基于AI的私人定制交通助手研究与应用

李鸿瑞，张志良，李鹏程，申海杰

（西安思源学院 电子信息工程学院，陕西西安，710038）

1 研究背景及意义

近年来，随着全球经济水平的提高，在人口城市化的浪潮下，汽车已然成为市民尤为重要的出行方式。为提高交通运输效率、保障道路安全、降低交通事故发生，大数据和物联网的发展为智能交通带来了契机。将人工智能和物联网技术应用到交通中成为了一种不错的选择。

本文提出一种全新的思路：利用城市交通的大数据分析的手段，根据用户预设出行路段和出行时间等信息，提前主动为用户检测路况，发现拥堵主动推送拥堵消息至用户手机，从而解决了用户每次出行前均需要主动查看路况、偶尔忘记查看而路况发生拥堵导致行程耽误等不便问题。本文基于HomeAssistant平台和树莓派开发板实现基于AI的私人定制交通助手系统。

2 系统设计

2.1 开发环境

HomeAssistant是一款开源的构建智慧空间的神器，通过其可以方便地连接各种外部设备，手动或按照自己的需求自动化地联动这些外部设备，构建随心所欲的智慧空间。

Traccar是一款免费开源的GPS跟踪服务工具，它支持多种设备和协议，功能齐全，有定位、地理围栏、定位设备位置、报警，短信控制，通知，跟踪运动路径等功能。Traccar在多平台上拥有高性能和稳定性，提供专业托管，也可以在云端或本地托管。在设备方面，Traccar支持多协议、多设备型号的GPS跟踪器。同时，安装Traccar应用程序可将移动设备作为GPS跟踪器。这意味着在不同场合可以高品质到低成本的选购。Traccar提供Android和IOS平台的应用程序，且拥有功能齐全的Web界面，操作便捷。

Node-Red是IBΜ开发的一个图形编程工具，适合在低成本硬件、云端、本地运行，经常被用来构建物联网应用程序设计。可视化编程的方式允许将节点连接在一起执行任务。它允许将不同类型的设备与不同的协议、不同语言的API服务和在线服务集成在一起，形成数据流，并拥有浏览器的流编辑器，允许快速开发Web应用程序。

ΜQTT是一个客户端-服务端架构的发布/订阅模式的消息传输协议。它的设计思想是轻巧、开放、简单、规范，易于实现。这些特点使得它对很多场景来说都是很好的选择，特别是对于受限的环境如机器与机器的通信（Μ2Μ）以及物联网环境（IoT）[2]。ΜQTT占用资源少，可使用在微型控制器上稳定运行；小的消息头可以在低带宽下稳定传输；可扩展大量IoT设备；持久的会话减少了网络重连使得消息传递可靠；使用TLS加密和身份验证使会话更安全。

2.2 设计思想

实现系统，首先要实现用户语音与语音识别设备（如天猫精灵）的交互，比如去公司。一方面，语音识别设备将用户的语音回传给服务器，获取分析内容，并根据分析结果反馈给语音，如：“OK”。另一方面，云服务器（如阿里云）根据扫描结果判断要调用的智能家居服务，并将身份认证下发给本地服务器，认证通过后本地服务器对其授权，然后接收云服务器打开的导航设备的指令，并将其发送给 HASS服务。 HASS管理的设备中的路况信息设备收到“去公司”命令后，采集路况信息。信息采集完成后，选择最优路线，通过TTS语音或广播向车主播报实际路况信息，通过微信发送。 HASS 控制一切设备。此系统还会对近期油价进行监控。其系统原理如图1所示。

图1 项目实施流程

3 详细设计

HomeAssistant基本自定义配置组件包含：语音交互、油价组件、高德逆地理分析（路况信息、高德逆地理分析）、微信推送、天气组件。

3.1 语言交互

语音交互主要由三部分组成：安装了语音控制软件的HomeAssistant终端、便携式语音控制器和TTS 语音播报系统。

HomeAssistant终端接收到本地语音信息后，通过网络将本地语音信息发送到语音云平台进行识别，然后对云端返回的数据进行分析，结合本地指令，得到正确的控制指令。通过服务器和网关，将这些指令发送到相应的设备执行动作指令，连接到HA的设备可以随时随地通过语音进行控制。便携式语音控制器通过内部网关与无线传感器网络集成。终端在本地识别语音信息并将相应的控制指令发送给网关，并通过网关和服务器发送给相应的设备执行动作指令。同时，客户端可以使用TTS技术将系统自动处理的反馈文本信息转换成语音文件进行播放和传输。

3.2 路况信息

GPS设备采集位置和行驶速度信息，以大量数据获取某路段的交通状况，以及预测交通状况的功能。这种方法需要支持大量的终端设备才能获得更准确的数据。路况数据主要来自浮动车辆数据的采集和整理。 如今，出租车、长途巴士等。都装有GPS，通过通信网络，把这些车的经纬度、车头 方向、速度等信息传递到数据处理中心，就可以计算出实时路况数据。当某个网络中有足够多的车辆时，这样得到的结果也足够准确。唯一的问题是速度，因为路况一直在变化。按照目前的技术，数据传输延迟可以控制在3~5分钟。

系统详细分析了出行者的信息需求，提出了一种交通引导策略，实现了服务器与多个客户端之间的信息传输、文本语音转换等功能。在使用过程中，避免了传统路况检测的不便，可预测从预先设定的出发地点到目的地可供行驶的路段所需的行驶时间，以及各行驶路段的路况是否畅通，让交通更智能。

路况信息模块是对于要通行的路况进行展示，可以具体显示通行路线的路况信息，简洁直观的展示出路况的舒缓和是否畅通等情况，还可根据行车时常结合GPS信息判断并计算和统计出从家到上学之间的时间、从学校到家的时间、从家到上班的时间、下班接孩子的时间和放学回家期间的时间等，简单的说，只要设定好目的地和出发地，就可以计算出出行所需的时间以及路况是否畅通。如图2所示。

图2 路况

3.3 高德逆地址分析

高德逆地址分析设计部分采用Node-Red工具进行编写构建。主要用于车辆定位。可以对车辆的实时位置进行查询。得益于高德的地理围栏技术，实现车辆离开常用位置，微信推送消息进行提醒。对车辆防盗起到一定作用。

采用高德接口对GPS设备返回的地理编码和常用地址位置进行对比。如果是常用位置，例如家庭住址或公司单位，则返回逆地理编码，系统经过判断响应常用位置；否则，对现地理编码通过GET请求进行坐标转换的API服务，得到所在位置并响应给系统。高德逆地理主体设计如图3所示。前台展示页面根据系统响应的地理消息在地图上显示设备位置。

图3 高德逆地理

车辆位置及状态模块是对于设备定位进行的展示，具体可通过定位信息展示出所带有定位模块的设备或者车辆，展示界面如图4所示。

图4 汽车定位界面

3.4 微信推送

随着互联网技术的进步，微信已经融入人们的社会生活，在信息传递方面也发挥着重要作用。我们设计了车辆点火启动、车辆熄火停车等信息的推送，防止车辆被盗。在微信推送(自动化)模块上，我们设计出微信推送的方式去智能的推送所需的信息，可选择的推送信息包括车辆点火启动信息、车辆熄火停车信息、堵车信息等，如图5所示；该系统可以根据实时路况信息，通过微信客户端的公众号推送使用者交通路线过程中的路况信息。如图6所示，它确保用户可以直观地看到复杂的路况，例如通畅的交通状况或非常拥挤的交通状况。

图5 微信推送自动化

图6 微信推送

3.5 油价信息

通过orlprice油价组件在网络上爬取最新的油价信息，前台界面通过列出表格显示92#汽油、95#汽油、98#汽油、0#柴油等最新油价信息，直观的展示了对所在地区的油价信息的对比。如图7所示。

图7 陕西省油价信息展示

不但可以显示各地区每日最新油价，而且可以显示油价跌涨情况，提前了解所在地区油价变化情况等，帮助用户做出最佳的选择。如图8所示。

图8 油价涨跌等信息预览情况展示

4 系统展示

我们设计的整个系统包括语言交互模块、路况信息模块、车辆位置及状态模块、微信推送(自动化)模块、油价信息模块，共五大模块。系统主页面展示效果如图9所示。

图9 主页效果图

5 总结和展望

本文主要阐述了关于基于AI的私人定制交通助手系统的研究背景，给出了系统具体的设计和实现方法。

本文的主要总结工作如下：(1)总结分析了国内的主要交通问题以及用户实际的出行问题，提出基于HomeAssistat平台设计基于AI的私人定制交通助手系统。(2)根据需求分析，确定系统的总体功能架构。(3)根据系统架构的功能需求，结合软硬件实现了基于AI的私人定制交通助手系统。

通过开发此项目，提高了本团队的理论知识和实际动手能力。团队在老师的帮助下，以及参考了大量国内外理论及具体应用的基础上，根据现有的条件下，设计并实现了基于AI的私人定制交通助手系统。结合实际的出行问题，能够为用户提供定制化，智能化的交通提醒服务，有效的节省了用户在路上因堵车所耗费的时间，提高了用户的出行体验，并具有一定的实用价值。