城市交通运营/SMART-SIGNAL 系统概述
SMART-SIGNAL（系统性监测主干道路交通和信号灯）系统由明尼苏达大学开发，提供了一种易于实施的方法来收集和存档信号化主干道上连续且高分辨率的交通数据（Liu 等人，2008）。在此系统中，交通信号控制的完整历史记录，包括所有车辆触发事件和信号相位变化事件，都会被存档和存储。基于事件数据，会生成主干道性能指标，例如主干道行驶时间、交叉路口排队长度和服务等级。SMART-SIGNAL 系统自 2007 年 2 月起已安装在明尼苏达州亨内平县弗朗斯大道的 11 个交叉路口和明尼苏达州 55 号干线的 6 个交叉路口。事件型交通数据以 24/7 模式收集，然后存档到数据库系统中，从而产生了大量可用于研究的现场数据。本章将简要介绍 SMART-SIGNAL 的系统架构、数据采集硬件和数据处理流程。
如下图所示，SMART-SIGNAL 系统具有三个主要组成部分：数据收集、性能测量以及通过用户界面进行的性能展示。数据收集组件以事件为基础，直接从现场收集高分辨率原始数据。信号相位变化事件和车辆探测器触发事件分别从位于交通信号柜中的数据采集单元获取。数据记录在每日日志文件中，并通过串行端口通信发送到主柜的数据服务器。最后，每日日志文件通过数字用户线路 (DSL) 或无线通信传输到明尼苏达州交通观测站 (MTO) 实验室的数据库。SMART-SIGNAL 系统的第二个组成部分是使用现场收集的数据进行性能指标计算。对存储的数据日志文件的分析会生成一组性能指标，其中一个指标涵盖交叉路口级别指标（例如，排队长度），另一个指标与主干道级别指标相关（例如，行驶时间）。一旦从原始数据中得出所有性能指标，结果便会提供给各种用户。
SMART-SIGNAL 的关键要素是数据采集单元，它由一台工业 PC 和一块数据采集卡组成。在每个交叉路口，都会安装一台带数据采集卡的工业 PC，并在每个交叉路口收集的事件数据通过信号化交叉路口之间现有的通信线路（在本例中为备用双绞线）传输到主控制器柜中的数据服务器。SMART-SIGNAL 系统中使用的数据采集卡（来自 National Instruments（2006）的 PCI-6511），如图 2 2a 所示，拥有 64 个输入通道。如果一个交叉路口的探测器输入和信号相位的总数超过 64 个，则需要安装额外的采集卡。终端盒用于将输入直流 (DC) 电压限制在安全范围内，并建立数据采集卡与交通柜背板之间的连接，如图 2 2b 所示。终端盒允许捕获背板上的数字电压变化，这些变化指示现场的不同交通事件，以便由安装在工业计算机中的数据采集卡进行捕获。使用 Microsoft Visual C# 程序开发的交通事件记录器软件程序在现场的工业计算机上运行，以将事件（例如，从“开”到“关”的第 1 相位绿灯变化）记录到日志文件中。
两个控制器柜之间的数据通信通过现有的双绞线通信线路进行。使用 RS-485 协议在柜之间传输数据并同步时间（B&B Electronics，2007）。在本地柜中的数据传输到主柜之后，主柜中安装的 DSL 或无线单元用于将数据发送回 MTO 中的数据库。
示例数据如图所示。每个记录的事件都以时间戳开头，时间戳包括基于计算机系统时间的日期、小时、分钟、秒和毫秒，随后是不同类型的事件数据，包括相位变化、探测器触发和行人呼叫。因此，交通信号事件的完整历史记录都会被记录下来。