基于多源交通信息的實時路線規(guī)劃系統(tǒng)研究

張佳桐

（湖北 武漢 430010）

隨著機動車保有量逐年上升，在城市尤其是北京、上海等大城市，堵車成為常態(tài)。堵車浪費了運輸資源，降低運輸效率，消耗社會成本。此外汽車頻繁起停時，因發(fā)動機燃燒不完全，相比較于正常行駛會產生更多污染物，其中容易進入人體肺部的直徑≤2．5微米的細微顆粒物比例更高，該污染物不僅刺激眼睛和肺部，還會導致咳嗽、哮喘、支氣管炎等問題。從運輸效率、身體健康與時間等方面來說，堵車對現(xiàn)代城市的影響十分嚴重，開展提升交通效率的研究不僅可以節(jié)省了人們的出行時間，更可以為保護環(huán)境、減少損失做出貢獻。

現(xiàn)代城市中交通網絡發(fā)達，出發(fā)點至目的地一般具有多種路線選擇，當前人們在出行前使用的線路規(guī)劃大多還是依靠地圖和手機APP、車載APP等軟件，但兩種途徑均存在一定的缺點：傳統(tǒng)的地圖僅提供交通全貌，具體的路線規(guī)劃需要完全由人來決策，因而局限性很強；各類地圖及導航軟件雖能根據情況的不同給出不同的路線，但往往只能考慮到當前擁堵狀況、路線長度、交通燈數量等很少的因素，其他因素如交通的實時變化、交通信號燈運行狀態(tài)、道路實際的寬窄等無法兼顧，這就導致駕駛者雖可順利到達目的地，但卻可能會遇到堵車而在路上浪費大量的時間。針對這種情況，本文提出一套實時線路優(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合，提升交通運輸效率。

本方案將智能輔助駕駛系統(tǒng)與多源交通信息相結合，既實現(xiàn)傳統(tǒng)的各類軟件的導航、路徑規(guī)劃等功能，也可實現(xiàn)更為智能的線路優(yōu)化設計。系統(tǒng)一方面可以以時間為考慮因素規(guī)劃最優(yōu)路線，并根據實時交通現(xiàn)狀調整路徑規(guī)劃；另一方面通過向各車輛發(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而造成的燃料的損失，有效地降低運輸資源的浪費情況，同時保護環(huán)境。此外此系統(tǒng)可搜集交通系統(tǒng)的交通行駛狀況，通過分析可為交通系統(tǒng)的優(yōu)化提供數據與成果支持，實現(xiàn)交通系統(tǒng)的最優(yōu)化設計。

1 系統(tǒng)組成

基于多源交通信息的實時路線規(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，具有簡潔明了、使用簡單的特點。此外系統(tǒng)具有拓展性，在使用過程中軟件自動更新、升級，根據使用需求不斷優(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)、車載數據處理系統(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)為駕駛者提供一個使用整套系統(tǒng)的操作平臺，實現(xiàn)信息輸入、反饋，一般包括顯示屏、主機、交互裝置等設備。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)簡單、成本低廉的特點。系統(tǒng)的輸入有多種途徑，包括手動輸入、語音輸入、其他電子設備連接輸入，使用簡單、可適用不同的特殊應用場景。

車載數據處理系統(tǒng)可將駕駛者輸入信息與外部信息統(tǒng)一處理，并將結果反饋給顯示系統(tǒng)，完成實時的線路規(guī)劃。因處理能力有限，車載數據處理系統(tǒng)可根據數據量的大小，自動選擇本地處理或通過通信系統(tǒng)反饋云端數據，實現(xiàn)不同應用場景下的信息處理，同時減輕云端的計算壓力。

車載展示系統(tǒng)實現(xiàn)線路規(guī)劃信息的反饋，分為圖像顯示與語音播報兩種方式。圖像顯示通過車載顯示屏、其他設備等多種方式實現(xiàn)信息的反饋；語音播報通過車載音響、藍牙耳機等方式實現(xiàn)語音導航。

車載通信系統(tǒng)實現(xiàn)車載系統(tǒng)與外部系統(tǒng)的信息交流。5G技術即將實用化，其具有信號穩(wěn)定、時延短的特點，可很好地滿足車載系統(tǒng)的需求。本方案基于5G技術構建車載通信系統(tǒng)，以固定格式實現(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)是一套在線的數據處理與存儲系統(tǒng)。云端系統(tǒng)可對車輛上傳的數據、交通信息搜集系統(tǒng)的數據、交通信號燈實時狀態(tài)、其他車輛或人員輸入信息進行快速準確的處理和分析。系統(tǒng)主要由云端數據處理系統(tǒng)、通信系統(tǒng)和云端存儲系統(tǒng)組成，具有信息處理能力強、反饋迅速的特點。各分系統(tǒng)原理如下。

云端數據處理系統(tǒng)為云端系統(tǒng)的核心組成部分，負責對大規(guī)模數據進行快速的分析和分類。系統(tǒng)除具備全自動運行狀態(tài)外，也可根據實際需求進行人為控制，實現(xiàn)特定場景下的功能。

云端通信系統(tǒng)主要實現(xiàn)多種數據的穩(wěn)定上傳，并及時地將結果反饋給系統(tǒng)其他部分，保證云端系統(tǒng)的正常數據流動。

云端存儲系統(tǒng)對大量數據進行存儲、調用，原理基于已成熟的云儲存系統(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)劃的主要實時信息源，可準確、快速地收集當前道路信息。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。

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

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

1.4 通信系統(tǒng)

通信系統(tǒng)是各個系統(tǒng)交流的媒介，為各系統(tǒng)提供實時、快速、穩(wěn)定的信息交互，實現(xiàn)信息的共享，具有數據量大、傳輸能力強、信號穩(wěn)定的特點。通信系統(tǒng)基本原理包括5G、車聯(lián)網等，具有即插即用的功能，可適用于不同車輛、不同信息搜集設備的即時接入、退出需求。

1.5 交通控制系統(tǒng)

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

2 系統(tǒng)應用場景

2.1 實時線路規(guī)劃

在無特殊情況下，系統(tǒng)以節(jié)省駕駛者時間為目的進行實時線路規(guī)劃。在出發(fā)時駕駛者將目的地輸入車載系統(tǒng)，車載系統(tǒng)基于數據量大小選擇自主處理或上傳云端處理。自主處理時，車載系統(tǒng)基于車聯(lián)網中的路況信息、自身車輛信息完成實時線路規(guī)劃；上傳云端處理時，云端系統(tǒng)在車輛自身信息的基礎上，結合交通信息搜集系統(tǒng)數據完成信息處理與線路規(guī)劃，并將結果通過通信系統(tǒng)反饋車輛，完成最優(yōu)線路規(guī)劃。

2.2 提升交通運行效率

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

2.3 優(yōu)化交通線路

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

3 結語

本文針對目前市面上的線路規(guī)劃系統(tǒng)存在的應用方式單一、靈活性不足的問題，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)原理及功能設計，并針對實際的應用場景，提出了兩套規(guī)劃方案，即實時線路規(guī)劃方案、提升交通運行效率方案，滿足在交通情況良好及擁堵時的線路規(guī)劃需求，同時基于云端數據對系統(tǒng)潛在的優(yōu)化交通線路功能進行了展望。隨著我國經濟的發(fā)展，交通負載壓力越來越大，智能化將是解決交通問題的一種現(xiàn)實途徑。