引言
在全球经济一体化背景下，城市人口不断增加，人和货物的流动性变得更强人对城市交通管理提出更高的要求。随着机动车数量的不断增长，城市越来越拥挤，交通堵塞也就成了家常便饭，由此导致长距离出行、能源消耗、环境污染、交通事故频繁等一系列社会问题。一开始，以公路的拓宽方式来提高城市的交通状况，但这种办法，却是治标不治本。在当今的电子科技飞速发展的情况下，在城市各个大小不同的交通路口上都设置信号灯，以保证道路的正常运行。由于交通信号的显示方式要与交通规则相一致，因此如何实现对其进行有效的控制是一个非常重要的问题。
1 交通信号控制系统设计架构
本文介绍一种基于数字信号处理、网络通信和自动控制的城市小规模道路信号管理系统，它是通过一种特殊的控制系统来满足交通管制的要求。该系统主要由前、后端两大部分组成。在该系统的前端，包括三个模块：交通信号调度，交通量调查装置，网络传输装置。后端软件系统划分成多个不同的功能模块，实现不同的信号处理方式[1]。
1.1 硬体系统
1.1.1信号机与控制机
在每一个城市小规模十字路口，都有一个单一的信号设备来维持某一特定的路口的交通。将多个单一的单站信号装置整合在一起，形成一个区域性的控制结点，以达到对区域内的交通信号进行统一管理。各分区控制结点都连接到总开关上。这样既能缓解分区控制结点的负荷，又能提高系统的可靠性。若某一小规模路口的中心电脑出现故障，则不会对其它小规模路口造成影响。
1.1.2服务器系统
根据其作用，可以将其划分为：应用服务器、数据服务器、地理信息系统、传输和备份服务器。而在这个系统中，最重要的一环就是数据服务器，它的作用就是处理一些城市小规模交通流量。交叉口设备运行状态、同步参数、同步线路及控制等进行管理。为此，提出“双机热备”的热处理方式。若主数据服务器发生故障或停机，备份数据服务器会即时替换主机伺服器，以保证数据的连续及系统的可用性[2]。
1.1.3 网络传输系统
从总体上讲，整个网络系统采用星形分布，以主交换器为中心，并可按要求在底层再加入交换节点。基于串行总线的信号机的现场硬件设备来实现近距离的数据传送，但是，地区分调员及以上的网络需要与网络相连，而远距离通讯则采用光导纤维数据传送技术。
1.2 软件系统
整个体系结构分为三层：数据层、交换层和应用层。数据层是一个数据库服务器，用于存储各种类型的数据，并在此基础上建立各功能层。交换层主要由核心交换机、路由器和网络等构成，是中层通讯的主体[3]。其中，应用层是目前最高级的软件体系，能够为用户提供多样化的功能选项菜单，满足城市小规模路口交通信号的各种服务需求。
1.2.1运行环境系统软体
环境包含作业系统，资料库，GIS及开发工具。服务器操作系统可以采用Windows Server 2022 Standard，数据库可以采用MySQL的批量存储和事务性操作，从而实现大型的分布式存储。系统设计可以使用微软的Microsoft Visual Studio 2022和PL/SQL Developer（所有的软件均工作于千兆以太网的网络中）。
1.2.2开发思路软件系统
在此基础上，提出一种基于模块化的概念，即把系统划分成若干个独立的模块，并分别对各个模块进行测试。在此基础上，结合城市道路交叉口的实际情况，将其划分为数据库系统，TGIS控制组件，通讯协议转换服务，MC服务程序，以及终端平台。
1.3 主要功能模块的设计
1.3.1显示控制台
“显示控制台”就是一个综合信息显示控制台，作为城市小规模道路交叉路口的一个重要部件，起到显示、控制的作用。对于显示部分，必须有至少三个显示屏，以满足交通指示要求，路面管理状态的显示以及数据的统计显示。该传送信号显示装置能对使用者目前的通讯状况进行动态显示，也能根据目前的通讯流量对一段时期的通讯流量进行预测。在此基础上，对各个小规模路口的信号灯进行优化，使其能够更好地满足实际的交通疏导要求。在显示平台上基本实现以地理信息系统为基础的交通地图。地理信息系统可以实现对目标的定位，实时导航，查询位置，查找路径，为城市小规模交通管理工作提供基本的数据支撑。
2.倒计时管理台
倒计时管理台采用7个LED灯，在时钟的各个方向上分别设定2个7段数码管来显示时间。将7个二极管的公共端与共阳极相连，使数码管选择信号与FPGA的输入/输出端相连。位选信号就是对数码管进行选取，选取的数码管将相应的数值显示出来，其他的则不显示；段选择信号是用来控制数字管上0-9的数字来进行整个系统的分阶段控制，我们将一天分为高峰、平缓期和低谷期，每天七到九点和十七到十九点是高峰期，零到六点是低谷期，其余的时候都是平缓期，一次循环中，城市各个小规模的路口各个时间段的黄灯都是5秒。在平缓期间，主要道路的直行和绿灯持续时间分别为45秒、20秒。分岔路的直行和右拐的时间分别为25秒和10秒；在交通高峰时段，主要道路的直行和右拐的时间分别为60秒、35秒、分岔路45秒、20秒；在交通低谷期主要道路的直行和右拐的时间分别是20秒、10秒、分岔路15秒、5秒。
3.扩展台
该系统由多源视频监控画面、多源违规监控画面、集成信息发布画面三部分组成。其中，多源视频监测系统实现对视频数据的获取与实时遥控。向交警部门提供更加可信的证据。通过本项目的研究，能够对来自交警、执法人员、手持设备、安全模块等多种渠道的违规行为进行有效的综合管理，为用户提供精确的、模糊的查询，提升信息的检索效率。其中，信息分配屏幕实现交通信息的动态发布，而设备支撑模块则是LED分布屏幕，为交通参与者提供实时的路况信息。
4 业务架构设计
从城市小规模交通管理的建设、管理、应用、维护三个方面出发，将城市小规模道路交通管理服务设计划分为两个主要的服务区域：交通基础设施建设与维护、交通秩序优化管理指挥中心。
4.1基础设施建设维护
建设与维修工作是分分队或旅的秩序部进行的。将信号管理系统划分为信息系统和公路系统两部分。信息体系结构由前端、网络、后端三部分组成。前端是信号灯、信号机和交通信息的获取设备，后端是一个服务器器和一个信号处理平台。包含交通标识，也指交通安全设施，例如护栏等。
4.2 交通秩序优化管理指挥中心
本项目以交通监测和视频巡查为研究对象，以大数据分析为手段，开展数据模型构建、应用、交通失衡、超载、拥堵等问题诊断和成因分析。在交通组织设计方面，可采用渠道优化、可变区段、潮汐带等方法解决。针对频发的道路交通拥挤问题，研究人员往往把交通控制和信号灯控制两个方面进行综合，以减少拥堵，并对优化结果进行评价。
结语：
随着我国正处于快速城镇化阶段，汽车数量将持续增长，城市小规模交通信号控制系统的设计将会得到更大的开展。随着人工智能、5 G、物联网等技术的不断发展，城市道路小规模路口的信号管理将逐渐向智能化方向发展，逐渐成为“智慧城市”、“智慧交通”的一个重要促进力量。
参考文献:
[1]肖滨.人工智能在信号控制系统的应用[J].交通与运输,2024,40(02):62-67.
[2]张守璞.5G时代智慧交通信号控制系统优化及其对交通流的影响分析[J].信息与电脑(理论版),2024,36(05):191-193.
[3]尹延龙,丁瑞好,董铮.基于树莓派的交通灯实时控制系统设计[J].电子制作,2024,32(02):89-93.
[4]王长远.车联网技术在智能交通信号控制系统中的应用与优化[J].运输经理世界,2024,(01):128-130.