城市交通信號控制系統(tǒng)原理及實現(xiàn)

本書全面、系統(tǒng)地介紹了城市交通控制系統(tǒng)的設(shè)計及實現(xiàn)方法，包括城市交通信號控制系統(tǒng)概述、控制系統(tǒng)實驗平臺開發(fā)環(huán)境、交通信號控制理論基礎(chǔ)、固定配時信號控制器程序設(shè)計、感應(yīng)信號控制原理及程序設(shè)計、信號控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫設(shè)計、信號控制系統(tǒng)通信設(shè)計以及信號控制系統(tǒng)管理平臺設(shè)計等內(nèi)容。
本書可作普通高等院校交通設(shè)備與控制工程、交通運輸工程、交通工程、智慧交通及自動化等專業(yè)本科生和研究生的教材，也可作從事相關(guān)工作的工程技術(shù)人員和科研人員的參考書。

★重點介紹了城市交通信號控制系統(tǒng)相關(guān)的理論知識、模型算法、技術(shù)工具以及實現(xiàn)案例； ★主要內(nèi)容包括現(xiàn)場控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、中心系統(tǒng)等； ★配套圖書有《城市交通信號控制系統(tǒng)實驗教程》； ★本書可作交通設(shè)備與控制工程、交通運輸工程、交通工程、智慧交通及自動化等專業(yè)的教材，也可作從事相關(guān)工作的工程技術(shù)人員和科研人員的參考書。

交通信號控制是定義道路通行權(quán)分配的重要工具。自交通信號控制出現(xiàn)以來，其由傳統(tǒng)固定配時信號控制到感應(yīng)式信號控制，再到車路協(xié)同環(huán)境下的交通感知與控制，完成了從宏觀到微觀、從路權(quán)粗放式管理到道路資源全時空精細(xì)化分配的進階。
本書面向交通設(shè)備與控制工程、交通運輸工程、交通工程、智慧交通及自動化等專業(yè)本科生和研究生，以及從事交通控制相關(guān)工作的技術(shù)及管理人員，重點介紹了與城市交通控制系統(tǒng)相關(guān)的理論知識、模型算法、技術(shù)工具以及實現(xiàn)案例，包括現(xiàn)場控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、中心系統(tǒng)等主要內(nèi)容。本書配套了城市交通控制系統(tǒng)開發(fā)平臺及實驗教程，讀者可參閱輔助使用。
本書共分為8 章，由淺入深、理論聯(lián)系實際地對城市交通控制系統(tǒng)相關(guān)基礎(chǔ)知識及技術(shù)實現(xiàn)進行了介紹和闡述：第1 章介紹了城市交通控制發(fā)展歷程和趨勢，并對典型交通控制系統(tǒng)進行了說明；第2 章介紹了該教材配套實驗平臺的基礎(chǔ)研發(fā)環(huán)境；第3 章對交通信號控制理論進行了講解，包括固定配時信號控制、感應(yīng)信號控制和干線協(xié)調(diào)控制等常見控制模式；第4 章和第5 章分別講解了固定配時信號控制、感應(yīng)信號控制的算法需求分析、控制器程序設(shè)計、實現(xiàn)和優(yōu)化；第6 章介紹了數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)基礎(chǔ)知識和數(shù)據(jù)庫設(shè)計常用方法，并結(jié)合兩類典型數(shù)據(jù)需求闡述了控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫設(shè)計及實現(xiàn)過程；第7 章介紹了計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)知識和socket 編程接口，并結(jié)合控制器通信需求特點，講解了控制系統(tǒng)通信協(xié)議設(shè)計和通信程序設(shè)計及實現(xiàn)方法；第8 章介紹了信號控制系統(tǒng)管理平臺的業(yè)務(wù)需求、系統(tǒng)框架以及功能結(jié)構(gòu)，并通過典型平臺界面進行展示。期望讀者通過學(xué)習(xí)本書內(nèi)容，能夠掌握城市交通控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)概念、關(guān)鍵技術(shù)及實現(xiàn)方法。
在本書的編寫過程中，清華大學(xué)李力教授為第1 章城市交通信號控制系統(tǒng)概論提供了無私幫助，特此感謝！胡鈺琴、袁倩、劉福裕等在資料收集、文字及文獻整理、圖表繪制等方面做了大量工作，在此向他們的辛勤、無私付出表示感謝！此外，書中參閱了國內(nèi)外學(xué)術(shù)論文、技術(shù)手冊、MOOC 等文獻資料，在此對各文獻作者一并致謝！
本書涉及內(nèi)容較多，由于編者水平所限，書中難免存在不足之處，歡迎廣大讀者批評指正。

編 者

第1 章 城市交通信號控制系統(tǒng)概論 1
1.1 城市交通控制發(fā)展歷程1
1.2 典型交通控制系統(tǒng)5
1.2.1 英國SCOOT 系統(tǒng) 5
1.2.2 美國ACTRA 系統(tǒng) 8
1.2.3 澳大利亞SCATS 9
1.2.4 典型系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及功能10
1.3 交通信號控制發(fā)展趨勢 15

第2 章 控制系統(tǒng)實驗平臺開發(fā)環(huán)境 18
2.1 Linux 操作系統(tǒng)基礎(chǔ) 19
2.1.1 Linux 系統(tǒng)登錄方式19
2.1.2 Linux 系統(tǒng)目錄結(jié)構(gòu)20
2.1.3 Linux 系統(tǒng)常用基本命令21
2.2 C 語言程序設(shè)計基礎(chǔ) 21
2.2.1 編譯與鏈接21
2.2.2 C 程序構(gòu)成23
2.2.3 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)23
2.2.4 輸入與輸出24
2.2.5 基本結(jié)構(gòu)24
2.2.6 函數(shù)及形參實參25
2.2.7 程序的調(diào)試27
2.3 MySQL 數(shù)據(jù)庫基礎(chǔ) 27
2.3.1 MySQL 數(shù)據(jù)庫常見指令27
2.3.2 MySQL 數(shù)據(jù)庫管理軟件 28
2.3.3 MySQL 數(shù)據(jù)庫C 語言接口 29
2.4 實驗平臺庫函數(shù)29

第3 章 交通信號控制理論基礎(chǔ) 31
3.1 信號控制基礎(chǔ)31
3.1.1 信號控制的設(shè)置依據(jù) 32
3.1.2 信號控制類別 32
3.1.3 信號控制基本概念 33
3.2 固定配時信號控制原理36
3.2.1 周期計算 36
3.2.2 綠燈時間計算 36
3.3 感應(yīng)信號控制原理39
3.4 干線協(xié)調(diào)控制原理42

第4 章 固定配時信號控制器程序設(shè)計 47
4.1 固定配時信號控制器需求分析47
4.1.1 控制器輸入 48
4.1.2 控制器輸出 48
4.2 固定配時信號控制器程序設(shè)計49
4.2.1 主流程設(shè)計 49
4.2.2 子流程設(shè)計 50
4.3 固定配時信號控制器程序優(yōu)化52
4.3.1 方案結(jié)構(gòu)可變 52
4.3.2 過渡燈態(tài)執(zhí)行 54
4.3.3 輸出函數(shù)封裝 54
4.3.4 特殊常量處理 56
4.3.5 配時方案輸入 57
4.4 固定配時信號倒計時算法及程序設(shè)計58
4.4.1 綠燈倒計時程序設(shè)計 59
4.4.2 全燈態(tài)倒計時程序框架 63
4.4.3 全燈態(tài)倒計時計算方法 66
4.4.4 全燈態(tài)倒計時程序設(shè)計 67

第5 章 感應(yīng)信號控制原理及程序設(shè)計69
5.1 感應(yīng)控制器需求分析69
5.1.1 控制器輸入 69
5.1.2 控制器輸出 70
5.2 車輛檢測算法原理及設(shè)計70
5.2.1 檢測器類型及特點 71
5.2.2 多線程獨立檢測72
5.2.3 車輛檢測原理及設(shè)計73
5.3 全感應(yīng)信號控制算法及設(shè)計 75
5.3.1 全感應(yīng)控制程序框架76
5.3.2 綠燈時長算法設(shè)計76
5.3.3 全感應(yīng)控制程序設(shè)計77
5.4 半感應(yīng)信號控制算法及設(shè)計 79
5.4.1 主路半感應(yīng)控制程序設(shè)計79
5.4.2 支路半感應(yīng)控制程序設(shè)計80

第6 章 信號控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫設(shè)計 82
6.1 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概述 82
6.1.1 什么是數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)82
6.1.2 關(guān)系數(shù)據(jù)模型84
6.1.3 數(shù)據(jù)庫設(shè)計步驟85
6.1.4 概念數(shù)據(jù)庫設(shè)計87
6.1.5 邏輯數(shù)據(jù)庫設(shè)計90
6.2 控制方案數(shù)據(jù)庫設(shè)計 93
6.2.1 需求分析93
6.2.2 概念數(shù)據(jù)庫設(shè)計94
6.2.3 邏輯數(shù)據(jù)庫設(shè)計96
6.3 控制方案程序設(shè)計 98
6.3.1 控制器主流程設(shè)計98
6.3.2 數(shù)據(jù)庫連接和查詢流程設(shè)計99
6.3.3 數(shù)據(jù)解析和輸出流程設(shè)計99
6.4 時間表/調(diào)度表控制器設(shè)計及實現(xiàn)102
6.4.1 需求分析 102
6.4.2 數(shù)據(jù)庫設(shè)計 103
6.4.3 C 語言時間頭文件 104
6.4.4 控制器程序設(shè)計 105

第7 章 信號控制系統(tǒng)通信設(shè)計107
7.1 計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)107
7.1.1 計算機網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu) 108
7.1.2 常用通信協(xié)議 112
7.1.3 TCP/IP 網(wǎng)絡(luò)模型 113
7.2 socket 接口基礎(chǔ)114
7.2.1 socket 常用函數(shù) 115
7.2.2 socket 調(diào)用流程 117
7.3 信號控制器應(yīng)用層通信協(xié)議設(shè)計122
7.3.1 通信協(xié)議架構(gòu)設(shè)計122
7.3.2 通信協(xié)議內(nèi)容設(shè)計124
7.4 信號控制器通信程序設(shè)計 128
7.4.1 數(shù)據(jù)封裝及發(fā)送129
7.4.2 數(shù)據(jù)接收及解析134

第8 章 信號控制系統(tǒng)管理平臺設(shè)計 140
8.1 系統(tǒng)管理模塊 141
8.2 配置模塊 141
8.2.1 基礎(chǔ)信息配置141
8.2.2 控制信息配置145
8.2.3 輔助參數(shù)配置148
8.3 監(jiān)控模塊 150
8.3.1 空間監(jiān)控150
8.3.2 機柜監(jiān)控150
8.4 數(shù)據(jù)查詢模塊 151
8.4.1 管理日志151
8.4.2 運行狀態(tài)151
8.4.3 交通數(shù)據(jù)151

參考文獻 152