潘霖 劉林強(qiáng)

1.南京萊斯信息技術(shù)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(duì) 江蘇 南京 210000

道路交通信號控制機(jī)[1]（信號機(jī)）與信號控制系統(tǒng)是城市交通管理的重要組成部分，隨著政策和技術(shù)的發(fā)展，城市交通負(fù)擔(dān)變重，對交通信號機(jī)智能化程度的要求越來越高，因此信號機(jī)的可靠良好運(yùn)行成為其設(shè)計(jì)的重中之重。目前路面上安裝的交通信號機(jī)大多數(shù)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(yùn)行、統(tǒng)一管理、網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維等方面的弊端。

針對信號機(jī)的現(xiàn)狀，學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界對信號機(jī)的研究成果比較有限。北方工業(yè)大學(xué)提出一種人工智能信號機(jī)的架構(gòu)，利用邊緣計(jì)算等技術(shù)重構(gòu)了信號機(jī)軟硬件結(jié)構(gòu)[2]；還有學(xué)者完善了信號機(jī)的通訊體系，提出基于RS-485總線通信的控制系統(tǒng)[3]。

本文在此背景下，研發(fā)出基于物聯(lián)網(wǎng)[4]、云計(jì)算[5]、移動互聯(lián)網(wǎng)[6]等先進(jìn)技術(shù)的交通信號機(jī)智能感知單元系統(tǒng)，對交通信號機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，保障信號機(jī)的良好運(yùn)行。

1 總體設(shè)計(jì)

道路交通信號機(jī)智能感知單元系統(tǒng)主要由智能感知單元、電子鎖、攝像頭等設(shè)備。該系統(tǒng)采用物聯(lián)網(wǎng)“云+端”[7]的技術(shù)架構(gòu)，其中智能門鎖Application（APP）主要功能為發(fā)送開鎖指令以及實(shí)時(shí)查看所有門鎖狀態(tài)；智能感知單元作為整個系統(tǒng)的核心設(shè)備，負(fù)責(zé)各種狀態(tài)的監(jiān)控、所有指令的上傳下達(dá)以及數(shù)據(jù)的臨時(shí)存儲和簡單分析；智能運(yùn)維管理平臺負(fù)責(zé)對用戶、權(quán)限以及日志進(jìn)行管理，能夠按需定制各類統(tǒng)計(jì)分析報(bào)表。

智能感知單元系統(tǒng)的主要功能為歸結(jié)為智能門鎖、攝像頭拍照、夜間照明、風(fēng)扇智能冷卻、水浸檢測、斷電檢測、溫濕度檢測、可燃?xì)怏w檢測、全球定位、碰撞告警、遠(yuǎn)程升級、遠(yuǎn)程斷電、遠(yuǎn)程通信、標(biāo)準(zhǔn)化管理、浪涌保護(hù)功能、SPD檢測、智能電能檢測、電流越線報(bào)警。

系統(tǒng)設(shè)計(jì)遵循先進(jìn)性、可靠性、實(shí)用性、安全性、易使用性、開放性、可擴(kuò)展性以可及維護(hù)性[8]等基本原則，系統(tǒng)整體架構(gòu)如圖1所示。

2 硬件總線架構(gòu)

智能感知單元由MPU、電源模塊、時(shí)鐘管理、存儲管理、通訊模塊、環(huán)境監(jiān)測模塊和外部接口設(shè)備組成。

處理器等核心器件（MPU)采用ARM CORTEX-A7架構(gòu)的I.MX6ULL處理器芯片，其運(yùn)行速度高達(dá)800MHz，內(nèi)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(guān)狀態(tài)光耦輸入；4路鎖開關(guān)狀態(tài)光耦輸入，2路風(fēng)扇運(yùn)行狀態(tài)報(bào)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(fēng)扇運(yùn)行輸出，8路TTL經(jīng)芯片74HC245驅(qū)動燈組，2路百兆以太網(wǎng)，精確的外部時(shí)鐘以及4G網(wǎng)絡(luò)通信功能，具備斷電檢測上傳功能。

3 軟件運(yùn)維設(shè)計(jì)

軟件運(yùn)維分為智能門鎖APP以及智能運(yùn)維管理平臺，其中智能門鎖APP通過藍(lán)牙或4G網(wǎng)絡(luò)通信，智能運(yùn)維平臺通過RJ45網(wǎng)口進(jìn)行通信。

3.1 智能門鎖APP

智能門鎖APP主要由狀態(tài)總覽界面，路口搜索界面、信號機(jī)詳情界面、遠(yuǎn)程一鍵開鎖界面、歷史記錄查詢界面組成。

3.1.1 狀態(tài)總覽界面

狀態(tài)總覽可以對路口全部異常報(bào)警、斷網(wǎng)報(bào)警、機(jī)柜環(huán)境異常報(bào)警以及燈故障報(bào)警分別進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，告知發(fā)生報(bào)警的路口和報(bào)警次數(shù)，并根據(jù)報(bào)警次數(shù)進(jìn)行排序，方便用戶查看，從而能及時(shí)關(guān)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(jī)狀態(tài)，并能快速確定信號機(jī)發(fā)生異常的路口和所在的具體位置，也支持當(dāng)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(jī)詳情界面

在路口查詢的結(jié)果中，可以查看路口信號機(jī)的詳細(xì)信息，包括設(shè)備信息、機(jī)柜狀態(tài)、設(shè)備狀態(tài)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(jī)的運(yùn)行狀態(tài)及其歷史記錄，其中包括開門記錄、設(shè)備故障記錄以及環(huán)境運(yùn)行狀態(tài)記錄，如圖4所示。

3.2 智能門鎖運(yùn)維平臺

智能門鎖運(yùn)維平臺除包含APP存在的狀態(tài)總覽、一鍵開鎖、歷史記錄查詢等功能外，主要負(fù)責(zé)對用戶、權(quán)限以及日志進(jìn)行精細(xì)化管理，能夠按需定制各類統(tǒng)計(jì)分析報(bào)表，界面如圖5所示。

其主要功能概括如下：

1、用戶管理，可創(chuàng)建、修改、刪除用戶，并可設(shè)置用戶有效期，用戶只有在有效期內(nèi)才可登錄系統(tǒng)；

2、機(jī)柜管理，可新增、修改、刪除機(jī)柜信息；可對主動上報(bào)的機(jī)柜信息進(jìn)行審核；

3、黑名單管理，對機(jī)柜信息設(shè)置黑名單，可過濾不需要的機(jī)柜信息；

4、路口管理，可新增、修改、刪除路口信息，用于關(guān)聯(lián)機(jī)柜設(shè)備。

4 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

智能感知單元的結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)按照1U插件箱的標(biāo)注設(shè)計(jì)，蓋板采用1060-H12鋁材，面板采用6063-T6鋁材，防護(hù)等級為IP55。智能感知單元及其配件在信號機(jī)機(jī)柜的安裝位置如圖7所示。

5 結(jié)論

本文通過對智能感知單元系統(tǒng)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)其智能門鎖、攝像頭抓拍、夜間照明、環(huán)境參數(shù)監(jiān)測等功能，對道路交通信號機(jī)的相關(guān)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控告警，并對信號機(jī)的運(yùn)維數(shù)據(jù)通過平臺進(jìn)行統(tǒng)一管理，進(jìn)而提高道路交通信號機(jī)的智能化程度。