GB/T 43229—2023《交通信號控制機(jī)與車輛檢測器間通信協(xié)議》標(biāo)準(zhǔn)解讀

關(guān)鍵詞：交通信號控制機(jī)，車輛檢測器，信息格式，通信規(guī)程

0 引言

交通信號控制機(jī)與車輛檢測器間通信協(xié)議是雙方實(shí)體完成通信或服務(wù)所必須遵循的規(guī)則和約定，是系統(tǒng)間通信使用的“語言”，具有保證信息安全、促進(jìn)信息交流與傳輸?shù)闹匾饔肹1]。GA /T 920—2010《道路交通信號控制機(jī)與車輛檢測器間的通信協(xié)議》（以下簡稱“原行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)”）實(shí)施以來，為規(guī)范交通信號控制產(chǎn)品之間的互聯(lián)互通，推動(dòng)道路交通檢測設(shè)備數(shù)字化的快速發(fā)展，提高路網(wǎng)通行效率發(fā)揮了積極的作用[2]。然而，隨著新一代信息技術(shù)的迅猛發(fā)展，車輛檢測技術(shù)不斷迭代和創(chuàng)新，新型感知設(shè)備也層出不窮。因此，亟需通過制定國家標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)一步對交通信號控制機(jī)與車輛檢測器間的通信協(xié)議進(jìn)行統(tǒng)一規(guī)范，滿足各行業(yè)交通控制場景的應(yīng)用需求。

1 制定背景

近年來，交管部門相繼印發(fā)城市道路交通信號控制應(yīng)用指導(dǎo)文件，對加強(qiáng)交通檢測設(shè)備建設(shè)、提高交通信號控制智能化、提升交通感控一體化應(yīng)用提出了新要求[3]。

（1）適配新型感知手段滿足數(shù)據(jù)多樣性

交通感知手段的不斷迭代與創(chuàng)新，感知數(shù)據(jù)呈現(xiàn)多樣性特征，要求交通信號控制機(jī)不僅能接入基于不同檢測方式的新型感知設(shè)備，也能適配豐富多樣的融合感知數(shù)據(jù)。

（2）用好豐富感知數(shù)據(jù)提升控制智能化

當(dāng)前交通流通行狀態(tài)信息、車輛身份信息等多種感知數(shù)據(jù)正運(yùn)用于各類信號控制場景中，如交叉口信號控制、匝道控制、公交優(yōu)先等，亟需規(guī)范感控設(shè)備之間的數(shù)據(jù)交互標(biāo)準(zhǔn)，提升城市交通控制智能化水平。

（3）規(guī)范直連交互模式推進(jìn)感控一體化

面向交通控制智能化新需求，交通感知與控制亟需實(shí)現(xiàn)一體化融合，即交通信號控制機(jī)融合檢測器多維度、全方位的實(shí)時(shí)感知數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)交通狀態(tài)精準(zhǔn)識別、智能控制快速決策。因此，有必要規(guī)范感控設(shè)備之間直連交互模式，推進(jìn)城市交通感控一體化。

（4）適配信號相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)提高標(biāo)準(zhǔn)一致性

原行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)頒布執(zhí)行12年，與該標(biāo)準(zhǔn)相關(guān)的國家標(biāo)準(zhǔn)已重新進(jìn)行了制修訂，如圖1所示，原行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)存在相關(guān)內(nèi)容不協(xié)調(diào)、涵蓋范圍不全面等問題，亟需修訂完善。

2024年4月1日，正式實(shí)施的國家標(biāo)準(zhǔn)GB / T43229—2023《交通信號控制機(jī)與車輛檢測器間通信協(xié)議》明確了雙方的通信信息格式、通信規(guī)程和消息內(nèi)容等要求，對規(guī)范指導(dǎo)交通信號控制機(jī)與檢測器間的直連互通，提升信號控制智能化具有重要意義。

2 編制原則

（1）以經(jīng)濟(jì)適用為前提。充分考慮我國交通管控行業(yè)現(xiàn)有的產(chǎn)業(yè)水平、應(yīng)用現(xiàn)狀與標(biāo)準(zhǔn)化程度，結(jié)合視頻、微波、雷達(dá)、RFID等多類型檢測器技術(shù)特征，注重標(biāo)準(zhǔn)制定的可用性、可操作、經(jīng)濟(jì)性。

（2）以需求應(yīng)用為導(dǎo)向。結(jié)合城市交通感控一體化新需求，滿足機(jī)動(dòng)車、非機(jī)動(dòng)車、行人等多場景交通管控應(yīng)用需求，為實(shí)現(xiàn)交通流可見、交通狀態(tài)可認(rèn)知、智能化控制可實(shí)施提供標(biāo)準(zhǔn)化的數(shù)據(jù)支撐。

（3）以先進(jìn)前瞻為目標(biāo)。結(jié)合新一代信息技術(shù)在交通信號控制機(jī)與車輛檢測器中的發(fā)展方向，制定涵蓋了車輛身份、異常事件、非機(jī)動(dòng)車、行人檢測信息等數(shù)據(jù)內(nèi)容，為不斷完善智能化交通控制功能提供規(guī)范支撐。

（4）以協(xié)調(diào)統(tǒng)一為基礎(chǔ)。遵循國家現(xiàn)有的城市交通管控相關(guān)政策法規(guī)、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，注重與GB25280—2016、GA/T 1049.2—2013、GA/T 1743—2020等交通管控類標(biāo)準(zhǔn)，GB/T 34428.2—2017、GB/T 37987—2019等車輛檢測器類標(biāo)準(zhǔn)，以及原行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一性和協(xié)調(diào)性。

3 主要規(guī)范內(nèi)容

3.1 統(tǒng)一制定檢測器通信規(guī)則

標(biāo)準(zhǔn)明確定義了通信的物理層、網(wǎng)絡(luò)與傳輸層、應(yīng)用層，并詳細(xì)約定了通信規(guī)程?？紤]到現(xiàn)有通信技術(shù)的發(fā)展水平以及交通信號控制應(yīng)用需求，通信接口至少支持以太網(wǎng)接口、串行接口中的一種。同時(shí)依據(jù)行業(yè)技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀，對串口通信波特率、TCP服務(wù)默認(rèn)端口進(jìn)行了約定。

通信規(guī)程包括信息查詢、信息設(shè)置、信息主動(dòng)上報(bào)等3種類型，如圖2所示。

（1）信息查詢規(guī)程規(guī)定了設(shè)備通信參數(shù)、檢測數(shù)據(jù)等信息查詢的具體流程；

（2）信息設(shè)置規(guī)程規(guī)定了設(shè)備時(shí)間、車輛檢測器配置參數(shù)等信息設(shè)置的具體流程；

（3）信息主動(dòng)上報(bào)規(guī)程規(guī)定了交通流實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、車輛身份信息、異常事件等主動(dòng)上報(bào)的具體流程。

檢測器直連模式明確，通信規(guī)程適用范圍更廣，更符合實(shí)際應(yīng)用情況。

3.2 統(tǒng)一定義交互信息幀結(jié)構(gòu)

標(biāo)準(zhǔn)明確定義了通信的信息幀結(jié)構(gòu)，包括幀開始、數(shù)據(jù)表、校驗(yàn)碼和幀結(jié)束4個(gè)部分，其中，數(shù)據(jù)表由鏈路地址、發(fā)送方標(biāo)識、接受方標(biāo)識、協(xié)議版本、操作類型、對象標(biāo)識及消息內(nèi)容7部分構(gòu)成，如圖3所示。信息幀數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與國標(biāo)GB 25280—2016《道路交通信號控制機(jī)》附錄A、原行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)第6章信息格式協(xié)調(diào)一致。

標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)一步詳細(xì)規(guī)定了校驗(yàn)對象、校驗(yàn)方式與計(jì)算過程，其中，校驗(yàn)碼為2個(gè)字節(jié)，采用標(biāo)準(zhǔn)的CRC16校驗(yàn)方式，生成多項(xiàng)式為X 16+X 15+X 2+1，初始值為0xFFFF，結(jié)果異或值為0x0000，生成校驗(yàn)碼的校驗(yàn)對象為數(shù)據(jù)幀中除首尾的幀開始和幀結(jié)束字符外的所有字節(jié)?？刹僮餍詮?qiáng)，更利于實(shí)際應(yīng)用。

3.3 分類規(guī)范檢測器感知數(shù)據(jù)

標(biāo)準(zhǔn)明確了信號控制所需的交通流信息、通行狀態(tài)信息、車輛身份信息、異常事件信息、非機(jī)動(dòng)車檢測信息、行人檢測信息等六類感知數(shù)據(jù)，涵蓋通信鏈路監(jiān)測、設(shè)備管理、檢測數(shù)據(jù)3大類，13小類，共92項(xiàng)數(shù)據(jù)，支撐交通感控一體化、交通控制智能化。

3.3.1 通信鏈路監(jiān)測

通信鏈路監(jiān)測用于雙方連接的建立與維護(hù)，包括連接請求與應(yīng)答、心跳查詢與應(yīng)答2小類。在脫機(jī)狀態(tài)下，檢測器主動(dòng)發(fā)起連接請求，收到交通信號控制機(jī)應(yīng)答后成功建立連接。在聯(lián)機(jī)狀態(tài)下，交通信號控制機(jī)主動(dòng)發(fā)送心跳查詢，收到檢測器應(yīng)答后完成連接維護(hù)。

3.3.2 設(shè)備管理

設(shè)備管理實(shí)現(xiàn)了雙方配置參數(shù)、運(yùn)行狀態(tài)等數(shù)據(jù)的交互與管理，包括設(shè)備時(shí)間、串口通信參數(shù)、以太網(wǎng)通信參數(shù)、車輛檢測器配置參數(shù)、車輛檢測器工作狀態(tài)等5小類，用于規(guī)范雙方數(shù)據(jù)通信建立過程，規(guī)定車輛檢測器上報(bào)數(shù)據(jù)內(nèi)容，監(jiān)控車輛檢測器運(yùn)行狀態(tài)，如圖4所示。

（1）設(shè)備時(shí)間。數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性要求雙方對時(shí)一致，因此交通信號控制機(jī)可查詢、設(shè)置車輛檢測器時(shí)間，而車輛檢測器主動(dòng)上報(bào)設(shè)備時(shí)間。

（2）串口通信參數(shù)。當(dāng)雙方使用串行通信進(jìn)行數(shù)據(jù)交互時(shí)，通過該參數(shù)查詢、設(shè)置對方串行通信參數(shù)，包括波特率等。

（3）以太網(wǎng)通信參數(shù)。當(dāng)雙方使用以太網(wǎng)通信進(jìn)行數(shù)據(jù)交互時(shí)，通過該參數(shù)查詢、設(shè)置對方以太網(wǎng)通信參數(shù)，包括IP地址、端口號等。

（4）車輛檢測器配置參數(shù)。包括設(shè)備制造廠商、設(shè)備型號、檢測器類型、檢測項(xiàng)目、數(shù)據(jù)上傳周期等。其中，檢測項(xiàng)目參數(shù)定義了車輛檢測器能夠檢測的數(shù)據(jù)項(xiàng)，數(shù)據(jù)上傳周期定義了實(shí)時(shí)信息上傳周期與統(tǒng)計(jì)周期，與檢測數(shù)據(jù)相對應(yīng)。

（5）車輛檢測器工作狀態(tài)。包括各檢測通道的運(yùn)行狀態(tài)，當(dāng)車輛檢測器工作狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)應(yīng)主動(dòng)上傳工作狀態(tài)消息。

3.3.3 檢測數(shù)據(jù)

為了實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的系統(tǒng)化管理和分析，標(biāo)準(zhǔn)從時(shí)間維度對檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行了劃分，包括實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)3類，按照實(shí)時(shí)信息上傳周期或統(tǒng)計(jì)周期主動(dòng)上傳。為了實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的靈活處理和應(yīng)用，標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)檢測方式對檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行了劃分，包括交通流信息、通行狀態(tài)信息、車輛身份信息、異常事件信息、非機(jī)動(dòng)車檢測信息、行人監(jiān)測信息6類，如圖5所示。

（1）交通流信息，為檢測器某個(gè)點(diǎn)位的交通檢測數(shù)據(jù)。包括交通流量、時(shí)間占有率、車輛速度、車輛長度、車頭時(shí)距、車輛占有信息等。其中，車輛占有信息是交通流實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的重要組成，是指檢測器單位檢測時(shí)間內(nèi)檢測區(qū)域是否被車輛占有的狀態(tài)，以16進(jìn)制按位存儲，按實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)上傳周期主動(dòng)上報(bào)。

（2）通行狀態(tài)信息，為檢測器某個(gè)檢測區(qū)域內(nèi)的檢測數(shù)據(jù)。主要包括通道車輛數(shù)、空間占有率、排隊(duì)長度、頭車位置、末車位置、平均車速、頭車速度、末車速度、車間間距等信息。

（3）車輛身份信息，為實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，車輛檢測器在檢測到車輛身份信息后主動(dòng)上傳。包括電子身份、號牌號碼、號牌種類、車輛類型等。

（4）異常事件信息，為實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，是與交通信號控制相關(guān)的事件類型信息。包括排隊(duì)超限、排隊(duì)溢出、交叉口阻塞3種。

（5）非機(jī)動(dòng)車檢測信息，為非機(jī)動(dòng)車等待區(qū)內(nèi)的檢測數(shù)據(jù)。包括非機(jī)動(dòng)車數(shù)量、非機(jī)動(dòng)車占有率等。

（6）行人檢測信息，按檢測區(qū)域劃分，可分為等待區(qū)行人檢測信息與人行橫道線行人檢測信息。其中，等待區(qū)行人檢測信息包括行人數(shù)量、行人占有率與行人等待時(shí)間等，人行橫道線行人檢測信息包括行人數(shù)量、行人占有率、上行方向人數(shù)與下行方向人數(shù)等。

3.4 分類規(guī)范檢測器主流類型

結(jié)合多樣化的交通應(yīng)用場景，標(biāo)準(zhǔn)區(qū)別規(guī)范了交通信號控制機(jī)與機(jī)動(dòng)車檢測器、非機(jī)動(dòng)車檢測器之間的通信，首次拓展規(guī)范了交通信號控制機(jī)與行人檢測器間的通信，豐富了現(xiàn)有交通優(yōu)化應(yīng)用場景。

結(jié)合車輛檢測器的應(yīng)用現(xiàn)狀，標(biāo)準(zhǔn)不僅優(yōu)化了交通信號控制機(jī)與傳統(tǒng)車輛檢測器間數(shù)據(jù)交互，如線圈檢測器、地磁檢測器、視頻檢測器等，還進(jìn)一步細(xì)化規(guī)范了交通信號控制機(jī)與已規(guī)模應(yīng)用的新型感知設(shè)備間的數(shù)據(jù)交互，如超聲波檢測器、微波斷面檢測器、多目標(biāo)雷達(dá)檢測器、RFID檢測器等，涵蓋現(xiàn)有主流檢測設(shè)備類型，指導(dǎo)交通檢測器設(shè)備廠商產(chǎn)品研發(fā)，如圖6所示。

4 結(jié)語

GB/T 43229—2023分類規(guī)范了檢測器感知數(shù)據(jù)，統(tǒng)一制定了檢測器通信規(guī)則，為實(shí)現(xiàn)交通流可見、交通狀態(tài)可認(rèn)知、智能化控制可實(shí)施提供了標(biāo)準(zhǔn)化的數(shù)據(jù)支撐，有效推進(jìn)城市交通感控一體化融合，持續(xù)提升城市交通管控智能化水平。