《城市交通信號控制系統實驗教程》主要講解了城市交通信號控制系統中所涉及的嵌入式開發基礎、信號控制算法、數據庫應用、網絡與通信協議設計等基本原理和開發技術。書中編程語言使用標準Linux C語言，帶領讀者在實驗箱上從零開始設計，通過驗證性實驗和設計性實驗的有機結合，環環相扣，幫助讀者逐步掌握相關應用開發技術，並通過綜合設計實驗來檢驗讀者的系統集成能力和複雜問題分析能力。
本書可作高等學校交通設備與控制工程、智能交通、交通工程等本科專業開設的城市交通信號控制類課程的配套實驗指導書，也適合交通信號控制領域的初學者及開發人員閱讀。
★詳細講解了城市交通信號控制系統中所涉及的嵌入式開發基礎、信號控制算法、數據庫應用、網絡與通信協議設計等基本原理和開發技術；
★使用標準Linux C語言，帶領讀者在實驗箱上從零開始設計；
★通過驗證性實驗和設計性實驗，幫助讀者逐步掌握相關應用開發技術；
★本書可作高等學校交通相關專業開設的城市交通信號控制類課程的配套實驗指導書，也適合交通信號控制領域的初學者及開發人員閱讀。
在新工科背景下，隨著大數據、物聯網、移動互聯網、云計算、人工智能等新一代信息技術與城市交通信號控制領域的深度融合，培養實踐創新能力強、技術復合度高的智能交通人才愈發緊迫；同時，交通信號控製作為智能交通系統中的核心技術之一，與自動駕駛、交通大數據、智能網聯汽車等新興領域的結合也更為緊密，對從業人員的持續學習能力和實踐創新能力提出更高的要求。
然而，傳統的智能交通控制類課程實踐教學模式已愈發難以滿足產業轉型升級對人才培養的要求，對於交通信號控制技術的科學研究和實踐教學而言，有些與交通現場實物條件相關的環節很難直接實現，嚴重阻礙實驗教學的進行，主要體現在以下方面：
① 交通信號控制器作為基本的實踐教學控制設備，由於市場采購成本較高，並且國內外不同型號的交通信號控制器往往系統兼容性不夠好，控制理念及方法不盡相同，後期維護難度較大，存在電氣安全隱患等問題，制約了交通信號控制設備的實踐教學效果；
② 交通信號控製作為城市道路智能交通中的關鍵技術，是交通信息與控制課程的核心實驗內容，然而由於交通信號控制涉及交通運行秩序和交通運行安全等問題，在實際現場通常難以進行交通控制實驗，僅能開展交通調查一類的基礎數據采集實驗。
在此背景下，筆者所在的北方工業大學智能交通信號控制教學團隊，結合多年實踐教學經驗，從早期的交通信號控制器工程實踐教學模式，已逐步過渡到使用成本更低、安全性更高、開發更靈活的信號控制實驗箱開發模式，該實驗箱是專門面向高校教學和科研需求而進行深度定制的開發平臺，不僅能夠模擬現實的複雜交通控制應用場景，而且有完整的遠程網絡配置及監測功能。截至目前，使用該實驗箱和本教程已經連續培養過5 屆交通設備與控制工程專業的本科生，形成較為充實完善的專業實驗體系。
為了廣泛推動信控領域專業人才具備更強的實踐開發能力和持續學習能力，筆者將多年的心得體會匯集成本教程，由淺入深地剖析了城市交通信號控制系統中所涉及的嵌入式開發基礎、信號控制算法、數據庫應用、網絡與通信協議設計等基本原理和開發實現過程，整個系統高度開源並提供關鍵例程程序，通過驗證性實驗和設計性實驗的有機結合，使讀者逐步掌握相關基礎應用開發技術，進而將技術能力銜接到未來5G、車路協同、區塊鏈、深度學習等智能交通新領域進行探索，一起為智能交通信控領域的生態大廈添磚加瓦！
隨著國家“十四五”新發展理念的貫徹實施和新基建浪潮的持續推進，智能城市的建設高潮即將到來，筆者願以本書為序，為智能交通行業的技術復合型人才培養貢獻微薄力量。
由於筆者水平和經驗有限，難免會存在一些疏漏，敬請讀者批評指正，不吝賜教，請將勘誤信息發至筆者郵箱：zhengguorong@ncut.edu.cn，不勝感激。
編 者
北方工業大學
第1 章 城市交通信號控制系統基礎開發環境 1
1.1 交通信號控制實驗箱硬件說明1
1.2 嵌入式Linux 基礎開發環境搭建實驗（2 學時）4
1.2.1 嵌入式Linux 基本命令及編譯環境說明 4
1.2.2 驗證性實驗：實驗箱硬件驅動接口函數及其使用示例16
1.2.3 設計性實驗：交通信號跑馬燈控制實驗20
1.3 LinuxC 語言基礎語法實驗（2 學時） 21
1.3.1 Linux C 語言基礎語法回顧21
1.3.2 驗證性實驗：Linux C 的代碼調試示例32
1.3.3 設計性實驗：固定參數信號控制實驗36
第2 章 交通信號控制算法實驗 37
2.1 固定配時控制算法實驗（2 學時） 37
2.1.1 驗證性實驗：固定配時算法示例38
2.1.2 設計性實驗：參數可調整的固定配時實驗39
2.2 全燈態倒計時器控制實驗（2 學時） 40
設計性實驗：全燈態綠燈倒計時器控制實驗40
2.3 程序結構優化控制實驗（2 學時） 41
2.3.1 驗證性實驗：程序結構優化控制示例41
2.3.2 設計性實驗：程序結構優化控制實驗43
2.4 檢測器多線程處理實驗（2 學時） 44
2.4.1 驗證性實驗：檢測器數據采樣示例45
2.4.2 設計性實驗：檢測器與倒計時器聯動控制實驗48
2.5 全感應控制算法實驗（2 學時） 49
設計性實驗：全感應控制算法實驗 49
第3 章 交通信號控制數據庫技術實驗50
3.1 數據庫基礎SQL 語法實驗（2 學時） 50
3.1.1 數據庫基礎SQL 語法 51
3.1.2 數據庫管理軟件基本操作 58
3.2 數據庫表結構設計及C 語言接口實現（2 學時） 63
3.2.1 驗證性實驗：C 語言操作數據庫接口示例 64
3.2.2 設計性實驗：數據庫表結構設計及增/刪/查/改實驗 67
3.3 基於相位配時方案表的信號控制實驗（2 學時） 68
設計性實驗：基於相位配時方案表的信號控制實驗 68
3.4 基於時間/日期調度表的信號控制實驗（2 學時） 68
3.4.1 驗證性實驗：系統時間/日期實時采集實驗 68
3.4.2 設計性實驗：基於時間調度表的信號控制實驗 70
第4 章 交通信號控制網絡與通信技術實驗 71
4.1 SOCKET 網絡通信基礎實驗（2 學時） 76
4.1.1 驗證性實驗：基於UDP 發送網絡數據包的通信示例 76
4.1.2 驗證性實驗：基於TCP 發送網絡數據包的通信示例 79
4.1.3 驗證性實驗：基於UDP 接收網絡數據包的通信示例 82
4.1.4 驗證性實驗：基於TCP 接收網絡數據包的通信示例 85
4.2 基於信號控制協議解析的狀態上傳實驗（2 學時） 88
4.2.1 驗證性實驗：檢測器狀態信息傳輸協議示例 88
4.2.2 設計性實驗：燈態信息和實時控制方案信息傳輸協議實驗 91
4.3 基於信號控制協議解析的控制指令下發實驗（2 學時） 92
4.3.1 驗證性實驗：配置時間表協議解析示例 92
4.3.2 設計性實驗：配置方案表協議解析實驗 98
第5 章 交通信號控制系統綜合設計實驗99
5.1 上位機基礎開發環境實驗（2 學時） 100
5.1.1 上位機開發編程環境基礎介紹101
5.1.2 驗證性實驗：上位機界面基本控件操作示例101
5.2 城市交通信號控制系統綜合設計實驗（2 學時） 105
5.2.1 綜合設計實驗內容105
5.2.2 綜合設計實驗要求106
5.2.3 綜合設計實驗步驟107
參考文獻113
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