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摘 要：随着智能交通及互联网+的深度发展及融合，城市道路交通信号机实现联网联控的比例越来越高，远程管理功能更加普遍。更进一步，需系统化的研究信号机在互联网+业态下更智能化的维护体系及方法。本文采用电控锁的远程管理系统实现对信号机机柜的远程开关控制，通过故障问题的远程专业分析及现场显示和处理反馈来实现信号机的快速维护；通过信号机黄闪模块与主控模块的分时管控，实现信号机程序基于互联网及串行总线的远程、无需熄灯的升级优化。
关键词：信号机；互联网+；维护；电控锁；程序升级
中图分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号： 2095-859（2016） 06-731-04电子科学技术 URL： http//www.china-est.com.cn DOI： 10.16453/j.issn.2095-8595.2016.06.015
引言
信号机用来控制道路交通信号灯的运行及红黄绿灯色切换，是道路交通系统的核心控制装置。基于信息化和网络化的发展，智能交通的发展也进入一个新的发展阶段[1]，其联网联控功能的实现也越来越重要[2-3]。随着我国道路交通系统的快速发展，信号机应用的范围和数量越来越多，其持续维护的工作量也越来越大，对服务人员的技术要求也更高，因此需研究信号机的现场快速维护方法、现场维护人员无较好的信号机技术基础条件下的维护措施。随着交通信号控制要求的精细化发展，以及信号机自身控制策略的持续改进和软件的进一步优化，信号机程序也需持续更新，以适应交通信号控制要求的不断提高。当前信号机程序更新多数采用现场下载升级的方式，需安排大量的维护人员前往各个路口进行更新，对维护人员的技术要求较高，各路口往返、开关机柜等工作耗时长，升级程序时对信号机进行断电操作也影响路口的交通运行，此种方法维护成本太高。
本文在模块化设计道路交通信号机系统架构的基础上，研究了基于互联网+的现场维护体系，对信号机电控锁的设计与联网结合起来，实现对机柜门的远程控制管理；通过远程对信号机故障信息的分析，将故障解决方法实时显示在信号机显示屏上，便于现场维护人员的快捷处理。研究了基于互联网+的远程升级方法，对于可以通過升级程序解决的信号机相关问题，可以直接远程实现系统的维护。基于互联网+的现场及远程维护方法可以极大的提高信号机的维护效率，节约维护成本，降低对道路交通的影响。
1 信号机系统架构
为实现道路交通信号机的便捷加工、维护，信号机采用模块化的系统连接架构以及可热插拔的硬件及结构设计，便于各模块的批量化生产及维护。如图1所示，信号机内部采用双路RS485总线，实现主控模块与其他模块的通信连接。RS485总线是一种差分式工业应用总线，具有抗干扰能力强，传输速度快、安全可靠等优点，比较适用于信号机等可靠性要求高的工业设备。
信号机主控模块与驱动模块采用独立的一路RS485总线，以确保交通信号控制的可靠性；驱动模块采用模块化的设计思路，每个驱动模块可接4个信号灯组，便于根据信号灯个数实现驱动模块的自由扩展。主控模块通过另一路RS485总线实现与电控锁管理模块等其他非驱动模块的通信连接，实现对机柜门的安全管理。主控模块通过以太网连接至交通信号控制的局域网，并实现与后台管理中心的信息交互。主控模块通过RS232与显示屏及按键模块连接，可实时显示信号机的故障状态、维护方法等信息，并可通过按键使信号机处于特定的调试等状态。该系统架构可方便信号机各模块的维护及更换。
2 基于互联网+的信号机故障现场维护
信号机的现场维护通过后台专业技术人员的分析和现场维护人员的调试来实现。在信号机某个电路板出现通信故障、控制开关故障等[4]以及部分信号灯或接线错误[5]需要现场排查时，后台技术人员通过获取信号机的历史及实时运行及故障状态，分析故障产生的原因，并发送显示在信号机显示屏上；并根据现场需求远程打开电控锁，现场维护人员无需其他测试设备及专业技术即可实现对信号机的基本维护。
2.1 基于互联网+的信号机电控锁管理
信号机采用电控锁及模块化热插拔式的管理及控制，通过电控锁，可实现对信号机的更安全保护以及远程开关机柜门的控制，其控制流程如图2，电控锁管理模块根据主控模块发出的命令信息，直接控制信号机前/后门电控锁的开关管理，可实现通过后台远程管理信号机机柜门。这样可安排就近人员快速前往现场进行故障排查及处理。
2.2 基于互联网+的信号机故障现场处理
结合信号机可热插拔的模块化结构设计，维护人员通过显示屏和按键模块可实现信号机的故障快速定位及调试。信号机主控模块可实时输出故障信息给后台，并显示在显示屏上，通过后台管理中心专业技术工程师的进一步分析，可将故障维护方法输出显示在显示屏界面上，现场维护人员可直接按照显示屏的指示进行故障排除，如通信故障时将驱动模块重新插紧，驱动模块灯组输出故障，则更换相应的备用驱动模块，并根据故障的处理情况，决定继续运行原信号机方案、降级方案或者进行故障黄闪；并通过按键将处理结果发送给后台管理中心，以备故障及维护信息的保存以及后期的故障继续排查。
信号机显示屏及按键结构如图3所示，显示屏的故障信息可显示当前信号机检测到的故障类型及说明；故障处理方法为通过后台管理中心发送出的专业技术工程师的分析处理方法；故障处理结果用来显示故障是否处理完成，是否需要后期继续进行处理。通过不同的按键可进行各种工作状态的切换，如通过调试按键可使信号机忽略各种故障信息仍保持正常运行，以方便现场在线调试；通过降级按键，可使信号机降级至备用方案或者黄闪状态；反馈按键则用于调试后，反馈给后台管理中心调试的结果，运行正常、降级运行、需专业人员继续维护等选项；切换和OK键用于信息的切换选择。
3 基于互联网+的信号机远程升级 信号机维护的一部分工作为用于信号机软件故障或者功能新需求而要求升级信号机程序，由于信号机模块较多，现场程序升级的维护量也非常大。本文通过以太网实现对信号机各程序的远程升级维护，针对信号机各模块CPU芯片的不同，分别采用备份程序更新及全新刷新的方式；为确保路口交通信号的运行，驱动模块与黄闪模块采用分时更新的方法，驱动模块更新时，信号灯处于独立黄闪状态，并且所有驱动模块可同时更新。
主控模块采用大容量系统内存以及基于操作系统的CPU主芯片及配置，可直接通过以太网发送程序至其备份区，进而远程控制其软重启及新程序的执行，完成对主控模块的程序更新。同时，主控模块可接收并储存后台发送的驱动模块及独立黄闪模块的程序，并通过RS485总线发送给需升级的模块。驱动模块及独立黄闪模块为嵌入式系统，其程序的更新需采用重新刷新覆盖的方式完成，然后通过主控模块发送的RS485协议指令实现模块的软重启。
信号机远程的更新流程如图4所示，为保证信号机升级时对路口交通状况的影响最小，主控模块在程序升级前，先发送控制命令，使独立黄闪模块控制信号灯进入黄闪运行状态。黄闪运行正常后，后台首先更新主控模块程序，并完成主控模块的软重启；其次将驱动模块及独立黄闪模块程序发送给主控模块，并保存，由主控模块通过RS485总线同时更新所有驱动模块程序，然后通过RS485协议指令软重启所有驱动模块。由于软件更新需传输的数据量较大，为了软件更新的可靠性，主控模块和驱动模块更新并检测正常后，先由主控模块控制驱动模块进行黄闪控制而非正常工作，然后再读取后台发送的独立黄闪模块程序并开始更新，最后进行模块的软重启并验证。所有模块程序更新并验证结束后，信号机进入正常的相位控制状态。
为保证程序更新的准确性，在程序更新前，由后台配置软件读取信号机各模块的软件版本，并与待更新的版本对比，若程序为同一系列信号机的程序且版本序号更新，则支持更新，否则禁止程序的更新。当然，后台也可根据实际版本，仅单独更新主控模块、所有驱动模块、独立黄闪模块中的某一类程序。本更新方法较好的实现了信号机程序的远程、快速更新，效率更高、维护成本低、对路口交通的影响小。
4 总结
本文基于信号机的智能发展以及与互联网+技术融合，深入分析了信号机的架构组成，设计了信号机的模块化构成方法；针对信号机故障处理特点，设计了基于电控锁的机柜门管理模块，并可通过显示屏及后台管理中心实时显示故障及维护信息的处理方法，便于模块化信号机的快速维护；针对信号机模块构成较多，程序升级复杂的问题，设计了远程更新信号机程序的处理流程，極大地降低了信号机维护的工作量及成本；通过上述方法，很好地实现了本地与远程结合的基于互联网+的信号机维护系统。
参考文献
王国锋，宋鹏飞，张蕴灵. 智能交通系统发展与展望[J]. 公路， 2012（5）：217-222.
徐辉. 联网联控交通信号远程控制系统的设计与实现[D]. 杭州：浙江工业大学， 2014.
顾九春，石建军，于泉，王磊. 通过网络互联技术实现城市交通信号灯的控制与管理[J]. 中国交通信息产业， 2004（11）：80-82.
史忠科，陈小锋，赵凯. 一种智能交通信号控制机的设计与实现[J]. 计算机应用研究， 2004（8）：145-147.
方学新，何广进，胡家彬，严晓东. 交通信号机的信号灯故障检测技术研究[J]. 道路交通与安全， 2009（2）：33-36.
关键词：信号机；互联网+；维护；电控锁；程序升级
中图分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号： 2095-859（2016） 06-731-04电子科学技术 URL： http//www.china-est.com.cn DOI： 10.16453/j.issn.2095-8595.2016.06.015
引言
信号机用来控制道路交通信号灯的运行及红黄绿灯色切换，是道路交通系统的核心控制装置。基于信息化和网络化的发展，智能交通的发展也进入一个新的发展阶段[1]，其联网联控功能的实现也越来越重要[2-3]。随着我国道路交通系统的快速发展，信号机应用的范围和数量越来越多，其持续维护的工作量也越来越大，对服务人员的技术要求也更高，因此需研究信号机的现场快速维护方法、现场维护人员无较好的信号机技术基础条件下的维护措施。随着交通信号控制要求的精细化发展，以及信号机自身控制策略的持续改进和软件的进一步优化，信号机程序也需持续更新，以适应交通信号控制要求的不断提高。当前信号机程序更新多数采用现场下载升级的方式，需安排大量的维护人员前往各个路口进行更新，对维护人员的技术要求较高，各路口往返、开关机柜等工作耗时长，升级程序时对信号机进行断电操作也影响路口的交通运行，此种方法维护成本太高。
本文在模块化设计道路交通信号机系统架构的基础上，研究了基于互联网+的现场维护体系，对信号机电控锁的设计与联网结合起来，实现对机柜门的远程控制管理；通过远程对信号机故障信息的分析，将故障解决方法实时显示在信号机显示屏上，便于现场维护人员的快捷处理。研究了基于互联网+的远程升级方法，对于可以通過升级程序解决的信号机相关问题，可以直接远程实现系统的维护。基于互联网+的现场及远程维护方法可以极大的提高信号机的维护效率，节约维护成本，降低对道路交通的影响。
1 信号机系统架构
为实现道路交通信号机的便捷加工、维护，信号机采用模块化的系统连接架构以及可热插拔的硬件及结构设计，便于各模块的批量化生产及维护。如图1所示，信号机内部采用双路RS485总线，实现主控模块与其他模块的通信连接。RS485总线是一种差分式工业应用总线，具有抗干扰能力强，传输速度快、安全可靠等优点，比较适用于信号机等可靠性要求高的工业设备。
信号机主控模块与驱动模块采用独立的一路RS485总线，以确保交通信号控制的可靠性；驱动模块采用模块化的设计思路，每个驱动模块可接4个信号灯组，便于根据信号灯个数实现驱动模块的自由扩展。主控模块通过另一路RS485总线实现与电控锁管理模块等其他非驱动模块的通信连接，实现对机柜门的安全管理。主控模块通过以太网连接至交通信号控制的局域网，并实现与后台管理中心的信息交互。主控模块通过RS232与显示屏及按键模块连接，可实时显示信号机的故障状态、维护方法等信息，并可通过按键使信号机处于特定的调试等状态。该系统架构可方便信号机各模块的维护及更换。
2 基于互联网+的信号机故障现场维护
信号机的现场维护通过后台专业技术人员的分析和现场维护人员的调试来实现。在信号机某个电路板出现通信故障、控制开关故障等[4]以及部分信号灯或接线错误[5]需要现场排查时，后台技术人员通过获取信号机的历史及实时运行及故障状态，分析故障产生的原因，并发送显示在信号机显示屏上；并根据现场需求远程打开电控锁，现场维护人员无需其他测试设备及专业技术即可实现对信号机的基本维护。
2.1 基于互联网+的信号机电控锁管理
信号机采用电控锁及模块化热插拔式的管理及控制，通过电控锁，可实现对信号机的更安全保护以及远程开关机柜门的控制，其控制流程如图2，电控锁管理模块根据主控模块发出的命令信息，直接控制信号机前/后门电控锁的开关管理，可实现通过后台远程管理信号机机柜门。这样可安排就近人员快速前往现场进行故障排查及处理。
2.2 基于互联网+的信号机故障现场处理
结合信号机可热插拔的模块化结构设计，维护人员通过显示屏和按键模块可实现信号机的故障快速定位及调试。信号机主控模块可实时输出故障信息给后台，并显示在显示屏上，通过后台管理中心专业技术工程师的进一步分析，可将故障维护方法输出显示在显示屏界面上，现场维护人员可直接按照显示屏的指示进行故障排除，如通信故障时将驱动模块重新插紧，驱动模块灯组输出故障，则更换相应的备用驱动模块，并根据故障的处理情况，决定继续运行原信号机方案、降级方案或者进行故障黄闪；并通过按键将处理结果发送给后台管理中心，以备故障及维护信息的保存以及后期的故障继续排查。
信号机显示屏及按键结构如图3所示，显示屏的故障信息可显示当前信号机检测到的故障类型及说明；故障处理方法为通过后台管理中心发送出的专业技术工程师的分析处理方法；故障处理结果用来显示故障是否处理完成，是否需要后期继续进行处理。通过不同的按键可进行各种工作状态的切换，如通过调试按键可使信号机忽略各种故障信息仍保持正常运行，以方便现场在线调试；通过降级按键，可使信号机降级至备用方案或者黄闪状态；反馈按键则用于调试后，反馈给后台管理中心调试的结果，运行正常、降级运行、需专业人员继续维护等选项；切换和OK键用于信息的切换选择。
3 基于互联网+的信号机远程升级 信号机维护的一部分工作为用于信号机软件故障或者功能新需求而要求升级信号机程序，由于信号机模块较多，现场程序升级的维护量也非常大。本文通过以太网实现对信号机各程序的远程升级维护，针对信号机各模块CPU芯片的不同，分别采用备份程序更新及全新刷新的方式；为确保路口交通信号的运行，驱动模块与黄闪模块采用分时更新的方法，驱动模块更新时，信号灯处于独立黄闪状态，并且所有驱动模块可同时更新。
主控模块采用大容量系统内存以及基于操作系统的CPU主芯片及配置，可直接通过以太网发送程序至其备份区，进而远程控制其软重启及新程序的执行，完成对主控模块的程序更新。同时，主控模块可接收并储存后台发送的驱动模块及独立黄闪模块的程序，并通过RS485总线发送给需升级的模块。驱动模块及独立黄闪模块为嵌入式系统，其程序的更新需采用重新刷新覆盖的方式完成，然后通过主控模块发送的RS485协议指令实现模块的软重启。
信号机远程的更新流程如图4所示，为保证信号机升级时对路口交通状况的影响最小，主控模块在程序升级前，先发送控制命令，使独立黄闪模块控制信号灯进入黄闪运行状态。黄闪运行正常后，后台首先更新主控模块程序，并完成主控模块的软重启；其次将驱动模块及独立黄闪模块程序发送给主控模块，并保存，由主控模块通过RS485总线同时更新所有驱动模块程序，然后通过RS485协议指令软重启所有驱动模块。由于软件更新需传输的数据量较大，为了软件更新的可靠性，主控模块和驱动模块更新并检测正常后，先由主控模块控制驱动模块进行黄闪控制而非正常工作，然后再读取后台发送的独立黄闪模块程序并开始更新，最后进行模块的软重启并验证。所有模块程序更新并验证结束后，信号机进入正常的相位控制状态。
为保证程序更新的准确性，在程序更新前，由后台配置软件读取信号机各模块的软件版本，并与待更新的版本对比，若程序为同一系列信号机的程序且版本序号更新，则支持更新，否则禁止程序的更新。当然，后台也可根据实际版本，仅单独更新主控模块、所有驱动模块、独立黄闪模块中的某一类程序。本更新方法较好的实现了信号机程序的远程、快速更新，效率更高、维护成本低、对路口交通的影响小。
4 总结
本文基于信号机的智能发展以及与互联网+技术融合，深入分析了信号机的架构组成，设计了信号机的模块化构成方法；针对信号机故障处理特点，设计了基于电控锁的机柜门管理模块，并可通过显示屏及后台管理中心实时显示故障及维护信息的处理方法，便于模块化信号机的快速维护；针对信号机模块构成较多，程序升级复杂的问题，设计了远程更新信号机程序的处理流程，極大地降低了信号机维护的工作量及成本；通过上述方法，很好地实现了本地与远程结合的基于互联网+的信号机维护系统。
参考文献
王国锋，宋鹏飞，张蕴灵. 智能交通系统发展与展望[J]. 公路， 2012（5）：217-222.
徐辉. 联网联控交通信号远程控制系统的设计与实现[D]. 杭州：浙江工业大学， 2014.
顾九春，石建军，于泉，王磊. 通过网络互联技术实现城市交通信号灯的控制与管理[J]. 中国交通信息产业， 2004（11）：80-82.
史忠科，陈小锋，赵凯. 一种智能交通信号控制机的设计与实现[J]. 计算机应用研究， 2004（8）：145-147.
方学新，何广进，胡家彬，严晓东. 交通信号机的信号灯故障检测技术研究[J]. 道路交通与安全， 2009（2）：33-36.