交通信號控制系統(tǒng)中信息交換平臺的設(shè)計

郭小丹

摘 要：本論文提出了基于 XML 和消息中間件的統(tǒng)一的信息交換平臺，利用XML 的 TelesemeML 協(xié)議為交通信號控制系統(tǒng)和各路口信號機之間的通信提供了統(tǒng)一的通信標(biāo)準(zhǔn)，實現(xiàn)了交通信號控制系統(tǒng)和各路口信號機之間信息的共享與交互。

關(guān)鍵詞：交通信號控制；消息中間件；XML；TelesemeML

中圖分類號： TP393 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號：2095-2163（2015）04-

Design of Information Exchange Platform in the Traffic Signal Control System

Guo Xiaodan

（School of Information Engineering， Xizang Minzu University， Xianyang Shanxi 712082，china）

Abstrct： The thesis puts forward the unified information exchange based on XML and message oriented middleware platform. It provides a unified standard of communication， By using TelesemeML agreement of XML for traffic signal control system and the communication between each intersection signal. Therefore， the thesis realizes information sharing and interaction between the communication control system and each intersection signal.

Keywords： Traffic Signal Control； Message Middleware； XML； TelesemeML

0 引 言

隨著我國經(jīng)濟飛速發(fā)展，城市的交通問題日益嚴(yán)重，交通信號控制系統(tǒng)在保障道路暢通、安全和有序方面起著重要的作用。盡管各地的交通信號控制已經(jīng)投入使用，但是仍然存在數(shù)據(jù)共享程度較低、通信過程缺乏統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)、與交通系統(tǒng)外的其他系統(tǒng)進(jìn)行信息交互的接口較少等問題。

針對目前部分地區(qū)交通信號控制系統(tǒng)落后的現(xiàn)狀，提出了基于XML和消息中間件的信息交互平臺，可有效提取出各信號機提供的數(shù)據(jù)，并實現(xiàn)系統(tǒng)控制區(qū)域的動態(tài)劃分和合并，以及各區(qū)域間數(shù)據(jù)的共享與交互。

1 關(guān)鍵技術(shù)

1.1 XML 技術(shù)

XML（eXtensible Markup Language，可擴展標(biāo)記語言）是SGML（Standard Generalized Markup Language，標(biāo)準(zhǔn)通用標(biāo)記語言）的一個簡化子集，將 SGML的功能和HTML的易用性結(jié)合在了Web應(yīng)用中，擴展性和可驗證性較好，而且易于使用和易于移植。無論是組織還是個人均可通過XML創(chuàng)建滿足自己需求的標(biāo)記集合，而且XML的數(shù)據(jù)存儲格式不受限于顯示格式，因此，XML在一些中間件、電子商務(wù)等領(lǐng)域大受歡迎[1]。

目前，支持XML格式的消息傳輸技術(shù)有很多。例如，基于XML的遠(yuǎn)程過程調(diào)用（XML Remote Procedure Calls）、簡單對象訪問協(xié)議（Simple Access Protocol）以及消息中間件（Message-Oriented Middleware）等。

1.2 消息中間件技術(shù)

中間件位于操作系統(tǒng)和應(yīng)用程序之間的一類軟件，封裝了一類應(yīng)用程序的共性，并且提供相應(yīng)的API進(jìn)行二次開發(fā)，最終完成一個應(yīng)用程序。消息中間件實現(xiàn)的信息交互的主要特點是：消息傳遞機制既高效可靠，同時又平臺無關(guān)的?；谙⑴抨犚约皞鬟f模型，消息中間件可以支持多通信協(xié)議，實現(xiàn)了分布式系統(tǒng)的集成。MOM的基本組成包括消息和MOM提供者、客戶端，前者主要指的是管理工具和相關(guān)API。由于MOM中提供的路由體系結(jié)構(gòu)不同，就使得MOM不僅可以應(yīng)用于集中式消息服務(wù)器上，還可以由各客戶端實現(xiàn)路由功能，ActiveMQ就是其中的一種。

1.3 信息交換

信息交換是指不同計算機應(yīng)用程序之間互相交流有用的信息，主要應(yīng)用于電子商務(wù)、遠(yuǎn)程服務(wù)、數(shù)據(jù)集成等領(lǐng)域。XML定義的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)不是基于二進(jìn)制的，而是簡單的純文本，允許程序開發(fā)制定滿足自身需求具有特定領(lǐng)域特點的底層數(shù)據(jù)交換規(guī)范。把XML作為信息交互的中介，實現(xiàn)不同服務(wù)器或者應(yīng)用程序之間的無縫信息交互。XML作為一種元數(shù)據(jù)語言，提供統(tǒng)一的格式對信息進(jìn)行描述，使得即便信息來源于不同系統(tǒng)也能按照統(tǒng)一的格式實現(xiàn)信息交互。XML有利于協(xié)調(diào)處理數(shù)據(jù)，而且也不依賴于編程語言或者操作系統(tǒng)，所以，XML即為應(yīng)用系統(tǒng)內(nèi)部或者互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)交換提供了一種簡單、快速的解決方案。

信息交互平臺內(nèi)部直接封裝信息，旨在使得被動提供信息的應(yīng)用程序能與其他應(yīng)用程序?qū)崿F(xiàn)信息交流。

2 交通信號控制系統(tǒng)中信息交換的設(shè)計

2.1 交通信號控制系統(tǒng)

交通信號控制系統(tǒng)是協(xié)調(diào)管控一個城市的某個區(qū)域或者整個城市內(nèi)部的各路口信號的系統(tǒng)。目標(biāo)是使得城市受控區(qū)域內(nèi)道路系統(tǒng)的交通效益得到充分發(fā)揮，在交通信號控制系統(tǒng)的整體控制下，針對各路口、路段所允許的最大交通流量在承載運送上的不同，最大限度地發(fā)揮路口間的優(yōu)勢互補和良好協(xié)作，均衡各路段的交通量，使得車輛停車次數(shù)、延誤時間和環(huán)境污染等減至最小。

交通信號控制系統(tǒng)共分為三層：上層PC應(yīng)用層，中間業(yè)務(wù)服務(wù)層和底層資源接入層[2]。其系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)架構(gòu)圖

Fig.1 System architecture diagram

如圖1所示，在此給出系統(tǒng)架構(gòu)圖中三層各自的實現(xiàn)原理及對應(yīng)功能概述如下。

上層PC應(yīng)用層是面向用戶的，主要包括集中協(xié)調(diào)時信號機的交通控制中心和各交警大隊的子控制中心。系統(tǒng)的設(shè)計采用的是B/S架構(gòu)，用戶只需要打開瀏覽器登錄進(jìn)入系統(tǒng)，就可以管理和控制各信號機。

底層資源接入層是指管理城市道路各交叉路口的車輛通行狀況的信號機，信號機在保障車輛順利通行、道路暢通的同時也在監(jiān)測著其路口的交通流量。

中間業(yè)務(wù)服務(wù)層的主要作用是連接上層 PC 應(yīng)用層和底層資源接入層。中間業(yè)務(wù)服務(wù)層包括三類服務(wù)器，分別是Apache應(yīng)用服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器和ActiveMQ 服務(wù)器。其中，Apache 應(yīng)用服務(wù)器主要負(fù)責(zé)為上層PC應(yīng)用層的交通控制中心和各交警大隊的子控制中心提供web服務(wù)；數(shù)據(jù)庫服務(wù)器的作用是保存所有數(shù)據(jù)；Active MQ服務(wù)器作為消息中間件的一種，負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)發(fā)上層PC應(yīng)用層和底層資源接入層之間的信息。

2.2 交通信號控制系統(tǒng)中信息交換標(biāo)準(zhǔn)

國際上各個城市交通信號控制系統(tǒng)的通信協(xié)議雖有不同，但國外使用的NTCIP協(xié)議已經(jīng)有效解決了協(xié)議不一致的問題，只是我國仍未出臺統(tǒng)一的通信標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。目前我國使用的通信協(xié)議以數(shù)據(jù)幀的格式為主，協(xié)議的通用性、擴展性和標(biāo)準(zhǔn)化均較低，協(xié)議使用的局限性較大[3]。因此，本論文提出了基于XML的交通信號控制系統(tǒng)通信協(xié)議TelesemeML（Teleseme Markup Language），XML類型的文檔數(shù)據(jù)是源自數(shù)據(jù)內(nèi)在層次結(jié)構(gòu)進(jìn)行組織并設(shè)計的，利于描述存在包含關(guān)系的概念模型。

2.2.1 基于XML/消息中間件的Telseme ML的設(shè)計需求

TelesemeML是中國城市交通信號控制系統(tǒng)的后臺中心和各路口信號機間進(jìn)行信息交換的格式標(biāo)準(zhǔn)，系統(tǒng)的后臺管理中心通過基于TelesemeML的通信協(xié)議與不同商家的信號機進(jìn)行通信，為系統(tǒng)的集成和擴展提供可能。TelesemeML的設(shè)計需求如下：

（1） 信息交換的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)是在對中國城市交通信號控制系統(tǒng)的后臺管理中心與各路口信號機進(jìn)行信息交換的信息歸納和抽象的基礎(chǔ)上綜合設(shè)定并同意制定的，期望能對后臺管理中心與信號機之間信息交換包含的數(shù)據(jù)與控制指令實行合理有效的表示與存儲；

（2） 信息交換的每一條命令的數(shù)據(jù)格式都應(yīng)該符合統(tǒng)一的、特定的格式。方便系統(tǒng)后臺管理軟件與路口信號機系統(tǒng)進(jìn)行有效的信息通信和數(shù)據(jù)處理[4]；

（3） 制定的信息交換標(biāo)準(zhǔn)不應(yīng)該局限于某一種特定的傳輸協(xié)議，而是能夠支持多種機制，諸如HTTP 或者其他一些特定的傳輸協(xié)議；

（4） TelesemeML的可擴展性較好，方便系統(tǒng)日后的功能擴展；

（5） TelesemeML設(shè)計時應(yīng)該盡量地簡單易懂。

XML相關(guān)技術(shù)能夠確?；赬ML的TelesemeML通信協(xié)議符合以上要求，Schema確保信息交換符合規(guī)定格式，XSLT能夠方便實現(xiàn)文檔之間的轉(zhuǎn)換，XML可以跨平臺且不用基于某一特定傳輸協(xié)議進(jìn)行通信。

2.2.2 基于 XML/消息中間件的 TelsemeML 的設(shè)計實現(xiàn)

TelesemeML從實用性、開放性、可擴展性、前瞻性和先進(jìn)性等角度出發(fā)，不僅分考慮了中國目前交通信號控制系統(tǒng)的特點，而且結(jié)合系統(tǒng)的功能需求和發(fā)展趨勢，采用XML描述語言設(shè)計實現(xiàn)了中國交通信號控制系統(tǒng)信息交換標(biāo)準(zhǔn)。

在設(shè)計和制定信息交換標(biāo)準(zhǔn)的過程中，TelesemeML作為描述控制信號燈的通信標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)城市交通信號控制系統(tǒng)信息交換的傳輸要求采用面向?qū)ο蟮姆治龇椒?，自頂向下建立信息交換的對象數(shù)據(jù)模型。主要包括對象所屬類型、對象內(nèi)部屬性等。TelesemeML代表整個信息交換的數(shù)據(jù)內(nèi)容，包括信號機參數(shù)管理層、信號機方案配置層、信號機交通控制層、信號機系統(tǒng)干預(yù)層、信號機交通優(yōu)化層和信號機交通數(shù)據(jù)管理層六大結(jié)構(gòu)層。采用XML格式描述交通信號控制系統(tǒng)中的交換信息，方便系統(tǒng)的后臺管理中心和各路口信號機應(yīng)用程序進(jìn)行交通信息的交互和控制命令的下發(fā)與上傳。具體的數(shù)據(jù)層次結(jié)構(gòu)框架圖如圖2所示。

圖2 TelesemeML主框架

Fig.2 Main frame of TelesemeML

2.3 基于信息交換模型的信息交換設(shè)計

2.3.1 參數(shù)管理模塊

在系統(tǒng)的參數(shù)管理模塊中進(jìn)行信息交換時，主要涉及到的類包括用于接收系統(tǒng)從前端頁面獲取的數(shù)據(jù)的值對象類、用于保存到數(shù)據(jù)庫的實體、對數(shù)據(jù)庫進(jìn)行相關(guān)操作的類、通信協(xié)議類、信息交換的發(fā)送端類和信息交換的接收端類等[5]，對應(yīng)類圖如圖3所示，各個類的說明則如表1所示。

圖3 參數(shù)管理模塊類圖

Fig.3 Parameter management module class diagram

表1 參數(shù)管理模塊類說明

Tab.1 Explanation about parameter management module class

2.3.2 相位方案配置

相位方案主要涉及的類有接收系統(tǒng)前端頁面數(shù)據(jù)的值對象類、用于保存到數(shù)據(jù)庫的實體類、程序業(yè)務(wù)邏輯層類、程序數(shù)據(jù)訪問層類、通信協(xié)議類、信息交換的發(fā)送端類和接收端類等，其類圖如圖4所示，各個類的說明如表2所示，其中通信協(xié)議類、信息交換的發(fā)送端類和接收端類的說明同表1。

圖4 相位方案模塊類圖

Fig.4 Phase plan module class diagram

表2 相位方案類說明

Tab.2 Explanation about Phase plan class diagram

例如，當(dāng)系統(tǒng)后臺管理員添加信號機相位方案時，首先通過對象類獲取要添加的相位方案相關(guān)信息，讀取事先設(shè)置好的綠沖突信息，進(jìn)行綠沖突檢測，然后參考實體類屬性進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，再引用通信協(xié)議類進(jìn)行協(xié)議的封裝，最后由信息交換的發(fā)送類將協(xié)議發(fā)送出去，而當(dāng)信息交換的接收類接收到路口信號機的反饋信息后，即需將參考通信協(xié)議進(jìn)行協(xié)議的解析，并根據(jù)實體類屬性進(jìn)行數(shù)據(jù)的存儲。

3 結(jié)束語

通過對XML技術(shù)、消息中間件技術(shù)以及信息交換模型的分析研究，結(jié)合交通信號控制系統(tǒng)中信息交換的需求，將信息交換模型應(yīng)用到了交通信號控制系統(tǒng)中。隨著信息技術(shù)的繼續(xù)發(fā)展，城市交通信號控制系統(tǒng)對信息交換的要求會越來越高，本文雖實現(xiàn)了信息交換在交通信號控制系統(tǒng)的應(yīng)用，但是仍需對交通信號控制系統(tǒng)信息傳輸?shù)陌踩缘确矫孢M(jìn)行深入探討和繼續(xù)完善，同時這也是本研究下一步的發(fā)展方向。

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