基于多源交通信息的实时路线规划系统研究

张佳桐

（湖北 武汉 430010）

随着机动车保有量逐年上升，在城市尤其是北京、上海等大城市，堵车成为常态。堵车浪费了运输资源，降低运输效率，消耗社会成本。此外汽车频繁起停时，因发动机燃烧不完全，相比较于正常行驶会产生更多污染物，其中容易进入人体肺部的直径≤2．5微米的细微颗粒物比例更高，该污染物不仅刺激眼睛和肺部，还会导致咳嗽、哮喘、支气管炎等问题。从运输效率、身体健康与时间等方面来说，堵车对现代城市的影响十分严重，开展提升交通效率的研究不仅可以节省了人们的出行时间，更可以为保护环境、减少损失做出贡献。

现代城市中交通网络发达，出发点至目的地一般具有多种路线选择，当前人们在出行前使用的线路规划大多还是依靠地图和手机APP、车载APP等软件，但两种途径均存在一定的缺点：传统的地图仅提供交通全貌，具体的路线规划需要完全由人来决策，因而局限性很强；各类地图及导航软件虽能根据情况的不同给出不同的路线，但往往只能考虑到当前拥堵状况、路线长度、交通灯数量等很少的因素，其他因素如交通的实时变化、交通信号灯运行状态、道路实际的宽窄等无法兼顾，这就导致驾驶者虽可顺利到达目的地，但却可能会遇到堵车而在路上浪费大量的时间。针对这种情况，本文提出一套实时线路优化系统方案，将智能辅助驾驶系统与多源交通信息相结合，提升交通运输效率。

本方案将智能辅助驾驶系统与多源交通信息相结合，既实现传统的各类软件的导航、路径规划等功能，也可实现更为智能的线路优化设计。系统一方面可以以时间为考虑因素规划最优路线，并根据实时交通现状调整路径规划；另一方面通过向各车辆发送不同的推荐路线从而使交通效率最大化，减少汽车因频繁的刹车和启动而造成的燃料的损失，有效地降低运输资源的浪费情况，同时保护环境。此外此系统可搜集交通系统的交通行驶状况，通过分析可为交通系统的优化提供数据与成果支持，实现交通系统的最优化设计。

1 系统组成

基于多源交通信息的实时路线规划系统由车载系统、云端系统、交通信息搜集系统、通信系统、交通控制系组成，具体的系统组成及信息交流方向如图1所示，各系统的功能与特点如下。

1.1 车载系统

图1 系统组成及信息交流方向框图

车载系统为驾驶者提供操作和信息反馈界面，具有简洁明了、使用简单的特点。此外系统具有拓展性，在使用过程中软件自动更新、升级，根据使用需求不断优化功能、提升性能，满足不断发展的需求。车载系统主要由车载操作系统、车载数据处理系统、车载显示系统和车载通信系统组成，各车载分系统原理如下。

车载操作系统为驾驶者提供一个使用整套系统的操作平台，实现信息输入、反馈，一般包括显示屏、主机、交互装置等设备。车载操作系统软件基于安卓等成熟的框架，具有适用范围广、开发简单、成本低廉的特点。系统的输入有多种途径，包括手动输入、语音输入、其他电子设备连接输入，使用简单、可适用不同的特殊应用场景。

车载数据处理系统可将驾驶者输入信息与外部信息统一处理，并将结果反馈给显示系统，完成实时的线路规划。因处理能力有限，车载数据处理系统可根据数据量的大小，自动选择本地处理或通过通信系统反馈云端数据，实现不同应用场景下的信息处理，同时减轻云端的计算压力。

车载展示系统实现线路规划信息的反馈，分为图像显示与语音播报两种方式。图像显示通过车载显示屏、其他设备等多种方式实现信息的反馈；语音播报通过车载音响、蓝牙耳机等方式实现语音导航。

车载通信系统实现车载系统与外部系统的信息交流。5G技术即将实用化，其具有信号稳定、时延短的特点，可很好地满足车载系统的需求。本方案基于5G技术构建车载通信系统，以固定格式实现信息的上传与接收，便于信息的整理与分析。

1.2 云端系统

云端系统是一套在线的数据处理与存储系统。云端系统可对车辆上传的数据、交通信息搜集系统的数据、交通信号灯实时状态、其他车辆或人员输入信息进行快速准确的处理和分析。系统主要由云端数据处理系统、通信系统和云端存储系统组成，具有信息处理能力强、反馈迅速的特点。各分系统原理如下。

云端数据处理系统为云端系统的核心组成部分，负责对大规模数据进行快速的分析和分类。系统除具备全自动运行状态外，也可根据实际需求进行人为控制，实现特定场景下的功能。

云端通信系统主要实现多种数据的稳定上传，并及时地将结果反馈给系统其他部分，保证云端系统的正常数据流动。

云端存储系统对大量数据进行存储、调用，原理基于已成熟的云储存系统。

1.3 交通信息搜集系统

交通信息搜集系统是线路规划的主要实时信息源，可准确、快速地收集当前道路信息。系统由安装在交通线路周边的摄像头、视频处理系统组成。各分系统原理如下。

摄像头可实现交通信息的静态展示与动态捕捉，支持视频处理分系统的工作。

视频处理分系统可对摄像头抓取的画面信息进行识别、处理、得到堵车现状、车流量大小、道路宽窄、行人数量等交通信息，并以固定格式提交云端处理。

1.4 通信系统

通信系统是各个系统交流的媒介，为各系统提供实时、快速、稳定的信息交互，实现信息的共享，具有数据量大、传输能力强、信号稳定的特点。通信系统基本原理包括5G、车联网等，具有即插即用的功能，可适用于不同车辆、不同信息搜集设备的即时接入、退出需求。

1.5 交通控制系统

交通控制系统可实现固定区域内交通运行状态的整体规划，在道路拥堵需要缓解、车流量较大需要预防拥堵时人为开启，按照云端提供的方案控制交通信号灯、道路控制装备等实现车辆运行线路调整，提升交通效率。

2 系统应用场景

2.1 实时线路规划

在无特殊情况下，系统以节省驾驶者时间为目的进行实时线路规划。在出发时驾驶者将目的地输入车载系统，车载系统基于数据量大小选择自主处理或上传云端处理。自主处理时，车载系统基于车联网中的路况信息、自身车辆信息完成实时线路规划；上传云端处理时，云端系统在车辆自身信息的基础上，结合交通信息搜集系统数据完成信息处理与线路规划，并将结果通过通信系统反馈车辆，完成最优线路规划。

2.2 提升交通运行效率

在特殊活动期间或交通效率过低时，系统可实现人为控制，以提升区域整体交通效率为目的进行线路规划。具体运行过程为：当云端系统接收到不同车辆发送的请求信息后，可根据当前的道路状况并结合各车辆信息计算出一套可最大化提升区域交通效率的方案，通过向各车辆发送特定的线路规划方案及通过交通控制系统控制交通以实现区域交通的一体化控制，消除或减轻特定区域内的拥堵情况，提升交通效率。

2.3 优化交通线路

线路规划系统可基于大数据分析，优化现有交通线路，为交通道路设计提供参考。当该系统在某地大范围运行一段时间后，可从中获取大量该地区各时段、各地点的路况和车流量等交通信息。依靠大数据分析手段，这些数据可作为该地区之后交通建设、改造和线路优化的参考数据，提高交通运行效率。

3 结语

本文针对目前市面上的线路规划系统存在的应用方式单一、灵活性不足的问题，提出了一种将智能辅助驾驶系统与多源交通信息系统相结合的线路规划系统，系统包括车载系统、云端系统、交通信息搜集系统以及交通控制系统等。本文完成了各分系统原理及功能设计，并针对实际的应用场景，提出了两套规划方案，即实时线路规划方案、提升交通运行效率方案，满足在交通情况良好及拥堵时的线路规划需求，同时基于云端数据对系统潜在的优化交通线路功能进行了展望。随着我国经济的发展，交通负载压力越来越大，智能化将是解决交通问题的一种现实途径。