城市現有交通系統改造應對未來無人駕駛

魏曉棟

(上海交大高新技術股份有限公司， 上海 200235)

0 引言

如今無人駕駛技術已被國內外各類科技巨頭及各大汽車廠商花費重金去攻克各類技術壁壘，谷歌、蘋果、特斯拉、百度等等一系列巨頭各類原型機也已經過各類初步測試，并在完善或改進各類技術，趨勢迅猛。如今的城市交通依然面對著各類問題，擁堵、城市救援由于路況不能按時到達影響救援等等的一系列問題，雖然采用了各種策略去緩解交通問題，但問題依然普遍存在。當無人駕駛技術初步開始試驗普及在普通交通系統上時，還要面對傳統駕駛的車輛，在今后的很長一段時間內無人駕駛與傳統駕駛將并存，路口交通問題不可避免。

結合國內城市路口現有資源設備，以最小的成本加以改造，使改造的系統至少維持適應當下交通，又能兼顧未來無人駕駛與傳統駕駛并存期，以及實現徹底無人駕駛時期的交通規劃，并可以提供給無人駕駛系統判別路口信息的第二套方案。目前大量的無人駕駛技術是以傳感器技術為基礎獲取路口交通信號機狀態，捕獲信息范圍有限，如能有第二套方案，為其提供所經過的路口的當前交通信號機實時信息并加以判別，兩方案經運算對比后的對于車輛通過路口時的安全性更有保障。

1 交通路口信號機實時傳送系統

所謂交通路口信號機實時系統，即能實時的收集并傳送當前交通路口各個交通信號機實時的工作狀態。通過對目前交通道路路口交通信號機改造后，在此基礎之上建立系統以應對未來的無人駕駛和傳統駕駛并存，并持續為后續的無人駕駛服務。

1.1 目前現有資源設備

《道路交通信號燈設置與安裝規范》(GB 14886-2016)《道路交通信號控制機》(GB 25280-2016)，日前已由國家質量監督檢驗檢疫總局、國家標準化管理委員會批準發布，分別從2017年7月1日和2016年12月13日起實施。對交通信號控制機、交通信號燈組、強化交通信號燈設置安全問題等進行了進一步的標準化、規范化。

1.2 系統概述

1) 交通信號控制機提供當前實時狀態信息

2) 通過交通信號控制機信號轉換設備進行傳輸

3) 通過有線或無線方式傳輸給終端

4) 終端采集信息并做出相應的處理

5) 終端按請求發送給下端各設備

流程圖，如圖1所示。

圖1 系統流程

2 系統設計

2.1 交通信號控制機

當前各交通路口使用的交通信號控制機由多家公司制造，《道路交通信號燈設置與安裝規范》(GB 14886-2016)《道路交通信號控制機》(GB 25280-2016)的發布，從而進一步的規范了不同公司生產的控制機各類標準的統一性。

然此系統需獨立且唯一性的通道從而采集信號數據，不僅是為了數據更時效性減少中間中轉產生的誤差，也是為了應對在將來，如在其他系統中有類似的運用從而可以提供可對比信息。

2.2 交通信號控制機信號轉換設備

交通信號控制機信號轉換設備，是用來從交通信號控制機中獲取當前控制機運行狀態的設備。

主要包括以下信息：

1) 交通信號控制機當前運行方案

2) 通過北斗系統獲取的路口定位、時間信息

設備硬件：利用現有成熟的嵌入式系統，來完成從交通控制機中的信號采樣，處理，通信。

2.3 數據傳輸

數據所包含信息：

報文頭+消息長度+北斗衛星定位信息+北斗衛星時間信息+相位數+方案號+相位信息+報文尾。

首先，中端從交通信號控制轉換設備獲取信號方式，通過實際情況選擇通信方式以獲取數據。

再則，中端與無人駕駛系統進行通信銜接，使用LTE-V通信協議進行通信。LTE-V是專門針對車間通訊的協議。該協議目前版本屬于4.5G，未來可以平滑演進到5G，進行擴容進一步提升傳送速率和效率。

2.4 中終端系統

中端負責接收交通信號控制轉換設備發送而來的采集數據，并接收末端無人駕駛系統發送而來的請求信息，經對雙方數據匹配后把路口交通控制機當前信息發送給無人駕駛系統。在此過程中，中端將接受大量的路口交通信號控制機信號轉換設備帶來的大量實時信息、數據并發等問題，信息優化、快速篩選方案尤其重要。系統所提供給無人駕駛系統的傳輸協議雙方經慎重考慮協調后進行定義。

2.5 無人駕駛系統

無人駕駛系統發出自身的定位時間信息給予中端，中端接收后與交通信號控制信息轉換設備提供的數據作對比并發送回無人駕駛系統。

無人駕駛系統接收中端經對比傳來的數據信息與自帶傳感器技術所獲得的信息進行比對后執行通過當前路口方案。

交通信號控制轉換設備，鑒于設備的實際使用情況與現階段的交通信號控制機的安裝，采用獨立于控制機外掛的結構。

3 過渡期

未來，無人駕駛技術在未完全更迭傳統駕駛的情況下，道路上所面對的將是二者交融的交通路面情況。

改造后的交通信號控制機在原有支持傳統駕駛的基礎上，也能兼顧對于無人駕駛技術的信息支持。對于傳統駕駛車輛加載一個支持實時接收、發送、提示信息的模塊即可與系統聯網，形成一個偽無人駕駛(手動駕駛，自動提示)，為將來實現全路面真正無人駕駛提供參數。

以現有設備資源進行改進，不僅節省了人力、物力還能把資源留于下一代完全無人駕駛交通信號控制機的研發制造上。

在對于信號大規模長期的采集后，形成足量的路口交通信息，能為未來優化交通網絡提供相當詳實、可靠的基本數據，基于后期的云計算類似交通優化信息處理提供便利。

4 總結

對于現階段交通信號控制轉換設備，鑒于設備的實際使用情況與現階段的交通信號控制機的安裝，采用獨立于控制機單獨模塊的結構。

本文基于現有交通資源設備，在規模不大的更新換代使用大量公共資源的情況下架構一個擬適應未來應對無人駕駛技術的方案。基于物聯網概念下，整合資源，提供除傳感器識別路口信號狀態之外的第二套方案，雙重判定避免因單一設備故障而導致路口交通事故。對于過渡期中與傳統駕駛并存的狀況下，以及實現完全無人駕駛技術普及化后對于現有設備改造后兼容利用的城市交通方案。

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