基于多源交通信息的實時路線規劃系統研究

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。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省了人們的出行時間，更可以為保護環境、減少損失做出貢獻。

現代城市中交通網絡發達，出發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：傳統的地圖僅提供交通全貌，具體的路線規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、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化系統方案，將智能輔助駕駛系統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與多源交通信息相結合，既實現傳統的各類軟件的導航、路徑規劃等功能，也可實現更為智能的線路優化設計。系統一方面可以以時間為考慮因素規劃最優路線，并根據實時交通現狀調整路徑規劃；另一方面通過向各車輛發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，同時保護環境。此外此系統可搜集交通系統的交通行駛狀況，通過分析可為交通系統的優化提供數據與成果支持，實現交通系統的最優化設計。

1 系統組成

基于多源交通信息的實時路線規劃系統由車載系統、云端系統、交通信息搜集系統、通信系統、交通控制系組成，具體的系統組成及信息交流方向如圖1所示，各系統的功能與特點如下。

1.1 車載系統

圖1 系統組成及信息交流方向框圖

車載系統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化功能、提升性能，滿足不斷發展的需求。車載系統主要由車載操作系統、車載數據處理系統、車載顯示系統和車載通信系統組成，各車載分系統原理如下。

車載操作系統為駕駛者提供一個使用整套系統的操作平臺，實現信息輸入、反饋，一般包括顯示屏、主機、交互裝置等設備。車載操作系統軟件基于安卓等成熟的框架，具有適用范圍廣、開發簡單、成本低廉的特點。系統的輸入有多種途徑，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。

車載數據處理系統可將駕駛者輸入信息與外部信息統一處理，并將結果反饋給顯示系統，完成實時的線路規劃。因處理能力有限，車載數據處理系統可根據數據量的大小，自動選擇本地處理或通過通信系統反饋云端數據，實現不同應用場景下的信息處理，同時減輕云端的計算壓力。

車載展示系統實現線路規劃信息的反饋，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信息的反饋；語音播報通過車載音響、藍牙耳機等方式實現語音導航。

車載通信系統實現車載系統與外部系統的信息交流。5G技術即將實用化，其具有信號穩定、時延短的特點，可很好地滿足車載系統的需求。本方案基于5G技術構建車載通信系統，以固定格式實現信息的上傳與接收，便于信息的整理與分析。

1.2 云端系統

云端系統是一套在線的數據處理與存儲系統。云端系統可對車輛上傳的數據、交通信息搜集系統的數據、交通信號燈實時狀態、其他車輛或人員輸入信息進行快速準確的處理和分析。系統主要由云端數據處理系統、通信系統和云端存儲系統組成，具有信息處理能力強、反饋迅速的特點。各分系統原理如下。

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

云端通信系統主要實現多種數據的穩定上傳，并及時地將結果反饋給系統其他部分，保證云端系統的正常數據流動。

云端存儲系統對大量數據進行存儲、調用，原理基于已成熟的云儲存系統。

1.3 交通信息搜集系統

交通信息搜集系統是線路規劃的主要實時信息源，可準確、快速地收集當前道路信息。系統由安裝在交通線路周邊的攝像頭、視頻處理系統組成。各分系統原理如下。

攝像頭可實現交通信息的靜態展示與動態捕捉，支持視頻處理分系統的工作。

視頻處理分系統可對攝像頭抓取的畫面信息進行識別、處理、得到堵車現狀、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

通信系統是各個系統交流的媒介，為各系統提供實時、快速、穩定的信息交互，實現信息的共享，具有數據量大、傳輸能力強、信號穩定的特點。通信系統基本原理包括5G、車聯網等，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

交通控制系統可實現固定區域內交通運行狀態的整體規劃，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車輛運行線路調整，提升交通效率。

2 系統應用場景

2.1 實時線路規劃

在無特殊情況下，系統以節省駕駛者時間為目的進行實時線路規劃。在出發時駕駛者將目的地輸入車載系統，車載系統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，車載系統基于車聯網中的路況信息、自身車輛信息完成實時線路規劃；上傳云端處理時，云端系統在車輛自身信息的基礎上，結合交通信息搜集系統數據完成信息處理與線路規劃，并將結果通過通信系統反饋車輛，完成最優線路規劃。

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，系統可實現人為控制，以提升區域整體交通效率為目的進行線路規劃。具體運行過程為：當云端系統接收到不同車輛發送的請求信息后，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域交通效率的方案，通過向各車輛發送特定的線路規劃方案及通過交通控制系統控制交通以實現區域交通的一體化控制，消除或減輕特定區域內的擁堵情況，提升交通效率。

2.3 優化交通線路

線路規劃系統可基于大數據分析，優化現有交通線路，為交通道路設計提供參考。當該系統在某地大范圍運行一段時間后，可從中獲取大量該地區各時段、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之后交通建設、改造和線路優化的參考數據，提高交通運行效率。

3 結語

本文針對目前市面上的線路規劃系統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與多源交通信息系統相結合的線路規劃系統，系統包括車載系統、云端系統、交通信息搜集系統以及交通控制系統等。本文完成了各分系統原理及功能設計，并針對實際的應用場景，提出了兩套規劃方案，即實時線路規劃方案、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劃需求，同時基于云端數據對系統潛在的優化交通線路功能進行了展望。隨著我國經濟的發展，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實途徑。