；

图11为本发明实施例提供的一种灯色输出方案的示意图；

图12为本发明实施例提供的一种灯色输出方案的示意图；

图13为本发明实施例提供的一种灯色输出方案的示意图；

图14为本发明实施例提供的一种生成信号灯控制命令的流程示意图；

图15为本发明实施例提供的一种控制命令的结构示意图；

图16为本发明实施例提供的一种控制命令下发的示意图；

图17为本发明实施例提供的一种倒计时牌命令的示意图；

图18为本发明实施例提供的一种倒计时牌命令的结构示意图；

图19为本发明实施例提供的一种倒计时牌命令下发的示意图；

图20为本发明实施例提供的一种故障检测的流程示意图；

图21为本发明实施例提供的一种系统架构的示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

图1示例性的示出了本发明实施例提供的一种交通信号控制系统的结构，该系统可以实现对路口设备的交通信号控制。

如图1所示，该系统可以包括应用程序服务器102、WEB服务器101、数据库服务器103、路口服务器104、路口设备105。

其中，该应用程序服务器102分别与WEB服务器101、数据库服务器103和路口服务器104连接，应用程序服务器102设有多个虚拟信号机，该多个虚拟信号机与多个路口服务器104一一对应进行通信，也可以说一个虚拟信号机对应一个路口服务器104。虚拟信号机获取灯色输出方案，并将灯色输出方案发送给其对应的路口服务器104。路口服务器104用于接收虚拟信号机发送的灯色输出方案，对灯色输出方案进行解析，根据解析后的灯色输出方案控制所述路口设备105中的路口信号灯组。WEB服务器101与应用程序服务器102进行通信，用于对应用程序服务器102中的虚拟信号机进行控制。数据库服务器103与应用程序服务器102进行通信，用于向应用程序服务器102中的虚拟信号机提供生成灯色输出方案的数据。

可选的，图2是一种具体实施场景下的交通信号控制系统的结构示意图，如图2所示，具体可以包括WEB服务器(1)、运行有虚拟信号机的应用程序服务器(2)、数据库服务器(3)、用于访问虚拟信号机的个人PC(4)、用于访问虚拟信号机的PDA或智能手机(5)、路口服务器(6)(7)(8)、运行有虚拟信号机的个人PC(9)、路口检测设备(10)(11)(12)(13)，信号灯灯组(14)(15)(16)。

应用程序服务器运行有多个虚拟信号机，该虚拟信号机可以通过广域网1，虚拟信号机可以实现对特定路口的信号灯输出灯色的实时控制；虚拟信号机可以通过广域网1上的路口服务器与特定路口的其他路口设备相连(包括有视频检测器、行人检测器、雷达、地磁检测器等)，获取行人过街、车流量等相关信息；虚拟信号机可以从数据库服务器上获取信息；虚拟信号机可以根据获取到的各类信息计算生成最优的灯色输出方案，实时控制特定路口信号灯组的输出；虚拟信号机可以根据数据库服务器发送的命令，实时改变路口的灯色输出；虚拟信号机可以获取路口信号灯的输出状态，对可能发生灯色输出故障进行判断。

上述系统中包含有WEB服务器，该WEB服务器能够与应用程序服务器进行局域网通信，对应用程序服务器中的虚拟信号机进行控制。同时WEB服务器连接到广域网2上，广域网2上可以接入个人PC、PDA或智能手机等个人设备，在拥有访问权限的前提下，通过C/S或B/S方式访问WEB服务器，进而访问应用程序服务器中的虚拟信号机，对虚拟信号机进行参数配置、获取信息。

所述系统中，应用程序服务器上的虚拟信号机也可以与数据库服务器(3)进行通信，获取信息或被操作。数据库服务器(3)可通过互联网获取数据，处理后发给虚拟信号机。

广域网1中可接入个人PC(9)，该个人PC上也运行有与应用程序服务器端类似的虚拟信号机，通过个人PC可以实现暂时对接入相同网络的路口设备进行控制。

上述图1中的路口设备可以包括路口信号灯组、倒计时牌和各类检测设备等。其中路口信号灯组通过路口服务器获取虚拟信号机发送的灯色输出方案或者将检测到的信号灯的输出电压值、输出电流值发送给所述路口服务器，以使路口服务器上报给虚拟信号机。倒计时牌用于根据路口服务器发送的倒计时命令进行倒计时显示；各类检测设备用于将检测信息发送给路口服务器。

在具体实施过程中，路口设备均能够通过串口或近距离无线通信接口连接到路口服务器上进行通信。其中路口信号灯组，通过路口服务器获取灯色输出命令，也可以将检测到的信号灯输出电压、电流值发送给路口服务器，由路口服务器打包后上传给虚拟信号机；倒计时牌能够连接到路口服务器上获取到倒计时命令；各类车流量、人流量检测器能够将检测信息发送给路口服务器。

路口服务器能够通过以太网口、GPRS、NB-IoT等方式连接到广域网上，基于TCP/IP协议与应用程序服务器上的虚拟信号机实现通信，同时路口服务器能够通过本地连接模块(串口、无线短距离通信接口等)连接到路口设备上，路口服务器能够将虚拟信号机下发的命令解析分发给路口设备，也能够获取路口设备的检测信息，打包成网络数据包，发送给应用程序服务器上的虚拟信号机。

路口服务器的通信，分为网络数据包解析，与设备上传信息打包两部分。其中网络数据包解析完成后，要将解析后下发的命令、连同时间信息一并存储于本地存储模块中。获取到的路口设备上传的信息，与时间信息、位置信息一并打包上传给上传，若上端出现异常，需要将路口设备上传的信息存储到本地存储模块中。对网络数据包进行解析的具体流程可以如图3所示的流程，包括：

步骤301，获取应用程序服务器下发的网络数据包。

步骤302，将网络数据包进行分解。

步骤303，提取存储模块中，设备识别码与本地通信地址的对应关系。

步骤305，将每段信息中的设备识别码替换为本地通信地址.

步骤306，根据本地通信地址，将各段信息发送给各路口设备。

步骤307，获取时间信息，并将处理后分发的信息和时间信息存储在存储模块。

路口服务器获取到的路口设备上传的信息的流程可以如图4所示，包括：

步骤401，获取路口设备上传的检测信息。

步骤402，提取存储模块中设备识别码与本地通信地址的对应关系。

步骤403，将每段信息中本地通信地址替换为设备识别码。

步骤404，获取位置信息以及时间信息。

步骤405，将处理后的检测信息与位置新、时间信息打包发送给应用程序服务器。

上述路口服务器的联网的方式如下：物理层可为以太网口、GPRS等等，网络层和传输层基于TCP/IP方式，能够通过网络连接到上端，获取上端下发的包含有命令的数据包。

路口服务器接收到的数据包内容有五部分，分别为周期开始标志、信号灯组命令、检测器命令、倒计时牌命令、周期结束标志。

图5所示为一个周期内，路口服务器的数据包组，其中每一条带代表一个数据包。

周期开始标志为信号灯灯色输出一个周期的开始时刻才会存在的信息，它代表此刻收到的数据包为一个信号灯灯色周期最开始的一组命令。周期结束标志为信号灯灯色输出周期命令结束的标志，它表示收到一个灯色输出周期最后的一组命令。图5中的时间3与时间1的差值，即为一个完整信号灯灯色输出周期的时长。

其中信号灯组命令内容格式如图6所示，检测器命令内容格式如图7所示，倒计时牌命令内容格式如图8所示。

路口服务器的存储模块存储的是上端下发的命令、或路口设备上传的信息超过了存储模块的存储空间后，可删除存储模块中时间最早的存储信息后再进行存储。

当系统发生异常情况(异常情况是指广域网上端的应用程序服务器异常，如发生卡死、连接中断等情况)时，路口服务器一定时间内没有接到应用程序服务器下发的信息，路口服务器会继续对路口设备进行控制，具体会采取以下措施：

1、当与上端应用程序服务器失去连接，或应用程序服务器不响应时，路口服务器会从本地存储模块中，读取最近存储的一个完整周期的路口设备命令信息，并以定位模块获取到的时间信息为刻度，将存储的信息循环发送给路口信号灯。

2、由于存储器中存储的信息，都会有一个时间信息，读取一个完整周期的命令方法如下：a.找到最近一次存储的周期开始标志,以及对应的时间信息Ti；b.找到最近一次周期结束标志，以及对应的时间信息Te。

若Te>Ti，则Ti到Te之间接收到的命令，分别为t1/t2/t3…tn

3、与上端应用程序服务器失去连接的时刻为Tm，则按照以下方式，将存储的路口设备命令，下发给各路口设备。

Tm时刻，下发路口服务器Te时刻接收到的命令；

Tm+(t1-Te)时刻，下发路口服务器t1时刻接收到的命令；

Tm+(t2-Te)时刻，下发路口服务器t2时刻接收到的命令；

Tm+(t3-Te)时刻，下发路口服务器t3时刻接收到的命令；

……

Tm+(tn-Te)时刻，下发路口服务器tn时刻接收到的命令；

Tm+(Ti-Te)时刻，下发路口服务器Ti时刻接收到的命令；

4、若Ti>Te,则找到除Ti时刻以外最近一次周期开始标志，对应存储的时间为Ti’。具体实现方式的其他内容与步骤3中所述基本相同(将Ti’替换为Ti即可)。

当上端发生异常，路口交通设备无法将检测信息上传给应用程序服务器时，路口服务器会进行如下处理。

1、路口设备发送给路口服务器的检测信息，会连同时间信息存储于本地存储模块中。

2、当信号灯组与倒计时牌的一个周期命令发送完成时，路口服务器会再次尝试与上端的虚拟信号机进行连接。

3、当路口服务器与上端的虚拟信号机恢复连接后，会将存储器中存储的路口设备发送的信息，连同接收信息的时间，一同发送给上端的虚拟信号机。发送后会将存储器中相应存储信息删除。

上述路口服务器在系统出现异常情况下处理的具体流程可以如图9所示的流程，包括：

步骤901，判断是否与虚拟信号机失去连接，若是，则转入步骤902，若否，则转入步骤907。

步骤902，从存储模块读取最近一次各方向信号灯与倒计时牌完整控制方案。

步骤903，将控制方案下发给信号灯组和倒计时牌。

步骤904，判断路口设备是否有检测信息上传，若是，则转入步骤905，若否，则转入步骤906。

步骤905，将检测信息和时间信息存在存储模块。

步骤906，判断信号灯组与倒计时牌的一个周期命令是否发送完成，若是，则重新开始，若否，则转入步骤903。

步骤907，判断虚拟信号机是否有数据包下发，若是，则转入步骤908，若否，则转入步骤911。

步骤908，获取虚拟信号机下发的信息。

步骤909，将虚拟信号机下发的信息转换为各路口设备的通信信息，并分发给路口设备。

步骤910，结合时间信息将转换的信息存储在存储模块。

步骤911，判断DMA通道里是否有路口设备发送的检测信息，若是，则转入步骤912，若否，则转入步骤913。

步骤912，将路口设备通信地址信息、通信信息、位置信息转换为网络信息，并上传给虚拟信号机。

步骤913，判断存储模块汇总是否存储有路口设备上传的检测信息，若是，则转入步骤914，若否，则重新开始。

步骤914，将存储模块存储的检测信息上传给虚拟信号机。

步骤915，检测信息上传成功后，将信息删除。

上述图1所示的虚拟信号机可以包括数据库服务器接口1021、核心控制模块1023、灯色输出模块1024、WEB服务器接口1022、联网模块1025和故障检测模块1026。具体结构可以如图10所示。

其中，数据库服务器接口1021用于与数据库服务器进行通信，获取数据库服务器发送的信息。该部分用于与数据库服务器对接，从数据库服务器上获取各项控制信息、流量信息等。也可将所连接的信号灯组输出状态、路口检测设备检测到的信息以及配置信息，送给数据库服务器上的系统平台。

WEB服务器接口1022用于与WEB服务器进行通信，获取WEB发送的配置参数。该部分用于与WEB服务器对接，将虚拟信号机的关键配置参数、状态信息开放给WEB服务器，由WEB服务器生成可视化的界面，方便用户配置虚拟信号机的各项参数、生成方案，查阅虚拟信号机参数。为保证路口交通信号控制功能的稳定性，控制每一个路口灯色输出的虚拟信号机，在WEB服务器上有独立的进程，并占有独立的物理存储空间(包括内存和硬盘空间)，以避免因一台虚拟信号机的异常影响到其他虚拟信号机。

核心控制模块1023用于根据从WEB服务器获取的配置参数或从数据库服务器获取的信息，生成或修改灯色输出方案，以及控制数据库服务器接口1021、灯色输出模块1024和数据库服务器接口1021的运行。该部分程序有以下几项功能：(1)综合处理从路口检测设备获取到的信息、从数据库服务器上获取到的信息、用户通过WEB服务接口程序发送的配置与方案信息、以及存储于服务器硬盘上的文件信息；(2)可根据各项信息实时生成或修改信号灯输出方案；(3)协调各程序模块实现各自功能；(4)可将配置信息、关键过程数据、方案信息、灯色信息、路口检测信息、信号灯输出检测信息等内容生成文件，并存储与应用程序服务器的硬盘上。

灯色输出模块1024用于接收核心控制模块1023生成的灯色输出方案，对灯色输出方案进行分解，生成灯色控制命令。该部分程序将核心控制程序生成的整体方案，结合系统时间信息，分解成路口每个方向信号灯、倒计时牌输出方案，并生成控制命令。

联网模块1025用于向路口服务器发送灯色输出方案或接收路口服务器发送的检测信息。该部分可以基于TCP/IP或其他协议连接到网络上，通过网络与路口的网络直控信号灯以及路口检测设备进行通信。该部分程序用于向所控制的路口的信号灯组发送控制信息，获取信号灯灯色输出信息，获取路口检测设备的检测信息(路口各方向车/人流量信息)。

故障检测模块用于提取联网模块1025接收到的检测信息与灯色输出模块1024输出的灯色输出方案进行比对，将比对结果发送给核心控制模块1023。从部分模块可以从联网模块1025中提取出信号灯上传的灯色输出检测信息，同时获取灯色输出控制程序上实时的输出状态，根据各方向信号灯的期望输出状态，与实际信号灯检测到的输出状态进行比对，存在差异时判断差异严重程度，生成判定结果，并将判定结果送给核心控制程序。

灯色输出模块1024还用于生成倒计时牌命令，倒计时牌命令通过联网模块1025发送给路口服务器。

上述虚拟信号机的灯色输出控制过程可以为灯色输出控制模块将获取到的灯色输出方案转换为灯色输出命令，在特定时间点上发送给路口设备通信接口程模块，打包成数据包后发送到广域网上，路口服务器获得到数据包后解析分发给路口的信号灯组，最终实现信号灯输出灯色的切换。

在具体实施过程中，虚拟信号机的灯色输出模块的功能，是指灯色输出模块，根据核心控制模块生成的灯色输出方案，结合系统时间，生成灯色输出控制命令。具体过程如下内容：

1、虚拟信号机中灯色输出模块获取到的灯色方案型式为多个数组，每个方向信号灯由两个数组组成，分别为时间节点数组T[n],L[n]。以某个方向为例,T[n]中按照索引顺序，每个T[i](0≤i＜n)中存储的数值，代表该方向信号灯一个周期开始后第几秒灯色发生变化，发生变化后的灯色存储在数组L[i]中，L[i]的值代表信号灯在T[i]时刻输出灯色(几种状态：红灯亮、黄灯亮(黄闪)、绿灯亮、绿灯闪烁等)。

2、图11为一个路口完整的灯色输出方案举例，其中横轴为时间流逝方向，纵轴为各方信号灯的排列。时间轴原点开始计时，时间每走到特定时间结点时，某个方向的信号灯就会有一个灯色变化。如图11所示，每当系统时间走到S1到S12中某点，虚拟信号机都要按照纵轴各方向信号灯的灯色变化状态，生成一个信号灯的灯色输出命令。

3、当虚拟信号机的系统时间走完一个周期后，会重新开始新的周期，即是在横轴原点处重新开始，如图12所示。

4、如图13所示，其中第一次黄灯点亮的持续时间为T[1]，红灯持续时间为T[2]-T[1]，第二个黄灯持续时间为T[3]-T[2]，绿灯持续时间为T[4]-T[3]。以西左方向信号灯为例进行分析。其中几个关键参数为T[0]、T[1]、T[2]、T[3]、T[4]等几个周期内时间节点，当系统时间走到周期内时间节点时，根据预先存储的某方向信号灯灯色切换状态，通过生成灯色输出命令。

虚拟信号机生成各方向信号灯控制命令的流程可以如图14所示，具体可以包括：

步骤1401，获取系统时间T。

步骤1402，周期开始，提取各方向信号灯灯色输出方案L[0]。

步骤1403，根据各方向的L[0]中存储的信息生成对应方向的信号灯灯色输出命令，同时令i＝1。

步骤1404，判断是否达到某个方向下个时间节点T+T[i]，若是，则转入步骤1405，否则转入步骤1403。

步骤1405，获取该方向的L[i]，根据数值生成该方向的灯色输出命令。

步骤1406，判断是否走完全部时间节点，若是，则转入步骤1401，否则转入步骤1403。

由于信号灯输灯色出方案，可细分为各个不同方向的信号灯灯色输出方案，每当到达一个周期内的某时间节点时，信号灯输出控制模块会生成某个信号灯的控制命令。该控制命令的结构如下：

每个方向的信号灯方案，会有一个识别码，该识别码与该信号灯所属方向有关(例如11-1-1：北直第1车道，22-0-2：南左第2车道等等)。将该标识码与信号灯的输出命令结合(输出命令有以下几种：红灯亮、绿灯亮、黄灯闪烁、绿灯闪烁等)，结合后即为一个完整的信号灯控制命令，该命令如图15所示。

在得到灯色输出命令之后，灯色输出模块对该命令进行下发，具体可以见图16所示的流程，包括：

步骤1601，灯色输出模块生成灯色输出命令。

步骤1602，联网模块将一组命令打包为网络数据包。

步骤1603，联网模块将打包好的数据包发送到广域网。

步骤1604，路口服务器获取到数据包并解析，将解析后的命令下发给路口信号灯组。

步骤1605，完成各信号灯灯色的切换。

灯色输出模块生成了灯色输出命令后，会输送给联网模块，由联网模块封装成网络数据包，基于TCP/IP协议，将数据包发送到广域网1上。虚拟信号机只控制一个路口的交通信号输出，并与该路口的IP绑定。将打包后的网路数据包发送到特定的IP地址即可，该IP地址为某路口的路口服务器的IP地址。当路口服务器接收到该数据包后，会将数据包解析，分发各路口的各个信号灯。

图19示例性的示出了倒计时牌的控制流程，包括：

步骤1901，判断倒计时牌的方向是否达到输出红灯或绿灯的时间节点，若是，则转入步骤1902，若否，则重新开始。

步骤1902，令此时时刻为T，该方向下一个灯色切换时间为Ts。

步骤1903，令Tc＝T-Ts。

步骤1904，将Tc与该方向倒计时牌的标志码组合成命令，发送给联网模块。

步骤1905，联网模块将一组命令打包为网络数据包，并将打包好的数据包发送到广域网。

步骤1906，路口服务器获取到数据包并解析，将解析后的命令下发给对应倒计时牌。

步骤1907，倒计时牌开始倒计时。

倒计时牌命令的生成也由灯色输出模块产生，以图17和图19为例，西左方向的倒计时牌控制信息按照如下方式生成：令TR＝T[2]-T[1]，令TG＝T[4]-T[3]。周期内的时间进行到T[1]时，将TR连同该方向的倒计时牌标志码，合并成西左方向红灯倒计时，并在T[1]时刻将该命令发送给路口设备通信模块，由该模块通过广域网2发送给路口服务器，再由路口服务器分发给对应方向的倒计时牌，实现倒计时牌的控制。其中，倒计时牌标志码可以参见图18所示。

在本发明实施例中，路口设备中的各类检测设备会将某方向的车流量/人流量信息发送给路口服务器，路口信号灯组也会将将信号灯灯头的电流、电压值，发送给路口服务器。路口服务器将上述检测信息打包成网路数据包，将数据包发送到广域网上，最终由应用程序服务器中的虚拟信号机接收。虚拟信号机接收到该信息后，会进行以下处理：

路口服务器上传给虚拟信号机的各类设备以及信号灯的检测信息中，包含有设备或信号灯的标志码，该标志码与设备类型、设备所属方向有关，例如，东直向第2车道信号灯：A-332-2；西北向第4车道地磁检测器：C-412-4。虚拟信号机中的路口设备通信模块，获取到路口服务器上传的数据包后会进行解析，将数据包分为由标志码与检测信息组成的片段，并根据标志码将信息分为以下几类：a.某方向车流量信息、b.某方向人流量信息、c.某方向信号灯电压、电流信号。根据信息类型的不同，分别进行处理。

虚拟信号机中的联网模块会将路口设备通信模块中分拣出的流量信息(包括车流量、人流量信息)，送给核心控制模块，由核心控制模块进行处理。

虚拟信号机中的信号灯故障判断模块，会从联网模块中获取到路口各信号灯的红、黄、绿灯灯头的电流电压值，同时信号灯故障判断模块也会获取灯色输出控制程序中输出的命令，将两部分信息进行比对，当发现异常情况时，信号灯故障判断模块会向核心控制模块发送信息，核心控制模块会控制灯色输出模块向所有信号灯发出黄灯闪烁命令。

具体异常情况如下：

a.当亮不亮：当方案中某方向信号灯应该点亮，但检测到该灯头的电功率值很小(电功率值＝电流×电压值)；

b.不当亮却点亮：当方案中某方向信号灯的某灯头不应该点亮，却检测到该灯头有较大的电功率值(电功率值＝电流×电压值)；

c.当检测到某冲突方向的信号灯，发生绿冲突情况。(红绿冲突距离：东西向信号灯和南北向的信号灯同时点亮绿灯；西直和东左同时点亮绿灯等等)

其具体流程可以如图20所示，包括：

步骤2001，故障判断模块通过联网模块获取路口各信号灯的电流电压值，并转化为功率值。

步骤2002，故障判断模块获取灯色控制模块下发的灯色输出命令。

步骤2003，对比灯色输出命令与各信号灯的实际功率值。

步骤2004，判断是否出现当亮不亮的异常，若是，则转入步骤2008，若否，则转入步骤2005。

步骤2005，判断是否出现不应点亮却点亮的异常，若是，则转入步骤2008，若否，则转入步骤2006。

步骤2006，判断是否出现绿冲突异常，若是，则转入步骤2008，若否，则转入步骤2007。

步骤2007，判断是否接收到新的信号灯检测数据，若是，则转入步骤2001，若否，则转入步骤2007。

步骤2008，灯色输出模块向所有路口信号灯下发黄灯闪烁命令。

步骤2009，向数据库服务器、WEB服务器发送异常状态信息。

步骤2010，生成记录文件。

虚拟信号机设有与WEB服务器连接的接口程序，搭载虚拟服务器的应用程序服务器，通过局域网与WEB服务器进行连接，WEB服务器连接到另一套独立的广域网2上(与信号灯和应用程序服务器之间的广域网没有物理连接)。该广域网2上能够以HTTP等方式连接PC客户端、智能手机等设备。

虚拟信号机中，部分关键配置信息可以开放给WEB服务器。用户可以通过个人PC、智能手机等设备登陆WEB服务器，通过WEB服务器获取应用程序服务器上的关键信息，以及配置关键参数。

虚拟信号机送给WEB服务器的信息包括以下类型：1、路口各方向的车流量、人流量信息；2、路口信号灯组的灯色输出方案；3、当前时刻处于灯色输出周期哪一个阶段；4、路口各信号灯灯头的电压、电流、功率信息；5、功能配置信息等。

用户通过PC、手机等设备，对信号机进行功能配置，具体可配置内容包括：1、信号灯所属方向；2、信号灯的输出方案；3、倒计时牌通道；4、将信号灯输出状态置于方案周期中某个阶段；5、检测器类型、方向；6、虚拟信号机的工作模式(定周期、单点优化、行人过街、数据库服务器直接接管等等)；7、信号灯异常状态的功率阈值；等等。

虚拟信号机设有与远端数据库服务器连接的接口程序，应用程序服务器与数据库服务器也通过局域网连接。数据库服务器中运行有对城市中多个路口信交通信号控制系统进行几种协调、控制的软件系统平台。数据库服务器可对虚拟信号机所有各项功能的配置，同时虚拟信号机可将方案信息、车流量/人流量信息、信号灯输出方案、当前输出状态、路口信号灯灯头电压/电流/功率值等送给数据可服务器。

数据库服务器通过互联网等手段获取数据，并生成方案下发给虚拟信号机；同时也可以将处理后的数据以某方向车流量、人流量的方式下发给虚拟信号机，虚拟信号机以此类信息为基础生成路口信号灯组的灯色输出方案。

虚拟信号机可以根据数据库服务器的命令，将路口信号灯的输出状态置于一个周期方案内的任意时间位置，并从该位置开始输出。当多个虚拟信号机接入同一个数据库服务器时，数据库服务器可以对多个“虚拟信号机”进行方案协调。

虚拟信号机的灯色输出方案，可有以下几种方式生成：

1、虚拟信号机获取WEB服务器配置的参数，根据WEB服务器配置的参数生成所述灯色输出方案。用户通过个人PC或智能手机，通过WEB服务器配置关键参数，最终实现虚拟信号机上灯色输出方案的生成。

2、虚拟信号机获取数据库服务器发送的灯色输出方案。数据库服务器直接生成灯色输出方案，并将灯色输出方案发送给虚拟信号机。

3、虚拟信号机获取所述路口服务器上报的路口流量信息和信号灯的实时检测数据，生成所述灯色输出方案。虚拟信号机内的核心控制模块基于原有方案，通过车流量/人流量信息、信号灯灯头实时检测数据，对方案进行修改。

4、虚拟信号机获取预设的灯色输出方案。读取应用程序服务器硬盘特定物理空间上的灯色输出方案，以此方案作为基础进行输出。

虚拟信号机也可以安装于个人PC端，以个人PC作为应用程序服务器，通过与路口服务器直连，使个人PC成为路口信号控制系统的主机，对路口的交通信号输出进行控制。如图21所示。

上述实施例表明，通过在应用程序服务器上设置多个虚拟信号机，每个虚拟信号机对应与一个路口服务器通信，以实现通过虚拟信号机对各路口的路口设备进行控制，从而节省了硬件结构，降低了维护成本。

相比于现有技术，具有如下有益效果：

1、相对于传统的信号控制系统，有着更好的扩展性。不需要更改硬件，也不需要维护人员到路口未系统进行升级，通过更新服务器中的软件即可方便添加更改各项功能。

2、由于系统整体没有了交通信号控制机这一部分，整套系统的硬件部分更加简洁，因此不需要定期对信号机进行维护，减轻了维护压力；

3、由于没有了信号机这一复杂的硬件系统，避免因为信号机老化、损坏、外力破坏导致路口的信号控制陷入瘫痪影响交通；

4、没有信号机，因此整套系统不再需要大量的连接线以及复杂的各类现场施工工序，不仅节省了硬件成本，而且现场施工快速便捷，减小施工对所在路口的交通的影响。

5、所述信号控制系统的控制部分载体为服务器或PC，计算能力、存储空间远强于传统信号机中的嵌入式系统，因此可以进行更复杂的运算，同时存储更多的程序、方案、信息等；

6、所述信号控制系统不仅可以获取路口的流量信息，同时还可获取互联网上的数据(包括城市中大量的手机APP、车载导航定位信息)，并以此数据作为路口信号系统控制方案生成的依据。更好的与“大数据”技术发展趋势相结合。

7、可以与传统集中协调式信号机类似的方式接入到平台中(指用于控制城市中大量集中协调信号机的数据库平台)，平台端不需要作区分所接入的信号机是集中协调式的还是虚拟的。因此系统具有较强的兼容性、移植性，便于推广使用。

8、由于没有复杂庞大的信号机，不需要较长的生产周期，同时极大减少了运输成本和时间，可显著缩减城市交通的方案规划到部署完成的时间。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种交通信号控制系统，其特征在于，包括：应用程序服务器、WEB服务器、数据库服务器、路口服务器、路口设备；

所述应用程序服务器分别与所述WEB服务器、所述数据库服务器和所述路口服务器连接；

所述应用程序服务器设有多个虚拟信号机，所述多个虚拟信号机与多个所述路口服务器一一对应进行通信，所述虚拟信号机获取灯色输出方案，并将灯色输出方案发送给其对应的路口服务器；

所述路口服务器用于接收所述虚拟信号机发送的灯色输出方案，对所述灯色输出方案进行解析，根据解析后的灯色输出方案控制所述路口设备中的路口信号灯组；

所述WEB服务器与所述应用程序服务器进行通信，用于对所述应用程序服务器中的虚拟信号机进行控制；

所述数据库服务器与所述应用程序服务器进行通信，用于向所述应用程序服务器中的虚拟信号机提供生成灯色输出方案的数据。

2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述虚拟信号机获取灯色输出方案，包括：

所述虚拟信号机获取所述数据库服务器发送的灯色输出方案；或者

所述虚拟信号机获取所述WEB服务器配置的参数，根据所述WEB服务器配置的参数生成所述灯色输出方案；或者

所述虚拟信号机获取预设的灯色输出方案；或者

所述虚拟信号机获取所述路口服务器上报的路口流量信息和信号灯的实时检测数据，生成所述灯色输出方案。

3.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括个人终端设备；

所述个人终端设备与所述路口服务器连接；所述个人终端设备设有虚拟信号机，所述虚拟信号机向所述路口服务器发送控制指令，用于对所述路口设备进行控制。

4.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述路口设备包括路口信号灯组、倒计时牌和各类检测设备；

所述路口信号灯组通过所述路口服务器获取所述虚拟信号机发送的灯色输出方案或者将检测到的信号灯的输出电压值、输出电流值发送给所述路口服务器，以使所述路口服务器上报给所述虚拟信号机；

所述倒计时牌用于根据所述路口服务器发送的倒计时命令进行倒计时显示；

所述各类检测设备用于将检测信息发送给所述路口服务器。

5.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述虚拟信号机包括数据库服务器接口、核心控制模块、灯色输出模块和WEB服务器接口；

所述数据库服务器接口用于与所述数据库服务器进行通信，获取所述数据库服务器发送的信息；

所述WEB服务器接口用于与所述WEB服务器进行通信，获取所述WEB发送的配置参数；

所述核心控制模块用于根据从所述WEB服务器获取的配置参数或从所述数据库服务器获取的信息，生成或修改灯色输出方案，以及控制所述数据库服务器接口、所述灯色输出模块和所述数据库服务器接口的运行；

所述灯色输出模块用于接收所述核心控制模块生成的灯色输出方案，对所述灯色输出方案进行分解，生成灯色控制命令。

6.如权利要求5所述的系统，其特征在于，所述虚拟信号机还包括：联网模块和故障判断模块；

所述联网模块用于向所述路口服务器发送灯色输出方案或接收所述路口服务器发送的检测信息；

所述故障判断模块用于提取所述联网模块接收到的检测信息与所述灯色输出模块输出的灯色输出方案进行比对，将比对结果发送给所述核心控制模块。

7.如权利要求6所述的系统，其特征在于，所述灯色输出模块还用于生成倒计时牌命令，所述倒计时牌命令通过所述联网模块发送给所述路口服务器。

8.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述路口服务器具体用于：

与所述应用程序服务器进行通信，将所述应用程序服务器下发的路口设备控制命令数据包进行解析，并分发给所述路口设备；

与所述路口设备进行通信，将所述路口设备上传的各类检测信息打包为数据包，并上传至所述应用程序服务器；

所述路口服务器还包括存储模块，用于存储所述应用程序服务器下发解析后的控制命令、时间信息以及所述路口设备上传的检测信息、时间信息，还存储有所述路口设备的本地通信地址与设备标志码的对应关系，其中所述设备标志码包括设备种类信息、设备所属方向信息、编号信息；

在所述应用程序服务器工作不正常时，从所述存储模块中提取最近一次存储的路口设备控制命令下发给所述路口设备；并在与所述应用程序服务器恢复连接且应用程序服务器功能正常时，将所述存储模块中存储的所述路口设备上传的检测信息以及存储时刻的时间信息上传给所述应用程序服务器。

9.如权利要求8所述的系统，其特征在于，所述路口服务器将所述应用程序服务器下发的路口设备控制命令数据包进行解析，包括：

将所述数据包分解为多个片段，将所述数据包中包含的设备识别码替换为设备本地通信地址。

10.如权利要求8所述的系统，其特征在于，所述路口服务器将所述路口设备上传的各类检测信息打包为数据包，包括：

所述各类检测信息包含有本地通信地址信息；

所述路口服务器将接收到的本地通信地址信息替换为设备识别码，并与时间信息、位置信息打包为数据包。