張佳桐

（湖北 武漢 430010）

隨著機(jī)動(dòng)車保有量逐年上升，在城市尤其是北京、上海等大城市，堵車成為常態(tài)。堵車?yán)速M(fèi)了運(yùn)輸資源，降低運(yùn)輸效率，消耗社會(huì)成本。此外汽車頻繁起停時(shí)，因發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒不完全，相比較于正常行駛會(huì)產(chǎn)生更多污染物，其中容易進(jìn)入人體肺部的直徑≤2．5微米的細(xì)微顆粒物比例更高，該污染物不僅刺激眼睛和肺部，還會(huì)導(dǎo)致咳嗽、哮喘、支氣管炎等問(wèn)題。從運(yùn)輸效率、身體健康與時(shí)間等方面來(lái)說(shuō)，堵車對(duì)現(xiàn)代城市的影響十分嚴(yán)重，開展提升交通效率的研究不僅可以節(jié)省了人們的出行時(shí)間，更可以為保護(hù)環(huán)境、減少損失做出貢獻(xiàn)。

現(xiàn)代城市中交通網(wǎng)絡(luò)發(fā)達(dá)，出發(fā)點(diǎn)至目的地一般具有多種路線選擇，當(dāng)前人們?cè)诔鲂星笆褂玫木€路規(guī)劃大多還是依靠地圖和手機(jī)APP、車載APP等軟件，但兩種途徑均存在一定的缺點(diǎn)：傳統(tǒng)的地圖僅提供交通全貌，具體的路線規(guī)劃需要完全由人來(lái)決策，因而局限性很強(qiáng)；各類地圖及導(dǎo)航軟件雖能根據(jù)情況的不同給出不同的路線，但往往只能考慮到當(dāng)前擁堵狀況、路線長(zhǎng)度、交通燈數(shù)量等很少的因素，其他因素如交通的實(shí)時(shí)變化、交通信號(hào)燈運(yùn)行狀態(tài)、道路實(shí)際的寬窄等無(wú)法兼顧，這就導(dǎo)致駕駛者雖可順利到達(dá)目的地，但卻可能會(huì)遇到堵車而在路上浪費(fèi)大量的時(shí)間。針對(duì)這種情況，本文提出一套實(shí)時(shí)線路優(yōu)化系統(tǒng)方案，將智能輔助駕駛系統(tǒng)與多源交通信息相結(jié)合，提升交通運(yùn)輸效率。

本方案將智能輔助駕駛系統(tǒng)與多源交通信息相結(jié)合，既實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)的各類軟件的導(dǎo)航、路徑規(guī)劃等功能，也可實(shí)現(xiàn)更為智能的線路優(yōu)化設(shè)計(jì)。系統(tǒng)一方面可以以時(shí)間為考慮因素規(guī)劃最優(yōu)路線，并根據(jù)實(shí)時(shí)交通現(xiàn)狀調(diào)整路徑規(guī)劃；另一方面通過(guò)向各車輛發(fā)送不同的推薦路線從而使交通效率最大化，減少汽車因頻繁的剎車和啟動(dòng)而造成的燃料的損失，有效地降低運(yùn)輸資源的浪費(fèi)情況，同時(shí)保護(hù)環(huán)境。此外此系統(tǒng)可搜集交通系統(tǒng)的交通行駛狀況，通過(guò)分析可為交通系統(tǒng)的優(yōu)化提供數(shù)據(jù)與成果支持，實(shí)現(xiàn)交通系統(tǒng)的最優(yōu)化設(shè)計(jì)。

1 系統(tǒng)組成

基于多源交通信息的實(shí)時(shí)路線規(guī)劃系統(tǒng)由車載系統(tǒng)、云端系統(tǒng)、交通信息搜集系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、交通控制系組成，具體的系統(tǒng)組成及信息交流方向如圖1所示，各系統(tǒng)的功能與特點(diǎn)如下。

1.1 車載系統(tǒng)

圖1 系統(tǒng)組成及信息交流方向框圖

車載系統(tǒng)為駕駛者提供操作和信息反饋界面，具有簡(jiǎn)潔明了、使用簡(jiǎn)單的特點(diǎn)。此外系統(tǒng)具有拓展性，在使用過(guò)程中軟件自動(dòng)更新、升級(jí)，根據(jù)使用需求不斷優(yōu)化功能、提升性能，滿足不斷發(fā)展的需求。車載系統(tǒng)主要由車載操作系統(tǒng)、車載數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)、車載顯示系統(tǒng)和車載通信系統(tǒng)組成，各車載分系統(tǒng)原理如下。

車載操作系統(tǒng)為駕駛者提供一個(gè)使用整套系統(tǒng)的操作平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)信息輸入、反饋，一般包括顯示屏、主機(jī)、交互裝置等設(shè)備。車載操作系統(tǒng)軟件基于安卓等成熟的框架，具有適用范圍廣、開發(fā)簡(jiǎn)單、成本低廉的特點(diǎn)。系統(tǒng)的輸入有多種途徑，包括手動(dòng)輸入、語(yǔ)音輸入、其他電子設(shè)備連接輸入，使用簡(jiǎn)單、可適用不同的特殊應(yīng)用場(chǎng)景。

車載數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)可將駕駛者輸入信息與外部信息統(tǒng)一處理，并將結(jié)果反饋給顯示系統(tǒng)，完成實(shí)時(shí)的線路規(guī)劃。因處理能力有限，車載數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)可根據(jù)數(shù)據(jù)量的大小，自動(dòng)選擇本地處理或通過(guò)通信系統(tǒng)反饋云端數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)不同應(yīng)用場(chǎng)景下的信息處理，同時(shí)減輕云端的計(jì)算壓力。

車載展示系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)線路規(guī)劃信息的反饋，分為圖像顯示與語(yǔ)音播報(bào)兩種方式。圖像顯示通過(guò)車載顯示屏、其他設(shè)備等多種方式實(shí)現(xiàn)信息的反饋；語(yǔ)音播報(bào)通過(guò)車載音響、藍(lán)牙耳機(jī)等方式實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音導(dǎo)航。

車載通信系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)車載系統(tǒng)與外部系統(tǒng)的信息交流。5G技術(shù)即將實(shí)用化，其具有信號(hào)穩(wěn)定、時(shí)延短的特點(diǎn)，可很好地滿足車載系統(tǒng)的需求。本方案基于5G技術(shù)構(gòu)建車載通信系統(tǒng)，以固定格式實(shí)現(xiàn)信息的上傳與接收，便于信息的整理與分析。

1.2 云端系統(tǒng)

云端系統(tǒng)是一套在線的數(shù)據(jù)處理與存儲(chǔ)系統(tǒng)。云端系統(tǒng)可對(duì)車輛上傳的數(shù)據(jù)、交通信息搜集系統(tǒng)的數(shù)據(jù)、交通信號(hào)燈實(shí)時(shí)狀態(tài)、其他車輛或人員輸入信息進(jìn)行快速準(zhǔn)確的處理和分析。系統(tǒng)主要由云端數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)、通信系統(tǒng)和云端存儲(chǔ)系統(tǒng)組成，具有信息處理能力強(qiáng)、反饋迅速的特點(diǎn)。各分系統(tǒng)原理如下。

云端數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)為云端系統(tǒng)的核心組成部分，負(fù)責(zé)對(duì)大規(guī)模數(shù)據(jù)進(jìn)行快速的分析和分類。系統(tǒng)除具備全自動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)外，也可根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行人為控制，實(shí)現(xiàn)特定場(chǎng)景下的功能。

云端通信系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)多種數(shù)據(jù)的穩(wěn)定上傳，并及時(shí)地將結(jié)果反饋給系統(tǒng)其他部分，保證云端系統(tǒng)的正常數(shù)據(jù)流動(dòng)。

云端存儲(chǔ)系統(tǒng)對(duì)大量數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)、調(diào)用，原理基于已成熟的云儲(chǔ)存系統(tǒng)。

1.3 交通信息搜集系統(tǒng)

交通信息搜集系統(tǒng)是線路規(guī)劃的主要實(shí)時(shí)信息源，可準(zhǔn)確、快速地收集當(dāng)前道路信息。系統(tǒng)由安裝在交通線路周邊的攝像頭、視頻處理系統(tǒng)組成。各分系統(tǒng)原理如下。

攝像頭可實(shí)現(xiàn)交通信息的靜態(tài)展示與動(dòng)態(tài)捕捉，支持視頻處理分系統(tǒng)的工作。

視頻處理分系統(tǒng)可對(duì)攝像頭抓取的畫面信息進(jìn)行識(shí)別、處理、得到堵車現(xiàn)狀、車流量大小、道路寬窄、行人數(shù)量等交通信息，并以固定格式提交云端處理。

1.4 通信系統(tǒng)

通信系統(tǒng)是各個(gè)系統(tǒng)交流的媒介，為各系統(tǒng)提供實(shí)時(shí)、快速、穩(wěn)定的信息交互，實(shí)現(xiàn)信息的共享，具有數(shù)據(jù)量大、傳輸能力強(qiáng)、信號(hào)穩(wěn)定的特點(diǎn)。通信系統(tǒng)基本原理包括5G、車聯(lián)網(wǎng)等，具有即插即用的功能，可適用于不同車輛、不同信息搜集設(shè)備的即時(shí)接入、退出需求。

1.5 交通控制系統(tǒng)

交通控制系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)固定區(qū)域內(nèi)交通運(yùn)行狀態(tài)的整體規(guī)劃，在道路擁堵需要緩解、車流量較大需要預(yù)防擁堵時(shí)人為開啟，按照云端提供的方案控制交通信號(hào)燈、道路控制裝備等實(shí)現(xiàn)車輛運(yùn)行線路調(diào)整，提升交通效率。

2 系統(tǒng)應(yīng)用場(chǎng)景

2.1 實(shí)時(shí)線路規(guī)劃

在無(wú)特殊情況下，系統(tǒng)以節(jié)省駕駛者時(shí)間為目的進(jìn)行實(shí)時(shí)線路規(guī)劃。在出發(fā)時(shí)駕駛者將目的地輸入車載系統(tǒng)，車載系統(tǒng)基于數(shù)據(jù)量大小選擇自主處理或上傳云端處理。自主處理時(shí)，車載系統(tǒng)基于車聯(lián)網(wǎng)中的路況信息、自身車輛信息完成實(shí)時(shí)線路規(guī)劃；上傳云端處理時(shí)，云端系統(tǒng)在車輛自身信息的基礎(chǔ)上，結(jié)合交通信息搜集系統(tǒng)數(shù)據(jù)完成信息處理與線路規(guī)劃，并將結(jié)果通過(guò)通信系統(tǒng)反饋車輛，完成最優(yōu)線路規(guī)劃。

2.2 提升交通運(yùn)行效率

在特殊活動(dòng)期間或交通效率過(guò)低時(shí)，系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)人為控制，以提升區(qū)域整體交通效率為目的進(jìn)行線路規(guī)劃。具體運(yùn)行過(guò)程為：當(dāng)云端系統(tǒng)接收到不同車輛發(fā)送的請(qǐng)求信息后，可根據(jù)當(dāng)前的道路狀況并結(jié)合各車輛信息計(jì)算出一套可最大化提升區(qū)域交通效率的方案，通過(guò)向各車輛發(fā)送特定的線路規(guī)劃方案及通過(guò)交通控制系統(tǒng)控制交通以實(shí)現(xiàn)區(qū)域交通的一體化控制，消除或減輕特定區(qū)域內(nèi)的擁堵情況，提升交通效率。

2.3 優(yōu)化交通線路

線路規(guī)劃系統(tǒng)可基于大數(shù)據(jù)分析，優(yōu)化現(xiàn)有交通線路，為交通道路設(shè)計(jì)提供參考。當(dāng)該系統(tǒng)在某地大范圍運(yùn)行一段時(shí)間后，可從中獲取大量該地區(qū)各時(shí)段、各地點(diǎn)的路況和車流量等交通信息。依靠大數(shù)據(jù)分析手段，這些數(shù)據(jù)可作為該地區(qū)之后交通建設(shè)、改造和線路優(yōu)化的參考數(shù)據(jù)，提高交通運(yùn)行效率。

3 結(jié)語(yǔ)

本文針對(duì)目前市面上的線路規(guī)劃系統(tǒng)存在的應(yīng)用方式單一、靈活性不足的問(wèn)題，提出了一種將智能輔助駕駛系統(tǒng)與多源交通信息系統(tǒng)相結(jié)合的線路規(guī)劃系統(tǒng)，系統(tǒng)包括車載系統(tǒng)、云端系統(tǒng)、交通信息搜集系統(tǒng)以及交通控制系統(tǒng)等。本文完成了各分系統(tǒng)原理及功能設(shè)計(jì)，并針對(duì)實(shí)際的應(yīng)用場(chǎng)景，提出了兩套規(guī)劃方案，即實(shí)時(shí)線路規(guī)劃方案、提升交通運(yùn)行效率方案，滿足在交通情況良好及擁堵時(shí)的線路規(guī)劃需求，同時(shí)基于云端數(shù)據(jù)對(duì)系統(tǒng)潛在的優(yōu)化交通線路功能進(jìn)行了展望。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，交通負(fù)載壓力越來(lái)越大，智能化將是解決交通問(wèn)題的一種現(xiàn)實(shí)途徑。