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(hào)控制機(jī)[1]（信號(hào)機(jī)）與信號(hào)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(duì)交通信號(hào)機(jī)智能化程度的要求越來(lái)越高，因此信號(hào)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(hào)機(jī)大多數(shù)智能化程度較低，且廣布在城市的各個(gè)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(duì)信號(hào)機(jī)的現(xiàn)狀，學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界對(duì)信號(hào)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(hào)機(jī)的架構(gòu)，利用邊緣計(jì)算等技術(shù)重構(gòu)了信號(hào)機(jī)軟硬件結(jié)構(gòu)[2]；還有學(xué)者完善了信號(hào)機(jī)的通訊體系，提出基于RS-485總線(xiàn)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(dòng)互聯(lián)網(wǎng)[6]等先進(jìn)技術(shù)的交通信號(hào)機(jī)智能感知單元系統(tǒng)，對(duì)交通信號(hào)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，保障信號(hào)機(jī)的良好運(yùn)行。

1 總體設(shè)計(jì)

道路交通信號(hào)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(mén)鎖Application（APP）主要功能為發(fā)送開(kāi)鎖指令以及實(shí)時(shí)查看所有門(mén)鎖狀態(tài)；智能感知單元作為整個(gè)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(chǔ)和簡(jiǎn)單分析；智能運(yùn)維管理平臺(tái)負(fù)責(zé)對(duì)用戶(hù)、權(quán)限以及日志進(jìn)行管理，能夠按需定制各類(lèi)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(mén)鎖、攝像頭拍照、夜間照明、風(fēng)扇智能冷卻、水浸檢測(cè)、斷電檢測(cè)、溫濕度檢測(cè)、可燃?xì)怏w檢測(cè)、全球定位、碰撞告警、遠(yuǎn)程升級(jí)、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(cè)、智能電能檢測(cè)、電流越線(xiàn)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(kāi)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(xiàn)架構(gòu)

智能感知單元由MPU、電源模塊、時(shí)鐘管理、存儲(chǔ)管理、通訊模塊、環(huán)境監(jiān)測(cè)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(gè)指示燈，11個(gè)串口，1個(gè)CAN總線(xiàn)接口，5路帶光耦隔離備用輸入；4路門(mén)開(kāi)關(guān)狀態(tài)光耦輸入；4路鎖開(kāi)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(cè)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(mén)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(dòng)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(cè)上傳功能。

3 軟件運(yùn)維設(shè)計(jì)

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

3.1 智能門(mén)鎖APP

智能門(mén)鎖APP主要由狀態(tài)總覽界面，路口搜索界面、信號(hào)機(jī)詳情界面、遠(yuǎn)程一鍵開(kāi)鎖界面、歷史記錄查詢(xún)界面組成。

3.1.1 狀態(tài)總覽界面

狀態(tài)總覽可以對(duì)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(hù)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(xún)界面

路口查詢(xún)界面可以以全局視角查看全部路口信號(hào)機(jī)狀態(tài)，并能快速確定信號(hào)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(dòng)定位和查找指定路口位置，便于用戶(hù)快速檢索路口，如圖2所示。

3.1.3 信號(hào)機(jī)詳情界面

在路口查詢(xún)的結(jié)果中，可以查看路口信號(hào)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(kāi)鎖界面

在一鍵開(kāi)鎖界面，用戶(hù)可以用一鍵開(kāi)鎖功能開(kāi)啟智能門(mén)鎖，如圖3所示。

3.1.5 歷史記錄查詢(xún)界面

通過(guò)此界面可查看每個(gè)信號(hào)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)及其歷史記錄，其中包括開(kāi)門(mén)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(mén)鎖運(yùn)維平臺(tái)

智能門(mén)鎖運(yùn)維平臺(tái)除包含APP存在的狀態(tài)總覽、一鍵開(kāi)鎖、歷史記錄查詢(xún)等功能外，主要負(fù)責(zé)對(duì)用戶(hù)、權(quán)限以及日志進(jìn)行精細(xì)化管理，能夠按需定制各類(lèi)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(hù)管理，可創(chuàng)建、修改、刪除用戶(hù)，并可設(shè)置用戶(hù)有效期，用戶(hù)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(duì)主動(dòng)上報(bào)的機(jī)柜信息進(jìn)行審核；

3、黑名單管理，對(duì)機(jī)柜信息設(shè)置黑名單，可過(guò)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(jí)為IP55。智能感知單元及其配件在信號(hào)機(jī)機(jī)柜的安裝位置如圖7所示。

5 結(jié)論

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