TraSER：基于交通信号事件的记录仪

⃝⃝可在www.sciencedirect.com上在线获取ScienceDirectSoftwareX 5（2016）156原始软件出版物TraSER：基于交通信号事件的记录仪www.elsevier.com/locate/softxChenhui Liua，Cheng，Anuj Sharmaa，Edward Smaglikb，ChenshaKothuric美国爱荷华州立大学b美国亚利桑那州弗拉格斯塔夫北亚利桑那大学美国俄勒冈州波特兰市波特兰州立大学接收日期：2016年5月28日;接收日期：2016年8月17日;接受日期：2016年9月14日摘要在过去的几十年中，由于需要收集和报告性能指标，对高分辨率的基于事件的交通信号指示和检测器数据的需求有所增加本文将首先为为什么这种类型的数据采集是重要的奠定基础，其次是引入一种新的低成本，用户友好，高分辨率的交通信号事件为基础的记录器TraSER，集成视频。本文介绍了TraSER的结构、工作原理和现场应用情况。TraSER使研究人员能够轻松方便地收集信号交叉口基于事件的高分辨率控制器数据。本文最后讨论了未来的扩展TraSER。c2016作者。由Elsevier B.V.发布。这是CC BY许可下的开放获取文章（http：//creativecommons. org/licenses/在/4。0/）。关键词：信号交叉口;事件;交通信号; TraSER代码元数据当前软件版本TraSER v.1.0用于此代码版本的代码/存储库的永久链接https://github.com/ElsevierSoftwareX/SOFTX-D-16-00047法律代码许可证GNUgeneral public license计算平台/操作系统Windows操作系统安装要求依赖关系Visual C++ Redistributable Packages for Visual Studio 2013软件代码语言C++如果可用，链接到开发人员文档/手册https://github.com/cliu9/TraSER.git问题支持电子邮件cliu9@iastate.edu1. 动机为了更好地管理和运营现代运输基础设施，需要自动收集绩效指标。Shaw对州交通机构和大都市规划组织进行了一项调查，确定了70多个常用的绩效指标[1]。结果发现，与运营相关的数据主要由联系人：爱荷华州立大学土木、建筑和环境工程系，爱荷华州艾姆斯，50010，美国。电子邮件地址：cliu9@iastate.edu（中国）Liu）.智能交通系统（ITS），这种数据收集是至关重要的评估和改善系统的运作，通过性能措施。Pickrell和Neumann阐述了如何将绩效指标与交通机构在政策和资源分配方面的决策相结合[2]。性能跟踪对于重新创建故障和排除系统故障也至关重要。大多数运输电子故障事件，如灯和探测器故障，是高度不可预测的，不能轻易复制。自动化数据捕获工具的存在可以大大减少流程所需的时间和工作量，http://dx.doi.org/10.1016/j.softx.2016.09.0012352-7110/c2016作者。由Elsevier B.V.发布。这是CC BY许可下的开放获取文章（http：//creativecommons. org/licenses/by/4. 0/）。C. Liu等人/ SoftwareX 5（2016）156157识别问题或排除其原因。正如Shaw [1]所指出的，跟踪绩效指标的最大挑战一般而言，自动数据采集和交通监控系统的开发主要集中在高速公路网[3]领域，而对信号交叉口及其相应系统的关注较少。不直接参与交通信号操作的复杂性的关键的性能指标，如饱和度，队列放电特性，传感器故障的交通工程师需要排除他们的系统。基于事件的数据为他们提供了检测发生的时间和高分辨率（1/ 10秒）的相变事件，以帮助他们有效地识别任何操作问题的原因。交通工程师需要工具来确定一段时间内所有信号相位和检测器状态（开/关）的状态，以评估该持续时间内的系统性能。近年来，研究人员[3-由于最先进的控制器只使用数字开或关信息，对于信号相位和检测输入，可以容易地使用基于事件的数据来再现在收集数据的周期内的任何时间点的任何相位或检测器的状态。基于事件的数据意味着仅记录信号和探测器状态以及状态变化的时间。这显著地提高了数字相位和检测器信息的收集和存储的效率。然而，大多数市售的交通信号控制器和性能测量系统报告关于感兴趣的项目的聚合数据，例如体积、占用率、拆分和其他[11聚集在不同程度上进行，现场通常使用5、15和60分钟的箱。这些综合信息对于更高级别的分析很有用，但不能为故障重建和故障排除提供足够的细节[4，14，15]。在过去的十年中，研究人员专注于开发基于事件的数据采集系统，该系统能够产生高水平的性能测量，以及足够的数据分辨率，用于故障重建、故障排除和信号微调[3这些数据可以在以后进行汇总，用于更高级别的分析。德克萨斯州交通研究所（TTI）开发了交通信号性能监控 系 统 （TSPMS ） ， 其 中 包 括 交 通 控 制 器 接 口 设 备（CID），交通信号事件记录器（TSER）和性能测量报告生成器（PMRG）[5]。控制器通过CID连接到TSER。后来，刘等人在TSPMS的基础上，通过扩展数据采集，开发了一种新的高分辨率交通信号数据采集系统SMART-SIGNAL（干线道路交通信号系统监测）。一个单一的交叉点到多个交叉点[3，13]。然而，这些系统操作起来复杂且昂贵，使用CID。Rhodes等人收集了基于事件的信号检测器数据和并发视频流，用于评估印第安纳州Noblesville的视频车辆检测的准确性，但没有提供有关数据记录器技术的详细信息[9]。ASC/3控制器的事件记录功能由Econolite和普渡大学共同开发，于2007年用于收集基于事件的信号和探测器数据[4]。亚利桑那州也开发了类似的系统[10]。Sharma等人还于2008年在内布拉斯加州林肯市使用昂贵的商业Wonderware软件建立了一个数据采集系统[16]。一般来说，虽然高分辨率的基于事件的交通信号和检测器数据在许多方面都是期望的，但在开发开源数据收集工具方面只取得了有限的进展。现有的工具由于成本高或操作复杂而没有被广泛使用。本研究将介绍一种开源的、用户友好的、集成了交通摄像头的交通信号事件记录仪（TraSER）。2. 软件描述2.1. 理论依据国家智能交通系统协议（NTCIP）使用RFC 1212 [17]中指定的ACT-TYPE宏定义了许多用于驱动交通信号控制器（ASC）单元的对象。这些对象包括相位参数、探测器参数、环参数、协调参数以及其他可以在计算机向控制器发送指定命令时通过简单运输管理协议（STMP）[18]在控制器和计算机之间交换的参数。TraSER通过截取交换的数据来获取信号和探测器参数。TraSER当前版本可监控8个车辆相位的红、黄、绿指示状态、8个相位的行人过街信号状态以及64个探测器的探测状态。2.2. TraSER的结构TraSER是在Visual Studio 2013中使用C++开发的便携式应用程序。它被设计为在任何NTCIP兼容2070 ATC控制器上运行。要使用TraSER，控制器应通过以太网连接（这可以是直接连接到控制器的交叉电缆，或通过任何IPv4可寻址网络）连接到计算机。TraSER由两个模块组成：信号和探测器数据收集模块，以及屏幕捕获模块。图1呈现了TraSER和图2的程序概述。 2显示了程序的整体图形用户界面（GUI）。模块I从控制器收集信号和探测器事件数据所有事件数据都按时钟时间的小时存档在文本文件中，如表1所示，并显示在GUI中（图1中的左侧表格）。 2）的情况。同时，图2中右侧四个摄像机图像显示了交叉口四个引道的同步交通流。模块II实现屏幕捕获实用程序，以同步记录可视化事件数据和交通摄像机数据。每个模块的细节在图中描述。1.一、158C. Liu等人/ SoftwareX 5（2016）156····Fig. 1. TraSER的数据流程图图二. TraSER运行的屏幕截图（注意：本例中只有4个行人阶段，2、4、6和8。）在实验室测试中，采集8个相位的车辆和行人信号，64个车辆检测器的状态，采集频率在60 Hz左右参照图1和3，模块一的6个子模块的作用介绍如下。数据请求：通过用户数据报协议（UDP）向控制器发送数据请求命令。数据捕获：捕获UDP数据包，其中包含从控制器发送回计算机的请求数据这2.2.1. 模块I：信号和探测器数据收集模块I是TraSER的核心。从功能构成上看，它由两个独立的功能组成功能1负责向控制器发送数据请求命令。由于控制器在接收到数据请求时仅响应一次，因此功能1需要连续发送命令以获得实时交通事件数据。功能2连续接收、记录和显示来自目标控制器的反馈数据。它包括5个子模块。该部分的伪代码如图10所示。3.第三章。数据模块是基于WinPcap开发的，WinPcap是 Windows上用于数据包捕获和网络分析的开源库[19]。数据变化检测：将每个新收到的UDP数据包与上一个记录进行比较，以查看是否发生了事件，即信号或检测器数据是否发生了变化。如果没有，则数据包将被忽略。否则，TraSER将继续下一步以解析数据。数据解析：解析接收到的数据，以识别和记录更改的项。同时，将原始的十六进制UDP数据转换为二进制格式以供分析。表1数据日志文件。系统日期系统时间数据类型号状态（1，开; 0，关）6/25/201509：47：02.619R116/25/201509：47：02.619G216/25/201509：47：02.619G61C. Liu等人/ SoftwareX 5（2016）156159··········图三. TraSER的信号和探测器数据采集工作原理。数据日志：二进制数据记录在文本文件中，并按时钟时间的小时记录时间戳，如表1所示。第一列和第二列分别显示事件的日期和时间。第3列显示事件类型，包括车辆信号、行人信号和探测器呼叫。车辆信号包括红色（R）、黄色（Y）和绿色（G）。行人信号包括检测器调用缩写为“Det”。第4列显示信号或探测器的序列号。最后一列显示信号或检测器的状态。"1“表示信号或检测器调用已打开，”0“表示信号或检测器调用已关闭。例如，表1中的第1条记录显示车辆相位1在09：47：02.609，06/25/2015变为红色，第6条记录显示探测器6在09：47：02.609，06/25/2015被激活。数据可视化显示：记录的数据以如图2左侧所示的形式同时显示，用户可以直接实时观察交通信号灯和检测器的状态。如图2所示，此时，相位2和6为绿色，其余相位为红色。行人第6阶段处于“步行”状态。其余的行人阶段处于与此同时，探测器9、20、43和57被激活。2.2.2. 模块二：控制器和交通摄像头数据当模块I采集的控制器数据直观地显示在屏幕上时，同步交通摄像机监视也显示出来。任何数字或模拟摄像机监控程序都可以在这里使用。TraSER使用第三方开源工具HyCam [20]记录控制器和摄像机数据HyCam 2将视频保存为音频-视频交错（AVI）电影文件。TraSER启动后，视频记录立即开始可以重放视频以证实在基于事件的数据日志中观察到的实例。2.3. TraSER的特点TraSER的主要特点包括：高采样率：60 Hz的平均采样率远高于[21]中用于分析性能测量的具有十分之一秒分辨率的测井事件数据的要求。高时间戳精度：TraSER以毫秒级记录数据。以文本和可视化形式记录数据。交通摄像机的同步视频记录提供了交通数据的地面实况。可靠：信号和探测器数据从控制器到计算机的单向传输机制避免了计算机对控制器的中断。操作简单：TraSER是一款便携式应用程序，具有用户友好的GUI。低成本：TraSER是开源软件，对计算机没有特殊要求功能扩展方便：（1）TraSER可以方便地扩展为记录更多的参数，如振铃和坐标参数，以及更多的相位;（2）TraSER可以扩展为具有设置控制器参数的能力，如发出探测器呼叫。通过设置功能，TraSER可以连接到微观交通仿真软件，如PTV VISSIM [22]和交通信号控制器，以运行硬件在环（HIL）或软件在环（SIL）仿真。TraSER与上述另外三种事件数据收集工具的比较，即，TSER [3、5、13]、ASC/3控制器数据记录器[4、10]和Wonderware [16]如表2所示。3. 说明性实例俄勒冈州交通部（ODOT）对非侵入式车辆检测源（如视频和雷达）的性能感兴趣，因为它们的一些操作特性是理想的。然而，与电感回路相比，这些器件的性能各不相同。为了解决这个问题，ODOT启动了一个项目，比较不同检测技术的性能及其对交通信号运行的影响。计数和占用率是在多种交通自适应控制中广泛使用的两个参数，以操纵主动定时计划。该项目的一部分涉及使用TraSER进行现场数据收集，以监测环形探测器和监视同一区域的视频探测器之间的操作图4显示了俄勒冈州波特兰市威尔逊维尔路和城镇中心环路交叉口的四对探测器。每对检测器由一个环形检测器和一个视频检测器组成，它们安装在同一位置，以收集同一空间区域内的交通数据紫色多边形显示探测器的探测区域。TraSER用于收集2015年5月11日至6月24日的探测器数据。总共收集了300多万条数据记录，没有出现任何软件故障。将收集的检测器数据汇总为2分钟计数和职业、常见输入160C. Liu等人/ SoftwareX 5（2016）156表2TraSER与其他交通事件数据收集工具的比较名称TSERASC/3控制器数据记录器WonderwareTraSER用户[3、5、13][4、10][16个]NA兼容控制器NEMA TS-1/TS-2控制器Econolite ASC/3控制器没有额外所有2070 ATC，所需硬件/软件符合NTCIP采样频率50内部15 Hz60 Hz时戳准确度毫秒十分之一秒毫秒毫秒交通事件数据的可视化显示没有没有是的是的同步录像功能？没有没有是的是的CID需要？是的没有没有没有开源？可以请求没有没有是的成本高包含在较新版本中非常高低控制器（不能添加到旧控制器）图四、威尔逊维尔路和市中心环路交叉口的环路探测器和视频探测器的布局资料来源： 45分18秒10。北纬97 ′ ′和122 ° 45 ′ 57。36′′ W。谷歌地球。2015年4月2015年11月9日访问使用自适应控制算法。图5示出了根据本发明的方法的结果。假设检验比较了使用视频和感应线圈探测器观察到的计数。此处使用Kolmogorov-Smirnov检验，其中假设比较的分布相同，可以看出视频和环路检测器观察到的2分钟计数存在统计学类似地，图6描绘了由相同尺寸的视频和环路检测器观察到的占用率存在统计上显著的差异研究发现，视频检测器比环形检测器具有更小的计数，但占用率更大因此，该数据表明，当使用视频检测器而不是环路检测器时，可能需要调整交通信号控制器中的交通信号定时参数设置。4. 结论在过去的几十年中，对高分辨率的基于事件的交通信号和检测器数据的需求已经增加，因为它是生成高质量交通性能测量的非常有用的工具。然而，一直缺乏低成本和易于使用的数据收集工具。本文介绍了一个可移植的应用程序TraSER来收集这些数据。TraSER具有成本低、时间戳精度高、操作方便、控制器和交通摄像机数据同步录像、可靠性高等优点在4个不同的站点成功收集了45天的数据，证明了TraSER在不间断的长期现场数据收集方面的可靠性。目前，TraSER仅用于收集数据。未来的版本将增加数据分析功能。另一个版本C. Liu等人/ SoftwareX 5（2016）156161图五. Kolmogorov–Smirnov test results of the见图6。Kolmogorov–Smirnov test results of the162C. Liu等人/ SoftwareX 5（2016）156将添加参数集功能。结合VISSIM等微观仿真软件，实现了半实物仿真和半实物仿真。此外，如果不需要交通摄像头记录，TraSER的控制器数据致谢本文的作者要感谢西北信号公司的Dan Carson先生在使用NWS软件方面提供的帮助，以及俄勒冈州交通部对这项工作的资助。引用[1] Sha wT. NCHRP综合311：公路路段和系统运营有效性的性能指标。国家科学院交通研究委员会，2003年。[2] Pickrell S，Neumann.L. 在运输中使用业绩计量决策。在：会议记录的性能措施，以改善运输系统和机构的业务，卷。26，Irvine，CA; 2000.pp. 17-33号。[3] 刘宏新，马伟，吴新，胡. H.利用现有信号系统提供的交通数据开发实时动脉性能监控系统。MN/RC 2009-01号报告，明尼苏达州交通部，2008年。[4] Smaglik EJ，Sharma A，Bullock DM，Sturdevant JR，Duncan G.基于事件的数据收集，用于生成驱动控制器性能测量.交通研究杂志，2007;2035：97-106。http://dx.doi.org/10.3141/2035-11网站。[5] 放大图片作者：Kristan H，Kristan R.交通信号性能测量系统的开发。报告编号FHWA/TX- 05/0-4422-2。德州交通运输局，2005年。[6] Sharma A，Bullock DM，Bonneson J.信号交叉口延误和最大排队长度实时预测的输入输出和混合技术。交通研究杂志，2007;2035：69-80。http://dx.doi.org/10.3141/2035-08网站。[7] 放大图片作者：J.实时计算到达类型以评估动脉性能的初步研究。JTransp Eng 2007; 133（7）：415http：//dx.doi.org/10.1061/（ASCE）0733-947X（2007）133：7（415）。[8] Day CM，Smaglik EJ，Bullock DM，Sturdevant J.实时动脉交通信号性能测量。号报告FHWA/IN/JTRP-2008/9，印第安纳州交通部;2008年。[9] Rhodes A，Bullock D，Sturdevant J，Clark Z，Candey D.信号交叉口拦门视频车辆检测准确性评价交通研究报告2005;1925（1）：134http://dx.doi.org/10.3141/1925-14网站。[10] Smaglik EJ，Davis Z，Steele RC，Nau W，Roberts Ca.对信号交叉口基础设施进行补充，利用现有视频检测设备提供自动化性能测量。运输研究报告：J Transport Res Rec 2011;2192：77http://dx.doi.org/10.3141/2192-07网站。[11] Jie L，Van Zuylen HJ.环路探测器数据错误诊断和用探测车数据插值。在：运输研究委员会第93届年会，华盛顿特区，美国; 2014年。[12] 放大图片作者：J.在城市地区检测无效回路检测器数据J TransportRes Rec 2006;1945（1）：82-8. http://dx.doi.org/10.3141/1945-10网站。[13] 刘宏祥，郑军，胡宏，孙军.智能交通信号系统在干线公路上的应用研究（TH）13.，号报告MN/RC 2013-06.明尼苏达州交通部; 2013年。[14] 狄克逊·M使用交通控制器的新型驱动信号交叉口性能测量方法的开发。美国报告编号N 08 -14。交通部; 2008年。[15] 放大图片作者：Herrick C.利用现有技术评估信号配时性能的潜在措施。报告编号FHWA/TX-04/0- 4422-1。德州交通运输局，2004年。[16] Sharma A，Schmitz J.行人倒计时器对信号交叉口安全和运营效率报告编号SPR-P1（09）P332。内布拉斯加州公路局; 2011年。[17] 美国国家公路和运输官员协会（AASHTO）、运输工程师协会（ITE）和国家电气制造商协会（NEMA）。NTCIP 1202 v01.07。2005.[18] 美国国家公路和运输官员协会（AASHTO）、运输工程师协会（ITE）和国家电气制造商协会（NEMA）。NTCIP 1103 v01.27。2009.[19] WinPcap文档4.0.2.http：//www.winpcap。org/docs/docs402/html/main. html [2015年2月23日]。[20] HyperCamTM. http://www.hyperionics.com/index.asp[2015年3月3日]。[21] 帮助交通工程师管理数据以做出更好的决策：自动化交通信号性能测量。ITE J 2014;84（3）：33-9.[22] PTV VISSIM 7用户手册，2014年。PTV AG，Karlsruhe，Germany.