一種共享共建式紅綠燈時刻預測系統

杜宇翔

摘 要：為了城市車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刻預測系統。論述了共享共建式紅綠燈時刻預測系統的架構，闡明了其運行機制。共享共建式紅綠燈時刻預測系統具有運營維護投入少，易于推行的優點。

關鍵詞：智慧交通；共享共建；紅綠燈時刻預測

1 引言

北京、杭州、濟南等大中城市正開展智慧城市建設、智慧城市必須是智慧交通先行[1]。智慧交通建設方面的典型案例是在重要或易擁堵交通路口采用自適應紅綠燈系統[2]，該系統能夠從現代交通傳感系統、互聯網大數據等多方位感知交通路口各方向的車流量、車流動態等信息，進行分析處理，自主決策并動態調整交通路口紅綠燈的配時，協調交通路口各方向均衡有序快速通過，減少交通路口擁堵狀況。

除已安裝自適應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的，這些交通路口同樣也能開展智慧交通建設，比如建立預測交通路口紅綠燈時刻的系統，這個系統能為車輛駕駛人預測前方交通路口的紅綠燈變化時刻，駕駛人據此可以采取更合理的駕駛行為通過交通路口。當駕駛人得知前方交通路口綠燈將很快變為紅燈時，會松開油門讓汽車滑行到紅綠燈處等候，避免出現盲目加速試圖搶行通過前方交通路口的情況，既可以降低汽車燃油消耗又可以減小交通路口事故風險；當駕駛人得知前方交通路口紅燈將很快變為綠燈時，會保持原來車速行駛，避免出現盲目減速后又重新加速通過前方交通路口的情況，既可以降低汽車燃油消耗又可以更快速通過前方交通路口。

德國大眾旗下奧迪汽車公司于2016年提出一項將汽車和紅綠燈等基礎交通設施相連的V2I（Vehicle-to-Infrastructure）技術[3]。前方紅綠燈實時運行數據通過無線短距通信傳送到汽車，汽車儀表上會顯示前方紅綠燈狀態及其變化時刻，駕駛人據此可以采取更合理的駕駛行為通過紅綠燈。

德國寶馬汽車公司與美國俄勒岡州Connected Signals公司合作在寶馬汽車上安裝一款應用軟件EnLighten，EnLighten從網絡獲取城市交通管理中心的紅綠燈實時數據，在儀表盤上顯示前方紅綠燈狀態，以及紅綠燈變化時間的倒計時牌，方便駕駛人采取更合理的駕駛行為通過紅綠燈。

奧迪汽車公司的V2I技術、寶馬汽車公司應用軟件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刻預測系統，不依賴于交通管理中心，按共享共建思路建立維護系統自用的城市紅綠燈數據庫，為城市車輛智慧通行固定配時紅綠燈交通路口提供支持。

2 共享共建式紅綠燈時刻預測系統設計

共享共建式紅綠燈時刻預測系統由以下四部分構成：

（1）系統營運管理軟件；

（2）城市紅綠燈數據庫；

（3）用戶智能手機上運行的紅綠燈時刻預測應用軟件；

（4）3G/4G/5G移動通信網。

系統營運的關鍵是紅綠燈數據庫。在紅綠燈數據庫里為城市每個需要預測的紅綠燈建立一個紅綠燈運行模型。紅綠燈運行模型主要有以下幾個參數：

（1）紅綠燈導航定位數據。可以從GPS導航系統或北斗二代導航系統獲得。

（2）紅綠燈固定配時。紅綠燈配時設置了紅燈、綠燈的亮燈時間長度，黃燈大多數規定亮燈3秒，禁止車輛通行，所以系統將黃燈配時算作紅燈配時的一部分。

（3）紅綠燈周期起始時刻。紅綠燈按固定配時設置，依次切換到紅燈、綠燈、黃燈（如需要），走完一個紅綠燈周期，且始終按此周期重復運行。所以只要有一個紅綠燈周期起始時刻，可計算出任意一個紅綠燈周期起始時刻，以及任意一個紅綠燈周期中紅綠燈準確切換時刻。

（4）紅綠燈同步標識。紅綠燈數據庫中的紅綠燈運行模型和交通路口紅綠燈的紅綠燈固定配時、紅綠燈周期起始時刻這兩個運行參數一致時，兩者就會同步切換，處于同步狀態，紅綠燈同步標識置位，標明紅綠燈運行模型可用于預測；否則就處于非同步狀態，紅綠燈同步標識復位，標明紅綠燈運行模型不能預測。

紅綠燈數據庫投入運行后需進行日常維護。日常維護主要內容是是紅綠燈周期起始時刻的同步維護。交通路口紅綠燈遇檢修、停電等情況，紅綠燈再啟動工作后會與紅綠燈模型不同步。即使沒有檢修、斷電發生，由于兩者不是工作于同一個時鐘，在系統運行過程中會累積時鐘誤差，時間長了就會出現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調整紅綠燈模型的紅綠燈周期起始時刻，保持與紅綠燈的同步。

紅綠燈周期起始時刻不一致導致的不同步，完全由系統營運方去糾正的話有難處。首先是營運方不能及時發現紅綠燈不同步情況，一般只有等用戶上報了。營運方在得知不同步發生后，得派人去現場測量紅綠燈周期起始時刻。這樣做系統營運維護投入大，紅綠燈不同步也得不到及時糾正，影響用戶正常使用。為此系統吸收用戶參與共享共建，可以多快好省地糾正紅綠燈不同步問題。

系統營運管理軟件在系統運營方一側運行，負責維持系統正常運行，通過3G/4G/5G移動通信網與用戶手機上的紅綠燈時刻預測應用軟件進行數據交換，維護并保持紅綠燈數據庫的正確狀態。

用戶智能手機上紅綠燈時刻預測應用軟件，依據手機導航信息，在接近前方紅綠燈時，自動向用戶顯示預測的紅綠燈時刻。當發現紅綠燈不同步時，提供不同步報警和不同步糾正操作接口，配合系統運營管理軟件維護并保持紅綠燈數據庫的正確狀態。

3 共享共建式紅綠燈時刻預測系統運行與維護

紅綠燈時刻預測系統吸收用戶參與共享共建，是因為考慮到系統一般用戶日常要經過自己上、下班線路上的紅綠燈，如果這些紅綠燈有不同步的，用戶會最先發現，且受紅綠燈不同步影響最大，用戶是意愿最強烈，最能主動及時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參與日常同步維護工作是一條合理可行的思路，營運方也會給予用戶積分等相應獎勵。

為此在紅綠燈時刻預測應用軟件界面上增設兩個按鈕，分別是“不同步報警”按鈕、“不同步糾正”按鈕。當用戶經過一個路口發現紅綠燈不同步，且不方便進行不同步糾正時，可擇機按下“不同步報警”按鈕，系統在收到不同步報警后將該紅綠燈模型標記為不同步狀態；當用戶經過一個路口遇紅燈停車等候時，發現路口紅綠燈不同步了，或者看到系統標記路口紅綠燈不同步，用戶在觀察到紅燈變綠燈時刻，按“不同步糾正”按鈕，軟件自動將路口紅燈變綠燈時刻上傳給系統，系統及時調整紅綠燈模型的紅綠燈周期起始時刻，設置同步標識，紅綠燈重新同步。

系統用戶維護紅綠燈同步的操作很簡單，舉手之勞就可保持自己上下班線路、固定業務路線上紅綠燈的同步。系統分散的大群體用戶都能做到這一點，其作用疊加起來，就可以保持城市絕大多數紅綠燈的同步。

共享共建式紅綠燈時刻預測系統運行與維護過程如下：

系統營運管理軟件響應用戶手機上紅綠燈時刻預測應用軟件啟動后發出的連接請求，通過3G/4G/5G移動通信網建立網絡通信，向紅綠燈時刻預測應用軟件下發最新的紅綠燈數據庫狀態表，狀態表中指出了不同步的紅綠燈模型，用戶不要使用，待有機會進行不同步糾正操作。

紅綠燈時刻預測應用軟件在收到最新的紅綠燈數據庫狀態表后，對比手機上原有的紅綠燈數據庫狀態表，對于原來同步的，現在不同步的紅綠燈運行模型立即標記不同步，暫不使用；對原來不同步的，被糾正后現在已同步的，向系統運管管理軟件申請下發同步后的紅綠燈運行模型，替換掉手機上原來不同步的，確保手機上的紅綠燈數據庫與系統一側的紅綠等數據庫一致。然后開始為用戶提供紅綠燈時刻預測服務。

用戶在通過路口紅綠燈時發現不同步了，進行不同步報警操作，或者進行不同步糾正操作，不同步報警信息或不同步糾正信息上傳系統。

系統營運管理軟件若收到用戶上傳的不同步報警信息，標記紅綠燈模型為不同步，更新紅綠燈數據庫狀態表，下發各用戶；若收到用戶上傳的不同步糾正信息后，同步對應紅綠燈模型，更新紅綠燈數據庫狀態表，下發各用戶。

紅綠燈時刻預測應用軟件實時接收系統下發的最新紅綠燈數據庫狀態表，重復軟件啟動時收到最新紅綠燈數據庫狀態表后的操作，確保手機上紅綠燈數據庫與系統一側的紅綠燈數據庫一致，繼續為用戶提供紅綠燈時刻預測服務。

將來共享共建式紅綠燈時刻預測系統可以進一步提升，將其嵌入到智能手機地圖導航軟件中運行，為用戶提供更智慧的服務，例如可以對導航路徑上的連續紅綠燈進行規劃，提出駕駛建議，讓用戶一路上遇到的綠燈最多，以最快捷路徑到達導航目的地。

4 結語

共享共建式紅綠燈時刻預測系統不依賴交通管理中心的紅綠燈實時數據，以共享共建方式建立與維護自用的紅綠燈數據庫，系統營運維護成本低，系統易推行，對推進城市智慧交通建設會起到積極作用。

不遠的將來5G移動通信網絡到來之時，共享共建式紅綠燈時刻預測系統采用的共享共建思路會對車聯網的建設，以及車聯網之上的物聯網的建設[4]提供有益的參考。

參考文獻：

[1]張正偉，許娜，趙淑寶.智慧交通在智慧城市建設中的作用[J].建筑工程，2017，03.

[2]李金洋，陳儀香.基于車速的自適應交通信號燈控制[J].計算機技術與發展， 2016，09.

[3]趙洋，陳效華，陳新.淺析V2X技術市場 [J]. 時代汽車，2017，03.

[4]陳督.淺析物聯網在智慧交通中的應用 [J]. 電子測試，2017，04.