《交通信號控制機與車輛檢測器間通信協(xié)議》-編制說明

PAGE2國家標(biāo)準《交通信號控制機與車輛檢測器間通信協(xié)議》編制說明標(biāo)準編制組2021年1月一、工作簡況1、任務(wù)來源《道路交通信號控制機與車輛檢測器間的通信協(xié)議》（GA/T920—2010）已經(jīng)頒布執(zhí)行10年，在規(guī)范交通信號控制產(chǎn)品之間的互聯(lián)互通方面起到了一定的積極作用。然而在標(biāo)準執(zhí)行過程中，相關(guān)的術(shù)語、交通信號控制機等國家標(biāo)準已經(jīng)重新進行制修訂，同時車輛檢測技術(shù)也在不斷發(fā)展和創(chuàng)新，如：基于視頻的交通狀態(tài)檢測器、基于RFID技術(shù)的車輛檢測器等。當(dāng)前車輛檢測器被廣泛應(yīng)用于我國各種道路交通信號控制場合，檢測器與交通信號控制機之間的數(shù)據(jù)交互至關(guān)重要。因此，十分有必要通過制定國家標(biāo)準，進一步對交通信號控制機與車輛檢測器間的通訊進行統(tǒng)一規(guī)范，充分適應(yīng)交通信號控制、車輛檢測技術(shù)發(fā)展的要求。2019年10月17日，國家標(biāo)準化管理委員會下發(fā)《關(guān)于下達2019第三批推薦性國家標(biāo)準計劃的通知》（國標(biāo)委發(fā)[2019]29號），由公安部交通管理科學(xué)研究所承擔(dān)國家標(biāo)準《交通信號控制機與車輛檢測器間通信協(xié)議》（項目計劃編號為20193358-T-312）的制定工作。起草單位情況標(biāo)準起草單位：公安部交通管理科學(xué)研究所，直屬于中華人民共和國公安部，是專門從事道路交通管理應(yīng)用技術(shù)研究的公益性科研機構(gòu)。在本標(biāo)準制定過程中，負責(zé)交通信號控制機與車輛檢測器間通信協(xié)議總體框架、通信要求、信息格式與消息內(nèi)容等工作，形成標(biāo)準征求意見稿標(biāo)準文本、編制說明。3、主要起草人及其所做的工作本標(biāo)準主要起草人：劉東波、樹愛兵、何廣進、楊光、徐棱、劉成生。各主要起草人所做工作見表1：表1標(biāo)準起草人主要工作分配序號起草人主要工作1劉東波負責(zé)標(biāo)準總體框架的確定和制定內(nèi)容的總體把握2何廣進負責(zé)標(biāo)準制定過程中有關(guān)事項的協(xié)調(diào)，標(biāo)準術(shù)語定義、通信規(guī)程的制定，參加編制說明的編寫工作3樹愛兵、楊光負責(zé)標(biāo)準范圍、信息格式、消息內(nèi)容以及附錄A通信規(guī)程、附錄B信息格式等內(nèi)容的制定，負責(zé)編制說明的編寫工作4徐棱、劉成生負責(zé)標(biāo)準通信協(xié)議物理層、網(wǎng)絡(luò)與傳輸層、應(yīng)用層定義，參加附錄B信息格式的編寫工作主要工作過程標(biāo)準內(nèi)容涉及道路交通信號控制機與車輛檢測器之間的通信，對于推進交通檢測設(shè)備接口標(biāo)準化，實現(xiàn)交通信號控制機與各類檢測設(shè)備直聯(lián)互通和數(shù)據(jù)共享，起到重要的推動作用。目前本標(biāo)準的編制過程主要包括以下具體工作：（一）申請立項為充分適應(yīng)當(dāng)前交通信號控制機在各類應(yīng)用場景中對交通檢測數(shù)據(jù)的交互共享需求，進一步規(guī)范車輛檢測器與交通信號控制機之間的數(shù)據(jù)接口，公安部交通管理科學(xué)研究所于2018年11月提出制定《交通信號控制機與車輛檢測器間通信協(xié)議》國家標(biāo)準的申報計劃。2019年10月，國家標(biāo)準化管理委員會下發(fā)《關(guān)于下達2019第三批推薦性國家標(biāo)準計劃的通知》（國標(biāo)委發(fā)[2019]29號），其中，由公安部交通管理科學(xué)研究負責(zé)國家標(biāo)準《交通信號控制機與車輛檢測器間通信協(xié)議》（項目編號為20193358-T-312）的制定工作。標(biāo)準立項后，公安部交通管理科學(xué)研究所迅速成立了標(biāo)準編制組，初步確定了人員分工，制定了標(biāo)準編制計劃，標(biāo)準制定工作正式啟動。（二）編制征求意見稿第一階段：2019年11月–2020年3月，標(biāo)準編制組對《道路交通信號控制機》（GB25280-2016）、《高速公路監(jiān)控設(shè)施通信規(guī)程第2部分：車輛檢測器》（GB/T34428.2-2017）等交通信號控制機與車輛檢測器的相關(guān)標(biāo)準進行分析和梳理，并赴成都、沈陽、濟南等城市調(diào)研，了解各地在感應(yīng)控制、實時優(yōu)化、行人過街、公交信號優(yōu)先等方面的實際應(yīng)用需求，起草形成了標(biāo)準征求意見稿1。第二階段：2020年4月–2020年7月，標(biāo)準編制組針對現(xiàn)行標(biāo)準《道路交通信號控制機與車輛檢測器間的通信協(xié)議》（GA/T920—2010）向青島海信網(wǎng)絡(luò)科技股份有限公司、浙江大華技術(shù)股份有限公司等行業(yè)主流交通信號機和車輛檢測器研制單位征求意見，對征求到的相關(guān)意見進行梳理，增加了非機動車、行人檢測信息內(nèi)容，調(diào)整了部分數(shù)據(jù)格式，完成標(biāo)準征求意見稿2。第三階段：2020年8月–2020年12月，標(biāo)準編制組在前期征求意見稿2的基礎(chǔ)上，先后赴杭州、蘇州、泰安、泰州等城市，對當(dāng)?shù)亟煌ㄐ盘柨刂茩C與車輛檢測器應(yīng)用現(xiàn)狀進行調(diào)研，并與南京萊斯信息技術(shù)股份有限公司、南京慧爾視智能科技有限公司等進行技術(shù)交流、討論，對交通信號機與檢測器交互數(shù)據(jù)內(nèi)容進行進一步梳理，先后增加符號和縮略語，調(diào)整了信息幀結(jié)構(gòu)、通信規(guī)程等，并于2020年12月底形成標(biāo)準征求意見稿。編制原則本標(biāo)準編寫格式按照GB/T1.1—2020《標(biāo)準化工作導(dǎo)則第1部分：標(biāo)注化文件的結(jié)構(gòu)和起草規(guī)則》的要求進行編寫；標(biāo)準編制符合國家有關(guān)法律法規(guī)、技術(shù)標(biāo)準及相關(guān)產(chǎn)業(yè)政策要求；標(biāo)準具有經(jīng)濟適用性、先進前瞻性和協(xié)調(diào)一致性。經(jīng)濟適用性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)準化程度，滿足機動車、非機動車、行人等多場景交通管控應(yīng)用需求以及視頻、微波、雷達、RFID等多類型檢測器發(fā)展要求，注重可用性、可操作、經(jīng)濟性。先進前瞻性適應(yīng)我國交通信號控制機與車輛檢測器的發(fā)展方向，制定涵蓋了車輛身份、異常事件、非機動車、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，具有先進性、前瞻性。協(xié)調(diào)一致性遵循國家現(xiàn)有的城市交通管控相關(guān)政策法規(guī)、技術(shù)標(biāo)準，注重與GB25280、GA/T1049.2、GA/T1743等交通管控類標(biāo)準，以及GB/T34428.2、GB/T37987等車輛檢測器類標(biāo)準的統(tǒng)一性和協(xié)調(diào)性。三、標(biāo)準內(nèi)容的起草1、主要技術(shù)內(nèi)容的確定和依據(jù)標(biāo)準制定過程中參考了美國國家智能運輸系統(tǒng)通信協(xié)議（NTCIP）、《道路交通信號控制機》（GB25280－2016）、《高速公路監(jiān)控設(shè)施通信規(guī)程第2部分：車輛檢測器》（GB/T34428－2017）、《機動車電子標(biāo)識讀寫設(shè)備應(yīng)用接口規(guī)范》（GB/T37987－2019）、《公安交通集成指揮平臺通信協(xié)議》（GA/T1049）等相關(guān)標(biāo)準。按照確定的標(biāo)準制定原則，本標(biāo)準主要規(guī)定交通信號機與車輛檢測器之間數(shù)據(jù)交互應(yīng)遵循的通信要求、信息格式與消息內(nèi)容。交互信息的內(nèi)容主要依據(jù)交通信號控制機功能范圍與交通信號控制應(yīng)用場景的數(shù)據(jù)需求來確定。信息類別包括：通信鏈路監(jiān)測、設(shè)備管理、檢測數(shù)據(jù)三大類。標(biāo)準主要內(nèi)容如下：（1）關(guān)于“第1章范圍”本文件規(guī)定了交通信號控制機與車輛檢測器間的通信要求、信息格式、通信規(guī)程與消息內(nèi)容。細化規(guī)定了涉及到交通信號控制應(yīng)用類信息的交互接口與協(xié)議，規(guī)范了信號機與線圈檢測器、地磁檢測器、超聲波檢測器、視頻檢測器、微波斷面檢測器、多目標(biāo)雷達檢測器、RFID檢測器等設(shè)備之間的數(shù)據(jù)交互。設(shè)備管理信息包括：本地時間、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)以及車輛檢測器工作狀態(tài)等5項信息。檢測數(shù)據(jù)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、非機動車檢測信息以及行人檢測信息等6項信息。本文件適用于道路交通信號控制機與機動車檢測器、非機動車檢測器以及行人檢測器之間的通信。關(guān)于“第3章術(shù)語和定義”本標(biāo)準中的術(shù)語和定義主要來自《道路交通信號燈設(shè)置與安裝規(guī)范》（GB14886-2016）、《道路交通信號燈》（GB14887-2011）、《道路交通信號控制系統(tǒng)術(shù)語》（GB/T31418-2015）等標(biāo)準，因此本標(biāo)準不作額外定義。（3）關(guān)于“第5章通則”標(biāo)準對道路交通信號機與車輛檢測器之間通信的物理層、網(wǎng)絡(luò)與傳輸層、應(yīng)用層作了約定?？紤]到現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的發(fā)展水平，通信接口至少支持以太網(wǎng)接口、串行接口中的一種，另外對串口通信波特率、TCP服務(wù)默認端口進行了約定。（4）關(guān)于“第6章信息格式”1）信息的幀結(jié)構(gòu)采用幀開始、數(shù)據(jù)表、校驗碼和幀結(jié)束4個部分，該結(jié)構(gòu)參考行標(biāo)《道路交通信號機信息發(fā)布接口規(guī)范》（GA/T1743-2020）第6章信息格式，校驗碼為2個字節(jié)，采用標(biāo)準的CRC16生成多項式生成多項式為x16+x15+x2+1，初始值為0xFFFF，生成校驗碼的校驗范圍為數(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)。信息幀結(jié)構(gòu)定義如圖1所示：數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)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)容構(gòu)成，如表2所示。表2數(shù)據(jù)表結(jié)構(gòu)鏈路地址發(fā)送方標(biāo)識接收方標(biāo)識協(xié)議版本操作類型對象標(biāo)識消息內(nèi)容鏈路地址：鏈路地址由2個字節(jié)組成，保留，取值0x0000；發(fā)送方及接受方標(biāo)識：通信雙方唯一身份，長度7字節(jié)。編制規(guī)則為：行政區(qū)劃代碼+類型+編號，行政區(qū)劃代碼、類型、編號的取值應(yīng)符合表3的規(guī)定；表3通信方標(biāo)識序號名稱字節(jié)數(shù)取值描述1行政區(qū)劃代碼30~999999包含省、市、縣級，6位數(shù)字，取值應(yīng)符合GB/T2260的規(guī)定2類型20-255用于標(biāo)識當(dāng)前信息發(fā)送設(shè)備類型，0為無效，信號機取值為13編號21~65535設(shè)備或平臺的唯一編號，其中，廣播方式接收方標(biāo)識取值65535（0xFFFF）操作類型：標(biāo)識數(shù)據(jù)表的操作類型，即操作方式，包括查詢請求、查詢應(yīng)答、設(shè)置請求、設(shè)置應(yīng)答、主動上報、主動上報應(yīng)答、出錯應(yīng)答等操作；對象標(biāo)識：對象數(shù)據(jù)分類、數(shù)據(jù)名稱代碼，由對象分類和名稱組合編碼構(gòu)成，用2個字節(jié)表示，第一個字節(jié)表示對象分類編碼，第二個字節(jié)表示對象在分類中序號。對象分類包括通信鏈路監(jiān)測、設(shè)備管理、檢測數(shù)據(jù)。對象分類下包括具體對象，主要有通信連接、本地時間、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)、交通流實時信息、交通流統(tǒng)計數(shù)據(jù)、交通流歷史數(shù)據(jù)、通行狀態(tài)實時信息、通行狀態(tài)統(tǒng)計數(shù)據(jù)、通行狀態(tài)歷史數(shù)據(jù)、車輛身份信息、異常事件信息、異常事件歷史數(shù)據(jù)、非機動車檢測實時信息、非機動車檢測統(tǒng)計數(shù)據(jù)、非機動車檢測歷史數(shù)據(jù)、行人檢測實時信息、行人檢測統(tǒng)計數(shù)據(jù)、行人檢測歷史數(shù)據(jù)等21個；消息內(nèi)容：發(fā)送消息的數(shù)據(jù)內(nèi)容，查詢請求信息幀無消息內(nèi)容字段，具體見附錄B。（5）關(guān)于“第7章通信規(guī)程”交通信號控制機與車輛檢測器之間的通信規(guī)程包括信息查詢規(guī)程、信息設(shè)置規(guī)程、信息主動上報規(guī)程等3種類型，附錄A定義了詳細的交互流程。其中，信息查詢規(guī)程規(guī)定了道路交通信號機查詢車輛檢測器參數(shù)及數(shù)據(jù)的具體流程。信息設(shè)置規(guī)程規(guī)定了道路交通信號機設(shè)置車輛檢測器參數(shù)的具體流程。信息主動上報規(guī)程規(guī)定了車輛檢測器主動上報消息的具體流程。（6）“關(guān)于第8章消息內(nèi)容”車輛檢測器配置參數(shù)。配置車輛檢測器的設(shè)備制造廠商、設(shè)備型號、檢測手段、檢測項目、數(shù)據(jù)上傳周期等參數(shù)，在交通信號機在與車輛檢測器聯(lián)機成功后發(fā)送配置參數(shù)查詢。其中檢測項目參數(shù)定義了檢測器能夠檢測的數(shù)據(jù)項，包括交通流信息、交通狀態(tài)信息、車輛身份信息、異常事件信息、非機動車檢測信息、行人檢測信息等6大類，分別從斷面檢測、范圍檢測、車輛身份、交通事件、非機動車、行人等方面劃分采集數(shù)據(jù)類型。車輛檢測器工作狀態(tài)。車輛檢測器工作狀態(tài)發(fā)生變化時應(yīng)主動上傳車輛檢測器工作狀態(tài)消息，信息包括檢測通道運行狀態(tài)、檢測數(shù)據(jù)是否可信。其中檢測通道運行狀態(tài)，取值0：正常運行，1：異常，2～255：保留；檢測數(shù)據(jù)是否可信，取值0：不可信，1：可信。交通流信息。交通流信息為檢測器某通道斷面交通檢測數(shù)據(jù)。主要包括車流量、時間占有率、車輛速度、車輛長度、車頭時距、車輛存在信息等。其中，車流量不區(qū)分車型時，A類車流量表示總的車流量，忽略B類車流量、C類車流量；僅區(qū)分A、C類車型時，忽略B類車流量；取值65535表示溢出。車輛存在信息按位取值，1表示有車輛，0表示無車輛，高位為前面檢測的位值，最低位為最新檢測的位值，高位空余比特位補0。通行狀態(tài)信息。通行狀態(tài)信息為檢測器某通道一段范圍內(nèi)的交通檢測數(shù)據(jù)，主要包括通道交通總流量、空間占有率、排隊長度、頭車位置、末車位置、平均車速、頭車速度、末車速度、車輛分布等信息。車輛檢測器按照實時信息上傳周期或統(tǒng)計周期進行主動上傳，信號機也可對交通檢測器存儲的歷史通行狀態(tài)信息進行查詢。車輛身份信息。車輛檢測器在檢測到車輛身份信息后，應(yīng)主動上傳車輛身份信息。車輛身份信息包括電子身份、號牌號碼、號牌種類、車輛類型等，其中車輛電子身份信息占用64個字節(jié)。異常事件信息。在檢測到交通阻塞、交通流溢出、車道排隊超限、車道異常占有等異常交通事件時，應(yīng)主動上傳至信號機。異常事件發(fā)生時間為6個字節(jié)，其中前4個字節(jié)為UTC時間秒值，后2個字節(jié)保留。非機動車檢測信息。非機動車檢測器按照設(shè)置的實時信息周期或統(tǒng)計周期，將檢測到的非機動車信息主動上傳到交通信號機，信號機也可以對非機動車檢測歷史數(shù)據(jù)進行查詢。非機動車檢測信息包括：等待區(qū)非機動車數(shù)量、非機動車占有率等。當(dāng)檢測到的非機動車數(shù)量超過255時，取值255。行人檢測信息。行人檢測器按照設(shè)置的實時信息周期或統(tǒng)計周期，將檢測到的行人信息主動上傳到交通信號機，信號機也可以對行人檢測歷史數(shù)據(jù)進行查詢。行人檢測信息包括：等待區(qū)行人數(shù)量、行人占有率、首個行人等待時間、行人方向、斑馬線行人數(shù)量等。當(dāng)檢測到的行人數(shù)量超過255時，取值255。2、標(biāo)準中英文內(nèi)容的漢譯英情況本標(biāo)準中標(biāo)題的英文由標(biāo)準編制組翻譯，經(jīng)過公安部交通管理科學(xué)研究所具有海外經(jīng)歷的華璟怡博士校核，認為漢譯英內(nèi)容能夠準確表達其含義，翻譯語句通順，符合英語語法規(guī)范。四、主要試驗驗證結(jié)果及分析本標(biāo)準中規(guī)定的信息格式和部分信息類別已在公安部交通科學(xué)研究所自主研發(fā)的道路交通信號控制機產(chǎn)品中實現(xiàn)，在所城市智能交通控制實驗室測試驗證，并在蘇州、唐山、泰州等城市交通信號控制項目中進行了近1000個路口的規(guī)?；瘜嶋H應(yīng)用，通過試驗與應(yīng)用驗證了標(biāo)準中相關(guān)技術(shù)條款合理性和可行性。標(biāo)準水平分析1、國外方面1）美國NTCIP定義了管控中心與外場設(shè)備（C2F）之間的通信協(xié)議，通信方式包括簡單的點對點請求/響應(yīng)和復(fù)雜的面向?qū)ο蟮倪h程調(diào)用。NTCIP協(xié)議突破了不同部門在協(xié)調(diào)上的障礙，并允許同一通訊線路上存在不同的設(shè)備種類和制造商生產(chǎn)的產(chǎn)品，但NTCIP是針對整個智能運輸系統(tǒng)領(lǐng)域的控制設(shè)備，其實用性與我國的交通管理實際存在一定的差距。2）德國聯(lián)邦公路所發(fā)起制定的道路交通控制系統(tǒng)開放式通信接口協(xié)議（OCIT）定義了交通信號控制系統(tǒng)內(nèi)外場設(shè)備的接口協(xié)議標(biāo)準，德國OCIT協(xié)議尚處于實施推廣階段，部分接口協(xié)議還需進一步完善和改進。2、國內(nèi)方面目前，國內(nèi)道路交通管控領(lǐng)域，有一些標(biāo)準涉及到部分檢測器信息的交互，這些標(biāo)準包括：1）《高速公路監(jiān)控設(shè)施通信規(guī)程第2部分：車輛檢測器》（GB/T34428－2017）規(guī)定了高速公路監(jiān)控的車輛檢測器通信規(guī)程，適用于高速公路監(jiān)控系統(tǒng)中的上位機與車輛檢測器之間的數(shù)據(jù)通信。2）《機動車電子標(biāo)識讀寫設(shè)備應(yīng)用接口規(guī)范》（GB/T37987－2019）規(guī)定了機動車電子標(biāo)識讀寫設(shè)備與其他設(shè)備或系統(tǒng)交互通信的一般規(guī)定，消息、參數(shù)和標(biāo)識符，通信鏈路監(jiān)測，讀寫設(shè)備操作規(guī)則管理，讀寫設(shè)備管理和數(shù)據(jù)上報等內(nèi)容，僅適用于機動車電子標(biāo)識讀寫設(shè)備的設(shè)計與開發(fā)。3）《公安交通集成指揮平臺通信協(xié)議》（GA/T1049）系列標(biāo)準，共11個部分，其中交通信號控制系統(tǒng)、交通視頻監(jiān)視系統(tǒng)、交通流采集系統(tǒng)、交通事件采集系統(tǒng)涉及到交通控制信息、交通狀態(tài)信息、交通事件信息的交互通信，這一系列標(biāo)準，側(cè)重于在系統(tǒng)、平臺之間運行信息、控制指令的交互，用于實現(xiàn)跨系統(tǒng)之間的控制和監(jiān)控管理。本標(biāo)準在制訂過程中，標(biāo)準內(nèi)容充分考慮了我國道路交