专利名称：基于无线Mesh自组网的智能交通控制系统及控制方法
技术领域：
本发明涉及一种智能交通控制技术领域，特别是一种基于无线Mesh自组网的智 能交通控制系统及其用于交通控制的方法。
背景技术：
随着社会经济的快速发展及城市化进程的加快，国内各大中城市的机动车保有量 增长迅猛，城市路网状况越来越复杂，交通资源日益紧张，交通拥挤与阻塞的现象也日趋严 重。而改善城市交通系统功能的有效途径除了制定合理的城市交通规划和加强道路交通建 设外，还必须建立先进的功能强大的城市交通信号控制系统。目前，大部分城市正在服役的交通信号控制系统仍属传统的单点独立控制系统， 对于城市整体交通流的调控作用十分有限，而且大多数交通控制设备没有与控制中心联 网，城市交通指挥与交通控制设备间的协同工作一直是个难题。近几年来，国内一些大城市 虽然陆续引进了第二、第三代智能交通控制系统，在一定程度上缓解了这个问题，但这种主 要基于集中控制模式的系统，架构过于庞大和复杂，需要在各个控制节点和交通指挥控制 中心之间铺设或租用大量的铜缆、光纤等有线通信线路，对于大中城市而言，整个系统的基 建和后期维护运营的开销较大，且建设和维护期间对路网的正常运行会造成影响，系统结 构的稳定性和可靠性程度不理想，控制中心一旦发生故障会导致整个系统无法正常工作， 加大了系统管理维护的难度。为了减小城市道路交通网络的压力，缓解行车延误和交通拥堵所引发的一系列问 题，提高城市道路的输送效率，对现有交通信号控制设备进行网络化、智能化的升级势在必 行，而寻求一种高效、低成本且稳定可靠的解决方案又是在设备的升级中首要考虑的问题。ZigBee (紫蜂)技术是专门面向监测和控制应用场景制定的传感器与执行器无 线联网的开放式通信标准，具有功耗和成本低、组网灵活简单、网络容量大且易于扩展等优 点。专利公开号为CN101079772A “基于ZigBee无线通信的智能交通控制系统”即是采用 该技术的一种智能交通控制系统，但该系统仅仅实现控制中心与各路口之间的双向联系， 各路口的交通流量和信号灯状态信息需要集中发送到交通控制中心进行统一决策，而信号 灯的配时优化和调整则唯一取决于交通控制中心发出的控制指令，无法依据邻近路口之间 数据的智能感知和相互协调自动得出，未能充分利用并发挥出ZigBee无线传感器网络的 分布式计算优势，是一种典型的集中式控制系统，并且该系统的网络拓扑采用簇状结构，比 Mesh网状网结构的可靠性和灵活性程度低。因此，上述交通控制系统整体的鲁棒性和容错 性不高，智能程度较低，一旦集中通信和控制设备中某个环节发生故障将严重影响系统的 实际性能，这种情况在交通拥堵日益严重，对交通信号控制系统的控制品质和稳定性有很 高要求的一线大城市中是无法容忍的。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于Zigbee无线Mesh自组网技术和人工智能多Agent小区域自协调控制技术的“基于无线Mesh自组网的智能交通控制系统及控制方法”，该系 统采用先进的ZigBee短距离无线通信技术和现代智能网络技术有机结合，相比目前其它 类型的智能交通控制系统，本系统的通信子系统更为简化和智能，建设和维护成本较低，系 统组网灵活，控制节点的增减简单便利；其软件子系统结构简单，控制算法的实时性得到大 幅度提高，控制系统的自主性和智能性得到充分体现，能够实现最优的交通信号控制效果。解决上述技术问题的技术方案是一种基于无线Mesh自组网的智能交通控制系 统，包括n个交通控制节点、m个ZigBee区域基站、移动通信基站和交通控制中心；η个 交通控制节点分别位于各交叉路口，其内各设备采用RS-232/RS-485总线相连，邻近交通 控制节点间通过ZigBee技术实现无线Mesh自组通信网并实时交换路口的交通数据，每个 ZigBee区域基站与交通控制中心之间通过移动通信基站采用GPRS/CDMA数传设备进行远 程连接，上述n、m的取值范围是η为2 256之间的任意整数，m为1 100之间的任意 整数。其进一步技术方案是所述每个交通控制节点包括交通流参数采集设备、交通信 号控制设备以及ZigBee通信模块I，所述交通流参数采集设备包括交通流视频检测器、地 感线圈或交通微波车辆检测器以及GPS定位和授时辅助装置；所述的交通信号控制设备为 驻留TSCA通信协议及其算法的交叉路口交通信号控制机和交通信号指示灯，交通流参数 采集设备的主要功能是
交通流视频检测器用于获取路口各种转向的车流量、车型、车速、排队长度以及其它各 种交通事件检测，适合气候条件和光照度达到基本要求时工作； 地感线圈用于获取路口各种转向的车流量、车型、车速；
微波车辆检测器用于获取每车道的车流量、车型、车速；地感线圈和适合夜间及视频检 测器无法正常工作时辅助；
各交通控制节点间或是采用内嵌ZigBee通信模块I和工业485总线技术的通信收发 器自组无线Mesh本地通信控制网络，或是既采用内嵌ZigBee通信模块I和工业485总线 技术的通信收发器自组无线Mesh本地通信控制网络，同时又通过Mesh网络的ZigBee区域 基站进行数据汇聚，经GPRS/CDMA数传终端把交通检测和信号机配时控制数据上传至交通 控制中心；
当各交通控制节点间采用内嵌ZigBee通信模块I和工业485总线技术的通信收发器 自组无线Mesh本地通信控制网络进行通信时，各节点的交通信号控制Agent根据BNNC交 通控制协议-即交通控制节点基于邻近协商机制的交通控制协议，在相互邻近的小区域内 实时交换所采集的路口交通流参数和信号配时方案数据，并作为交通信号自适应协调控制 的决策依据；
当各交通控制节点采用通过Mesh网络的ZigBee区域基站进行数据汇聚，经GPRS/CDMA 数传终端把交通检测和信号机配时控制数据上传至交通控制中心时，交通控制中心则可以 根据交通数据分析和实际情况需要，将控制指令或优化调整参数实时下载至无线Mesh交 通信号控制网络，控制网络无条件执行中心的控制方案或做配置参数调整。所述的ZigBee区域基站包括基于μ Clinux操作系统的ARM处理器系统、GPRS/ CDMA无线数传通讯模块和ZigBee通信模块II，ARM处理器系统与GPRS/CDMA无线数传通 讯模块之间以及ARM处理器系统与ZigBee通信模块II之间分别通过RS-485总线连接；ZigBee区域基站的数据通信基于BDAT通信协议栈实现，ZigBee通信模块II用于接收各 交通控制节点发来的讯号，ARM处理器系统将各交通控制节点发来的讯号进行处理后通 过GPRS/CDMA无线数传通讯模块并借助于移动通信基站发给交通控制中心，并通过GPRS/ CDMA无线数传通讯模块、借助于移动通信基站接收交通控制中心发来的调整优化参数或者 强制指令并通过ZigBee通信模块II发回给各交通控制节点。所述的交通控制中心包括应用程序服务器、数据库服务器和路由器，控制中心的 应用程序服务器、数据库服务器和路由器之间分别安装有防火墙；所述控制中心服务器和 数据库服务器均具备双主机故障热切换的功能，整体运行基于Oracle关系数据库和地理 信息系统GIS平台开发的TSCA智能交通控制系统软件；应用程序服务器接收ZigBee区域 基站汇总转发的各交通控制节点的现场交通数据信息，经过处理后，当有必要控制中心干 预时，应用程序服务器再将数据及控制信息返回ZigBee区域基站用于控制或参与各交通 控制节点的交通信号配时方案决策和优化。所述交叉路口交通信号控制机驻留的TSCA通信协议栈的组成是底层为 IEEE802. 15. 4物理层，以上依次是IEEE802. 15. 4媒体访问控制层、网络层、1 比特加密的 安全层和应用层接口，最上层为用于交通监测及控制数据交换的TSCA应用层。所述ZigBee区域基站的区域基站BDAT通信协议栈的组成是用于交通数据汇 聚及网间转发的区域基站应用层位于协议栈顶部，往下分成ZigBee网络和IP网络两个子 部分；其中ZigBee网络子部分底层为IEEE802. 15. 4物理层，以上依次是IEEE802. 15. 4媒 体访问控制层、网络层、1 比特加密的安全层和应用层接口 ；IP网络子部分底层为GPRS/ CDMA无线网络物理层，向上依次为PPP数据链路层、IP网络层和TCP/UDP传输层。所述交通控制节点基于邻近协商机制的交通控制协议-BNCC交通控制协议的数 据单元，即=ZigBee网络层数据帧格式是第一层包括网络层帧头，数据参考基准时间，交 通检测数据区1，交通控制数据区2 ；第二层包括检测设备类型，检测参数1……，检测参 数P，第三层包括信号周期，信号相位数q，相位1参数……，相位q参数；其中P、q的取值 范围是P、q分别为广100之间的任意整数。本发明另一相关技术方案是一种基于无线Mesh自组网的智能交通控制系统用 于智能交通控制的方法，它是采用ZigBee短距离无线通信技术和智能网络技术相结合的 方法；控制系统中各节点的交通流参数采集和交通信号控制设备通过Zigbee无线通信方 式接入Mesh自组网络，并根据GPS节点定位信息和路网拓扑预定义的调控目标区域与邻近 的关联节点依照BNNC交通控制协议-即交通控制节点基于邻近协商机制的交通控制协议， 实时交换彼此的交通流参数、信号机控制参数以及协商决定各交通信号控制节点的控制决 策，该系统的TSCA信号控制协商机制采用基于对策论的显式协调和基于知识规则的隐式 协调的结合方式；ZigBee区域基站基于BDAT通信协议栈，经GPRS/CDMA数传终端把汇聚后 的交通检测和信号控制数据上传至交通控制中心；交通控制中心在有必要干预的情况下将 一些调整优化参数或者强制指令下载到各个控制节点参与具体的路口信号配时决策；系统 交通信号协调控制所需的同步时钟由各节点GPS授时模块自行独立校准。该方法的进一步技术方案是所述各交通信号控制节点的控制决策包括路口红 绿灯配时方案，基于邻近关联节点实时交换来的交通流参数、信号机控制参数和所存储的 路网拓扑图、历史交通流参数和交通控制数据以及中央集控中心的指令加权后做出的新的信号机控制参数。 所述的基于无线Mesh自组网的智能交通控制系统用于智能交通控制的方法的具 体步骤分为两个组成部分，一个是建立节点间通信基础的“邻近协商节点查找及控制节点 相关子路网拓扑建立算法”，另一个是建立在“邻近协商节点查找及控制节点相关子路网拓 扑建立算法”基础上的“小区域自协调交通信号控制算法”；
(1) “邻近协商节点查找及控制节点相关子路网拓扑建立”算法的基本步骤 Ml 系统各节点加电后自检及初始化，并检查是否可以正常工作，若不能正常工作则转 到M2，否则进入M3 ；
M2 检查能否脱网工作，不能则转到M21，若能够脱网独立工作则转到M22 ； M21 节点工作结束；
M22 根据经验知识或预存配时方案独立工作；
M3 加入Zigbee网络获得Zigbee短地址，向邻近节点请求拷贝区域路网拓扑图数据， 包括该区域所有节点和支路或路段的GPS位置、序号、路权等级、转向及节点之间的关联等 参数，转到M4;
M4 从GPS卫星定位模块接收本节点定位信息；
M5 根据定位信息在路网拓扑图中检索本节点的位置，若该节点无法与路网拓扑图任 一节点匹配，则转M22根据经验知识或预存配时方案独立工作，否则转到M6继续执行；
M51 在系统正常运行过程中，若节点接收到控制中心路网拓扑更新通知，则节点工作 流程无条件跳转到M5并往下依次重新执行；
M6:生成与本节点关联的未激活的子路网拓扑图，根据区域路网拓扑图的定义，寻找 与本节点关联的节点和支路，将区域路网拓扑修剪成与本节点关联的未激活的子路网拓扑 图，转到M7执行；
M61 在系统正常运行过程中，若节点ZigBee网络重组短地址有变化，则节点工作流程 无条件跳转到M6并往下依次重新执行；
M7 检查关联子路网拓扑是否存在，不存在则转M22根据经验知识或预存配时方案独 立工作，存在则创建6个并行子任务Si、S2、S3、S4、S5和S6同时执行；
①子任务Sl执行步骤
Sll 侦听有否关联节点回应本节点上线工作的广播数据报，若有进入S12，若没有返 回Sll继续侦听；
S12:从接收到的数据报中提取关联节点信息并在关联子路网拓扑中验证该节点的存 在，若存在则转到S13，否则返回Sll继续执行侦听；
S13 将子路网对应关联节点和支路的状态激活后，返回Sll继续侦听；
②子任务S2执行步骤
S21 侦听路网节点上线工作广播数据报，收到转S22，否则返回S21继续执行侦听； S22:从接收到的数据报中提取该节点信息并在关联子路网拓扑中检索该节点，若存在 则进入S23，否则返回S21继续执行侦听；
S23 判断该节点状态是否已经激活，若未激活则转S241，若已激活则转S242 ； S241 激活子路网拓扑中对应节点及支路，并记录其通信地址等相应参数，同时以该数 据报的源地址为目标地址发送一份在线回应并转回S21执行；S242 检查该节点相关参数是否需要更新，若需要更新转S25，否则转回S21 ； S25 更新子路网拓扑中对应节点及支路的相关参数后转回S21执行；
③子任务S3执行步骤
531逐一搜索检查本节点子路网拓扑图中各关联节点的状态；
532如果某关联节点不是激活状态转回S31继续下一个节点的判断，否则转S33 ； S33:定时向该激活状态节点发送代表本节点工作正常的在线心跳包，使之能够维护其
关联子路网拓扑在线节点列表，为节点间开展正常的交通信号协商控制提供基础，然后转 回S31继续下一个节点的判断；
④子任务S4执行步骤
541检测子路网拓扑图中各个关联节点心跳包的接收情况，判断是否有关联节点停 跳，即下线失去通信联系，若有转S42;
542将子路网拓扑中该节点及相关支路状态更改为无效，转回S41继续；
⑤子任务S5执行步骤
551侦听有否邻近节点向本节点请求拷贝本区域路网拓扑图数据，若有转S52 ；
552判断本节点是否存有区域路网拓扑图副本，没有转S51继续，若有转S53 ；
553发送区域路网拓扑图相关数据给请求者，转S51继续；
⑥子任务S6执行步骤
561搜索子路网拓扑图中各关联节点状态，转S62 ；
562若发现有未激活节点存在则转S63，没有则转S61 ；
563定时广播通告本节点已上线工作，转S61继续执行； (2) “小区域自协调交通信号控制算法”的基本步骤
本控制算法分为4个并行子任务Tl、T2、T3和T4同时执行
①子任务Tl执行步骤
Tll 侦听子路网关联节点发送来的工作数据报并保存； T12 检查本节点当前交通信号控制周期是否即将结束，若没有则转回T11，否则转到
T13 ；
T13 获取本节点的交通检测数据，以及子路网拓扑中关联节点的交通流参数和相应配 时方案，根据控制模型算法，及“点、线、面”控的需要，决定是否需要与相关邻近节点进行协 调控制，不需要则直接转到T14，若需要协调控制则转T131执行；
T131 发出协商请求并在规定时间内执行完相应协调流程，商定控制参数，然后转
T14 ；
T14:在控制模型中代入上述步骤确定的相应参数，得出本节点本次信号控制周期数 据，并对本节点信号控制机各项配时参数进行设定和执行，转到T15 ；
T15 读取本地同步时钟，向子路网各激活节点及区域基站发送本节点带有同步时戳的 信号机配时方案数据报，然后转回Tll继续执行；
②子任务T2执行步骤
T21 判断本地同步时钟校准周期是否已到，若到则转T22 ； T22 读GPS模块授时信息同步本地时钟，转到T21继续执行；
③子任务T3执行步骤T31 判断本地交通流检测数据发送周期是否已到，若已到转T32 ； T32 读本地同步时钟，向子路网各激活节点及区域基站发送本节点交通流数据；转到 T31继续执行；
④子任务T4执行步骤
T41 侦听是否有关联节点请求协调控制消息，若有转T42 ；
T42:根据本节点当前控制策略和交通状况决定是否接受协调控制请求，若拒绝则转 T421执行，同意则转到T43执行；
T421 发送拒绝协调消息给请求方，转T41继续；
T43 检查有否适合的知识规则，若有则转T431执行，没有则转T432执行；
T431 选择规则并根据规则确定相应控制策略，转T44 ；
T432 求协调最优解，确定协调双方的控制策略，转T44 ；
T44 得出各项协调控制参数代入控制决策制定环节，转回到T41继续执行。所述的基于无线Mesh自组网的智能交通控制系统用于智能交通控制的方法中， 系统的TSCA信号控制协商机制采用基于对策论的显式协调和基于知识规则的隐式协调结 合的方式，令提出协调请求的TSCA为TA，接受协调请求的TSCA为TB，则其知识规则如下
①若TB交通流量低于某阈值，则TB执行使TA获得最大调控效果的行为；
②若TA与TB进行了协调，在下两个决策间隔内不再接受其它TSCA发出的协调协调请
求；
③当所控制区域中的路口均处于交通高峰时，停止基于对策论的协调模式，由TSCA根 据经验知识进行协调。本发明基于无线Mesh自组网的智能交通控制系统及控制方法具有以下特点和有 益效果
1、本发明系统采用基于ZigBee无线Mesh自组网技术，系统高度智能化，数据传输速率 250kb/s,网络路由至少可达20跳，单跳传输距离根据发射单元功率最远可达3Km且无通讯 费用，整体架构简洁，功耗低，可靠性高，故障自愈能力强，个别节点通信失效不影响系统整 体正常运转，且故障节点仍可脱网根据经验知识独立工作，特别适合分布式交通控制场景 应用。2、系统交通信号协调控制所需的同步时钟由各节点GPS授时模块自行独立校准， 分布式的操作降低了控制中心统一时钟源失效带来的系统运行失同步风险。3、ZigBee模块内建CSMA/CA防碰撞机制，有效防止数据丢失；采用DSSS扩频机 制，16个信道自由选择，躲避信号干扰。4、采用基于人工智能技术的多Agent自协商机制，系统中各节点的Agent根据系 统预先指定的关联子路网拓扑(根据点、线、面控的需要设置拓扑图中的相关节点)决定参 与协商的对象，也即小区域自协调技术，并采用自协调智能分布式控制算法，无需集中求解 庞大复杂的最优控制问题，软硬件系统极大简化，控制系统的自主性和智能性得到充分体 现，能够实现最优的交通信号控制效果；避免了在大区域求解庞大复杂的最优控制问题带 来的数据通信和计算量大、协调实时性差、性能下降较快的缺点；这种分布式协同计算模式 即使在交通控制中心故障或失效的情况下对系统整体的正常工作影响不大。5、位于各个节点的交通信号控制Agent根据基于邻近交换机制的TSCA通信控制
13协议，实时交换彼此的交通流参数(车流量、车型、车速、车流密度、排队长度等)和信号配时 方案数据，各Agent对与之相邻关联的附近节点的交通流参数认识能够快速收敛，因而能 够依据邻近路口之间数据的智能感知和协调计算自动做出决策，充分利用并发挥出ZigBee 无线传感器网络的分布式计算优势。6、本发明系统将强化学习方法与基于经验知识的控制方法引入Agent的交通信 号控制决策(路口交通灯信号周期、绿信比、相位差等)，具有高度智能化和免人工干预等优
点ο7、路网各节点交通信号控制代理之间的协调方式有机结合了基于对策论的显式 协调和基于社会知识规则的隐式协调，有利于充分发挥这两种协调方法的各自优势。8、系统组网架设灵活，建设周期短，造价较普通集中控制式在通信线路和设备的 投资上节省50%以上的费用。9、系统维护管理方便，支持无线配置和固件升级，无须爬高作业；降低了施工难 度，节约了成本，特别适合于一些在建设时没有铺设通信网络的路口、桥梁和公路采用，以 避免重新破路铺设线缆造价高，并且会在一定程度上造成交通堵塞的问题。下面，结合附图和实施例对本发明之基于无线Mesh自组网的智能交通控制系统 及控制方法的技术特征作进一步的说明。
图1 本发明基于无线Mesh自组网的智能交通控制系统组成结构示意图； 图2 系统基于ZigBee技术的无线Mesh自组通信网络结构示意图3 交通控制节点内部结构示意图； 图4 =ZigBee区域基站结构示意图； 图5 交通控制节点信号机TSCA通信协议栈结构示意图； 图6 =ZigBee区域基站BDAT通信协议栈示意图7 交通控制节点基于邻近协商机制的交通控制协议BNCC的数据单元(ZigBee网络 层数据帧)格式示意图8 邻近协商节点查找及控制节点相关子路网拓扑建立算法； 图9 小区域自协调交通信号控制算法。图中
A -交通控制节点，B-ZigBee区域基站，C-移动通信基站，D-交通控制中心； 11-交通流视频检测器，12-地感线圈或交通微波车辆检测器，13-交通信号指示灯， 14-GPS定位和授时辅助装置，15- ZigBee通信模块I，16-交叉路口交通信号控制机； 21-GPRS/CDMA无线数传通讯模块，22-ARM处理器系统，23- ZigBee通信模块II ； 40-交通控制中心应用服务器；41-交通控制中心数据库服务器，42-防火墙，43-路由
ο文中缩略语含义如下
ZigBee-IEEE802. 15. 4协议代名词，一种短距离、低功耗的无线通信技术标准； Mesh-网状网； Agent-代理；GPRS/CDMA-通用无线分组业务/码分多址无线通信技术；
TSCA通信协议-交通信号控制代理通信协议；
BDAT通信协议栈-区域基站交通数据汇聚及网间转发通信协议栈；
BNNC交通控制协议-交通控制节点基于邻近协商机制的交通控制协议；
MAC -介质访问控制层；
PHY-物理层；
TCP/UDP-传输控制协议/用户数据报协议； IP-互联网协议；
PPP数据链路层-点到点的数据链路层； Oracle- Oracle关系数据库； CSMA/CA-载波侦听多路访问/冲突检测； DSSS-直接序列扩频； GIS-地理信息系统。
具体实施方式
实施例一
一种基于无线Mesh自组网的智能交通控制系统，如图1所示，所述的智能交通控制系 统包括4个交通控制节点A、1个ZigBee区域基站B、移动通信基站C和交通控制中心D ；4 个交通控制节点A分别位于各交叉路口，其内各设备采用RS-232/RS-485总线相连，邻近节 点间通过ZigBee技术实现无线Mesh自组通信网并实时交换交通数据，ZigBee区域基站B 与交通控制中心D之间通过移动通信基站C采用GPRS/CDMA数传设备进行远程连接；
如图3所示，所述每个交通控制节点A包括交通流参数采集设备、交通信号控制设备以 及ZigBee通信模块I 15，所述交通流参数采集设备包括交通流视频检测器11、交通微波车 辆检测器12以及GPS定位和授时辅助装置14 ；所述的交通信号控制设备为驻留TSCA通信 协议及其算法的交叉路口交通信号控制机16和交通信号指示灯13，交通流参数采集设备 的主要功能是
交通流视频检测器11用于获取路口各种转向的车流量、车型、车速、排队长度以及其 它各种交通事件检测，适合气候条件和光照度达到基本要求时工作；
微波车辆检测器12用于获取每车道的车流量、车型、车速；适合夜间及视频检测器无 法正常工作时辅助；
各交通控制节点间采用内嵌ZigBee通信模块I 15和工业485总线技术的通信收发 器自组无线Mesh本地通信控制网络进行通信，各节点的交通信号控制Agent (TSCA)根据 BNNC交通控制协议-即交通控制节点基于邻近协商机制的交通控制协议，在相互邻近的小 区域内实时交换所采集的路口交通流参数和信号配时方案数据，并作为交通信号自适应协 调控制的决策依据；具体协商的区域由路网拓扑中关联节点和支路参数确定，可以根据点、 线、面控的实际需要设定，可以是各种非规则形状；
各交通控制节点A也可以同时通过Mesh网络的ZigBee区域基站进行数据汇聚，经 GPRS/CDMA数传终端把交通检测和信号机配时控制数据上传至交通控制中心D，交通控制 中心D则根据交通数据分析和实际情况需要，将控制指令或优化调整参数实时下载至无线Mesh交通信号控制网络，控制网络无条件执行中心的控制方案或做配置参数调整(参见图 2)。如图4所示，所述的ZigBee区域基站B包括基于μ Clinux操作系统的ARM处理 器系统22、GPRS/CDMA无线数传通讯模块21和ZigBee通信模块II 23，ARM处理器系统22 与GPRS/CDMA无线数传通讯模块21之间以及ARM处理器系统22与ZigBee通信模块II 23 之间分别通过RS-485总线连接；ZigBee区域基站B的数据通信基于BDAT通信协议栈实现， ZigBee通信模块II 23用于接收各交通控制节点A发来的讯号，ARM处理器系统22将各交通 控制节点A发来的讯号进行处理后通过GPRS/CDMA无线数传通讯模块21并借助于移动通 信基站C发给交通控制中心D，并通过GPRS/CDMA无线数传通讯模块21、借助于移动通信基 站C接收交通控制中心D发来的调整优化参数或者强制指令并通过ZigBee通信模块II 23 发回给各交通控制节点。ZigBee模块内建CSMA/CA防碰撞机制，有效防止数据丢失；采用DSSS扩频机制， 16个信道自由选择，躲避信号干扰。所述的交通控制中心D包括应用程序服务器41、数据库服务器42和路由器44，控 制中心的应用程序服务器41与路由器44之间、数据库服务器42与路由器44之间分别安 装有防火墙43 ；所述控制中心服务器41和数据库服务器42均具备双主机故障热切换的功 能，整体运行基于Oracle关系数据库和地理信息系统GIS平台开发的TSCA智能交通控制 系统软件；应用程序服务器41和数据库服务器42接收ZigBee区域基站B发来的系统各交 通控制节点A发来的现场数据信息，经过处理后，当有必要控制中心干预时，应用程序服务 器41和数据库服务器42再将数据及控制信息返回ZigBee区域基站B用于控制或参与各 交通控制节点A的交通信号配时方案决策和优化(参见图1、图2)。如图5所示，所述交叉路口交通信号控制机16驻留的TSCA通信协议栈的组成是 底层为IEEE802. 15. 4物理层PHY，以上依次是IEEE802. 15. 4媒体访问控制层MAC、网络层、 128比特加密的安全层和应用层接口，最上层为用于交通监测及控制数据交换的TSCA应用 层。如图6所示，所述ZigBee区域基站B的区域基站BDAT通信协议栈的组成是用 于交通数据汇聚及网间转发的区域基站应用层位于协议栈顶部，往下分成ZigBee网络和 IP网络两个子部分；其中ZigBee网络子部分底层为IEEE802. 15. 4物理层PHY，以上依次是 IEEE802. 15. 4媒体访问控制层MAC、网络层、1 比特加密的安全层和应用层接口 ；IP网络 子部分底层为GPRS/CDMA无线网络物理层，向上依次为PPP数据链路层、IP网络层和TCP/ UDP传输层。如图7所示，所述交通控制节点A基于邻近协商机制的交通控制协议-BNNC交通 控制协议的数据单元，即=ZigBee网络层数据帧格式是第一层包括网络层帧头，数据参 考基准时间，交通检测数据区1，交通控制数据区2 ；第二层包括检测设备类型，检测参数 1……，检测参数P，第三层包括信号周期，信号相位数q，相位1参数……，相位q参数；其 中P、q的取值范围是P、q分别为广100之间的任意整数。实施例一仅仅是本发明具体实施方式
常用的较佳实施例之一。作为本发明实施例一的一种变换，所述的交通控制节点A的个数也可以增加或减 少，至少2个，也可以多达η个(A1、A2、A3、A4、A5、……An，为描述方便，Al、A2、A3、A4、
16A5、……An统称为A)，一般η的取值范围是:η为2、3、4、5……256之间的任意整数，随着 交通控制节点A的增加，ZigBee区域基站B的个数m也相应增加，一般，m的取值范围是m 为1、2、3、4、5". 100之间的任意整数。作为本发明实施例一的一种变换，所述的交通控制节点A的交通流参数采集设备 除采用交通流视频检测器11和交通微波车辆检测器12外，还可以采用地感线圈代替交通 微波车辆检测器12用于获取路口各种转向的车流量、车型、车速，在一个交通控制节点A 中，可以同时安装这三种交通流参数采集设备以备不同情况下使用，也可以只安装其中的 一种或两种。作为本发明实施例一的一种变换，各交通控制节点间除实施例一所述既采用内 嵌ZigBee通信模块I和工业485总线技术的通信收发器自组无线Mesh本地通信控制网 络，同时又通过Mesh网络的ZigBee区域基站进行数据汇聚，经GPRS/CDMA数传终端把交 通检测和信号机配时控制数据上传至交通控制中心的控制方式外；还可以是仅仅采用内嵌 ZigBee通信模块I和工业485总线技术的通信收发器自组无线Mesh本地通信控制网络进 行通信，此时，各节点的交通信号控制Agent根据BNNC交通控制协议-即交通控制节点基 于邻近协商机制的交通控制协议，在相互邻近的小区域内实时交换所采集的路口交通流参 数和信号配时方案数据，并作为交通信号自适应协调控制的决策依据；此种情况一般在系 统的交通控制中心与无线MESH网络失去通信联络时采用。实施例二
一种将实施例一所述基于无线Mesh自组网的智能交通控制系统用于智能交通控制的 方法，它是采用ZigBee短距离无线通信技术和智能网络技术相结合的方法，控制系统中各 节点的交通流参数采集和交通信号控制设备通过Zigbee无线通信方式接入Mesh自组网 络，并根据GPS节点定位信息和路网拓扑预定义的调控目标区域(该区域根据实际需要可 以规划呈点、线、面状)与邻近的关联节点依照BNNC交通控制协议-即交通控制节点基于邻 近协商机制的交通控制协议，实时交换彼此的交通流参数、信号机控制参数以及协商决定 各交通信号控制节点的控制决策，该系统的TSCA信号控制协商机制采用基于对策论的显 式协调和基于知识规则的隐式协调的结合方式；ZigBee区域基站基于BDAT通信协议栈，经 GPRS/CDMA数传终端把汇聚后的交通检测和信号控制数据上传至交通控制中心；交通控制 中心在有必要干预的情况下将一些调整优化参数或者强制指令下载到各个控制节点参与 具体的路口信号配时决策；系统交通信号协调控制所需的同步时钟由各节点GPS授时模块 自行独立校准。本发明基于无线Mesh自组网的智能交通控制系统用于智能交通控制的方法中， 所述各交通信号控制节点的控制决策包括路口红绿灯配时方案，基于邻近关联节点实时 交换来的交通流参数、信号机控制参数和所存储的路网拓扑图、历史交通流参数和交通控 制数据以及中央集控中心的指令加权后做出的新的信号机控制参数。本发明基于无线Mesh自组网的智能交通控制系统用于智能交通控制的方法包括 两个组成部分，一个是建立节点间通信基础的“邻近协商节点查找及控制节点相关子路网 拓扑建立算法”，另一个是建立在“邻近协商节点查找及控制节点相关子路网拓扑建立算 法”基础上的“小区域自协调交通信号控制算法”。(1) “邻近协商节点查找及控制节点相关子路网拓扑建立”算法的基本步骤Ml 系统各节点加电后自检及初始化，并检查是否可以正常工作，若不能正常工作则转 到M2，否则进入M3 ；
M2 检查能否脱网工作，不能则转到M21，若能够脱网独立工作则转到M22 ； M21 节点工作结束；
M22 根据经验知识或预存配时方案独立工作；
M3 加入Zigbee网络获得Zigbee短地址，向邻近节点请求拷贝区域路网拓扑图数据， 包括该区域所有节点和支路或路段的GPS位置、序号、路权等级、转向及节点之间的关联等 参数，转到M4;
M4 从GPS卫星定位模块接收本节点定位信息；
M5:根据定位信息在路网拓扑图中检索本节点的位置，若该节点无法与路网拓扑图任 一节点匹配，则转M22根据经验知识或预存配时方案独立工作，否则转到M6继续执行；
M51 在系统正常运行过程中，若节点接收到控制中心路网拓扑更新通知，则节点工作 流程无条件跳转到M5并往下依次重新执行；
M6 生成与本节点关联的未激活的子路网拓扑图，根据区域路网拓扑图的定义，寻找 与本节点关联的节点和支路，将区域路网拓扑修剪成与本节点关联的未激活的子路网拓扑 图，转到M7执行；
M61 在系统正常运行过程中，若节点ZigBee网络重组短地址有变化，则节点工作流程 无条件跳转到M6并往下依次重新执行；
M7 检查关联子路网拓扑是否存在，不存在则转M22根据经验知识或预存配时方案独 立工作，存在则创建6个并行子任务Si、S2、S3、S4、S5和S6同时执行；
①子任务Sl执行步骤
511侦听有否关联节点回应本节点上线工作的广播数据报，若有进入S12，若没有返 回Sll继续侦听；
512从接收到的数据报中提取关联节点信息并在关联子路网拓扑中验证该节点的存 在，若存在则转到S13，否则返回Sll继续执行侦听；
513将子路网对应关联节点和支路的状态激活后，返回Sll继续侦听；
②子任务S2执行步骤
521侦听路网节点上线工作广播数据报，收到转S22，否则返回S21继续执行侦听；
522从接收到的数据报中提取该节点信息并在关联子路网拓扑中检索该节点，若存在 则进入S23，否则返回S21继续执行侦听；
523判断该节点状态是否已经激活，若未激活则转S241，若已激活则转S242 ；
5241激活子路网拓扑中对应节点及支路，并记录其通信地址等相应参数，同时以该数 据报的源地址为目标地址发送一份在线回应并转回S21执行；
5242检查该节点相关参数是否需要更新，若需要更新转S25，否则转回S21 ； S25 更新子路网拓扑中对应节点及支路的相关参数后转回S21执行；
③子任务S3执行步骤
531逐一搜索检查本节点子路网拓扑图中各关联节点的状态；
532如果某关联节点不是激活状态转回S31继续下一个节点的判断，否则转S33 ； S33:定时向该激活状态节点发送代表本节点工作正常的在线心跳包，使之能够维护其关联子路网拓扑在线节点列表，为节点间开展正常的交通信号协商控制提供基础，然后转 回S31继续下一个节点的判断；
④子任务S4执行步骤
541检测子路网拓扑图中各个关联节点心跳包的接收情况，判断是否有关联节点停 跳，即下线失去通信联系，若有转S42;
542将子路网拓扑中该节点及相关支路状态更改为无效，转回S41继续；
⑤子任务S5执行步骤
551侦听有否邻近节点向本节点请求拷贝本区域路网拓扑图数据，若有转S52 ；
552判断本节点是否存有区域路网拓扑图副本，没有转S51继续，若有转S53 ；
553发送区域路网拓扑图相关数据给请求者，转S51继续；
⑥子任务S6执行步骤
561搜索子路网拓扑图中各关联节点状态，转S62 ；
562若发现有未激活节点存在则转S63，没有则转S61 ；
563定时广播通告本节点已上线工作，转S61继续执行。
(2) “小区域自协调交通信号控制算法”的基本步骤是
本控制算法分为4个并行子任务Tl、T2、T3和T4同时执行
①子任务Tl执行步骤
Tll 侦听子路网关联节点发送来的工作数据报并保存； T12 检查本节点当前交通信号控制周期是否即将结束，若没有则转回T11，否则转到
T13 ；
T13 获取本节点的交通检测数据，以及子路网拓扑中关联节点的交通流参数和相应配 时方案，根据控制模型算法，及“点、线、面”控的需要，决定是否需要与相关邻近节点进行协 调控制，不需要则直接转到T14，若需要协调控制则转T131执行；
T131 发出协商请求并在规定时间内执行完相应协调流程，商定控制参数，然后转
T14 ；
T14:在控制模型中代入上述步骤确定的相应参数，得出本节点本次信号控制周期数 据，并对本节点信号控制机各项配时参数进行设定和执行，转到T15 ；
T15 读取本地同步时钟，向子路网各激活节点及区域基站发送本节点带有同步时戳的 信号机配时方案数据报，然后转回Tll继续执行；
②子任务T2执行步骤
T21 判断本地同步时钟校准周期是否已到，若到则转T22 ； T22 读GPS模块授时信息同步本地时钟，转到T21继续执行；
③子任务T3执行步骤
T31 判断本地交通流检测数据发送周期是否已到，若已到转T32 ； T32 读本地同步时钟，向子路网各激活节点及区域基站发送本节点交通流数据；转到 T31继续执行；
④子任务T4执行步骤
T41 侦听是否有关联节点请求协调控制消息，若有转T42 ；
T42:根据本节点当前控制策略和交通状况决定是否接受协调控制请求，若拒绝则转T421执行，同意则转到T43执行；
T421 发送拒绝协调消息给请求方，转T41继续；
T43 检查有否适合的知识规则，若有则转T431执行，没有则转T432执行； T431 选择规则并根据规则确定相应控制策略，转T44 ； T432 求协调最优解，确定协调双方的控制策略，转T44 ； T44 得出各项协调控制参数代入控制决策制定环节，转回到T41继续执行。
本发明基于无线Mesh自组网的智能交通控制系统用于智能交通控制的方法中， 所述系统的TSCA信号控制协商机制的TSCA通信协议栈的组成，所述ZigBee区域基站基于 BDAT通信协议栈的组成以及所述交通控制节点基于邻近协商机制的交通控制协议-BNNC 交通控制协议的数据单元，即=ZigBee网络层数据帧格式在实施例一中已经有详细描述， 此处不再赘述。
权利要求
1.一种基于无线Mesh自组网的智能交通控制系统，其特征在于所述的智能交通控制 系统包括n个交通控制节点(A)、mfZigBee区域基站(B)、移动通信基站(C)和交通控制 中心(D) ;11个交通控制节点(A)分别位于各交叉路口，其内各设备采用RS-232/RS-485总 线相连，邻近节点间通过ZigBee技术实现无线Mesh自组通信网并实时交换路口的交通数 据，每个ZigBee区域基站(B)与交通控制中心(D)之间通过移动通信基站(C)采用GPRS/ CDMA数传设备进行远程连接，上述n、m的取值范围是n为2 256之间的任意整数，m为 1 100之间的任意整数。
2.根据权利要求1所述的基于无线Mesh自组网的智能交通控制系统，其特征在于所 述每个交通控制节点(A)包括交通流参数采集设备、交通信号控制设备以及ZigBee通信模 块I (15)，所述交通流参数采集设备包括交通流视频检测器(11)、地感线圈或交通微波车 辆检测器(12)以及GPS定位和授时辅助装置(14)；所述的交通信号控制设备为驻留TSCA 通信协议及其算法的交叉路口交通信号控制机(16)和交通信号指示灯(13)，交通流参数 采集设备的主要功能是交通流视频检测器(11)用于获取路口各种转向的车流量、车型、车速、排队长度以及其 它各种交通事件检测，适合气候条件和光照度达到基本要求时工作；地感线圈用于获取路口各种转向的车流量、车型、车速；微波车辆检测器(12)用于获取每车道的车流量、车型、车速；地感线圈和微波车辆检 测器适合夜间及视频检测器无法正常工作时辅助；各交通控制节点间或是采用内嵌ZigBee通信模块I和工业485总线技术的通信收发 器自组无线Mesh本地通信控制网络，或是既采用内嵌ZigBee通信模块I和工业485总线 技术的通信收发器自组无线Mesh本地通信控制网络，同时又通过Mesh网络的ZigBee区域 基站进行数据汇聚，经GPRS/CDMA数传终端把交通检测和信号机配时控制数据上传至交通 控制中心；当各交通控制节点间采用内嵌ZigBee通信模块I和工业485总线技术的通信收发器 自组无线Mesh本地通信控制网络进行通信时，各节点的交通信号控制Agent根据BNNC交 通控制协议-即交通控制节点基于邻近协商机制的交通控制协议，在相互邻近的小区域内 实时交换所采集的路口交通流参数和信号配时方案数据，并作为交通信号自适应协调控制 的决策依据；当各交通控制节点采用通过Mesh网络的ZigBee区域基站进行数据汇聚，经GPRS/CDMA 数传终端把交通检测和信号机配时控制数据上传至交通控制中心时，交通控制中心则可以 根据交通数据分析和实际情况需要，将控制指令或优化调整参数实时下载至无线Mesh交 通信号控制网络，控制网络无条件执行中心的控制方案或做配置参数调整。
3.根据权利要求1所述的基于无线Mesh自组网的智能交通控制系统，其特征在于所 述的ZigBee区域基站(B)包括基于μ Clinux操作系统的ARM处理器系统(22)、GPRS/CDMA 无线数传通讯模块(21)和ZigBee通信模块II (23)，ARM处理器系统(22)与GPRS/CDMA无 线数传通讯模块(21)之间以及ARM处理器系统(22)与ZigBee通信模块II (23)之间分别 通过RS-485总线连接；ZigBee区域基站(B)的数据通信基于BDAT通信协议栈实现，ZigBee 通信模块II (23)用于接收各交通控制节点(A)发来的讯号，ARM处理器系统(22)将各交通 控制节点(A)发来的讯号进行处理后通过GPRS/CDMA无线数传通讯模块(21)并借助于移动通信基站(C)发给交通控制中心(D)，并通过GPRS/CDMA无线数传通讯模块(21)、借助于 移动通信基站(C)接收交通控制中心(D)发来的调整优化参数或者强制指令并通过ZigBee 通信模块II (23)发回给各交通控制节点(A)。
4.根据权利要求1所述的基于无线Mesh自组网的智能交通控制系统，其特征在于 所述的交通控制中心(D)包括应用程序服务器(41)、数据库服务器(42)和路由器(44)，控 制中心的应用程序服务器(41)、数据库服务器(42)和路由器(44)之间分别安装有防火墙 (43);所述控制中心服务器(41)和数据库服务器(42)均具备双主机故障热切换的功能，整 体运行基于Oracle关系数据库和地理信息系统GIS平台开发的TSCA智能交通控制系统软 件；应用程序服务器(41)接收ZigBee区域基站(B)汇总转发的各交通控制节点(A)的现场 交通数据信息，经过处理后，当有必要控制中心干预时，应用程序服务器(41)再将数据及控 制信息返回ZigBee区域基站(B)用于控制或参与各交通控制节点(A)的交通信号配时方案 决策和优化。
5.根据权利要求2所述的基于无线Mesh自组网的智能交通控制系统，其特征在于所 述交叉路口交通信号控制机(16)驻留的TSCA通信协议栈的组成是底层为IEEE802. 15. 4 物理层，以上依次是IEEE802. 15. 4媒体访问控制层、网络层、1 比特加密的安全层和应用 层接口，最上层为用于交通监测及控制数据交换的TSCA应用层。
6.根据权利要求3所述的基于无线Mesh自组网的智能交通控制系统，其特征在于所 述ZigBee区域基站(B)的区域基站BDAT通信协议栈的组成是用于交通数据汇聚及网间 转发的区域基站应用层位于协议栈顶部，往下分成ZigBee网络和IP网络两个子部分；其中 ZigBee网络子部分底层为IEEE802. 15. 4物理层，以上依次是IEEE802. 15. 4媒体访问控制 层、网络层、1 比特加密的安全层和应用层接口 ；IP网络子部分底层为GPRS/CDMA无线网 络物理层，向上依次为PPP数据链路层、IP网络层和TCP/UDP传输层。
7.根据权利要求2所述的基于无线Mesh自组网的智能交通控制系统，其特征在于所 述交通控制节点(A)基于邻近协商机制的交通控制协议-BNNC交通控制协议的数据单元， 即=ZigBee网络层数据帧格式是第一层包括网络层帧头，数据参考基准时间，交通检测 数据区1，交通控制数据区2 ；第二层包括检测设备类型，检测参数1……，检测参数p，第 三层包括信号周期，信号相位数q，相位1参数……，相位q参数；其中P、q的取值范围是 P、q分别为广100之间的任意整数。
8.一种基于无线Mesh自组网的智能交通控制系统用于智能交通控制的方法，其特征 在于它是采用ZigBee短距离无线通信技术和智能网络技术相结合的方法；控制系统中 各节点的交通流参数采集和交通信号控制设备通过Zigbee无线通信方式接入Mesh自组 网络，并根据GPS节点定位信息和路网拓扑预定义的调控目标区域与邻近的关联节点依照 BNNC交通控制协议-即交通控制节点基于邻近协商机制的交通控制协议，实时交换彼此 的交通流参数、信号机控制参数以及协商决定各交通信号控制节点的控制决策，该系统的 TSCA信号控制协商机制采用基于对策论的显式协调和基于知识规则的隐式协调的结合方 式；ZigBee区域基站基于BDAT通信协议栈，经GPRS/CDMA数传终端把汇聚后的交通检测和 信号控制数据上传至交通控制中心；交通控制中心在有必要干预的情况下将一些调整优化 参数或者强制指令下载到各个控制节点参与具体的路口信号配时决策；系统交通信号协调 控制所需的同步时钟由各节点GPS授时模块自行独立校准。
9.根据权利要求8所述的基于无线Mesh自组网的智能交通控制系统用于智能交通控 制的方法，其特征在于所述各交通信号控制节点的控制决策包括路口红绿灯配时方案， 基于邻近关联节点实时交换来的交通流参数、信号机控制参数和所存储的路网拓扑图、历 史交通流参数和交通控制数据以及中央集控中心的指令加权后做出的新的信号机控制参数。
10.根据权利要求8所述的基于无线Mesh自组网的智能交通控制系统用于智能交通 控制的方法，其特征在于所述的控制方法的具体步骤分为两个组成部分，一个是建立节点 间通信基础的“邻近协商节点查找及控制节点相关子路网拓扑建立算法”，另一个是建立在 “邻近协商节点查找及控制节点相关子路网拓扑建立算法”基础上的“小区域自协调交通信 号控制算法”；(1) “邻近协商节点查找及控制节点相关子路网拓扑建立”算法的基本步骤Ml 系统各节点加电后自检及初始化，并检查是否可以正常工作，若不能正常工作则转 到M2，否则进入M3 ；M2 检查能否脱网工作，不能则转到M21，若能够脱网独立工作则转到M22 ；M21 节点工作结束；M22 根据经验知识或预存配时方案独立工作；M3 加入Zigbee网络获得Zigbee短地址，向邻近节点请求拷贝区域路网拓扑图数据， 包括该区域所有节点和支路或路段的GPS位置、序号、路权等级、转向及节点之间的关联等 参数，转到M4;M4 从GPS卫星定位模块接收本节点定位信息；M5:根据定位信息在路网拓扑图中检索本节点的位置，若该节点无法与路网拓扑图任 一节点匹配，则转M22根据经验知识或预存配时方案独立工作，否则转到M6继续执行；M51 在系统正常运行过程中，若节点接收到控制中心路网拓扑更新通知，则节点工作 流程无条件跳转到M5并往下依次重新执行；M6 生成与本节点关联的未激活的子路网拓扑图，根据区域路网拓扑图的定义，寻找 与本节点关联的节点和支路，将区域路网拓扑修剪成与本节点关联的未激活的子路网拓扑 图，转到M7执行；M61 在系统正常运行过程中，若节点ZigBee网络重组短地址有变化，则节点工作流程 无条件跳转到M6并往下依次重新执行；M7 检查关联子路网拓扑是否存在，不存在则转M22根据经验知识或预存配时方案独 立工作，存在则创建6个并行子任务Si、S2、S3、S4、S5和S6同时执行；①子任务Sl执行步骤511侦听有否关联节点回应本节点上线工作的广播数据报，若有进入S12，若没有返 回Sll继续侦听；512从接收到的数据报中提取关联节点信息并在关联子路网拓扑中验证该节点的存 在，若存在则转到S13，否则返回Sll继续执行侦听；513将子路网对应关联节点和支路的状态激活后，返回Sll继续侦听；②子任务S2执行步骤S21 侦听路网节点上线工作广播数据报，收到转S22，否则返回S21继续执行侦听；522从接收到的数据报中提取该节点信息并在关联子路网拓扑中检索该节点，若存在 则进入S23，否则返回S21继续执行侦听；523判断该节点状态是否已经激活，若未激活则转S241，若已激活则转S242 ；5241激活子路网拓扑中对应节点及支路，并记录其通信地址等相应参数，同时以该数 据报的源地址为目标地址发送一份在线回应并转回S21执行；5242检查该节点相关参数是否需要更新，若需要更新转S25，否则转回S21 ； S25 更新子路网拓扑中对应节点及支路的相关参数后转回S21执行；③子任务S3执行步骤531逐一搜索检查本节点子路网拓扑图中各关联节点的状态；532如果某关联节点不是激活状态转回S31继续下一个节点的判断，否则转S33 ； S33:定时向该激活状态节点发送代表本节点工作正常的在线心跳包，使之能够维护其关联子路网拓扑在线节点列表，为节点间开展正常的交通信号协商控制提供基础，然后转 回S31继续下一个节点的判断；④子任务S4执行步骤541检测子路网拓扑图中各个关联节点心跳包的接收情况，判断是否有关联节点停 跳，即下线失去通信联系，若有转S42;542将子路网拓扑中该节点及相关支路状态更改为无效，转回S41继续；⑤子任务S5执行步骤551侦听有否邻近节点向本节点请求拷贝本区域路网拓扑图数据，没有则继续侦听， 若有转S52 ；552判断本节点是否存有区域路网拓扑图副本，没有转S51继续，若有转S53 ；553发送区域路网拓扑图相关数据给请求者，转S51继续；⑥子任务S6执行步骤561搜索子路网拓扑图中各关联节点状态，转S62 ；562若发现有未激活节点存在则转S63，没有则转S61 ；563定时广播通告本节点已上线工作，转S61继续执行； (2) “小区域自协调交通信号控制算法”的基本步骤本控制算法分为4个并行子任务Tl、T2、T3和T4同时执行 ①子任务Tl执行步骤Tll 侦听子路网关联节点发送来的工作数据报并保存； T12 检查本节点当前交通信号控制周期是否即将结束，若没有则转回T11，否则转到T13 ；T13 获取本节点的交通检测数据，以及子路网拓扑中关联节点的交通流参数和相应配 时方案，根据控制模型算法，及“点、线、面”控的需要，决定是否需要与相关邻近节点进行协 调控制，不需要则直接转到T14，若需要协调控制则转T131执行；T131 发出协商请求并在规定时间内执行完相应协调流程，商定控制参数，然后转T14 ；T14:在控制模型中代入上述步骤确定的相应参数，得出本节点本次信号控制周期数 据，并对本节点信号控制机各项配时参数进行设定和执行，转到T15 ；T15 读取本地同步时钟，向子路网各激活节点及区域基站发送本节点带有同步时戳的 信号机配时方案数据报，然后转回Tll继续执行；②子任务T2执行步骤T21 判断本地同步时钟校准周期是否已到，若到则转T22 ；T22 读GPS模块授时信息同步本地时钟，转到T21继续执行；③子任务T3执行步骤T31 判断本地交通流检测数据发送周期是否已到，若已到转T32 ；T32 读本地同步时钟，向子路网各激活节点及区域基站发送本节点交通流数据；转到 T31继续执行；④子任务T4执行步骤T41 侦听是否有关联节点请求协调控制消息，若有转T42 ；T42:根据本节点当前控制策略和交通状况决定是否接受协调控制请求，若拒绝则转 T421执行，同意则转到T43执行；T421 发送拒绝协调消息给请求方，转T41继续；T43 检查有否适合的知识规则，若有则转T431执行，没有则转T432执行；T431 选择规则并根据规则确定相应控制策略，转T44 ；T432 求协调最优解，确定协调双方的控制策略，转T44 ；T44 得出各项协调控制参数代入控制决策制定环节，转回到T41继续执行。
11.根据权利要求8所述的基于无线Mesh自组网的智能交通控制系统用于智能交通 控制的方法，其特征在于系统的TSCA信号控制协商机制采用基于对策论的显式协调和基 于知识规则的隐式协调结合的方式，令提出协调请求的TSCA为TA，接受协调请求的TSCA为 TB，则其知识规则如下①若TB交通流量低于某阈值，则TB执行使TA获得最大调控效果的行为；②若TA与TB进行了协调，在下两个决策间隔内不再接受其它TSCA发出的协调协调请求；③当所控制区域中的路口均处于交通高峰时，停止基于对策论的协调模式，由TSCA根 据经验知识进行协调。
12.根据权利要求8所述的基于无线Mesh自组网的智能交通控制系统用于智能交通控 制的方法，其特征在于所述系统的TSCA信号控制协商机制的TSCA通信协议栈的组成是 底层为IEEE802. 15. 4物理层，以上依次是IEEE802. 15. 4媒体访问控制层、网络层、1 比特 加密的安全层和应用层接口，最上层为用于交通监测及控制数据交换的TSCA应用层。
13.根据权利要求8所述的基于无线Mesh自组网的智能交通控制系统用于智能交 通控制的方法，其特征在于所述ZigBee区域基站基于BDAT通信协议栈的组成是用于 交通数据汇聚及网间转发的区域基站应用层位于协议栈顶部，往下分成ZigBee网络和 IP网络两个子部分；其中ZigBee网络子部分底层为IEEE802. 15. 4物理层，以上依次是 IEEE802. 15. 4媒体访问控制层、网络层、1 比特加密的安全层和应用层接口 ；IP网络子部 分底层为GPRS/CDMA无线网络物理层，向上依次为PPP数据链路层、IP网络层和TCP/UDP传 输层。
14.根据权利要求8所述的基于无线Mesh自组网的智能交通控制系统用于智能交通控制的方法，其特征在于所述交通控制节点基于邻近协商机制的交通控制协议-BNNC交通 控制协议的数据单元，即=ZigBee网络层数据帧格式是第一层包括网络层帧头，数据参 考基准时间，交通检测数据区1，交通控制数据区2 ；第二层包括检测设备类型，检测参数 1……，检测参数P，第三层包括信号周期，信号相位数q，相位1参数……，相位q参数；其 中P、q的取值范围是P、q分别为广100之间的任意整数。
全文摘要
一种基于无线Mesh自组网的智能交通控制系统及控制方法，该控制系统包括n个交通控制节点、m个ZigBee区域基站、移动通信基站和交通控制中心；n个交通控制节点位于各交叉路口，其内各设备采用RS-232/RS-485总线相连，邻近节点间通过ZigBee技术实现无线Mesh自组通信网并实时交换交通数据，每个ZigBee区域基站与交通控制中心之间通过移动通信基站采用GPRS/CDMA数传设备进行远程连接；m、n分别为1～100、2～256之间的整数。该系统采用先进的ZigBee短距离无线通信技术和现代智能网络技术有机结合，其控制方法采用自协调智能分布式控制算法，能够实现最优的交通信号控制效果。
文档编号G08G1/081GK102063796SQ20101029206
公开日2011年5月18日 申请日期2010年9月26日 优先权日2010年9月26日
发明者周坚和, 孙自广, 张增芳, 李春贵, 王萌 申请人:广西工学院