《交通信号控制机与车辆检测器间通信协议》-编制说明

PAGE2国家标准《交通信号控制机与车辆检测器间通信协议》编制说明标准编制组2021年1月一、工作简况1、任务来源《道路交通信号控制机与车辆检测器间的通信协议》（GA/T920—2010）已经颁布执行10年，在规范交通信号控制产品之间的互联互通方面起到了一定的积极作用。然而在标准执行过程中，相关的术语、交通信号控制机等国家标准已经重新进行制修订，同时车辆检测技术也在不断发展和创新，如：基于视频的交通状态检测器、基于RFID技术的车辆检测器等。当前车辆检测器被广泛应用于我国各种道路交通信号控制场合，检测器与交通信号控制机之间的数据交互至关重要。因此，十分有必要通过制定国家标准，进一步对交通信号控制机与车辆检测器间的通讯进行统一规范，充分适应交通信号控制、车辆检测技术发展的要求。2019年10月17日，国家标准化管理委员会下发《关于下达2019第三批推荐性国家标准计划的通知》（国标委发[2019]29号），由公安部交通管理科学研究所承担国家标准《交通信号控制机与车辆检测器间通信协议》（项目计划编号为20193358-T-312）的制定工作。起草单位情况标准起草单位：公安部交通管理科学研究所，直属于中华人民共和国公安部，是专门从事道路交通管理应用技术研究的公益性科研机构。在本标准制定过程中，负责交通信号控制机与车辆检测器间通信协议总体框架、通信要求、信息格式与消息内容等工作，形成标准征求意见稿标准文本、编制说明。3、主要起草人及其所做的工作本标准主要起草人：刘东波、树爱兵、何广进、杨光、徐棱、刘成生。各主要起草人所做工作见表1：表1标准起草人主要工作分配序号起草人主要工作1刘东波负责标准总体框架的确定和制定内容的总体把握2何广进负责标准制定过程中有关事项的协调，标准术语定义、通信规程的制定，参加编制说明的编写工作3树爱兵、杨光负责标准范围、信息格式、消息内容以及附录A通信规程、附录B信息格式等内容的制定，负责编制说明的编写工作4徐棱、刘成生负责标准通信协议物理层、网络与传输层、应用层定义，参加附录B信息格式的编写工作主要工作过程标准内容涉及道路交通信号控制机与车辆检测器之间的通信，对于推进交通检测设备接口标准化，实现交通信号控制机与各类检测设备直联互通和数据共享，起到重要的推动作用。目前本标准的编制过程主要包括以下具体工作：（一）申请立项为充分适应当前交通信号控制机在各类应用场景中对交通检测数据的交互共享需求，进一步规范车辆检测器与交通信号控制机之间的数据接口，公安部交通管理科学研究所于2018年11月提出制定《交通信号控制机与车辆检测器间通信协议》国家标准的申报计划。2019年10月，国家标准化管理委员会下发《关于下达2019第三批推荐性国家标准计划的通知》（国标委发[2019]29号），其中，由公安部交通管理科学研究负责国家标准《交通信号控制机与车辆检测器间通信协议》（项目编号为20193358-T-312）的制定工作。标准立项后，公安部交通管理科学研究所迅速成立了标准编制组，初步确定了人员分工，制定了标准编制计划，标准制定工作正式启动。（二）编制征求意见稿第一阶段：2019年11月–2020年3月，标准编制组对《道路交通信号控制机》（GB25280-2016）、《高速公路监控设施通信规程第2部分：车辆检测器》（GB/T34428.2-2017）等交通信号控制机与车辆检测器的相关标准进行分析和梳理，并赴成都、沈阳、济南等城市调研，了解各地在感应控制、实时优化、行人过街、公交信号优先等方面的实际应用需求，起草形成了标准征求意见稿1。第二阶段：2020年4月–2020年7月，标准编制组针对现行标准《道路交通信号控制机与车辆检测器间的通信协议》（GA/T920—2010）向青岛海信网络科技股份有限公司、浙江大华技术股份有限公司等行业主流交通信号机和车辆检测器研制单位征求意见，对征求到的相关意见进行梳理，增加了非机动车、行人检测信息内容，调整了部分数据格式，完成标准征求意见稿2。第三阶段：2020年8月–2020年12月，标准编制组在前期征求意见稿2的基础上，先后赴杭州、苏州、泰安、泰州等城市，对当地交通信号控制机与车辆检测器应用现状进行调研，并与南京莱斯信息技术股份有限公司、南京慧尔视智能科技有限公司等进行技术交流、讨论，对交通信号机与检测器交互数据内容进行进一步梳理，先后增加符号和缩略语，调整了信息帧结构、通信规程等，并于2020年12月底形成标准征求意见稿。编制原则本标准编写格式按照GB/T1.1—2020《标准化工作导则第1部分：标注化文件的结构和起草规则》的要求进行编写；标准编制符合国家有关法律法规、技术标准及相关产业政策要求；标准具有经济适用性、先进前瞻性和协调一致性。经济适用性充分考虑我国交通管控行业现有的产业水平、应用现状与标准化程度，满足机动车、非机动车、行人等多场景交通管控应用需求以及视频、微波、雷达、RFID等多类型检测器发展要求，注重可用性、可操作、经济性。先进前瞻性适应我国交通信号控制机与车辆检测器的发展方向，制定涵盖了车辆身份、异常事件、非机动车、行人检测信息等数据内容，为不断完善智能化交通控制功能提供规范支撑，具有先进性、前瞻性。协调一致性遵循国家现有的城市交通管控相关政策法规、技术标准，注重与GB25280、GA/T1049.2、GA/T1743等交通管控类标准，以及GB/T34428.2、GB/T37987等车辆检测器类标准的统一性和协调性。三、标准内容的起草1、主要技术内容的确定和依据标准制定过程中参考了美国国家智能运输系统通信协议（NTCIP）、《道路交通信号控制机》（GB25280－2016）、《高速公路监控设施通信规程第2部分：车辆检测器》（GB/T34428－2017）、《机动车电子标识读写设备应用接口规范》（GB/T37987－2019）、《公安交通集成指挥平台通信协议》（GA/T1049）等相关标准。按照确定的标准制定原则，本标准主要规定交通信号机与车辆检测器之间数据交互应遵循的通信要求、信息格式与消息内容。交互信息的内容主要依据交通信号控制机功能范围与交通信号控制应用场景的数据需求来确定。信息类别包括：通信链路监测、设备管理、检测数据三大类。标准主要内容如下：（1）关于“第1章范围”本文件规定了交通信号控制机与车辆检测器间的通信要求、信息格式、通信规程与消息内容。细化规定了涉及到交通信号控制应用类信息的交互接口与协议，规范了信号机与线圈检测器、地磁检测器、超声波检测器、视频检测器、微波断面检测器、多目标雷达检测器、RFID检测器等设备之间的数据交互。设备管理信息包括：本地时间、串口通信参数、以太网通信参数、车辆检测器配置参数以及车辆检测器工作状态等5项信息。检测数据包括：交通流信息、通行状态信息、车辆身份信息、异常事件信息、非机动车检测信息以及行人检测信息等6项信息。本文件适用于道路交通信号控制机与机动车检测器、非机动车检测器以及行人检测器之间的通信。关于“第3章术语和定义”本标准中的术语和定义主要来自《道路交通信号灯设置与安装规范》（GB14886-2016）、《道路交通信号灯》（GB14887-2011）、《道路交通信号控制系统术语》（GB/T31418-2015）等标准，因此本标准不作额外定义。（3）关于“第5章通则”标准对道路交通信号机与车辆检测器之间通信的物理层、网络与传输层、应用层作了约定。考虑到现有网络通信技术的发展水平，通信接口至少支持以太网接口、串行接口中的一种，另外对串口通信波特率、TCP服务默认端口进行了约定。（4）关于“第6章信息格式”1）信息的帧结构采用帧开始、数据表、校验码和帧结束4个部分，该结构参考行标《道路交通信号机信息发布接口规范》（GA/T1743-2020）第6章信息格式，校验码为2个字节，采用标准的CRC16生成多项式生成多项式为x16+x15+x2+1，初始值为0xFFFF，生成校验码的校验范围为数据帧中除首尾的帧开始和帧结束字符外的所有字节。信息帧结构定义如图1所示：数据帧结构数据表由链路地址、发送方标识、接受方标识、协议版本、操作类型、对象标识及消息内容构成，如表2所示。表2数据表结构链路地址发送方标识接收方标识协议版本操作类型对象标识消息内容链路地址：链路地址由2个字节组成，保留，取值0x0000；发送方及接受方标识：通信双方唯一身份，长度7字节。编制规则为：行政区划代码+类型+编号，行政区划代码、类型、编号的取值应符合表3的规定；表3通信方标识序号名称字节数取值描述1行政区划代码30~999999包含省、市、县级，6位数字，取值应符合GB/T2260的规定2类型20-255用于标识当前信息发送设备类型，0为无效，信号机取值为13编号21~65535设备或平台的唯一编号，其中，广播方式接收方标识取值65535（0xFFFF）操作类型：标识数据表的操作类型，即操作方式，包括查询请求、查询应答、设置请求、设置应答、主动上报、主动上报应答、出错应答等操作；对象标识：对象数据分类、数据名称代码，由对象分类和名称组合编码构成，用2个字节表示，第一个字节表示对象分类编码，第二个字节表示对象在分类中序号。对象分类包括通信链路监测、设备管理、检测数据。对象分类下包括具体对象，主要有通信连接、本地时间、串口通信参数、以太网通信参数、车辆检测器配置参数、车辆检测器工作状态、交通流实时信息、交通流统计数据、交通流历史数据、通行状态实时信息、通行状态统计数据、通行状态历史数据、车辆身份信息、异常事件信息、异常事件历史数据、非机动车检测实时信息、非机动车检测统计数据、非机动车检测历史数据、行人检测实时信息、行人检测统计数据、行人检测历史数据等21个；消息内容：发送消息的数据内容，查询请求信息帧无消息内容字段，具体见附录B。（5）关于“第7章通信规程”交通信号控制机与车辆检测器之间的通信规程包括信息查询规程、信息设置规程、信息主动上报规程等3种类型，附录A定义了详细的交互流程。其中，信息查询规程规定了道路交通信号机查询车辆检测器参数及数据的具体流程。信息设置规程规定了道路交通信号机设置车辆检测器参数的具体流程。信息主动上报规程规定了车辆检测器主动上报消息的具体流程。（6）“关于第8章消息内容”车辆检测器配置参数。配置车辆检测器的设备制造厂商、设备型号、检测手段、检测项目、数据上传周期等参数，在交通信号机在与车辆检测器联机成功后发送配置参数查询。其中检测项目参数定义了检测器能够检测的数据项，包括交通流信息、交通状态信息、车辆身份信息、异常事件信息、非机动车检测信息、行人检测信息等6大类，分别从断面检测、范围检测、车辆身份、交通事件、非机动车、行人等方面划分采集数据类型。车辆检测器工作状态。车辆检测器工作状态发生变化时应主动上传车辆检测器工作状态消息，信息包括检测通道运行状态、检测数据是否可信。其中检测通道运行状态，取值0：正常运行，1：异常，2～255：保留；检测数据是否可信，取值0：不可信，1：可信。交通流信息。交通流信息为检测器某通道断面交通检测数据。主要包括车流量、时间占有率、车辆速度、车辆长度、车头时距、车辆存在信息等。其中，车流量不区分车型时，A类车流量表示总的车流量，忽略B类车流量、C类车流量；仅区分A、C类车型时，忽略B类车流量；取值65535表示溢出。车辆存在信息按位取值，1表示有车辆，0表示无车辆，高位为前面检测的位值，最低位为最新检测的位值，高位空余比特位补0。通行状态信息。通行状态信息为检测器某通道一段范围内的交通检测数据，主要包括通道交通总流量、空间占有率、排队长度、头车位置、末车位置、平均车速、头车速度、末车速度、车辆分布等信息。车辆检测器按照实时信息上传周期或统计周期进行主动上传，信号机也可对交通检测器存储的历史通行状态信息进行查询。车辆身份信息。车辆检测器在检测到车辆身份信息后，应主动上传车辆身份信息。车辆身份信息包括电子身份、号牌号码、号牌种类、车辆类型等，其中车辆电子身份信息占用64个字节。异常事件信息。在检测到交通阻塞、交通流溢出、车道排队超限、车道异常占有等异常交通事件时，应主动上传至信号机。异常事件发生时间为6个字节，其中前4个字节为UTC时间秒值，后2个字节保留。非机动车检测信息。非机动车检测器按照设置的实时信息周期或统计周期，将检测到的非机动车信息主动上传到交通信号机，信号机也可以对非机动车检测历史数据进行查询。非机动车检测信息包括：等待区非机动车数量、非机动车占有率等。当检测到的非机动车数量超过255时，取值255。行人检测信息。行人检测器按照设置的实时信息周期或统计周期，将检测到的行人信息主动上传到交通信号机，信号机也可以对行人检测历史数据进行查询。行人检测信息包括：等待区行人数量、行人占有率、首个行人等待时间、行人方向、斑马线行人数量等。当检测到的行人数量超过255时，取值255。2、标准中英文内容的汉译英情况本标准中标题的英文由标准编制组翻译，经过公安部交通管理科学研究所具有海外经历的华璟怡博士校核，认为汉译英内容能够准确表达其含义，翻译语句通顺，符合英语语法规范。四、主要试验验证结果及分析本标准中规定的信息格式和部分信息类别已在公安部交通科学研究所自主研发的道路交通信号控制机产品中实现，在所城市智能交通控制实验室测试验证，并在苏州、唐山、泰州等城市交通信号控制项目中进行了近1000个路口的规模化实际应用，通过试验与应用验证了标准中相关技术条款合理性和可行性。标准水平分析1、国外方面1）美国NTCIP定义了管控中心与外场设备（C2F）之间的通信协议，通信方式包括简单的点对点请求/响应和复杂的面向对象的远程调用。NTCIP协议突破了不同部门在协调上的障碍，并允许同一通讯线路上存在不同的设备种类和制造商生产的产品，但NTCIP是针对整个智能运输系统领域的控制设备，其实用性与我国的交通管理实际存在一定的差距。2）德国联邦公路所发起制定的道路交通控制系统开放式通信接口协议（OCIT）定义了交通信号控制系统内外场设备的接口协议标准，德国OCIT协议尚处于实施推广阶段，部分接口协议还需进一步完善和改进。2、国内方面目前，国内道路交通管控领域，有一些标准涉及到部分检测器信息的交互，这些标准包括：1）《高速公路监控设施通信规程第2部分：车辆检测器》（GB/T34428－2017）规定了高速公路监控的车辆检测器通信规程，适用于高速公路监控系统中的上位机与车辆检测器之间的数据通信。2）《机动车电子标识读写设备应用接口规范》（GB/T37987－2019）规定了机动车电子标识读写设备与其他设备或系统交互通信的一般规定，消息、参数和标识符，通信链路监测，读写设备操作规则管理，读写设备管理和数据上报等内容，仅适用于机动车电子标识读写设备的设计与开发。3）《公安交通集成指挥平台通信协议》（GA/T1049）系列标准，共11个部分，其中交通信号控制系统、交通视频监视系统、交通流采集系统、交通事件采集系统涉及到交通控制信息、交通状态信息、交通事件信息的交互通信，这一系列标准，侧重于在系统、平台之间运行信息、控制指令的交互，用于实现跨系统之间的控制和监控管理。本标准在制订过程中，标准内容充分考虑了我国道路交