城市交通信號控制系統原理及實現

★重點介紹了城市交通信號控制系統相關的理論知識、模型算法、技術工具以及實現案例； ★主要內容包括現場控制系統、數據庫系統、通信系統、中心系統等； ★配套圖書有《城市交通信號控制系統實驗教程》； ★本書可作交通設備與控制工程、交通運輸工程、交通工程、智慧交通及自動化等專業的教材，也可作從事相關工作的工程技術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分配的重要工具。自交通信號控制出現以來，其由傳統固定配時信號控制到感應式信號控制，再到車路協同環境下的交通感知與控制，完成了從宏觀到微觀、從路權粗放式管理到道路資源全時空精細化分配的進階。
本書面向交通設備與控制工程、交通運輸工程、交通工程、智慧交通及自動化等專業本科生和研究生，以及從事交通控制相關工作的技術及管理人員，重點介紹了與城市交通控制系統相關的理論知識、模型算法、技術工具以及實現案例，包括現場控制系統、數據庫系統、通信系統、中心系統等主要內容。本書配套了城市交通控制系統開發平臺及實驗教程，讀者可參閱輔助使用。
本書共分為8 章，由淺入深、理論聯系實際地對城市交通控制系統相關基礎知識及技術實現進行了介紹和闡述：第1 章介紹了城市交通控制發展歷程和趨勢，并對典型交通控制系統進行了說明；第2 章介紹了該教材配套實驗平臺的基礎研發環境；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、感應信號控制和干線協調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、感應信號控制的算法需求分析、控制器程序設計、實現和優化；第6 章介紹了數據庫系統基礎知識和數據庫設計常用方法，并結合兩類典型數據需求闡述了控制系統數據庫設計及實現過程；第7 章介紹了計算機網絡基礎知識和socket 編程接口，并結合控制器通信需求特點，講解了控制系統通信協議設計和通信程序設計及實現方法；第8 章介紹了信號控制系統管理平臺的業務需求、系統框架以及功能結構，并通過典型平臺界面進行展示。期望讀者通過學習本書內容，能夠掌握城市交通控制系統的基礎概念、關鍵技術及實現方法。
在本書的編寫過程中，清華大學李力教授為第1 章城市交通信號控制系統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，書中參閱了國內外學術論文、技術手冊、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

本書全面、系統地介紹了城市交通控制系統的設計及實現方法，包括城市交通信號控制系統概述、控制系統實驗平臺開發環境、交通信號控制理論基礎、固定配時信號控制器程序設計、感應信號控制原理及程序設計、信號控制系統數據庫設計、信號控制系統通信設計以及信號控制系統管理平臺設計等內容。
本書可作普通高等院校交通設備與控制工程、交通運輸工程、交通工程、智慧交通及自動化等專業本科生和研究生的教材，也可作從事相關工作的工程技術人員和科研人員的參考書。

第1 章 城市交通信號控制系統概論 1
1.1 城市交通控制發展歷程1
1.2 典型交通控制系統5
1.2.1 英國SCOOT 系統 5
1.2.2 美國ACTRA 系統 8
1.2.3 澳大利亞SCATS 9
1.2.4 典型系統結構及功能10
1.3 交通信號控制發展趨勢 15

第2 章 控制系統實驗平臺開發環境 18
2.1 Linux 操作系統基礎 19
2.1.1 Linux 系統登錄方式19
2.1.2 Linux 系統目錄結構20
2.1.3 Linux 系統常用基本命令21
2.2 C 語言程序設計基礎 21
2.2.1 編譯與鏈接21
2.2.2 C 程序構成23
2.2.3 數據結構23
2.2.4 輸入與輸出24
2.2.5 基本結構24
2.2.6 函數及形參實參25
2.2.7 程序的調試27
2.3 MySQL 數據庫基礎 27
2.3.1 MySQL 數據庫常見指令27
2.3.2 MySQL 數據庫管理軟件 28
2.3.3 MySQL 數據庫C 語言接口 29
2.4 實驗平臺庫函數29

第3 章 交通信號控制理論基礎 31
3.1 信號控制基礎31
3.1.1 信號控制的設置依據 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 感應信號控制原理39
3.4 干線協調控制原理42

第4 章 固定配時信號控制器程序設計 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計49
4.2.1 主流程設計 49
4.2.2 子流程設計 50
4.3 固定配時信號控制器程序優化52
4.3.1 方案結構可變 52
4.3.2 過渡燈態執行 54
4.3.3 輸出函數封裝 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計58
4.4.1 綠燈倒計時程序設計 59
4.4.2 全燈態倒計時程序框架 63
4.4.3 全燈態倒計時計算方法 66
4.4.4 全燈態倒計時程序設計 67

第5 章 感應信號控制原理及程序設計69
5.1 感應控制器需求分析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 車輛檢測原理及設計73
5.3 全感應信號控制算法及設計 75
5.3.1 全感應控制程序框架76
5.3.2 綠燈時長算法設計76
5.3.3 全感應控制程序設計77
5.4 半感應信號控制算法及設計 79
5.4.1 主路半感應控制程序設計79
5.4.2 支路半感應控制程序設計80

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

第7 章 信號控制系統通信設計107
7.1 計算機網絡基礎107
7.1.1 計算機網絡體系結構 108
7.1.2 常用通信協議 112
7.1.3 TCP/IP 網絡模型 113
7.2 socket 接口基礎114
7.2.1 socket 常用函數 115
7.2.2 socket 調用流程 117
7.3 信號控制器應用層通信協議設計122
7.3.1 通信協議架構設計122
7.3.2 通信協議內容設計124
7.4 信號控制器通信程序設計 128
7.4.1 數據封裝及發送129
7.4.2 數據接收及解析134

第8 章 信號控制系統管理平臺設計 140
8.1 系統管理模塊 141
8.2 配置模塊 141
8.2.1 基礎信息配置141
8.2.2 控制信息配置145
8.2.3 輔助參數配置148
8.3 監控模塊 150
8.3.1 空間監控150
8.3.2 機柜監控150
8.4 數據查詢模塊 151
8.4.1 管理日志151
8.4.2 運行狀態151
8.4.3 交通數據151

參考文獻 152