城市现有交通系统改造应对未来无人驾驶

魏晓栋

(上海交大高新技术股份有限公司， 上海 200235)

0 引言

如今无人驾驶技术已被国内外各类科技巨头及各大汽车厂商花费重金去攻克各类技术壁垒，谷歌、苹果、特斯拉、百度等等一系列巨头各类原型机也已经过各类初步测试，并在完善或改进各类技术，趋势迅猛。如今的城市交通依然面对着各类问题，拥堵、城市救援由于路况不能按时到达影响救援等等的一系列问题，虽然采用了各种策略去缓解交通问题，但问题依然普遍存在。当无人驾驶技术初步开始试验普及在普通交通系统上时，还要面对传统驾驶的车辆，在今后的很长一段时间内无人驾驶与传统驾驶将并存，路口交通问题不可避免。

结合国内城市路口现有资源设备，以最小的成本加以改造，使改造的系统至少维持适应当下交通，又能兼顾未来无人驾驶与传统驾驶并存期，以及实现彻底无人驾驶时期的交通规划，并可以提供给无人驾驶系统判别路口信息的第二套方案。目前大量的无人驾驶技术是以传感器技术为基础获取路口交通信号机状态，捕获信息范围有限，如能有第二套方案，为其提供所经过的路口的当前交通信号机实时信息并加以判别，两方案经运算对比后的对于车辆通过路口时的安全性更有保障。

1 交通路口信号机实时传送系统

所谓交通路口信号机实时系统，即能实时的收集并传送当前交通路口各个交通信号机实时的工作状态。通过对目前交通道路路口交通信号机改造后，在此基础之上建立系统以应对未来的无人驾驶和传统驾驶并存，并持续为后续的无人驾驶服务。

1.1 目前现有资源设备

《道路交通信号灯设置与安装规范》(GB 14886-2016)《道路交通信号控制机》(GB 25280-2016)，日前已由国家质量监督检验检疫总局、国家标准化管理委员会批准发布，分别从2017年7月1日和2016年12月13日起实施。对交通信号控制机、交通信号灯组、强化交通信号灯设置安全问题等进行了进一步的标准化、规范化。

1.2 系统概述

1) 交通信号控制机提供当前实时状态信息

2) 通过交通信号控制机信号转换设备进行传输

3) 通过有线或无线方式传输给终端

4) 终端采集信息并做出相应的处理

5) 终端按请求发送给下端各设备

流程图，如图1所示。

图1 系统流程

2 系统设计

2.1 交通信号控制机

当前各交通路口使用的交通信号控制机由多家公司制造，《道路交通信号灯设置与安装规范》(GB 14886-2016)《道路交通信号控制机》(GB 25280-2016)的发布，从而进一步的规范了不同公司生产的控制机各类标准的统一性。

然此系统需独立且唯一性的通道从而采集信号数据，不仅是为了数据更时效性减少中间中转产生的误差，也是为了应对在将来，如在其他系统中有类似的运用从而可以提供可对比信息。

2.2 交通信号控制机信号转换设备

交通信号控制机信号转换设备，是用来从交通信号控制机中获取当前控制机运行状态的设备。

主要包括以下信息：

1) 交通信号控制机当前运行方案

2) 通过北斗系统获取的路口定位、时间信息

设备硬件：利用现有成熟的嵌入式系统，来完成从交通控制机中的信号采样，处理，通信。

2.3 数据传输

数据所包含信息：

报文头+消息长度+北斗卫星定位信息+北斗卫星时间信息+相位数+方案号+相位信息+报文尾。

首先，中端从交通信号控制转换设备获取信号方式，通过实际情况选择通信方式以获取数据。

再则，中端与无人驾驶系统进行通信衔接，使用LTE-V通信协议进行通信。LTE-V是专门针对车间通讯的协议。该协议目前版本属于4.5G，未来可以平滑演进到5G，进行扩容进一步提升传送速率和效率。

2.4 中终端系统

中端负责接收交通信号控制转换设备发送而来的采集数据，并接收末端无人驾驶系统发送而来的请求信息，经对双方数据匹配后把路口交通控制机当前信息发送给无人驾驶系统。在此过程中，中端将接受大量的路口交通信号控制机信号转换设备带来的大量实时信息、数据并发等问题，信息优化、快速筛选方案尤其重要。系统所提供给无人驾驶系统的传输协议双方经慎重考虑协调后进行定义。

2.5 无人驾驶系统

无人驾驶系统发出自身的定位时间信息给予中端，中端接收后与交通信号控制信息转换设备提供的数据作对比并发送回无人驾驶系统。

无人驾驶系统接收中端经对比传来的数据信息与自带传感器技术所获得的信息进行比对后执行通过当前路口方案。

交通信号控制转换设备，鉴于设备的实际使用情况与现阶段的交通信号控制机的安装，采用独立于控制机外挂的结构。

3 过渡期

未来，无人驾驶技术在未完全更迭传统驾驶的情况下，道路上所面对的将是二者交融的交通路面情况。

改造后的交通信号控制机在原有支持传统驾驶的基础上，也能兼顾对于无人驾驶技术的信息支持。对于传统驾驶车辆加载一个支持实时接收、发送、提示信息的模块即可与系统联网，形成一个伪无人驾驶(手动驾驶，自动提示)，为将来实现全路面真正无人驾驶提供参数。

以现有设备资源进行改进，不仅节省了人力、物力还能把资源留于下一代完全无人驾驶交通信号控制机的研发制造上。

在对于信号大规模长期的采集后，形成足量的路口交通信息，能为未来优化交通网络提供相当详实、可靠的基本数据，基于后期的云计算类似交通优化信息处理提供便利。

4 总结

对于现阶段交通信号控制转换设备，鉴于设备的实际使用情况与现阶段的交通信号控制机的安装，采用独立于控制机单独模块的结构。

本文基于现有交通资源设备，在规模不大的更新换代使用大量公共资源的情况下架构一个拟适应未来应对无人驾驶技术的方案。基于物联网概念下，整合资源，提供除传感器识别路口信号状态之外的第二套方案，双重判定避免因单一设备故障而导致路口交通事故。对于过渡期中与传统驾驶并存的状况下，以及实现完全无人驾驶技术普及化后对于现有设备改造后兼容利用的城市交通方案。

[1] 张洋，刘军，严汉宇，等.精通STM32F4(库函数版)[M].北京：航空航天大学出版社，2015.

[2] 李娜，徐书雨，徐东彬，等.基于单片机控制的智能多相位交通控制信号机[C]//天津市自动化学会年会.2005(s1):83-86.

[3] 温志勇,修战宇,陈俊先.LTE-V车路通信技术浅析与探讨[J].移动通信，2016,40(24):41-45.