杜宇翔

摘 要：為了城市車(chē)輛能更智慧通行紅綠燈交通路口，提出一種共享共建式紅綠燈時(shí)刻預(yù)測(cè)系統(tǒng)。論述了共享共建式紅綠燈時(shí)刻預(yù)測(cè)系統(tǒng)的架構(gòu)，闡明了其運(yùn)行機(jī)制。共享共建式紅綠燈時(shí)刻預(yù)測(cè)系統(tǒng)具有運(yùn)營(yíng)維護(hù)投入少，易于推行的優(yōu)點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：智慧交通；共享共建；紅綠燈時(shí)刻預(yù)測(cè)

1 引言

北京、杭州、濟(jì)南等大中城市正開(kāi)展智慧城市建設(shè)、智慧城市必須是智慧交通先行[1]。智慧交通建設(shè)方面的典型案例是在重要或易擁堵交通路口采用自適應(yīng)紅綠燈系統(tǒng)[2]，該系統(tǒng)能夠從現(xiàn)代交通傳感系統(tǒng)、互聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)等多方位感知交通路口各方向的車(chē)流量、車(chē)流動(dòng)態(tài)等信息，進(jìn)行分析處理，自主決策并動(dòng)態(tài)調(diào)整交通路口紅綠燈的配時(shí)，協(xié)調(diào)交通路口各方向均衡有序快速通過(guò)，減少交通路口擁堵?tīng)顩r。

除已安裝自適應(yīng)紅綠燈的交通路口外，城市大部分交通路口紅綠燈是固定配時(shí)的，這些交通路口同樣也能開(kāi)展智慧交通建設(shè)，比如建立預(yù)測(cè)交通路口紅綠燈時(shí)刻的系統(tǒng)，這個(gè)系統(tǒng)能為車(chē)輛駕駛?cè)祟A(yù)測(cè)前方交通路口的紅綠燈變化時(shí)刻，駕駛?cè)藫?jù)此可以采取更合理的駕駛行為通過(guò)交通路口。當(dāng)駕駛?cè)说弥胺浇煌房诰G燈將很快變?yōu)榧t燈時(shí)，會(huì)松開(kāi)油門(mén)讓汽車(chē)滑行到紅綠燈處等候，避免出現(xiàn)盲目加速試圖搶行通過(guò)前方交通路口的情況，既可以降低汽車(chē)燃油消耗又可以減小交通路口事故風(fēng)險(xiǎn)；當(dāng)駕駛?cè)说弥胺浇煌房诩t燈將很快變?yōu)榫G燈時(shí)，會(huì)保持原來(lái)車(chē)速行駛，避免出現(xiàn)盲目減速后又重新加速通過(guò)前方交通路口的情況，既可以降低汽車(chē)燃油消耗又可以更快速通過(guò)前方交通路口。

德國(guó)大眾旗下奧迪汽車(chē)公司于2016年提出一項(xiàng)將汽車(chē)和紅綠燈等基礎(chǔ)交通設(shè)施相連的V2I（Vehicle-to-Infrastructure）技術(shù)[3]。前方紅綠燈實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)通過(guò)無(wú)線(xiàn)短距通信傳送到汽車(chē)，汽車(chē)儀表上會(huì)顯示前方紅綠燈狀態(tài)及其變化時(shí)刻，駕駛?cè)藫?jù)此可以采取更合理的駕駛行為通過(guò)紅綠燈。

德國(guó)寶馬汽車(chē)公司與美國(guó)俄勒岡州Connected Signals公司合作在寶馬汽車(chē)上安裝一款應(yīng)用軟件EnLighten，EnLighten從網(wǎng)絡(luò)獲取城市交通管理中心的紅綠燈實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，在儀表盤(pán)上顯示前方紅綠燈狀態(tài)，以及紅綠燈變化時(shí)間的倒計(jì)時(shí)牌，方便駕駛?cè)瞬扇「侠淼鸟{駛行為通過(guò)紅綠燈。

奧迪汽車(chē)公司的V2I技術(shù)、寶馬汽車(chē)公司應(yīng)用軟件EnLighten都因城市交通管理中心不配合而難以推行。

本文提出一種共享共建式紅綠燈時(shí)刻預(yù)測(cè)系統(tǒng)，不依賴(lài)于交通管理中心，按共享共建思路建立維護(hù)系統(tǒng)自用的城市紅綠燈數(shù)據(jù)庫(kù)，為城市車(chē)輛智慧通行固定配時(shí)紅綠燈交通路口提供支持。

2 共享共建式紅綠燈時(shí)刻預(yù)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

共享共建式紅綠燈時(shí)刻預(yù)測(cè)系統(tǒng)由以下四部分構(gòu)成：

（1）系統(tǒng)營(yíng)運(yùn)管理軟件；

（2）城市紅綠燈數(shù)據(jù)庫(kù)；

（3）用戶(hù)智能手機(jī)上運(yùn)行的紅綠燈時(shí)刻預(yù)測(cè)應(yīng)用軟件；

（4）3G/4G/5G移動(dòng)通信網(wǎng)。

系統(tǒng)營(yíng)運(yùn)的關(guān)鍵是紅綠燈數(shù)據(jù)庫(kù)。在紅綠燈數(shù)據(jù)庫(kù)里為城市每個(gè)需要預(yù)測(cè)的紅綠燈建立一個(gè)紅綠燈運(yùn)行模型。紅綠燈運(yùn)行模型主要有以下幾個(gè)參數(shù)：

（1）紅綠燈導(dǎo)航定位數(shù)據(jù)?？梢詮腉PS導(dǎo)航系統(tǒng)或北斗二代導(dǎo)航系統(tǒng)獲得。

（2）紅綠燈固定配時(shí)。紅綠燈配時(shí)設(shè)置了紅燈、綠燈的亮燈時(shí)間長(zhǎng)度，黃燈大多數(shù)規(guī)定亮燈3秒，禁止車(chē)輛通行，所以系統(tǒng)將黃燈配時(shí)算作紅燈配時(shí)的一部分。

（3）紅綠燈周期起始時(shí)刻。紅綠燈按固定配時(shí)設(shè)置，依次切換到紅燈、綠燈、黃燈（如需要），走完一個(gè)紅綠燈周期，且始終按此周期重復(fù)運(yùn)行。所以只要有一個(gè)紅綠燈周期起始時(shí)刻，可計(jì)算出任意一個(gè)紅綠燈周期起始時(shí)刻，以及任意一個(gè)紅綠燈周期中紅綠燈準(zhǔn)確切換時(shí)刻。

（4）紅綠燈同步標(biāo)識(shí)。紅綠燈數(shù)據(jù)庫(kù)中的紅綠燈運(yùn)行模型和交通路口紅綠燈的紅綠燈固定配時(shí)、紅綠燈周期起始時(shí)刻這兩個(gè)運(yùn)行參數(shù)一致時(shí)，兩者就會(huì)同步切換，處于同步狀態(tài)，紅綠燈同步標(biāo)識(shí)置位，標(biāo)明紅綠燈運(yùn)行模型可用于預(yù)測(cè)；否則就處于非同步狀態(tài)，紅綠燈同步標(biāo)識(shí)復(fù)位，標(biāo)明紅綠燈運(yùn)行模型不能預(yù)測(cè)。

紅綠燈數(shù)據(jù)庫(kù)投入運(yùn)行后需進(jìn)行日常維護(hù)。日常維護(hù)主要內(nèi)容是是紅綠燈周期起始時(shí)刻的同步維護(hù)。交通路口紅綠燈遇檢修、停電等情況，紅綠燈再啟動(dòng)工作后會(huì)與紅綠燈模型不同步。即使沒(méi)有檢修、斷電發(fā)生，由于兩者不是工作于同一個(gè)時(shí)鐘，在系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中會(huì)累積時(shí)鐘誤差，時(shí)間長(zhǎng)了就會(huì)出現(xiàn)1秒以上的誤差，變得不同步了。這兩種不同步情況都需要及時(shí)調(diào)整紅綠燈模型的紅綠燈周期起始時(shí)刻，保持與紅綠燈的同步。

紅綠燈周期起始時(shí)刻不一致導(dǎo)致的不同步，完全由系統(tǒng)營(yíng)運(yùn)方去糾正的話(huà)有難處。首先是營(yíng)運(yùn)方不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)紅綠燈不同步情況，一般只有等用戶(hù)上報(bào)了。營(yíng)運(yùn)方在得知不同步發(fā)生后，得派人去現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量紅綠燈周期起始時(shí)刻。這樣做系統(tǒng)營(yíng)運(yùn)維護(hù)投入大，紅綠燈不同步也得不到及時(shí)糾正，影響用戶(hù)正常使用。為此系統(tǒng)吸收用戶(hù)參與共享共建，可以多快好省地糾正紅綠燈不同步問(wèn)題。

系統(tǒng)營(yíng)運(yùn)管理軟件在系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)方一側(cè)運(yùn)行，負(fù)責(zé)維持系統(tǒng)正常運(yùn)行，通過(guò)3G/4G/5G移動(dòng)通信網(wǎng)與用戶(hù)手機(jī)上的紅綠燈時(shí)刻預(yù)測(cè)應(yīng)用軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，維護(hù)并保持紅綠燈數(shù)據(jù)庫(kù)的正確狀態(tài)。

用戶(hù)智能手機(jī)上紅綠燈時(shí)刻預(yù)測(cè)應(yīng)用軟件，依據(jù)手機(jī)導(dǎo)航信息，在接近前方紅綠燈時(shí)，自動(dòng)向用戶(hù)顯示預(yù)測(cè)的紅綠燈時(shí)刻。當(dāng)發(fā)現(xiàn)紅綠燈不同步時(shí)，提供不同步報(bào)警和不同步糾正操作接口，配合系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)管理軟件維護(hù)并保持紅綠燈數(shù)據(jù)庫(kù)的正確狀態(tài)。

3 共享共建式紅綠燈時(shí)刻預(yù)測(cè)系統(tǒng)運(yùn)行與維護(hù)

紅綠燈時(shí)刻預(yù)測(cè)系統(tǒng)吸收用戶(hù)參與共享共建，是因?yàn)榭紤]到系統(tǒng)一般用戶(hù)日常要經(jīng)過(guò)自己上、下班線(xiàn)路上的紅綠燈，如果這些紅綠燈有不同步的，用戶(hù)會(huì)最先發(fā)現(xiàn)，且受紅綠燈不同步影響最大，用戶(hù)是意愿最強(qiáng)烈，最能主動(dòng)及時(shí)采取措施糾正不同步的群體。因此，按共享共建方式吸收用戶(hù)參與日常同步維護(hù)工作是一條合理可行的思路，營(yíng)運(yùn)方也會(huì)給予用戶(hù)積分等相應(yīng)獎(jiǎng)勵(lì)。

為此在紅綠燈時(shí)刻預(yù)測(cè)應(yīng)用軟件界面上增設(shè)兩個(gè)按鈕，分別是“不同步報(bào)警”按鈕、“不同步糾正”按鈕。當(dāng)用戶(hù)經(jīng)過(guò)一個(gè)路口發(fā)現(xiàn)紅綠燈不同步，且不方便進(jìn)行不同步糾正時(shí)，可擇機(jī)按下“不同步報(bào)警”按鈕，系統(tǒng)在收到不同步報(bào)警后將該紅綠燈模型標(biāo)記為不同步狀態(tài)；當(dāng)用戶(hù)經(jīng)過(guò)一個(gè)路口遇紅燈停車(chē)等候時(shí)，發(fā)現(xiàn)路口紅綠燈不同步了，或者看到系統(tǒng)標(biāo)記路口紅綠燈不同步，用戶(hù)在觀察到紅燈變綠燈時(shí)刻，按“不同步糾正”按鈕，軟件自動(dòng)將路口紅燈變綠燈時(shí)刻上傳給系統(tǒng)，系統(tǒng)及時(shí)調(diào)整紅綠燈模型的紅綠燈周期起始時(shí)刻，設(shè)置同步標(biāo)識(shí)，紅綠燈重新同步。

系統(tǒng)用戶(hù)維護(hù)紅綠燈同步的操作很簡(jiǎn)單，舉手之勞就可保持自己上下班線(xiàn)路、固定業(yè)務(wù)路線(xiàn)上紅綠燈的同步。系統(tǒng)分散的大群體用戶(hù)都能做到這一點(diǎn)，其作用疊加起來(lái)，就可以保持城市絕大多數(shù)紅綠燈的同步。

共享共建式紅綠燈時(shí)刻預(yù)測(cè)系統(tǒng)運(yùn)行與維護(hù)過(guò)程如下：

系統(tǒng)營(yíng)運(yùn)管理軟件響應(yīng)用戶(hù)手機(jī)上紅綠燈時(shí)刻預(yù)測(cè)應(yīng)用軟件啟動(dòng)后發(fā)出的連接請(qǐng)求，通過(guò)3G/4G/5G移動(dòng)通信網(wǎng)建立網(wǎng)絡(luò)通信，向紅綠燈時(shí)刻預(yù)測(cè)應(yīng)用軟件下發(fā)最新的紅綠燈數(shù)據(jù)庫(kù)狀態(tài)表，狀態(tài)表中指出了不同步的紅綠燈模型，用戶(hù)不要使用，待有機(jī)會(huì)進(jìn)行不同步糾正操作。

紅綠燈時(shí)刻預(yù)測(cè)應(yīng)用軟件在收到最新的紅綠燈數(shù)據(jù)庫(kù)狀態(tài)表后，對(duì)比手機(jī)上原有的紅綠燈數(shù)據(jù)庫(kù)狀態(tài)表，對(duì)于原來(lái)同步的，現(xiàn)在不同步的紅綠燈運(yùn)行模型立即標(biāo)記不同步，暫不使用；對(duì)原來(lái)不同步的，被糾正后現(xiàn)在已同步的，向系統(tǒng)運(yùn)管管理軟件申請(qǐng)下發(fā)同步后的紅綠燈運(yùn)行模型，替換掉手機(jī)上原來(lái)不同步的，確保手機(jī)上的紅綠燈數(shù)據(jù)庫(kù)與系統(tǒng)一側(cè)的紅綠等數(shù)據(jù)庫(kù)一致。然后開(kāi)始為用戶(hù)提供紅綠燈時(shí)刻預(yù)測(cè)服務(wù)。

用戶(hù)在通過(guò)路口紅綠燈時(shí)發(fā)現(xiàn)不同步了，進(jìn)行不同步報(bào)警操作，或者進(jìn)行不同步糾正操作，不同步報(bào)警信息或不同步糾正信息上傳系統(tǒng)。

系統(tǒng)營(yíng)運(yùn)管理軟件若收到用戶(hù)上傳的不同步報(bào)警信息，標(biāo)記紅綠燈模型為不同步，更新紅綠燈數(shù)據(jù)庫(kù)狀態(tài)表，下發(fā)各用戶(hù)；若收到用戶(hù)上傳的不同步糾正信息后，同步對(duì)應(yīng)紅綠燈模型，更新紅綠燈數(shù)據(jù)庫(kù)狀態(tài)表，下發(fā)各用戶(hù)。

紅綠燈時(shí)刻預(yù)測(cè)應(yīng)用軟件實(shí)時(shí)接收系統(tǒng)下發(fā)的最新紅綠燈數(shù)據(jù)庫(kù)狀態(tài)表，重復(fù)軟件啟動(dòng)時(shí)收到最新紅綠燈數(shù)據(jù)庫(kù)狀態(tài)表后的操作，確保手機(jī)上紅綠燈數(shù)據(jù)庫(kù)與系統(tǒng)一側(cè)的紅綠燈數(shù)據(jù)庫(kù)一致，繼續(xù)為用戶(hù)提供紅綠燈時(shí)刻預(yù)測(cè)服務(wù)。

將來(lái)共享共建式紅綠燈時(shí)刻預(yù)測(cè)系統(tǒng)可以進(jìn)一步提升，將其嵌入到智能手機(jī)地圖導(dǎo)航軟件中運(yùn)行，為用戶(hù)提供更智慧的服務(wù)，例如可以對(duì)導(dǎo)航路徑上的連續(xù)紅綠燈進(jìn)行規(guī)劃，提出駕駛建議，讓用戶(hù)一路上遇到的綠燈最多，以最快捷路徑到達(dá)導(dǎo)航目的地。

4 結(jié)語(yǔ)

共享共建式紅綠燈時(shí)刻預(yù)測(cè)系統(tǒng)不依賴(lài)交通管理中心的紅綠燈實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，以共享共建方式建立與維護(hù)自用的紅綠燈數(shù)據(jù)庫(kù)，系統(tǒng)營(yíng)運(yùn)維護(hù)成本低，系統(tǒng)易推行，對(duì)推進(jìn)城市智慧交通建設(shè)會(huì)起到積極作用。

不遠(yuǎn)的將來(lái)5G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)到來(lái)之時(shí)，共享共建式紅綠燈時(shí)刻預(yù)測(cè)系統(tǒng)采用的共享共建思路會(huì)對(duì)車(chē)聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)，以及車(chē)聯(lián)網(wǎng)之上的物聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)[4]提供有益的參考。

參考文獻(xiàn)：

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