本書由淺入深地剖析了城市交通信號控制系統(tǒng)中所涉及的嵌入式開發(fā)基礎(chǔ)、信號控制算法、數(shù)據(jù)庫應(yīng)用、網(wǎng)絡(luò)與通信協(xié)議設(shè)計等基本原理和開發(fā)技術(shù)。書中編程語言使用標(biāo)準(zhǔn)Linux C 語言，帶領(lǐng)讀者在實驗箱上從零開始設(shè)計，通過驗證性實驗和設(shè)計性實驗的有機結(jié)合，逐步掌握相關(guān)應(yīng)用開發(fā)技術(shù)，并最終通過綜合設(shè)計實驗來檢驗讀者的系統(tǒng)集成能力和復(fù)雜問題分析能力。
本書可作高等學(xué)校交通設(shè)備與控制工程、智慧交通、交通工程等本科專業(yè)開設(shè)的城市交通信號控制類課程的配套實驗指導(dǎo)書，也適合交通信號控制領(lǐng)域的初學(xué)者及開發(fā)人員閱讀。

★詳細講解了城市交通信號控制系統(tǒng)中所涉及的嵌入式開發(fā)基礎(chǔ)、信號控制算法、數(shù)據(jù)庫應(yīng)用、網(wǎng)絡(luò)與通信協(xié)議設(shè)計等基本原理和開發(fā)技術(shù)； ★使用標(biāo)準(zhǔn)Linux C語言，帶領(lǐng)讀者在實驗箱上從零開始設(shè)計； ★通過驗證性實驗和設(shè)計性實驗，幫助讀者逐步掌握相關(guān)應(yīng)用開發(fā)技術(shù)； ★本書可作高等學(xué)校交通相關(guān)專業(yè)開設(shè)的城市交通信號控制類課程的配套實驗指導(dǎo)書，也適合交通信號控制領(lǐng)域的初學(xué)者及開發(fā)人員閱讀。

在新工科背景下，隨著大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、移動互聯(lián)網(wǎng)、云計算、人工智能等新一代信息技術(shù)與城市交通信號控制領(lǐng)域的深度融合，培養(yǎng)實踐創(chuàng)新能力強、技術(shù)復(fù)合度高的智能交通人才愈發(fā)緊迫；同時，交通信號控制作為智能交通系統(tǒng)中的核心技術(shù)之一，與自動駕駛、交通大數(shù)據(jù)、智能網(wǎng)聯(lián)汽車等新興領(lǐng)域的結(jié)合也更為緊密，對從業(yè)人員的持續(xù)學(xué)習(xí)能力和實踐創(chuàng)新能力提出更高的要求。
然而，傳統(tǒng)的智能交通控制類課程實踐教學(xué)模式已愈發(fā)難以滿足產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級對人才培養(yǎng)的要求，對于交通信號控制技術(shù)的科學(xué)研究和實踐教學(xué)而言，有些與交通現(xiàn)場實物條件相關(guān)的環(huán)節(jié)很難直接實現(xiàn)，嚴(yán)重阻礙實驗教學(xué)的進行，主要體現(xiàn)在以下方面：
① 交通信號控制器作為基本的實踐教學(xué)控制設(shè)備，由于市場采購成本較高，并且國內(nèi)外不同型號的交通信號控制器往往系統(tǒng)兼容性不夠好，控制理念及方法不盡相同，后期維護難度較大，存在電氣安全隱患等問題，制約了交通信號控制設(shè)備的實踐教學(xué)效果；
② 交通信號控制作為城市道路智能交通中的關(guān)鍵技術(shù)，是交通信息與控制課程的核心實驗內(nèi)容，然而由于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(xiàn)場通常難以進行交通控制實驗，僅能開展交通調(diào)查一類的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)采集實驗。
在此背景下，筆者所在的北方工業(yè)大學(xué)智能交通信號控制教學(xué)團隊，結(jié)合多年實踐教學(xué)經(jīng)驗，從早期的交通信號控制器工程實踐教學(xué)模式，已逐步過渡到使用成本更低、安全性更高、開發(fā)更靈活的信號控制實驗箱開發(fā)模式，該實驗箱是專門面向高校教學(xué)和科研需求而進行深度定制的開發(fā)平臺，不僅能夠模擬現(xiàn)實的復(fù)雜交通控制應(yīng)用場景，而且有完整的遠程網(wǎng)絡(luò)配置及監(jiān)測功能。截至目前，使用該實驗箱和本教程已經(jīng)連續(xù)培養(yǎng)過5 屆交通設(shè)備與控制工程專業(yè)的本科生，形成較為充實完善的專業(yè)實驗體系。
為了廣泛推動信控領(lǐng)域?qū)I(yè)人才具備更強的實踐開發(fā)能力和持續(xù)學(xué)習(xí)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(tǒng)中所涉及的嵌入式開發(fā)基礎(chǔ)、信號控制算法、數(shù)據(jù)庫應(yīng)用、網(wǎng)絡(luò)與通信協(xié)議設(shè)計等基本原理和開發(fā)實現(xiàn)過程，整個系統(tǒng)高度開源并提供關(guān)鍵例程程序，通過驗證性實驗和設(shè)計性實驗的有機結(jié)合，使讀者逐步掌握相關(guān)基礎(chǔ)應(yīng)用開發(fā)技術(shù)，進而將技術(shù)能力銜接到未來5G、車路協(xié)同、區(qū)塊鏈、深度學(xué)習(xí)等智能交通新領(lǐng)域進行探索，一起為智能交通信控領(lǐng)域的生態(tài)大廈添磚加瓦！
隨著國家“十四五”新發(fā)展理念的貫徹實施和新基建浪潮的持續(xù)推進，智慧城市的建設(shè)高潮即將到來，筆者愿以本書為序，為智能交通行業(yè)的技術(shù)復(fù)合型人才培養(yǎng)貢獻微薄力量。
由于筆者水平和經(jīng)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(fā)至筆者郵箱：zhengguorong@***，不勝感激。

編 者
北方工業(yè)大學(xué)

第1 章 城市交通信號控制系統(tǒng)基礎(chǔ)開發(fā)環(huán)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(chǔ)開發(fā)環(huán)境搭建實驗（2 學(xué)時）4
1.2.1 嵌入式Linux 基本命令及編譯環(huán)境說明 4
1.2.2 驗證性實驗：實驗箱硬件驅(qū)動接口函數(shù)及其使用示例16
1.2.3 設(shè)計性實驗：交通信號跑馬燈控制實驗20
1.3 LinuxC 語言基礎(chǔ)語法實驗（2 學(xué)時） 21
1.3.1 Linux C 語言基礎(chǔ)語法回顧21
1.3.2 驗證性實驗：Linux C 的代碼調(diào)試示例32
1.3.3 設(shè)計性實驗：固定參數(shù)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(xué)時） 37
2.1.1 驗證性實驗：固定配時算法示例38
2.1.2 設(shè)計性實驗：參數(shù)可調(diào)整的固定配時實驗39
2.2 全燈態(tài)倒計時器控制實驗（2 學(xué)時） 40
設(shè)計性實驗：全燈態(tài)綠燈倒計時器控制實驗40
2.3 程序結(jié)構(gòu)優(yōu)化控制實驗（2 學(xué)時） 41
2.3.1 驗證性實驗：程序結(jié)構(gòu)優(yōu)化控制示例41
2.3.2 設(shè)計性實驗：程序結(jié)構(gòu)優(yōu)化控制實驗43
2.4 檢測器多線程處理實驗（2 學(xué)時） 44
2.4.1 驗證性實驗：檢測器數(shù)據(jù)采樣示例45
2.4.2 設(shè)計性實驗：檢測器與倒計時器聯(lián)動控制實驗48
2.5 全感應(yīng)控制算法實驗（2 學(xué)時） 49
設(shè)計性實驗：全感應(yīng)控制算法實驗 49

第3 章 交通信號控制數(shù)據(jù)庫技術(shù)實驗50
3.1 數(shù)據(jù)庫基礎(chǔ)SQL 語法實驗（2 學(xué)時） 50
3.1.1 數(shù)據(jù)庫基礎(chǔ)SQL 語法 51
3.1.2 數(shù)據(jù)庫管理軟件基本操作 58
3.2 數(shù)據(jù)庫表結(jié)構(gòu)設(shè)計及C 語言接口實現(xiàn)（2 學(xué)時） 63
3.2.1 驗證性實驗：C 語言操作數(shù)據(jù)庫接口示例 64
3.2.2 設(shè)計性實驗：數(shù)據(jù)庫表結(jié)構(gòu)設(shè)計及增/刪/查/改實驗 67
3.3 基于相位配時方案表的信號控制實驗（2 學(xué)時） 68
設(shè)計性實驗：基于相位配時方案表的信號控制實驗 68
3.4 基于時間/日期調(diào)度表的信號控制實驗（2 學(xué)時） 68
3.4.1 驗證性實驗：系統(tǒng)時間/日期實時采集實驗 68
3.4.2 設(shè)計性實驗：基于時間調(diào)度表的信號控制實驗 70

第4 章 交通信號控制網(wǎng)絡(luò)與通信技術(shù)實驗 71
4.1 SOCKET 網(wǎng)絡(luò)通信基礎(chǔ)實驗（2 學(xué)時） 76
4.1.1 驗證性實驗：基于UDP 發(fā)送網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包的通信示例 76
4.1.2 驗證性實驗：基于TCP 發(fā)送網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包的通信示例 79
4.1.3 驗證性實驗：基于UDP 接收網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包的通信示例 82
4.1.4 驗證性實驗：基于TCP 接收網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包的通信示例 85
4.2 基于信號控制協(xié)議解析的狀態(tài)上傳實驗（2 學(xué)時） 88
4.2.1 驗證性實驗：檢測器狀態(tài)信息傳輸協(xié)議示例 88
4.2.2 設(shè)計性實驗：燈態(tài)信息和實時控制方案信息傳輸協(xié)議實驗 91
4.3 基于信號控制協(xié)議解析的控制指令下發(fā)實驗（2 學(xué)時） 92
4.3.1 驗證性實驗：配置時間表協(xié)議解析示例 92
4.3.2 設(shè)計性實驗：配置方案表協(xié)議解析實驗 98

第5 章 交通信號控制系統(tǒng)綜合設(shè)計實驗99
5.1 上位機基礎(chǔ)開發(fā)環(huán)境實驗（2 學(xué)時） 100
5.1.1 上位機開發(fā)編程環(huán)境基礎(chǔ)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(tǒng)綜合設(shè)計實驗（2 學(xué)時） 105
5.2.1 綜合設(shè)計實驗內(nèi)容105
5.2.2 綜合設(shè)計實驗要求106
5.2.3 綜合設(shè)計實驗步驟107

參考文獻113