李鴻瑞，張志良，李鵬程，申海杰

（西安思源學院 電子信息工程學院，陜西西安，710038）

1 研究背景及意義

近年來，隨著全球經濟水平的提高，在人口城市化的浪潮下，汽車已然成為市民尤為重要的出行方式。為提高交通運輸效率、保障道路安全、降低交通事故發(fā)生，大數(shù)據(jù)和物聯(lián)網的發(fā)展為智能交通帶來了契機。將人工智能和物聯(lián)網技術應用到交通中成為了一種不錯的選擇。

本文提出一種全新的思路：利用城市交通的大數(shù)據(jù)分析的手段，根據(jù)用戶預設出行路段和出行時間等信息，提前主動為用戶檢測路況，發(fā)現(xiàn)擁堵主動推送擁堵消息至用戶手機，從而解決了用戶每次出行前均需要主動查看路況、偶爾忘記查看而路況發(fā)生擁堵導致行程耽誤等不便問題。本文基于HomeAssistant平臺和樹莓派開發(fā)板實現(xiàn)基于AI的私人定制交通助手系統(tǒng)。

2 系統(tǒng)設計

2.1 開發(fā)環(huán)境

HomeAssistant是一款開源的構建智慧空間的神器，通過其可以方便地連接各種外部設備，手動或按照自己的需求自動化地聯(lián)動這些外部設備，構建隨心所欲的智慧空間。

Traccar是一款免費開源的GPS跟蹤服務工具，它支持多種設備和協(xié)議，功能齊全，有定位、地理圍欄、定位設備位置、報警，短信控制，通知，跟蹤運動路徑等功能。Traccar在多平臺上擁有高性能和穩(wěn)定性，提供專業(yè)托管，也可以在云端或本地托管。在設備方面，Traccar支持多協(xié)議、多設備型號的GPS跟蹤器。同時，安裝Traccar應用程序可將移動設備作為GPS跟蹤器。這意味著在不同場合可以高品質到低成本的選購。Traccar提供Android和IOS平臺的應用程序，且擁有功能齊全的Web界面，操作便捷。

Node-Red是IBΜ開發(fā)的一個圖形編程工具，適合在低成本硬件、云端、本地運行，經常被用來構建物聯(lián)網應用程序設計。可視化編程的方式允許將節(jié)點連接在一起執(zhí)行任務。它允許將不同類型的設備與不同的協(xié)議、不同語言的API服務和在線服務集成在一起，形成數(shù)據(jù)流，并擁有瀏覽器的流編輯器，允許快速開發(fā)Web應用程序。

ΜQTT是一個客戶端-服務端架構的發(fā)布/訂閱模式的消息傳輸協(xié)議。它的設計思想是輕巧、開放、簡單、規(guī)范，易于實現(xiàn)。這些特點使得它對很多場景來說都是很好的選擇，特別是對于受限的環(huán)境如機器與機器的通信（Μ2Μ）以及物聯(lián)網環(huán)境（IoT）[2]。ΜQTT占用資源少，可使用在微型控制器上穩(wěn)定運行；小的消息頭可以在低帶寬下穩(wěn)定傳輸；可擴展大量IoT設備；持久的會話減少了網絡重連使得消息傳遞可靠；使用TLS加密和身份驗證使會話更安全。

2.2 設計思想

實現(xiàn)系統(tǒng)，首先要實現(xiàn)用戶語音與語音識別設備（如天貓精靈）的交互，比如去公司。一方面，語音識別設備將用戶的語音回傳給服務器，獲取分析內容，并根據(jù)分析結果反饋給語音，如：“OK”。另一方面，云服務器（如阿里云）根據(jù)掃描結果判斷要調用的智能家居服務，并將身份認證下發(fā)給本地服務器，認證通過后本地服務器對其授權，然后接收云服務器打開的導航設備的指令，并將其發(fā)送給 HASS服務。 HASS管理的設備中的路況信息設備收到“去公司”命令后，采集路況信息。信息采集完成后，選擇最優(yōu)路線，通過TTS語音或廣播向車主播報實際路況信息，通過微信發(fā)送。 HASS 控制一切設備。此系統(tǒng)還會對近期油價進行監(jiān)控。其系統(tǒng)原理如圖1所示。

圖1 項目實施流程

3 詳細設計

HomeAssistant基本自定義配置組件包含：語音交互、油價組件、高德逆地理分析（路況信息、高德逆地理分析）、微信推送、天氣組件。

3.1 語言交互

語音交互主要由三部分組成：安裝了語音控制軟件的HomeAssistant終端、便攜式語音控制器和TTS 語音播報系統(tǒng)。

HomeAssistant終端接收到本地語音信息后，通過網絡將本地語音信息發(fā)送到語音云平臺進行識別，然后對云端返回的數(shù)據(jù)進行分析，結合本地指令，得到正確的控制指令。通過服務器和網關，將這些指令發(fā)送到相應的設備執(zhí)行動作指令，連接到HA的設備可以隨時隨地通過語音進行控制。便攜式語音控制器通過內部網關與無線傳感器網絡集成。終端在本地識別語音信息并將相應的控制指令發(fā)送給網關，并通過網關和服務器發(fā)送給相應的設備執(zhí)行動作指令。同時，客戶端可以使用TTS技術將系統(tǒng)自動處理的反饋文本信息轉換成語音文件進行播放和傳輸。

3.2 路況信息

GPS設備采集位置和行駛速度信息，以大量數(shù)據(jù)獲取某路段的交通狀況，以及預測交通狀況的功能。這種方法需要支持大量的終端設備才能獲得更準確的數(shù)據(jù)。路況數(shù)據(jù)主要來自浮動車輛數(shù)據(jù)的采集和整理。 如今，出租車、長途巴士等。都裝有GPS，通過通信網絡，把這些車的經緯度、車頭 方向、速度等信息傳遞到數(shù)據(jù)處理中心，就可以計算出實時路況數(shù)據(jù)。當某個網絡中有足夠多的車輛時，這樣得到的結果也足夠準確。唯一的問題是速度，因為路況一直在變化。按照目前的技術，數(shù)據(jù)傳輸延遲可以控制在3~5分鐘。

系統(tǒng)詳細分析了出行者的信息需求，提出了一種交通引導策略，實現(xiàn)了服務器與多個客戶端之間的信息傳輸、文本語音轉換等功能。在使用過程中，避免了傳統(tǒng)路況檢測的不便，可預測從預先設定的出發(fā)地點到目的地可供行駛的路段所需的行駛時間，以及各行駛路段的路況是否暢通，讓交通更智能。

路況信息模塊是對于要通行的路況進行展示，可以具體顯示通行路線的路況信息，簡潔直觀的展示出路況的舒緩和是否暢通等情況，還可根據(jù)行車時常結合GPS信息判斷并計算和統(tǒng)計出從家到上學之間的時間、從學校到家的時間、從家到上班的時間、下班接孩子的時間和放學回家期間的時間等，簡單的說，只要設定好目的地和出發(fā)地，就可以計算出出行所需的時間以及路況是否暢通。如圖2所示。

圖2 路況

3.3 高德逆地址分析

高德逆地址分析設計部分采用Node-Red工具進行編寫構建。主要用于車輛定位?？梢詫囕v的實時位置進行查詢。得益于高德的地理圍欄技術，實現(xiàn)車輛離開常用位置，微信推送消息進行提醒。對車輛防盜起到一定作用。

采用高德接口對GPS設備返回的地理編碼和常用地址位置進行對比。如果是常用位置，例如家庭住址或公司單位，則返回逆地理編碼，系統(tǒng)經過判斷響應常用位置；否則，對現(xiàn)地理編碼通過GET請求進行坐標轉換的API服務，得到所在位置并響應給系統(tǒng)。高德逆地理主體設計如圖3所示。前臺展示頁面根據(jù)系統(tǒng)響應的地理消息在地圖上顯示設備位置。

圖3 高德逆地理

車輛位置及狀態(tài)模塊是對于設備定位進行的展示，具體可通過定位信息展示出所帶有定位模塊的設備或者車輛，展示界面如圖4所示。

圖4 汽車定位界面

3.4 微信推送

隨著互聯(lián)網技術的進步，微信已經融入人們的社會生活，在信息傳遞方面也發(fā)揮著重要作用。我們設計了車輛點火啟動、車輛熄火停車等信息的推送，防止車輛被盜。在微信推送(自動化)模塊上，我們設計出微信推送的方式去智能的推送所需的信息，可選擇的推送信息包括車輛點火啟動信息、車輛熄火停車信息、堵車信息等，如圖5所示；該系統(tǒng)可以根據(jù)實時路況信息，通過微信客戶端的公眾號推送使用者交通路線過程中的路況信息。如圖6所示，它確保用戶可以直觀地看到復雜的路況，例如通暢的交通狀況或非常擁擠的交通狀況。

圖5 微信推送自動化

圖6 微信推送

3.5 油價信息

通過orlprice油價組件在網絡上爬取最新的油價信息，前臺界面通過列出表格顯示92#汽油、95#汽油、98#汽油、0#柴油等最新油價信息，直觀的展示了對所在地區(qū)的油價信息的對比。如圖7所示。

圖7 陜西省油價信息展示

不但可以顯示各地區(qū)每日最新油價，而且可以顯示油價跌漲情況，提前了解所在地區(qū)油價變化情況等，幫助用戶做出最佳的選擇。如圖8所示。

圖8 油價漲跌等信息預覽情況展示

4 系統(tǒng)展示

我們設計的整個系統(tǒng)包括語言交互模塊、路況信息模塊、車輛位置及狀態(tài)模塊、微信推送(自動化)模塊、油價信息模塊，共五大模塊。系統(tǒng)主頁面展示效果如圖9所示。

圖9 主頁效果圖

5 總結和展望

本文主要闡述了關于基于AI的私人定制交通助手系統(tǒng)的研究背景，給出了系統(tǒng)具體的設計和實現(xiàn)方法。

本文的主要總結工作如下：(1)總結分析了國內的主要交通問題以及用戶實際的出行問題，提出基于HomeAssistat平臺設計基于AI的私人定制交通助手系統(tǒng)。(2)根據(jù)需求分析，確定系統(tǒng)的總體功能架構。(3)根據(jù)系統(tǒng)架構的功能需求，結合軟硬件實現(xiàn)了基于AI的私人定制交通助手系統(tǒng)。

通過開發(fā)此項目，提高了本團隊的理論知識和實際動手能力。團隊在老師的幫助下，以及參考了大量國內外理論及具體應用的基礎上，根據(jù)現(xiàn)有的條件下，設計并實現(xiàn)了基于AI的私人定制交通助手系統(tǒng)。結合實際的出行問題，能夠為用戶提供定制化，智能化的交通提醒服務，有效的節(jié)省了用戶在路上因堵車所耗費的時間，提高了用戶的出行體驗，并具有一定的實用價值。