杭州潮汐车道控制系统的设计与实现.docx

1、杭州潮汐车道控制系统的设计与实现硕士学位论文（专业学位）杭州潮汐车道控制系统的设计与实现 二一年十月A dissertation submitted toTongji University in conformity with the requirements forthe degree of Master of Engineering Candidate: Student Number: School/Department: School of Software EngineeringDiscipline: Computer Science and TechnologyMajor: Soft

2、ware EngineeringSupervisor: March, 2013杭州潮汐交通控制系统的设计与实现同济大学学位论文版权使用授权书本人完全了解同济大学关于收集、保存、使用学位论文的规定，同意如下各项内容：按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版本；学校有权保存学位论文的印刷本和电子版，并采用影印、缩印、扫描、数字化或其它手段保存论文；学校有权提供目录检索以及提供本学位论文全文或者部分的阅览服务；学校有权按有关规定向国家有关部门或者机构送交论文的复印件和电子版；在不以赢利为目的的前提下，学校可以适当复制论文的部分或全部内容用于学术活动。 学位论文作者签名： 年 月 日 同济大学学位论文

3、原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本学位论文的研究成果不包含任何他人创作的、已公开发表或者没有公开发表的作品的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本学位论文原创性声明的法律责任由本人承担。 学位论文作者签名： 年 月 日摘要面对许多城市出现交通拥挤、堵塞的现象，单纯的新修、改建道路不仅工程造价高而且未必能取得预期的效果。只有充分挖掘，合理利用城市道路的现有资源，制定合理的交通控制方案才是缓解城市交通拥堵状况的有效手段。本文描述的潮汐交通控制系统能够在公安网上实现对潮汐

4、车道指示灯的远程控制与方案设定，使交通警察能够在指挥中心控制路口及路段上的车道指示灯。根据早晚交通流量的不同情况，对有条件的道路，通过车道灯的指示方向变化，控制主干道车道行驶方向，来调整车道数，提高车道的使用效率。论文首先介绍了潮汐交通以及车道指示灯的相关知识，以及本系统设计所使用到的技术原理和工具。在需求分析阶段进行了功能需求分析，系统概要设计中描述系统的主要功能模块，以及模块之间必要的接口，同时还构建关系数据库。在详细设计中具体描述了各个子模块的功能。整个系统由前端潮汐信号灯、中心管理服务器和WEB服务器组成。中心管理服务器主要实现以下功能模块：定时校时、灯态监测、状态检测、故障报警、策略

5、下发、人工控制、配置管理、日志记录、守护程序；WEB服务器主要实现以下功能模块：实时监控、配置管理、运维管理。在系统测试中，对各个模块的功能和接口、数据库的读写操作、网页的跳转显示以及各个业务的处理逻辑都一一进行了测试，最后都通过测试，完成了潮汐交通控制系统的构建。关键字：潮汐交通，控制系统，车道信号灯，ASP.NETABSTRACTFacing the problem of traffic congestion and clogging in many cities, it occurs to people that simply rebuilt roads not only costs a

6、 large sum of money but also may not be able to achieve the desired effect. Making rational use of the limited road resources and making reasonable traffic control programs are the most effective solutions to the urban traffic congestion.The Tidal Traffic Control System described in this paper is ab

7、le to achieve the remote control and program settings of indicators on the tide lanes through the public security network, which helps the pointsman to command the indicators on junctions and road sections while sitting in the control center.This system can adjust the traffic direction of arterial r

8、oad through indicators, which indicate the change of direction, so that the numbers of lanes are adjusted and the efficiency of lanes are improved. In the first place, this paper elaborates some related knowledge of Tide Traffic and indicators, as well as some technical principles and tools being us

9、ed in this system. In the requirements analysis part, this paper analyzes the functional requirements. In the introduction of design outlines, it mainly describes the main function modules of the system and the necessary interface between them, as well as to build a relational database. It specifica

10、lly describes the function of those sub-modules in the introduction of the detailed design.This system is consisted of some tidal signal lights, central management server and WEB server. Central management server is to achieve the following functional modules: timing correction, light state monitori

11、ng, state detection, fault alarm, strategy issue, manual control, configuration management, log recording and daemon. The WEB server is mainly to achieve the following functional modules: real-time monitoring, configuration management, operation and maintenance management.In the system testing, the

12、function of each module and interface, the reading and writing operations of database, the jump display of web pages, as well as the processing logic of various businesses are all tested. Passing all the tests, the construction of the Tide Traffic Control System is completed.Keywords: Tidal Traffic,

13、 Control system, Lane signal lights, ASP.NET第1章 引言1.1 课题研究背景近年来，随着国民经济的快速发展，城市化进程加快，许多城市出现交通拥挤、堵塞的现象，单纯的新修、改建道路不仅工程造价高而且未必能取得预期的效果。只有充分挖掘，合理利用城市道路的现有资源，制定合理的交通控制方案才是缓解城市交通拥堵状况的有效手段。我们根据早晚交通流量不同情况，对有条件的道路，开辟潮汐车道，通过车道灯的指示方向变化，控制主干道车道行驶方向，来调整车道数，提高车道使用效率。通过建设潮汐车道控制系统对执行潮汐车道的道路进行管理，将先进的交通管理策略与科技的管理手段结合起

14、来，建立高效、智能的管理体系。杭州，作为浙江省的省会，是全省政治、经济、文化、交通和旅游中心。近年来，机动车的拥有量急速增长， 虽然管理部门对城市基础的建设、智能交通的建设均处在国内领先地位，如SCATS信号控制、交通监视、交通诱导、非现场执法等智能化交通系统相继投入，极大的提高了道路的通行效率及管理部门的科学管理水平。但是，道路的建设还是跟不上交通的增长的速度，杭州老城区目前有78.9万辆机动车，仅2012年9月就新增1.5万机动车，全杭州目前机动车保有量近220万辆。交通需求的迅速增长，给交通管理部门带来了更加严峻的挑战。特别是上下班高峰时间，某些路段交通压力逐渐增大，且出现“潮汐交通现象

15、”，即某些时段某个方向车流量非常大，甚至拥堵，而另一方向道路的车流量却很少，形成了鲜明的对比，造成了道路资源的浪费。针对这一现象，我们认为可在这些路段设置潮汐式可变车道，根据当时需求重新配置道路资源，以更好地应对潮汐交通流。潮汐可变车道在国外已被列为车道管理的一种常用手段，他具有使用灵活、投资小收益大等优点，国内部分城市“引进”后，也收到了一定的交通调节效果，从而大大改善道路的通行效率。同时，配合交通诱导、交通监视等系统，相信对拥堵路段分析，实时发布道路状况起到非常大的作用。1.1.1 潮汐交通简介潮汐车道又称“可变车道”，是指在不同的时间内变化某些车道上的行车方向或行车种类的一种交通组织方式

16、，其特点是：1.双向通行能力不均衡2.随着早晚高峰而变；3.可根据早晚潮汐交通流量设置车道可变的数量。随着我国城市化进程的不断深入和市中心土地价值的不断攀升， 越来越多的人选择在市区工作，市郊居住的生活模式，由此形成了上下班高峰时段进出市区的潮汐交通流。可变车道作为一种交通组织措施，可依据潮汐交通流对道路上的车道分布情况予以调整，提高道路利用率，满足通行需求，缓解交通拥挤状况。1.1.2 潮汐交通控制发展趋势随着城市机动车保有量的进一步增大，以及城市化进程的不断加快，早、晚高峰期间交通流量不平衡的特点越来越明显，在不远的将来，相信潮汐交通组织措施一定会进一步推广，甚至在全国的各个城市的各条主干

17、道上广泛应用。潮汐交通控制系统为城市的规划提供了一个很好借鉴，该系统的功能将会更加完善，稳定性、安全性更加提升，可操控性更方便，在平衡整个城市的交通流量，缓解交通拥堵发挥更大的作用。1.2 国内外研究现状潮汐车道在国外已被列为车道管理的一种常用手段。较著名的是旧金山金门大桥，桥上双向6车道，上午中间隔离护栏向左移1车道，形成4进2出模式；下午反之，这样使得交通拥挤问题得到有效解决。除此之外，在华盛顿等地也有应用可变车道的实例。在我国，许多城市已开始使用可变车道，效果较好的是上海。上海最先在外环隧道设置可变车道，通过自主设计的可变隔离护栏改变车道布置。另外，可变车道在大连、沈阳等城市也有广泛的应

18、用。可变车道的使用，在一定程度上缓解了特定情况下潮汐交通现象带来的交通拥挤状况。1.3 研究的基本内容杭州潮汐交通控制系统包括道路潮汐车道灯、前端控制器、网络通讯、中心管理服务器、中心管理平台。本方案主要针对潮汐车道系统软件平台进行设计，包括基本的物理连接、平台功能等描述。系统功能包括：1.实时监控系统实时监控模块分为车道状态监控、车道状态控制、故障主动报警、开关屏控制、远程视频监控,共5个功能。（1）车道状态监控,系统能够实时获取前端（路口、路段）潮汐车道标志牌信号灯当前显示状态，并将获取状态显示在软件显示界面上，状态显示通过图形化界面，模拟外场（路口、路段）车道标志牌，使操作人员能够更加直

19、观方便地对车道灯进行控制。（2）车道状态控制,系统能够实时远程控制前端潮汐车道信号灯显示状态及可变潮汐车道信号灯显示状态，包括：直行（箭头）、转向（左转或右转）、红叉、黄斜（黄斜）。（3） 故障主动报警,系统能够实时向远程控制中心返回前端潮汐车道信号灯不亮、控制器故障等相关前端设备故障告警息。（4）开、关屏控制,系统能够实时远程控制前端潮汐车道信号灯开启、关闭。（5）远程视频监控，通过加载视频监控平台视频控件，对需要监控的潮汐车道标志牌信号灯周围情况进行点位预置点设置，可远程监控该标志牌信号灯实时运行情况及周围环境状况。2.配置管理（1） 控制方案管理,系统通过模拟前端不同路口正反两个方向潮汐

20、车道信号指示灯数量，用户可制定潮汐车道在不同时间段内的走向方案，不同路口、不同时间段可制定不同的方案，保证控制方案的全面性、多样化，符合交通管理实际。（2）控制策略管理，经由控制方案管理员确定保存的方案，可对这些方案进行多灯组绑定控制和分时段控制操作。多灯组绑定控制可由用户将需要执行同一设定方案的灯组进行统一绑定设置，同时对绑定灯组运行同一方案对道路交通状态进行控制管理。分时段控制可由用户根据一天的时间规律，自行划分好时间段，然后根据该时间段内的道路交通情况继而设定不同的解决方案来对道路进行控制管理。（3）校时,系统能够实时与前端设备进行校时，保证前端设备与中心管理服务器运行时间的同步性和准确

21、性。（4）心跳检测,系统能够实时向前端设备发送心跳检测信号，监控前端设备是否正常运行工作。3.控制模式（1）手动控制模式,操作人员可到路口通过控制器按钮手动操作改变潮汐车道信号灯显示状态。（2）中心控制模式，操作人员可通过中心管理服务器发送远端控制指令控制潮汐车道信号灯显示状态。（3）时段控制模式，操作人员可通过中心管理服务器根据时间段定时控制潮汐车道信号灯显示状态。（4）控制优先级设置,系统可对前端进行手动、中心、时段三种模式设置。4.运维管理（1） 用户管理,管理员可以为系统添加新用户及用户名，密码修改功能。（2） 控制方案路口修改,操作人员可增加或删除控制方案模拟路口数量，以完全模拟实际

22、路口的数量来完成控制方案的制定与控制。1.4 系统开发过程潮汐控制系统的开发可分为系统规划、系统分析、系统设计、系统实施、系统维护和评价五个阶段，各阶段的主要工作概要说明如下：1.系统规划阶段的任务是：在对原系统进行初步调查的基础上提出开发新系统的要求，根据需要和可能，给出新系统的总体方案，并对这些方案进行可行性分析，产生系统开发计划和可行性研究报告两份文档。 2.系统分析阶段的任务是根据系统开发计划所确定的范围，对现行系统进行详细调查，描述现行系统的业务流程，指出现行系统的局限性和不足之处，确定新系统的基本目标和逻辑模型，这个阶段又称为逻辑设计阶段。系统分析阶段的工作成果体现在“系统分析说明

23、书”中，这是系统建设的必备文件。它是提交给用户的文档，也是下一阶段的工作依据，因此，系统分析说明书要通俗易懂，用户通过它可以了解新系统的功能，判断是否所需的系统。系统分析说明书一旦评审通过，就是系统设计的依据，也是系统最终验收的依据。3.系统设计阶段,系统分析阶段回答了新系统“做什么”的问题，而系统设计阶段的任务就是回答“怎么做”的问题，即根据系统分析说明书中规定的功能要求，考虑实际条件，具体设计实现逻辑模型的技术方案，也即设计新系统的物理模型。所以这个阶段又称为物理设计阶段。它又分为总体设计和详细设计两个阶段，产生的技术文档是“系统设计说明书”。4.系统实施阶段,系统实施阶段的任务包括计算机

24、等硬件设备的购置、安装和调试，应用程序的编制和调试，人员培训，数据文件转换，系统调试与转换等。系统实施是按实施计划分阶段完成的，每个阶段应写出“实施进度报告”。系统测试之后写出“系统测试报告”。5.统维护和评价阶段,系统投入运行后，需要经常进行维护，记录系统运行情况，根据一定的程序对系统进行必要的修改，评价系统的工作质量和经济效益。1.5 基本框架系统的基本框架如下如所示：图1.1 潮汐车道控制系统基本框架1.6 研究重点及需要解决的问题1.研究的重点：（1）了解需求是该系统设计的重点之一，因为一方面要让广大交通参与者能够清楚明白路口、路段上的潮汐车道指示灯的具体含义，另一方面也要让交通警察在

25、指挥中心能都轻松、直观地对潮汐车道灯进行变换操作，同时也要满足多路口、路段以及在不同时间段的方案需求。（2）软件的稳定性，因为涉及到城市交通流量的控制，本软件要求系统能够在全天24小时的时间内保持运行正常。（3）各个模块的设计，如用户管理模块，该模块中内置了权限功能，在用户登入时由用户的角色权限来决定用户可使用的功能。（4）其他模块的设计，通过对实际应用提出需求，进行针对性开发，如节假日早、晚高峰时，潮汐车道灯不需要进行切换，就需要该系统具有提前设定节假日的功能。2.研究的难点：（1）确定需求，因为杭州可以说是全国实施潮汐交通组织措施的先行者，之前几乎没还有可借鉴的经验，所以确定需求对系统设计

26、人员来说具有比较大的难度。（2）对潮汐车道灯的准确控制以及定时模块的设计。（3）界面的设计，要易用，简明，便于操作。3.解决的关键问题：(1)能够实施显示潮汐灯的状态。(2)能够同时变换多个路口、路段车道灯。(3)能够检测故障并报警。第2章 相关技术本节主要介绍了设计和开发交通业务综合系统管理子系统所涉及的相关技术。重点介绍了ASP.NET技术、Java、Rose技术，以及Hibernate技术。这些技术为系统的后续开发提供了理论依据和技术基础。2.1 ASP.NET技术ASP.NET是微软提供的新一代的Web开发平台，它为开发人员提供了生成企业级Web应用程序所需要的服务、编程模型和软件基础

27、结构，同其他Web开发平台相比，ASP.NET具有下面三大优势。1.支持编译型语言目前流行的几种脚本语言比如VBScript、JavaScript1和ASP等都有两个主要的缺点。第一，不支持强数据类型。在JavaScript中定义变量只有一个关键字var，使用var关键字定义的变量，如果赋值是字符串，该变量就是字符串变量；如果赋值是整数，则该变量就是整型变量。在VBScript和ASP中，定义变量只通过一个关键字DIM，该变量也没有具体的类型。第二，脚本语言是解释型的。通常情况下，解释型的脚本语言在性能上抵不上编译型的语言。自推出.NET开发平台以来，微软在Web服务器端开发语言方面，主推VB

28、.NET和C#.NET这两种编译型语言。通过这两种开发语言，程序员可以像开发普通的Windows程序一样来开发Web程序，只不过在Windows程序中用于开发GUI2界面的各种控件，在Web程序开发中也有它们相应的Web版本。程序员通过C#语言，利用VS.NET提供的各种Web控件，可以非常容易地开发ASP.NET Web程序。开发的ASP.NET程序被编译成MSIL语言，这种中间语言具有平台无关性，而且，由于ASP.NET页面在执行前会被编译，所以ASP.NET的性能得到了很大的提高。2.程序代码与页面内容的成功分离通常的动态网页开发，往往是在一个网页上混合多种脚本语言。比如在HTML脚本语

29、言上可以嵌入JavaScript或VBScript5等客户端脚本语言，也可以同时嵌入ASP或JSP等服务器端脚本语言。这种多语言混合的Web开发模式通行已久，但是它的代码可读性很差，程序代码同页面内容混合在一起，程序员要在多种语言的思维上频繁切换，如果程序很复杂的话，这种开发模式非常不利于程序的开发，而且日后的维护也将成为大问题。ASP.NET Web开发技术为程序员提供了一种非常好的开发模式，即Code Behind技术，它通过Web控件将程序代码与页面内容成功分离，从而使ASP.NET的程序结构异常清晰，开发和维护的效率也得到了很大的提高。另外可以利用Visual Studio.NET集成

30、环境下开发ASP.NET应用程序，该环境不仅提供了强大的调试能力，而且还集成了“所见即所得”的HTML编辑器，为开发人员开发Web提供了方便的图形化支持。3.引入服务器端控件在ASP中，可以给页面手动添加HTML控件，对这些控件的响应有两种办法。一种是在客户端的脚本语言中响应用户对这些控件的输入，另一种是把该页面提交给服务器3。这两种办法都存在问题，第一种办法产生的问题是不同的浏览器以不同的方式执行客户端脚本语言，我们很难编写在多种浏览器上都能良好运行的复杂的Web页面。第二种办法存在的问题是，如果我们把Web页面重新提交给服务器，那么Internet的无状态特性就会导致页面上存储在变量中的信

31、息丢失，除非我们编写了复杂的代码，把它们存储在HTML元素或URL查询字符串中。ASP.NET通过服务器控件解决了上述问题。服务器端控件会生成发送给浏览器的HTML代码，显示控件，它们还能生成隐藏的HTML元素来存储它们当前的状态。在提交页面时，这些信息就会传送回服务器，控件将自动处理这些信息，改变HTML，显示控件。2.2 JavaJava是由Sun Microsystems公司于1995年5月推出的Java程序设计语言（以下简称Java语言）和Java平台的总称。用Java实现的HotJava浏览器（支持Java applet）显示了Java的魅力：跨平台、动态的Web、Internet计

32、算。从此，Java被广泛接受并推动了Web的迅速发展，常用的浏览器现在均支持Java applet。另一方面，Java技术也不断更新(2010年Oracle公司收购了SUN)。Java平台由Java虚拟机（Java Virtual Machine，简称JVM）和Java应用编程接口（Application Programming Interface，简称API）构成。Java应用编程接口为Java应用提供了一个独立于操作系统的标准接口，可分为基本部分和扩展部分。在硬件或操作系统平台上安装一个Java平台之后，Java应用程序就可运行。现在Java平台已经嵌入了几乎所有的操作系统。这样Java程序可以只编译一次，就可以在各种系统中运行。Java应用编程接口已经从1.1x版发展到1.2版。目前常用的Java平台基于Java1.4，最近版本为Java1.7。Java分为三个体系JavaSE7 (Java2 Platform Standard