杜宇翔

摘 要：為了城市車輛能更智慧通行紅綠燈交通路口，提出一種共享共建式紅綠燈時刻預(yù)測系統(tǒng)。論述了共享共建式紅綠燈時刻預(yù)測系統(tǒng)的架構(gòu)，闡明了其運行機制。共享共建式紅綠燈時刻預(yù)測系統(tǒng)具有運營維護(hù)投入少，易于推行的優(yōu)點。

關(guān)鍵詞：智慧交通；共享共建；紅綠燈時刻預(yù)測

1 引言

北京、杭州、濟(jì)南等大中城市正開展智慧城市建設(shè)、智慧城市必須是智慧交通先行[1]。智慧交通建設(shè)方面的典型案例是在重要或易擁堵交通路口采用自適應(yīng)紅綠燈系統(tǒng)[2]，該系統(tǒng)能夠從現(xiàn)代交通傳感系統(tǒng)、互聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)等多方位感知交通路口各方向的車流量、車流動態(tài)等信息，進(jìn)行分析處理，自主決策并動態(tài)調(diào)整交通路口紅綠燈的配時，協(xié)調(diào)交通路口各方向均衡有序快速通過，減少交通路口擁堵狀況。

除已安裝自適應(yīng)紅綠燈的交通路口外，城市大部分交通路口紅綠燈是固定配時的，這些交通路口同樣也能開展智慧交通建設(shè)，比如建立預(yù)測交通路口紅綠燈時刻的系統(tǒng)，這個系統(tǒng)能為車輛駕駛?cè)祟A(yù)測前方交通路口的紅綠燈變化時刻，駕駛?cè)藫?jù)此可以采取更合理的駕駛行為通過交通路口。當(dāng)駕駛?cè)说弥胺浇煌房诰G燈將很快變?yōu)榧t燈時，會松開油門讓汽車滑行到紅綠燈處等候，避免出現(xiàn)盲目加速試圖搶行通過前方交通路口的情況，既可以降低汽車燃油消耗又可以減小交通路口事故風(fēng)險；當(dāng)駕駛?cè)说弥胺浇煌房诩t燈將很快變?yōu)榫G燈時，會保持原來車速行駛，避免出現(xiàn)盲目減速后又重新加速通過前方交通路口的情況，既可以降低汽車燃油消耗又可以更快速通過前方交通路口。

德國大眾旗下奧迪汽車公司于2016年提出一項將汽車和紅綠燈等基礎(chǔ)交通設(shè)施相連的V2I（Vehicle-to-Infrastructure）技術(shù)[3]。前方紅綠燈實時運行數(shù)據(jù)通過無線短距通信傳送到汽車，汽車儀表上會顯示前方紅綠燈狀態(tài)及其變化時刻，駕駛?cè)藫?jù)此可以采取更合理的駕駛行為通過紅綠燈。

德國寶馬汽車公司與美國俄勒岡州Connected Signals公司合作在寶馬汽車上安裝一款應(yīng)用軟件EnLighten，EnLighten從網(wǎng)絡(luò)獲取城市交通管理中心的紅綠燈實時數(shù)據(jù)，在儀表盤上顯示前方紅綠燈狀態(tài)，以及紅綠燈變化時間的倒計時牌，方便駕駛?cè)瞬扇「侠淼鸟{駛行為通過紅綠燈。

奧迪汽車公司的V2I技術(shù)、寶馬汽車公司應(yīng)用軟件EnLighten都因城市交通管理中心不配合而難以推行。

本文提出一種共享共建式紅綠燈時刻預(yù)測系統(tǒng)，不依賴于交通管理中心，按共享共建思路建立維護(hù)系統(tǒng)自用的城市紅綠燈數(shù)據(jù)庫，為城市車輛智慧通行固定配時紅綠燈交通路口提供支持。

2 共享共建式紅綠燈時刻預(yù)測系統(tǒng)設(shè)計

共享共建式紅綠燈時刻預(yù)測系統(tǒng)由以下四部分構(gòu)成：

（1）系統(tǒng)營運管理軟件；

（2）城市紅綠燈數(shù)據(jù)庫；

（3）用戶智能手機上運行的紅綠燈時刻預(yù)測應(yīng)用軟件；

（4）3G/4G/5G移動通信網(wǎng)。

系統(tǒng)營運的關(guān)鍵是紅綠燈數(shù)據(jù)庫。在紅綠燈數(shù)據(jù)庫里為城市每個需要預(yù)測的紅綠燈建立一個紅綠燈運行模型。紅綠燈運行模型主要有以下幾個參數(shù)：

（1）紅綠燈導(dǎo)航定位數(shù)據(jù)?？梢詮腉PS導(dǎo)航系統(tǒng)或北斗二代導(dǎo)航系統(tǒng)獲得。

（2）紅綠燈固定配時。紅綠燈配時設(shè)置了紅燈、綠燈的亮燈時間長度，黃燈大多數(shù)規(guī)定亮燈3秒，禁止車輛通行，所以系統(tǒng)將黃燈配時算作紅燈配時的一部分。

（3）紅綠燈周期起始時刻。紅綠燈按固定配時設(shè)置，依次切換到紅燈、綠燈、黃燈（如需要），走完一個紅綠燈周期，且始終按此周期重復(fù)運行。所以只要有一個紅綠燈周期起始時刻，可計算出任意一個紅綠燈周期起始時刻，以及任意一個紅綠燈周期中紅綠燈準(zhǔn)確切換時刻。

（4）紅綠燈同步標(biāo)識。紅綠燈數(shù)據(jù)庫中的紅綠燈運行模型和交通路口紅綠燈的紅綠燈固定配時、紅綠燈周期起始時刻這兩個運行參數(shù)一致時，兩者就會同步切換，處于同步狀態(tài)，紅綠燈同步標(biāo)識置位，標(biāo)明紅綠燈運行模型可用于預(yù)測；否則就處于非同步狀態(tài)，紅綠燈同步標(biāo)識復(fù)位，標(biāo)明紅綠燈運行模型不能預(yù)測。

紅綠燈數(shù)據(jù)庫投入運行后需進(jìn)行日常維護(hù)。日常維護(hù)主要內(nèi)容是是紅綠燈周期起始時刻的同步維護(hù)。交通路口紅綠燈遇檢修、停電等情況，紅綠燈再啟動工作后會與紅綠燈模型不同步。即使沒有檢修、斷電發(fā)生，由于兩者不是工作于同一個時鐘，在系統(tǒng)運行過程中會累積時鐘誤差，時間長了就會出現(xiàn)1秒以上的誤差，變得不同步了。這兩種不同步情況都需要及時調(diào)整紅綠燈模型的紅綠燈周期起始時刻，保持與紅綠燈的同步。

紅綠燈周期起始時刻不一致導(dǎo)致的不同步，完全由系統(tǒng)營運方去糾正的話有難處。首先是營運方不能及時發(fā)現(xiàn)紅綠燈不同步情況，一般只有等用戶上報了。營運方在得知不同步發(fā)生后，得派人去現(xiàn)場測量紅綠燈周期起始時刻。這樣做系統(tǒng)營運維護(hù)投入大，紅綠燈不同步也得不到及時糾正，影響用戶正常使用。為此系統(tǒng)吸收用戶參與共享共建，可以多快好省地糾正紅綠燈不同步問題。

系統(tǒng)營運管理軟件在系統(tǒng)運營方一側(cè)運行，負(fù)責(zé)維持系統(tǒng)正常運行，通過3G/4G/5G移動通信網(wǎng)與用戶手機上的紅綠燈時刻預(yù)測應(yīng)用軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，維護(hù)并保持紅綠燈數(shù)據(jù)庫的正確狀態(tài)。

用戶智能手機上紅綠燈時刻預(yù)測應(yīng)用軟件，依據(jù)手機導(dǎo)航信息，在接近前方紅綠燈時，自動向用戶顯示預(yù)測的紅綠燈時刻。當(dāng)發(fā)現(xiàn)紅綠燈不同步時，提供不同步報警和不同步糾正操作接口，配合系統(tǒng)運營管理軟件維護(hù)并保持紅綠燈數(shù)據(jù)庫的正確狀態(tài)。

3 共享共建式紅綠燈時刻預(yù)測系統(tǒng)運行與維護(hù)

紅綠燈時刻預(yù)測系統(tǒng)吸收用戶參與共享共建，是因為考慮到系統(tǒng)一般用戶日常要經(jīng)過自己上、下班線路上的紅綠燈，如果這些紅綠燈有不同步的，用戶會最先發(fā)現(xiàn)，且受紅綠燈不同步影響最大，用戶是意愿最強烈，最能主動及時采取措施糾正不同步的群體。因此，按共享共建方式吸收用戶參與日常同步維護(hù)工作是一條合理可行的思路，營運方也會給予用戶積分等相應(yīng)獎勵。

為此在紅綠燈時刻預(yù)測應(yīng)用軟件界面上增設(shè)兩個按鈕，分別是“不同步報警”按鈕、“不同步糾正”按鈕。當(dāng)用戶經(jīng)過一個路口發(fā)現(xiàn)紅綠燈不同步，且不方便進(jìn)行不同步糾正時，可擇機按下“不同步報警”按鈕，系統(tǒng)在收到不同步報警后將該紅綠燈模型標(biāo)記為不同步狀態(tài)；當(dāng)用戶經(jīng)過一個路口遇紅燈停車等候時，發(fā)現(xiàn)路口紅綠燈不同步了，或者看到系統(tǒng)標(biāo)記路口紅綠燈不同步，用戶在觀察到紅燈變綠燈時刻，按“不同步糾正”按鈕，軟件自動將路口紅燈變綠燈時刻上傳給系統(tǒng)，系統(tǒng)及時調(diào)整紅綠燈模型的紅綠燈周期起始時刻，設(shè)置同步標(biāo)識，紅綠燈重新同步。

系統(tǒng)用戶維護(hù)紅綠燈同步的操作很簡單，舉手之勞就可保持自己上下班線路、固定業(yè)務(wù)路線上紅綠燈的同步。系統(tǒng)分散的大群體用戶都能做到這一點，其作用疊加起來，就可以保持城市絕大多數(shù)紅綠燈的同步。

共享共建式紅綠燈時刻預(yù)測系統(tǒng)運行與維護(hù)過程如下：

系統(tǒng)營運管理軟件響應(yīng)用戶手機上紅綠燈時刻預(yù)測應(yīng)用軟件啟動后發(fā)出的連接請求，通過3G/4G/5G移動通信網(wǎng)建立網(wǎng)絡(luò)通信，向紅綠燈時刻預(yù)測應(yīng)用軟件下發(fā)最新的紅綠燈數(shù)據(jù)庫狀態(tài)表，狀態(tài)表中指出了不同步的紅綠燈模型，用戶不要使用，待有機會進(jìn)行不同步糾正操作。

紅綠燈時刻預(yù)測應(yīng)用軟件在收到最新的紅綠燈數(shù)據(jù)庫狀態(tài)表后，對比手機上原有的紅綠燈數(shù)據(jù)庫狀態(tài)表，對于原來同步的，現(xiàn)在不同步的紅綠燈運行模型立即標(biāo)記不同步，暫不使用；對原來不同步的，被糾正后現(xiàn)在已同步的，向系統(tǒng)運管管理軟件申請下發(fā)同步后的紅綠燈運行模型，替換掉手機上原來不同步的，確保手機上的紅綠燈數(shù)據(jù)庫與系統(tǒng)一側(cè)的紅綠等數(shù)據(jù)庫一致。然后開始為用戶提供紅綠燈時刻預(yù)測服務(wù)。

用戶在通過路口紅綠燈時發(fā)現(xiàn)不同步了，進(jìn)行不同步報警操作，或者進(jìn)行不同步糾正操作，不同步報警信息或不同步糾正信息上傳系統(tǒng)。

系統(tǒng)營運管理軟件若收到用戶上傳的不同步報警信息，標(biāo)記紅綠燈模型為不同步，更新紅綠燈數(shù)據(jù)庫狀態(tài)表，下發(fā)各用戶；若收到用戶上傳的不同步糾正信息后，同步對應(yīng)紅綠燈模型，更新紅綠燈數(shù)據(jù)庫狀態(tài)表，下發(fā)各用戶。

紅綠燈時刻預(yù)測應(yīng)用軟件實時接收系統(tǒng)下發(fā)的最新紅綠燈數(shù)據(jù)庫狀態(tài)表，重復(fù)軟件啟動時收到最新紅綠燈數(shù)據(jù)庫狀態(tài)表后的操作，確保手機上紅綠燈數(shù)據(jù)庫與系統(tǒng)一側(cè)的紅綠燈數(shù)據(jù)庫一致，繼續(xù)為用戶提供紅綠燈時刻預(yù)測服務(wù)。

將來共享共建式紅綠燈時刻預(yù)測系統(tǒng)可以進(jìn)一步提升，將其嵌入到智能手機地圖導(dǎo)航軟件中運行，為用戶提供更智慧的服務(wù)，例如可以對導(dǎo)航路徑上的連續(xù)紅綠燈進(jìn)行規(guī)劃，提出駕駛建議，讓用戶一路上遇到的綠燈最多，以最快捷路徑到達(dá)導(dǎo)航目的地。

4 結(jié)語

共享共建式紅綠燈時刻預(yù)測系統(tǒng)不依賴交通管理中心的紅綠燈實時數(shù)據(jù)，以共享共建方式建立與維護(hù)自用的紅綠燈數(shù)據(jù)庫，系統(tǒng)營運維護(hù)成本低，系統(tǒng)易推行，對推進(jìn)城市智慧交通建設(shè)會起到積極作用。

不遠(yuǎn)的將來5G移動通信網(wǎng)絡(luò)到來之時，共享共建式紅綠燈時刻預(yù)測系統(tǒng)采用的共享共建思路會對車聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)，以及車聯(lián)網(wǎng)之上的物聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)[4]提供有益的參考。

參考文獻(xiàn)：

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[2]李金洋，陳儀香.基于車速的自適應(yīng)交通信號燈控制[J].計算機技術(shù)與發(fā)展， 2016，09.

[3]趙洋，陳效華，陳新.淺析V2X技術(shù)市場 [J]. 時代汽車，2017，03.

[4]陳督.淺析物聯(lián)網(wǎng)在智慧交通中的應(yīng)用 [J]. 電子測試，2017，04.