CN102902206A - 一种交通信号控制硬件在环仿真系统的信号转换设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种交通信号控制硬件在环仿真测试系统的信号转换设备，用于连接交通信号控制机和计算机，实时进行车辆检测信息和信号配时信息的转换和传输。信号转换设备由电源模块、系统核心模块、接口扩展模块、车检数据转换模块、信号状态转换模块、计算机通信模块、虚拟仿真模块和键盘显示模块组成。车检数据转换模块将接收到的车辆检测信息转换为模拟线圈信号或基于通信协议的数字信号；信号状态转换模块将信号机的信号控制状态或配时方案通过光耦隔离电路或基于通信协议的数字通信，转换为数字信号；计算机通信模块与计算机之间根据自定义的通信协议进行实时、双向的数字通信；虚拟仿真模块可以实现脱离微观仿真软件的“硬件在环”仿真测试。

Description

一种交通信号控制硬件在环仿真系统的信号转换设备

技术领域

本发明属于交通信号控制、交通仿真技术和通信技术领域，更具体的说，本发明涉及一种用于交通信号控制的硬件在环仿真测试系统的信号转换设备。

背景技术

交通信号控制系统的主要功能是自动协调和控制整个控制区域内各个路口信号控制机的配时方案，均衡路网内交通流运行，使停车次数、延误时间及环境污染减至最小，充分发挥道路系统的交通效益。

交通控制“硬件在环”仿真系统是将实际的交通信号控制系统有机地融合到虚拟的交通仿真系统中，构建一个可重复运行的闭环仿真测试评价系统，实现对实际交通信号控制系统的性能测试和精确评价。交通控制“硬件在环”仿真系统是由交通信号控制系统、信号转换设备和交通仿真模块三部分组成，通过信号转换设备的桥梁作用实现交通仿真模块与交通信号控制系统的信号机之间的数据转换和通信。

交通仿真模块是处理微观交通仿真的模块，一般由微观仿真软件及通信程序组成，其中的仿真软件有VISSIM、CORSIM、Paramics等国外成熟的商业软件。现有技术必须依赖这些微观仿真软件才能实现“硬件在环”仿真。

信号转换设备是“硬件在环”系统的关键组成部分，经过对现有技术的文献检索发现，中国专利公开号CN101615347A的发明，公开了一种交通控制数据处理方法及装置，实现了接收实体信号机的信号控制状态，转换生成仿真系统能够识别的数据，并对信号灯的配时变化进行检测。但是，该发明只实现了信号控制状态的转换及检测，无法处理车辆检测数据。

中国专利公开号CN101615348A的发明，公开了一种交通控制仿真测试系统中的信号交换方法及设备，该设备由嵌入式系统、单片机、串入并出设备、并入串出设备、信号灯信号输入接口模块和线圈信号模拟模块组成，该方法可以同时实现信号灯信号和线圈信号数据的转换、传输，并通过网络进行远程通信。但是，该设备与信号机接口的通信都是通过模拟信号实现的，因此无法处理基于通信协议的数字信号的通信。

国外信号机的通信通常是基于公开的、通用的通信协议，比如美国国家运输ITS通信协议（National Transportation Communications for ITS Protocol，NTCIP），此类通信协议中规定了通用的通信接口，信号机与上位机、检测器以及其他设备之间的通信具有很好的兼容性。国内信号机的通信协议也有统一的标准，如现行行业标准《GA/T 920-2010 道路交通信号控制机与车辆检测器间的通信协议》、现行国家标准《GB/T 20999-2007 交通信号控制机与上位机间的数据通信协议》等。但是，国内交通信号控制系统中实际使用的各种信号机通常集成的是非公开的、专用的通信协议，因此不同厂家的信号机之间的兼容性不好。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种新的交通控制“硬件在环”仿真系统的信号转换设备，可以同时实现信号配时信息和车辆检测信息的转换和传输，并且提供基于模拟电路的模拟信号或基于通信协议的数字信号两种不同的通信方式，实现更加可靠和高效的信号转换和通信，并且可以实现脱离微观仿真软件的“硬件在环”仿真。

为实现上述目的，本发明提出了一种新的交通控制“硬件在环”仿真系统的信号转换设备，由电源模块21、系统核心模块22、接口扩展模块23、车检数据转换模块24、信号状态转换模块25、计算机通信模块26、虚拟仿真模块27和键盘显示模块28组成，用于连接交通信号控制系统的信号机11和运行交通仿真模块的计算机20，实现车辆检测信息和信号配时信息的实时转换和传输，其中：

电源模块21输入端连接220V交流输入，输出5V直流电压，为系统核心模块22、接口扩展模块23、车检数据转换模块24、信号状态转换模块25和键盘显示模块28提供直流电源；

系统核心模块22实现系统软硬件的集成和资源管理、键盘显示模块的控制、外围设备的驱动和控制、出错信息处理等功能；

接口扩展模块23连接车检数据转换模块24、信号状态转换模块25、计算机通信模块26和键盘显示模块28，用以扩展系统核心模块22所需的标准外围接口芯片或专用的通信接口；

车检数据转换模块24的输入端通过接口扩展模块23连接系统核心模块22，输出端连接信号机11，将从计算机通信模块26接收到的车辆检测信息进行模式或数据格式的转换，得到信号机能够识别的车辆检测信息，并实时发送给信号机11；

信号状态转换模块25的输入端连接信号机11，输出端通过接口扩展模块23连接系统核心模块22，将从信号机11接收到的信号控制状态或配时方案进行模式或数据格式的转换，得到信号机11的信号配时信息，并实时发送给计算机通信模块26；

计算机通信模块26与计算机20上的交通仿真模块13连接，计算机通信模块26通过接口扩展模块23与系统核心模块22连接：负责信号转换设备与运行交通仿真模块的计算机之间实时、双向通信，一方面从计算机20实时接收车辆检测信息，另一方面将信号配时信息实时发送给计算机20；

虚拟仿真模块27受系统核心模块22的控制，用于产生虚拟的车辆到达数据，同时接收和记录信号控制状态学习，估算和评价交叉口延误，实现脱离微观仿真软件的“硬件在环”仿真；

键盘显示模块28通过接口扩展模块23连接系统核心模块22：系统运行前，进行输入、输出接口的选择和通信参数的设置；系统运行时，显示系统运行状态，并实时更新车辆检测信息和信号控制状态。

本发明中，所述车检数据转换模块24将从计算机通信模块26接收到的车辆检测信息转换为信号机能够识别的车辆检测信息，数据的转换和传输的实现方式为电磁模拟电路或基于通信协议中任一种，其中：

（1）基于电磁模拟电路的实现方式：接收到的车辆检测数字信号作为输入，经电磁模拟电路的继电器、磁芯和电感电路等的模拟和转换，得到模拟的环形线圈车检信号作为输出，经由信号机的环形线圈车检接口实现车辆检测信息的实时传输；

（2）基于通信协议的实现方式：通过专用通信协议或通用通信协议将车辆检测信息进行数据格式的转换，得到符合通信协议的数据格式，再按通信协议规定的通信方式进行实时的数据传输，其中：

专用通信协议是指不同厂家的信号机中已经集成了的用于传输各种车辆检测信息的专用通信协议，通过视频检测器接口、红外检测器接口、微波检测器接口等实现数据传输；

通用通信协议是指现行行业标准《GA/T 920-2010 道路交通信号控制机与车辆检测器间的通信协议》、或者美国国家运输ITS通信协议NTCIP，集成该类通信协议的信号机可以选择RS-232C数据终端设备接口或以太网接口进行车辆检测信息的数据传输。

本发明中，所述信号状态转换模块25将信号机11的信号控制状态或配时方案转换为交通仿真模块可识别的数字信号，数据的转换和传输的实现方式采用基于光耦隔离电路或基于通信协议中任一种，其中：

（1）基于光耦隔离电路的实现方式：信号机的信号灯接口220V驱动电压作为输入，接入光耦隔离电路的负载电路，负载上的电压经过整流、滤波和分压后，经光耦隔离和转换得到信号控制状态的数字信号作为输出，并实时发送给计算机通信模块；

（2）基于通信协议的实现方式：基于专用通信协议或通用通信协议编写通信程序，实现信号控制状态或配时方案的数据格式转换，得到交通仿真模块可识别的控制状态信息，其中：

专用通信协议是指不同厂家自行开发的、用于信号机与上位控制软件之间通信的专用通信协议，通过RS-232C数据终端设备接口或专用通信接口等实现数据传输；

通用通信协议是指现行国家标准《GB/T 20999-2007 交通信号控制机与上位机间的数据通信协议》、或者美国国家运输ITS通信协议NTCIP，集成该类通信协议的信号机可以选择RS-232C数据终端设备接口或以太网接口，将信号转换设备中的信号状态转换模块作为上位机进行数据通信。

本发明中，所述计算机通信模块26根据自定义的通信协议编写相应的通信程序，实现与运行交通仿真模块的计算机之间实时、双向的数字通信；计算机通信模块26可以提供串口、USB接口或网络接口等多种备选的通信接口。

本发明中，所述的虚拟仿真模块27根据输入的流量生成符合各种分布的车辆到达随机数，通过车检数据转换模块发送虚拟车辆检测信息给信号机；从信号状态转换模块接收信号机的信号控制状态，根据预设的延误计算模型估算交叉口的延误；虚拟仿真模块可以使信号转换设备摆脱微观仿真软件及计算机的依赖，通过信号机和信号转换设备即可实现“硬件在环”仿真。

本发明中，所述键盘显示模块28集成在信号转换设备的前面板上，按键阵列28-4主要由数字键、方向键、回车键、取消键和功能键等组成；显示模块28-3由显示屏和LED指示灯组成，显示屏上显示系统配置菜单和选项、运行时的实时状态；信号灯LED28-1由红绿黄三色指示灯阵列组成，同步指示当前的信号控制状态，检测器LED28-2由单色指示灯阵列组成，同步指示当前的车辆检测情况。

本发明中，所述的车辆检测信息和信号配时信息的实时转换和传输，车辆检测信息是由交通仿真模块13从微观仿真软件的路网模型中的虚拟车辆检测器实时检测得到，运行交通仿真模块13的计算机20实时发送车辆检测信息给信号转换设备的计算机通信模块26，计算机通信模块26将接收到的数据发送给车检数据转换模块24，车检数据转换模块24完成模式或数据格式的转换得到信号机11能够识别的车辆检测信息，并实时发送给信号机11；

信号机11根据接收到的车辆检测信息，按照预设的信号控制策略实时调整信号控制状态或生成信控配时方案；

信号配时信息是由信号转换设备的信号状态转换模块25从信号机11的信号灯接口接收驱动电压信号作为输入，或者根据通信协议接收数字信号得到，信号状态转换模块25完成模式或数据格式的转换得到信号机11的信号配时信息，并实时发送给计算机通信模块26，计算机通信模块26将接收到的数据发送给运行交通仿真模块13的计算机20，交通仿真模块13按照接收到的信号配时信息实时控制微观仿真软件的路网模型中的虚拟信号机；

交通仿真模块13中的微观仿真软件运行路网模型的仿真，路网模型中的车辆一方面可以被仿真软件中的虚拟车辆检测器检测到，另一方面接受仿真软件中的虚拟信号机的信号控制。

与现有技术相比，本发明的创新之处有：

1. 具有虚拟仿真功能：由于微观交通仿真仿真软件价格高昂，限制了该软件的大规模应用，因此本设备集成了虚拟仿真模块。通过虚拟仿真模块可以产生车辆到达，接收信号控制状态，并估算交叉口延误，实现较为精确的信号控制评价；虚拟仿真功能使“硬件在环”可以脱离微观交通仿真软件，增加了信号机测评的灵活性和系统造价。

2. 转换模块功能更强：信号转换设备的车检数据转换模块和信号状态转换模块可以通过模拟信号或数字信号实现数据的转换和传输，集成了各种通信协议的数字通信可以更加高效地进行数据格式的转换和数据的传输。

3. 接口类型更丰富：信号转换设备与信号机、计算机之间的可选的通信接口类型丰富，可以通过专用数据接口，也可以通过通用的串口、USB接口或网络接口等实现连接和通信，可以满足国内外各种信号机的接口需求。

4. 可扩展性好，升级方便：基于通信协议的数字通信方式可以方便地进行扩展和更新，需要新增一种通信协议时，只需编写相应的通信程序代码，更新信号转换设备中相应芯片的程序代码，即可完成设备的升级。

附图说明

图1是交通控制“硬件在环”仿真系统组成示意图。

图2是本发明所述的信号转换设备组成示意图。

图3是本发明所述的信号转换设备的系统核心模块的硬件框图。

图4是本发明所述的信号转换设备的接口扩展模块的硬件框图。

图5是本发明所述的信号转换设备的键盘显示模块的面板示意图。

图中标号：10为交通信号控制系统，11为交通控制信号机（简称信号机），12为信号转换设备，13为交通仿真模块，20为计算机，21为电源模块，22为系统核心模块，23为接口扩展模块，24为车检数据转换模块，25为信号状态转换模块，26为计算机通信模块，27为虚拟仿真模块，28为键盘显示模块，30为DC/DC电源转换电路，31为模拟并行总线，32为EEPROM存储，33为微处理器电路，34为USB接口电路，35为串行传输电路，36为网络接口及模拟总线电路，37为PC/104总线接口，38为串行总线接口，39为模拟并行总线接口，40为串行转换电路，41为键盘显示接口，42为USB接口，43为网络控制芯片，44为网络变压器，45为数模转换电路，46为光耦隔离输出，47为信号灯色接口，48为USB从机接口，49为10M/100M网络接口，50为车检IO信号，28-1为键盘显示模块28的信号灯组LED指示灯阵列， 28-2为键盘显示模块28的检测器LED指示灯阵列,，28-3键盘显示模块28的为系统状态显示屏，28-4为键盘显示模块28的键盘按键阵列。

具体实施方式

下面通过实施例结合附图对本发明进行详细的描述。

实施例1：

交通控制“硬件在环”仿真系统组成如图1所示。在图1中，交通信号控制系统10中的交通信号控制机11与信号转换设备12相连接，信号转换设备12与交通仿真模块13相连接；其中，车辆检测信息由交通仿真模块13发送给信号转换设备12，经模式或数据格式的转换后发送给交通信号控制机11；信号配时信息由交通信号控制系统10的交通信号控制机11发送给信号转换设备12，经模式或数据格式的转换后发送给交通仿真模块13。

本发明所述的信号转换设备组成如图2所示。在图2中，信号转换设备12由电源模块21、系统核心模块22、接口扩展模块23、车检数据转换模块24、信号状态转换模块25、计算机通信模块26、虚拟仿真模块27和键盘显示模块28组成。其中，计算机通信模块26与运行交通仿真模块13的计算机20相连接，并进行实时、双向传输车辆检测信息和信号配时信息；车检数据转换模块24与信号机11相连接，实时发送车辆检测信息给信号机11；信号状态转换模块25与信号机11相连接，实时接收信号机11的信号控制状态或配时方案。

交通控制“硬件在环”仿真系统的交通控制系统选用宝康GBS2121交通信号机，交通仿真模块13选用德国PTV公司的VISSIM微观仿真软件，通过信号转换设备连接宝康信号机11和运行VISSIM的计算机20，构建完整的交通控制“硬件在环”仿真系统。

信号转换设备的系统核心模块22的硬件框图如图3所示。系统核心模块22选用NXP公司的LPC1788芯片为微处理器芯片，可实现对网络、USB、串口、I2C和SPI串行总线的控制，实现对模拟PC/104总线和外扩第二路网络接口的控制。由图3可以看出，系统核心模块22的硬件由DC/DC电源转换电路30、模拟并行总线31、EEPROM存储32、微处理器电路33、USB接口电路34、串行传输电路35和网络接口及模拟总线电路36组成，微处理器电路33的输出端分别连接EEPROM存储32、USB接口电路34、串行传输电路35和网络接口及模拟总线电路36，输入端连接DC/DC电源转换电路30，DC/DC电源转换电路30的输出端连接模拟并行总线31，DC/DC电源转换电路30连接5V电源输入。

信号转换设备的接口扩展模块23的硬件框图如图4所示。接口扩展模块23将系统核心模块22中的外围电路接口与实际的外围设备相连接，进行数据的交互。由图4可以看出，接口扩展模块23是将系统核心模块22与实际的物理接口相连接，其中的硬件包括：串行转换电路40、键盘显示接口41、USB接口42、网络控制芯片43、网络变压器44、数模转换电路45、光耦隔离输出46和信号灯色接口47，串行转换电路40的输出端分别连接键盘显示接口41和USB接口42，键盘显示接口41和USB接口42的输出端连接USB从机接口48，网络控制芯片43的输出端连接网络变压器44，网络变压器44的输出端连接10M/100M网络接口49，数模转换电路的输出端分别连接光耦隔离输出46和信号灯色接口47，光耦隔离输出46和信号灯色接口47分别连接车检IO信号50。

信号转换设备的车检数据转换模块24的数据转换有两种实现方式：基于电磁模拟电路、基于通信协议，本实施例中采用基于专用通信协议的数字通信实现车检数据的转换和传输。宝康信号机输入板的车检接口用于接收红外检测器的数字信号，根据输入板车检接口的电气特性和数据通信格式，车检数据转换模块24将接收到的车检数据进行数据格式的转换，按照检测器的编号和有无车辆到达情况生成相应的车检信号，并通过DB37专用数据线将数字信号发送给信号机11的输入板车检接口。

信号转换设备的信号状态转换模块25的数据转换有两种实现方式：基于光耦隔离电路、基于通信协议，本实施例中采用基于专用通信协议的数字通信实现信号状态的转换和传输。根据宝康信号机与上位机的专用通信协议，信号状态转换模块25作为上位机与信号机11通过串口进行数据通信。

根据专用通信协议，信号状态转换模块25与信号机11建立并保持连接，按照通信协议中的消息格式接收和发送消息，并根据信号机11的色步递进通知消息更新信号灯组的灯色。信号状态转换模块25再将信号灯组的灯色状态信息发送给计算机通信模块26，由计算机通信模块26处理信号转换设备与计算机20之间的数学通信。

信号转换设备的计算机通信模块26与车检数据转换模块24和信号状态转换模块25之间进行实时的数据交换，其中的车辆检测信息由计算机通信模块26发送给车检数据转换模块24，信号配时信息由信号状态转换模块25发送给计算机通信模块26。

信号转换设备的计算机通信模块26与计算机20之间的通信有多种实现方式：串口通信、USB通信、网络通信，本实施例中采用基于TCP/IP的网络通信、自定义的通信协议以及编写专用的通信程序实现两者之间的数字通信。自定义的通信协议主要规约通信方案、数据传输的格式等。其中，通信方案采用SOCKET通信：TCP的长连接方式，交通仿真模块设为服务端，事先约定通信端口号；数据传输的格式主要规约车辆检测信息和信号配时信息的数据格式，如检测器和信号灯组的编号、各个检测器有无检测到车辆的数据表示、各个信号灯组显示不同信号灯色的数据表示。

计算机通信模块26中，按照自定义的通信协议编写专用的通信程序，实时发送和接收TCP通信数据；在交通仿真模块13中，VISSIM软件的外部信号控制模块DLL程序负责车检数据的采集、信号配时方案的控制、检测器和信号灯组的编号映射、数据格式的转换和实时的TCP通信等。

信号转换设备的键盘显示模块28的面板示意图如图5所示。在图5中，面板左侧是信号灯组28-1和检测器的LED指示灯阵列28-2：系统运行时，信号灯组LED指示灯28-1的亮灭表示对应信号灯组的灯色，检测器LED指示灯28-2的亮灭表示对应检测器是否检测到车辆；面板右侧的上部是显示屏28-3：系统运行前，进行输入、输出接口的选择和通信参数的设置；系统运行时，实时显示系统运行状态；面板右侧的下部是键盘按键组28-4：在参数设置时需要通过数字键、方向键、功能键等进行按键输入。

在本实施例中，信号转换设备由220V交流电源供电，通过网线与计算机20相连，通过DB37数据线与信号机11的输入板车检接口相连，通过串口连接线与信号机11的串口相连，由此构建完整的交通控制“硬件在环”仿真系统。

实施例2：

交通控制系统选用宝康GBS2121交通信号机，但是不需要运行交通仿真模块的计算机，而是通过信号转换设备中的虚拟仿真模块实现“硬件在环”仿真。

本实施例中，信号转换设备的系统核心模块22、接口扩展模块23与实施例1相同。车检数据转换模块24和信号状态转换模块25与信号机11的通信与实施例1相同，都是基于通信协议的数字通信。与计算机通信模块26类似，虚拟仿真模块27与车检数据转换模块24和信号状态转换模块25之间进行实时的数据交换。

虚拟仿真模块27一方面实时产生虚拟的车辆到达数据，另一方面实时接收并记录信号控制状态。其中，车辆到达数据是根据用户输入的流量流向数据，以及选定的到达分布类型，生成随机数并换算得到相应的车头时距数据；随着时间的推移按车头时距发出相应的车辆，即可检测断面得到对应的车辆检测信息。虚拟仿真模块27实时接收信号状态转换模块25发送的信号控制状态，统计后可以得到信号控制的周期、绿信比等参数，用于估算交叉口延误。

虚拟仿真模块27中集成了美国道路通行能力手册HCM2010中经典的信控延误计算公式，其中各进口的流量和流向数据由用户通过键盘输入，根据通行能力和输入流量可计算各进口道的饱和度，统计信号机11的信号控制状态可以得到信控数据，由此可以计算得到交叉口的车均延误，实现较为准确的信号控制方案评价。

在本实施例中，信号转换设备由220V交流电源供电，通过DB37数据线与信号机11的输入板车检接口相连，通过串口连接线与信号机11的串口相连，由虚拟仿真模块27生成车辆到达数据、记录信号控制状态，并据此估算交叉口延误，实现脱离微观仿真软件的“硬件在环”仿真。

最后应说明的是：以上2个实施例仅用于说明本发明而并非限制本发明所描述的技术方案；因此，尽管本说明参照上述的实时例对本发明已经进行了详细的说明，但是，本领域的技术人员应当理解，仍然可对本发明进行修改或等同替换；而一切不脱离本发明的精神和范围的技术方案及其改进，均应涵盖在本发明的权利要求范围内。

Claims (7)

1.一种交通信号控制硬件在环仿真系统的信号转换设备，其特征在于由电源模块(21)、系统核心模块(22)、接口扩展模块(23)、车检数据转换模块(24)、信号状态转换模块(25)、计算机通信模块(26)、虚拟仿真模块(27)和键盘显示模块(28)组成，用于连接交通信号控制系统的信号机(11)和运行交通仿真模块的计算机(20)，实现车辆检测信息和信号配时信息的实时转换和传输，其中：

电源模块(21)输入端连接220V交流输入，输出5V直流电压，为系统核心模块(22)、接口扩展模块(23)、车检数据转换模块(24)、信号状态转换模块(25)和键盘显示模块(28)提供直流电源；

系统核心模块(22)实现系统软硬件的集成和资源管理、键盘显示模块的控制、外围设备的驱动和控制、出错信息处理功能；

接口扩展模块(23)连接车检数据转换模块(24)、信号状态转换模块(25)、计算机通信模块(26)和键盘显示模块(28)，用以扩展系统核心模块(22)所需的标准外围接口芯片或专用的通信接口；

车检数据转换模块(24)的输入端通过接口扩展模块(23)连接系统核心模块(22)，输出端连接信号机(11)，将从计算机通信模块(26)接收到的车辆检测信息进行模式或数据格式的转换，得到信号机能够识别的车辆检测信息，并实时发送给信号机(11)；

信号状态转换模块(25)的输入端连接信号机(11)，输出端通过接口扩展模块(23)连接系统核心模块(22)，将从信号机(11)接收到的信号控制状态或配时方案进行模式或数据格式的转换，得到信号机(11)的信号配时信息，并实时发送给计算机通信模块(26)；

计算机通信模块(26)与计算机(20)上的交通仿真模块(13)连接，计算机通信模块(26)通过接口扩展模块(23)与系统核心模块(22)连接：负责信号转换设备与运行交通仿真模块的计算机之间实时、双向通信:一方面从计算机(20)实时接收车辆检测信息，另一方面将信号配时信息实时发送给计算机(20)；

虚拟仿真模块(27)受系统核心模块(22)的控制，用于产生虚拟的车辆到达数据，同时接收和记录信号控制状态学习，估算和评价交叉口延误，实现脱离微观仿真软件的硬件在环仿真；

键盘显示模块(28)通过接口扩展模块(23)连接系统核心模块(22)：系统运行前，进行输入、输出接口的选择和通信参数的设置；系统运行时，显示系统运行状态，并实时更新车辆检测信息和信号控制状态。

2.根据权利要求1所述的交通信号控制硬件在环仿真系统的信号转换设备，其特征在于所述车检数据转换模块(24)将从计算机通信模块(26)接收到的车辆检测信息转换为信号机能够识别的车辆检测信息，数据的转换和传输的实现方式为电磁模拟电路或基于通信协议中任一种，其中：

（1）基于电磁模拟电路的实现方式：接收到的车辆检测数字信号作为输入，经电磁模拟电路的继电器、磁芯和电感电路的模拟和转换，得到模拟的环形线圈车检信号作为输出，经由信号机的环形线圈车检接口实现车辆检测信息的实时传输；

（2）基于通信协议的实现方式：通过专用通信协议或通用通信协议将车辆检测信息进行数据格式的转换，得到符合通信协议的数据格式，再按通信协议规定的通信方式进行实时的数据传输，其中：

专用通信协议是指不同厂家的信号机中已经集成了的用于传输各种车辆检测信息的专用通信协议，通过视频检测器接口、红外检测器接口、微波检测器接口等实现数据传输；

通用通信协议是指现行行业标准《GA/T 920-2010道路交通信号控制机与车辆检测器间的通信协议》、或者美国国家运输ITS通信协议NTCIP，集成该类通信协议的信号机可以选择RS-232C数据终端设备接口或以太网接口进行车辆检测信息的数据传输。

3.根据权利要求1所述的交通信号控制硬件在环仿真系统的信号转换设备，其特征在于所述信号状态转换模块(25)将信号机(11)的信号控制状态或配时方案转换为交通仿真模块可识别的数字信号，数据的转换和传输的实现方式采用基于光耦隔离电路或基于通信协议中任一种，其中：

（1）基于光耦隔离电路的实现方式：信号机的信号灯接口220V驱动电压作为输入，接入光耦隔离电路的负载电路，负载上的电压经过整流、滤波和分压后，经光耦隔离和转换得到信号控制状态的数字信号作为输出，并实时发送给计算机通信模块；

（2）基于通信协议的实现方式：基于专用通信协议或通用通信协议编写通信程序，实现信号控制状态或配时方案的数据格式转换，得到交通仿真模块可识别的控制状态信息，其中：

专用通信协议是指不同厂家自行开发的、用于信号机与上位控制软件之间通信的专用通信协议，通过RS-232C数据终端设备接口或专用通信接口等实现数据传输；

通用通信协议是指现行国家标准《GB/T 20999-2007 交通信号控制机与上位机间的数据通信协议》、或者美国国家运输ITS通信协议NTCIP，集成该类通信协议的信号机可以选择RS-232C数据终端设备接口或以太网接口，将信号转换设备中的信号状态转换模块作为上位机进行数据通信。

4.根据权利要求1所述的交通信号控制硬件在环仿真系统的信号转换设备，其特征在于所述计算机通信模块(26)根据自定义的通信协议编写相应的通信程序，实现与运行交通仿真模块的计算机之间实时、双向的数字通信；计算机通信模块(26)提供串口、USB接口和网络接口。

5.根据权利要求1所述的交通信号控制硬件在环仿真系统的信号转换设备，其特征在于所述的虚拟仿真模块(27)根据输入的流量生成符合各种分布的车辆到达随机数，通过车检数据转换模块发送虚拟车辆检测信息给信号机；从信号状态转换模块接收信号机的信号控制状态，根据预设的延误计算模型估算交叉口的延误；虚拟仿真模块使信号转换设备摆脱微观仿真软件及计算机的依赖，通过信号机和信号转换设备实现硬件在环仿真。

6.根据权利要求1所述的交通信号控制硬件在环仿真系统的信号转换设备，其特征在于所述键盘显示模块(28)控制集成在信号转换设备的前面板上的按键阵列(54)，按键主要由数字键、方向键、回车键、取消键和功能键等组成；显示模块(53)由显示屏和LED指示灯组成，显示屏上显示系统配置菜单和选项、运行时的实时状态；信号灯LED(51)由红绿黄三色指示灯阵列组成，同步指示当前的信号控制状态，检测器LED(52)由单色指示灯阵列组成，同步指示当前的车辆检测情况。

7.根据权利要求1所述的交通信号控制硬件在环仿真系统的信号转换设备，其特征在于所述的车辆检测信息和信号配时信息的实时转换和传输，车辆检测信息是由交通仿真模块(13)从微观仿真软件的路网模型中的虚拟车辆检测器实时检测得到，运行交通仿真模块(13)的计算机(20)实时发送车辆检测信息给信号转换设备的计算机通信模块(26)，计算机通信模块(26)将接收到的数据发送给车检数据转换模块(24)，车检数据转换模块(24)完成模式或数据格式的转换得到信号机(11)能够识别的车辆检测信息，并实时发送给信号机(11)；信号机(11)根据接收到的车辆检测信息，按照预设的信号控制策略实时调整信号控制状态或生成信控配时方案；

信号配时信息是由信号转换设备的信号状态转换模块(25)从信号机(11)的信号灯接口接收驱动电压信号作为输入，或者根据通信协议接收数字信号得到，信号状态转换模块(25)完成模式或数据格式的转换得到信号机(11)的信号配时信息，并实时发送给计算机通信模块(26)，计算机通信模块(26)将接收到的数据发送给运行交通仿真模块(13)的计算机(20)，交通仿真模块(13)按照接收到的信号配时信息实时控制微观仿真软件的路网模型中的虚拟信号机；

交通仿真模块(13)中的微观仿真软件运行路网模型的仿真，路网模型中的车辆一方面可以被仿真软件中的虚拟车辆检测器检测到，另一方面接受仿真软件中的虚拟信号机的信号控制。

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