基于AI的私人定制交通助手研究與應用

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、降低交通事故發生，大數據和物聯網的發展為智能交通帶來了契機。將人工智能和物聯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據分析的手段，根據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，發現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平臺和樹莓派開發板實現基于AI的私人定制交通助手系統。

2 系統設計

2.1 開發環境

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定性，提供專業托管，也可以在云端或本地托管。在設備方面，Traccar支持多協議、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網應用程序設計。可視化編程的方式允許將節點連接在一起執行任務。它允許將不同類型的設備與不同的協議、不同語言的API服務和在線服務集成在一起，形成數據流，并擁有瀏覽器的流編輯器，允許快速開發Web應用程序。

ΜQTT是一個客戶端-服務端架構的發布/訂閱模式的消息傳輸協議。它的設計思想是輕巧、開放、簡單、規范，易于實現。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境如機器與機器的通信（Μ2Μ）以及物聯網環境（IoT）[2]。ΜQTT占用資源少，可使用在微型控制器上穩定運行；小的消息頭可以在低帶寬下穩定傳輸；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

實現系統，首先要實現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）根據掃描結果判斷要調用的智能家居服務，并將身份認證下發給本地服務器，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，通過微信發送。 HASS 控制一切設備。此系統還會對近期油價進行監控。其系統原理如圖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。

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送到語音云平臺進行識別，然后對云端返回的數據進行分析，結合本地指令，得到正確的控制指令。通過服務器和網關，將這些指令發送到相應的設備執行動作指令，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送給網關，并通過網關和服務器發送給相應的設備執行動作指令。同時，客戶端可以使用TTS技術將系統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，以大量數據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據。路況數據主要來自浮動車輛數據的采集和整理。 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據處理中心，就可以計算出實時路況數據。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，數據傳輸延遲可以控制在3~5分鐘。

系統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，避免了傳統路況檢測的不便，可預測從預先設定的出發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，還可根據行車時常結合GPS信息判斷并計算和統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。可以對車輛的實時位置進行查詢。得益于高德的地理圍欄技術，實現車輛離開常用位置，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，系統經過判斷響應常用位置；否則，對現地理編碼通過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。高德逆地理主體設計如圖3所示。前臺展示頁面根據系統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；該系統可以根據實時路況信息，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 系統展示

我們設計的整個系統包括語言交互模塊、路況信息模塊、車輛位置及狀態模塊、微信推送(自動化)模塊、油價信息模塊，共五大模塊。系統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的研究背景，給出了系統具體的設計和實現方法。

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。(2)根據需求分析，確定系統的總體功能架構。(3)根據系統架構的功能需求，結合軟硬件實現了基于AI的私人定制交通助手系統。

通過開發此項目，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，根據現有的條件下，設計并實現了基于AI的私人定制交通助手系統。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。