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信號機統一管控的三層境界 | 從統一認識到統一協議

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信號機統一管控的三層境界 | 從統一認識到統一協議

發布日期:2020-11-26 作者: 點擊:

據2019年交通信號機市場研究報告顯示,全國城市中使用2種品牌的最為普遍,達到38.8%,使用三種及以上品牌的合計占27%,甚至在調研中有地市涉及到的信控品牌在20種以上。

造成這種局面一般有兩類原因,一類是由于歷史原因,不同時期、不同建設單位采用了不同的信號機品牌,另一類是用戶考慮到競爭機制和更優的性價比而引入了不同的廠家。

隨著交通擁堵的不斷加劇,交管業務的不斷拓展,城市里良莠不齊的信號機就成為了城市交通治理的羈絆。

雖然行業內有三部標準(《GB/T 20999-2017交通信號控制機與上位機間的數據通信協議》(以下簡稱GB/T20999-2017),《GB 25280-2016 道路交通信號控制機》(以下簡稱GB25280-2016),《GA/T 1049.2-2013 公安交通集成指揮平臺通信協議 第2部分:交通信號控制系統》(以下簡稱GA/T1049.2-2013))規定了信號控制系統的通信協議,但是由于行業缺乏信控系統技術功能的統一認識,各企業對通信協議的理解不同,不同品牌信號機無法徹底跨越障礙實現統一管控。

在現有的技術條件下,信號控制系統承擔著指揮城市交通運行的主要角色,交警可以利用該系統對不同路口、路段、區域的交通流實施疏導或限制。

面對多品牌混雜的信號機分布和復雜的交管需求,交警需要多人操作多平臺、或在每個路口人工控制來彌補無法統一管控帶來的問題,因此也難以在不同品牌信號機之間實現智能控制。

正因為如此,統一管控的呼聲越來越高,與其說這是一種趨勢,不如說這是一個必須克服的問題。

論統一管控的三層境界

在談論統一管控前,有些概念需要統一。

目前大部分用戶期望的統一管控是不同品牌的信號機直接接入統一管控平臺,這種統一管控是甲信號機→乙平臺的直連方式;而目前大部分企業實現的統一管控是甲信號機→甲平臺→乙平臺的間接連接方式。

這是兩種不同的統一管控概念,本文稱第一種為直連統一管控,第二種為間接統一管控。

之所以會出現兩類統一管控方式,是因為我們談論的信號控制系統通訊協議也有兩類。

一類是設備與平臺的通訊協議,直連統一管控采用的就是這類協議。

這類協議規定了信號機與上位機間的數據通訊消息結構,如聯機、交通流信息、信號機工作狀態、燈色狀態、配時方案等對象消息結構。各通訊消息沒有業務屬性,要實現各項業務需要理解各個對象的含義與關聯,將不同的對象消息組合使用。我們常常談論的GB25280-2016和GB∕T 20999-2017都屬于這類協議。

另一類是平臺與平臺的通訊協議,間接統一管控采用的就是這類協議。

這類協議也可以稱為API(Application Programming Interface,應用程序接口),是一類與業務功能相關的協議或函數,例如接收信號機實時燈態、下發信號機方案、設置信號機控制模式等功能接口,開發者無需理解第三方系統的內部工作機制就可以實現相應業務功能??梢愿?、更直接的對功能進行開發,例如GA/T 1049.2-2013,以及目前大部分廠家提供的協議都屬于這類。

明確了概念,下面談談我總結的統一管控的三層境界:

第一層境界:貌合神離。

采用間接統一管控的方式接入了第三方信號機,但只能查看燈態,做一些簡單的控制,接入后第三方信號機發揮的功能還不及原系統。雖然表面看起來實現了統一管控,但遇到一些復雜應用還是要切換到第三方平臺操作。造成這種情況一般有兩類原因,一類是統一管控平臺不愿意向第三方信號機開放高級功能,另一類是受限于通信協議只能實現基礎功能。

第二層境界:形神兼備。

采用間接或直連統一管控的方式接入第三方信號機,除了實現基礎功能外,還可以將統一管控平臺的智慧賦能給第三方信號機,例如提升原有功能的智能化水平,或新增更加智能的應用,實現原有系統的功能升級。要達到第二層境界可以在第一層境界的基礎上通過拓展通信協議來增加功能,或通過統一管控平臺適配第三方信號機的通信協議來直接接入第三方信號機。

第三層境界:求同存異。

采用直連統一管控的方式接入第三方信號機,不同品牌的信號機與上位機的通訊協議一致。這種方式真正將平臺與信號機解耦,在第二層境界的基礎上,軟件、硬件設備都可具有多個供貨商,系統不會受限于供貨商而導致軟硬件設備置換時與系統聯機的困難。

這層境界并不是要求所有品牌信號機都同質化,成為受控于平臺的裸機,而是分層、分級控制,共性與個性并存,有一定敏捷響應能力的邊緣系統。

標準協議應嚴格規定中心端控制所需的通信協議,例如路網、干線層面的協調控制參數,信號機嚴格按照平臺下發參數執行。

對于感應控制、主動公交優先、瓶頸控制這類需要邊緣敏捷響應的功能,平臺無需做到完全控制,只需要做到策略級控制,指定信號機需要執行的控制模式,具體的實現算法、控制邏輯由信號機自主實現,保留特色。

三層境界循序漸進,前兩層從功能上實現了統一管控,但還不是真正意義上的統一。而第三層境界統一了信號機與平臺的通訊協議,既從根本上實現了協議統一,也能保留了不同品牌信號機的特點。

統一管控平臺的建設思路

大部分用戶期望達到第三層境界,但現階段最終落地的往往是第二層境界。

這其中有2個主要原因:1、不同品牌的信號機與上位機的通訊協議不同,即便采用直連方式,統一管控平臺在對接不同品牌信號機時也要單獨開發適配器,一旦更換平臺需要重新開發適配器,達不到平臺與信號機解耦的效果;2、大部分信號機企業出于安全和市場保護的原因不愿意提供信號機與上位機的通信協議。

在對接方式上,一個好的間接統一管控平臺可以做到直連統一管控的大部分功能,例如不同品牌信號機的狀態監控、協調控制、勤務路線、故障報警等功能,且用戶在操作這些功能時不會感到兩者的差別。

現階段在信號機與上位機的通訊協議未統一的背景下,間接統一管控相比直連統一管控具有投入小、見效快、風險小的特點。

首先間接統一管控采用API協議,直接給出了各功能的調用接口,實現什么功能調用何種接口都比較明確,因此開發周期短、投入的開發人員也少;直連統一管控采用的協議包含各類對象,開發者需要先熟悉各類對象的含義以及關聯關系,才能開發相應功能,所以實現起來難度較大,周期較長。

一般間接統一管控的風險也要小于直連統一管控。

因為間接統一管控只是開放了系統功能接口,系統內部具有保護機制,不會因為上層平臺下發錯誤的消息而造成紅綠燈突然滅燈或黃閃、沖突等異常情況,一旦消息下發錯誤,會報錯并繼續運行原方案;而直連統一管控則是信號機把自身完全開放給了上層平臺,一旦開發中忽略了一些細節,例如忽略沖突通道,很可能一次偶然的錯誤操作會導致紅綠燈出現綠沖突,且故障排查對于平臺研發來說會相對困難。

這也是導致直連統一管控的聯調與測試時間一般較長的原因。

如果把間接統一管控比喻為在餐廳點菜,菜單就是信號機企業已經封裝好的各類功能,點餐者一目了然;直連統一管控就是不看菜單,看著原材料點菜,點餐者不但要想象點什么菜,還需要知道每道菜要什么原料,有了原料后怎么把菜做出來?,F階段不同餐廳同一道菜的原料和做法都可能不一樣。

因此,現階段建議采用間接統一管控的方式,重點關注應用功能的設計和實現,先統一各家對功能應用的認識,再到實現方式的認識,最后才是統一協議,走向第三層境界。

??的壳皩崿F了第二層境界,也在去年開始與地方政府合作向第三層境界探索。目前我們已經對接過20多家品牌的信號機或平臺,都是采用間接統一管控的方式實現的。

在面對諸多基于“相位—環”、“相位—階段”、“色步”等不同概念的信號機時,由于控制邏輯不同,有些字段并不是一一對應,存在控制邏輯轉換方面的障礙。

我們的信號控制系統將開放作為重要的技術理念,和NTCIP協議制定的目標一致,是確保交通控制與 ITS系統組成單元彼此之間的“互操作性”與“互換性”。

所謂“互操作性”,是指在通訊網絡內不同種類的系統之間可以相互引用對方提供的服務,這些系統不局限于信號控制系統,也包括其它ITS系統。

為了實現“互操作性”,我們全面革新了軟件研發的開發架構,不同行業的平臺按照一套標準、一套架構來開發,將應用組件化,組件服務化,每一個應用都可以對外提供服務接口。

這使得我們的系統不止可以提供基礎能力,高級應用的能力也可以按模塊提供,同時按照同樣標準開發的應用可以與我們的系統無縫銜接,系統具備更高的靈活性和開放性。

所謂“互換性”,是指軟件、硬件設備解耦,系統不會受限于品牌而導致軟硬件設備置換時與系統聯機的困難。

為了更好的實現“互換性”,我們開發了API網關組件,這是一個與??祵拥拈_發環境,規定了開發標準和接口,內置了GA/T 1049.2-2013協議,所有對接都在該組件中開發。

該組件為開發者提供各類封裝好的方法和接口,例如“相位-環”與“相位-階段”的轉換方法,開發者只需要關注協議內消息的轉換,而不需要了解平臺具體的業務實現細節,大大降低了開發門檻。

例如要實現下發配時方案,只需按照我們的接口規范填充所需的字段即可,開發者不需要了解平臺的實現細節,只會關注接口本身的調用。同時,按照同樣標準開發的對接組件可以復用于其它項目,減少重復開發工作。

我們今年會開放API網關組件,便于第三方對接我們的信號控制系統,調用我們的系統能力;同時在征得第三方廠家同意后,也會開放一些開發好的對接組件,用于在其它同類項目上與我們對接。

總結

統一管控不止是當前行業發展的趨勢,更是信號控制系統發展至今必須跨越的天塹。間接統一管控可以更好的關注功能應用,短期內可以緩解問題,但是要徹底解決這一問題還是要走向直連統一管控,從形神兼備走向求同存異。


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