道路交通信號機智能感知單元系統設計與實現

潘霖 劉林強

1.南京萊斯信息技術股份有限公司 江蘇 南京 210000

2.南京市公安局六合分局科技信息化大隊 江蘇 南京 210000

道路交通信號控制機[1]（信號機）與信號控制系統是城市交通管理的重要組成部分，隨著政策和技術的發展，城市交通負擔變重，對交通信號機智能化程度的要求越來越高，因此信號機的可靠良好運行成為其設計的重中之重。目前路面上安裝的交通信號機大多數智能化程度較低，且廣布在城市的各個路口及角落，存在許多安全運行、統一管理、網絡運維等方面的弊端。

針對信號機的現狀，學術界和產業界對信號機的研究成果比較有限。北方工業大學提出一種人工智能信號機的架構，利用邊緣計算等技術重構了信號機軟硬件結構[2]；還有學者完善了信號機的通訊體系，提出基于RS-485總線通信的控制系統[3]。

本文在此背景下，研發出基于物聯網[4]、云計算[5]、移動互聯網[6]等先進技術的交通信號機智能感知單元系統，對交通信號機的運行狀態進行監控，保障信號機的良好運行。

1 總體設計

道路交通信號機智能感知單元系統主要由智能感知單元、電子鎖、攝像頭等設備。該系統采用物聯網“云+端”[7]的技術架構，其中智能門鎖Application（APP）主要功能為發送開鎖指令以及實時查看所有門鎖狀態；智能感知單元作為整個系統的核心設備，負責各種狀態的監控、所有指令的上傳下達以及數據的臨時存儲和簡單分析；智能運維管理平臺負責對用戶、權限以及日志進行管理，能夠按需定制各類統計分析報表。

智能感知單元系統的主要功能為歸結為智能門鎖、攝像頭拍照、夜間照明、風扇智能冷卻、水浸檢測、斷電檢測、溫濕度檢測、可燃氣體檢測、全球定位、碰撞告警、遠程升級、遠程斷電、遠程通信、標準化管理、浪涌保護功能、SPD檢測、智能電能檢測、電流越線報警。

系統設計遵循先進性、可靠性、實用性、安全性、易使用性、開放性、可擴展性以可及維護性[8]等基本原則，系統整體架構如圖1所示。

2 硬件總線架構

智能感知單元由MPU、電源模塊、時鐘管理、存儲管理、通訊模塊、環境監測模塊和外部接口設備組成。

處理器等核心器件（MPU)采用ARM CORTEX-A7架構的I.MX6ULL處理器芯片，其運行速度高達800MHz，內存為256M，NAND FLASH為256M以上；智能感知單元具有8個指示燈，11個串口，1個CAN總線接口，5路帶光耦隔離備用輸入；4路門開關狀態光耦輸入；4路鎖開關狀態光耦輸入，2路風扇運行狀態報警光耦輸入，1路總電源斷電檢測光耦輸入，1路溫濕度傳感器輸入，1路煙霧傳感器輸入，4路帶光耦隔離備用輸出，4路繼電器控制門鎖輸出，2路繼電器控制風扇運行輸出，8路TTL經芯片74HC245驅動燈組，2路百兆以太網，精確的外部時鐘以及4G網絡通信功能，具備斷電檢測上傳功能。

3 軟件運維設計

軟件運維分為智能門鎖APP以及智能運維管理平臺，其中智能門鎖APP通過藍牙或4G網絡通信，智能運維平臺通過RJ45網口進行通信。

3.1 智能門鎖APP

智能門鎖APP主要由狀態總覽界面，路口搜索界面、信號機詳情界面、遠程一鍵開鎖界面、歷史記錄查詢界面組成。

3.1.1 狀態總覽界面

狀態總覽可以對路口全部異常報警、斷網報警、機柜環境異常報警以及燈故障報警分別進行統計，告知發生報警的路口和報警次數，并根據報警次數進行排序，方便用戶查看，從而能及時關注到路口異常狀況。

3.1.2 路口查詢界面

路口查詢界面可以以全局視角查看全部路口信號機狀態，并能快速確定信號機發生異常的路口和所在的具體位置，也支持當前位置的自動定位和查找指定路口位置，便于用戶快速檢索路口，如圖2所示。

3.1.3 信號機詳情界面

在路口查詢的結果中，可以查看路口信號機的詳細信息，包括設備信息、機柜狀態、設備狀態以及日志等信息。

3.1.4 一鍵開鎖界面

在一鍵開鎖界面，用戶可以用一鍵開鎖功能開啟智能門鎖，如圖3所示。

3.1.5 歷史記錄查詢界面

通過此界面可查看每個信號機的運行狀態及其歷史記錄，其中包括開門記錄、設備故障記錄以及環境運行狀態記錄，如圖4所示。

3.2 智能門鎖運維平臺

智能門鎖運維平臺除包含APP存在的狀態總覽、一鍵開鎖、歷史記錄查詢等功能外，主要負責對用戶、權限以及日志進行精細化管理，能夠按需定制各類統計分析報表，界面如圖5所示。

其主要功能概括如下：

1、用戶管理，可創建、修改、刪除用戶，并可設置用戶有效期，用戶只有在有效期內才可登錄系統；

2、機柜管理，可新增、修改、刪除機柜信息；可對主動上報的機柜信息進行審核；

3、黑名單管理，對機柜信息設置黑名單，可過濾不需要的機柜信息；

4、路口管理，可新增、修改、刪除路口信息，用于關聯機柜設備。

4 結構設計

智能感知單元的結構部分主要由單元上蓋板、單元下蓋板、面板、電源、接插件組成，如圖6所示。

智能感知單元外形結構按照1U插件箱的標注設計，蓋板采用1060-H12鋁材，面板采用6063-T6鋁材，防護等級為IP55。智能感知單元及其配件在信號機機柜的安裝位置如圖7所示。

5 結論

本文通過對智能感知單元系統設計，實現其智能門鎖、攝像頭抓拍、夜間照明、環境參數監測等功能，對道路交通信號機的相關運行狀態進行監控告警，并對信號機的運維數據通過平臺進行統一管理，進而提高道路交通信號機的智能化程度。