城市交通運營/SMART-SIGNAL 系統概述
SMART-SIGNAL（系統性監測主幹道路交通和訊號燈）系統由明尼蘇達大學開發，提供了一種易於實施的方法來收集和存檔訊號化主幹道上連續且高解析度的交通資料（Liu 等人，2008）。在此係統中，交通訊號控制的完整歷史記錄，包括所有車輛觸發事件和訊號相位變化事件，都會被存檔和儲存。基於事件資料，會生成主幹道效能指標，例如主幹道行駛時間、交叉路口排隊長度和服務等級。SMART-SIGNAL 系統自 2007 年 2 月起已安裝在明尼蘇達州亨內平縣弗朗斯大道的 11 個交叉路口和明尼蘇達州 55 號幹線的 6 個交叉路口。事件型交通資料以 24/7 模式收集，然後存檔到資料庫系統中，從而產生了大量可用於研究的現場資料。本章將簡要介紹 SMART-SIGNAL 的系統架構、資料採集硬體和資料處理流程。
如下圖所示，SMART-SIGNAL 系統具有三個主要組成部分：資料收集、效能測量以及透過使用者介面進行的效能展示。資料收集元件以事件為基礎，直接從現場收集高解析度原始資料。訊號相位變化事件和車輛探測器觸發事件分別從位於交通訊號櫃中的資料採集單元獲取。資料記錄在每日日誌檔案中，並透過序列埠通訊傳送到主櫃的資料伺服器。最後，每日日誌檔案透過數字使用者線路 (DSL) 或無線通訊傳輸到明尼蘇達州交通觀測站 (MTO) 實驗室的資料庫。SMART-SIGNAL 系統的第二個組成部分是使用現場收集的資料進行效能指標計算。對儲存的資料日誌檔案的分析會生成一組效能指標，其中一個指標涵蓋交叉路口級別指標（例如，排隊長度），另一個指標與主幹道級別指標相關（例如，行駛時間）。一旦從原始資料中得出所有效能指標，結果便會提供給各種使用者。
SMART-SIGNAL 的關鍵要素是資料採集單元，它由一臺工業 PC 和一塊資料採集卡組成。在每個交叉路口，都會安裝一臺帶資料採集卡的工業 PC，並在每個交叉路口收集的事件資料透過訊號化交叉路口之間現有的通訊線路（在本例中為備用雙絞線）傳輸到主控制器櫃中的資料伺服器。SMART-SIGNAL 系統中使用的資料採集卡（來自 National Instruments（2006）的 PCI-6511），如圖 2 2a 所示，擁有 64 個輸入通道。如果一個交叉路口的探測器輸入和訊號相位的總數超過 64 個，則需要安裝額外的採集卡。終端盒用於將輸入直流 (DC) 電壓限制在安全範圍內，並建立資料採集卡與交通櫃背板之間的連線，如圖 2 2b 所示。終端盒允許捕獲背板上的數字電壓變化，這些變化指示現場的不同交通事件，以便由安裝在工業計算機中的資料採集卡進行捕獲。使用 Microsoft Visual C# 程式開發的交通事件記錄器軟體程式在現場的工業計算機上執行，以將事件（例如，從“開”到“關”的第 1 相位綠燈變化）記錄到日誌檔案中。
兩個控制器櫃之間的資料通訊透過現有的雙絞線通訊線路進行。使用 RS-485 協議在櫃之間傳輸資料並同步時間（B&B Electronics，2007）。在本地櫃中的資料傳輸到主櫃之後，主櫃中安裝的 DSL 或無線單元用於將資料傳送回 MTO 中的資料庫。
示例資料如圖所示。每個記錄的事件都以時間戳開頭，時間戳包括基於計算機系統時間的日期、小時、分鐘、秒和毫秒，隨後是不同型別的事件資料，包括相位變化、探測器觸發和行人呼叫。因此，交通訊號事件的完整歷史記錄都會被記錄下來。