智能汽車基礎(chǔ)設(shè)施將打造智能道路和智能交叉路口

　　麻省理工學(xué)院最近發(fā)布了一條有關(guān)智能交叉路口的視頻。這種智能交叉路口不需要交通信號(hào)就能解決路口的交通擁堵排隊(duì)問(wèn)題。本文將嘗試解釋這些智能交叉路口的功能，以及它們?nèi)绾文軌蚪鉀Q路口交通排隊(duì)的問(wèn)題。

　　如今谷歌導(dǎo)航可以告訴我們想要通過(guò)的道路上有關(guān)交通擁堵的所有信息。但問(wèn)題是我們必須問(wèn)問(wèn)自己，谷歌是如何知道這一信息的？事實(shí)上正是我們?cè)谂c谷歌分享這些信息。人們對(duì)數(shù)據(jù)的敏感性和隱私擔(dān)心將很快讓他們不再與谷歌分享這些信息。這可怎么辦？幸運(yùn)的是，我們已經(jīng)有了答案，即智能太陽(yáng)能道路。交通擁堵是世界上排名靠前的技術(shù)公司一直想要解決的另外一個(gè)這類問(wèn)題。麻省理工學(xué)院最近發(fā)布了一條有關(guān)智能交叉路口的視頻。這種智能交叉路口不需要交通信號(hào)就能解決路口的交通擁堵排隊(duì)問(wèn)題。本文將嘗試解釋這些智能交叉路口的功能，以及它們?nèi)绾文軌蚪鉀Q路口交通排隊(duì)的問(wèn)題。

　　引言

　　今天，沒(méi)有谷歌地圖和導(dǎo)航的旅行計(jì)劃真的很難實(shí)施。谷歌導(dǎo)航可以告訴我們到達(dá)目的地應(yīng)該選取的路線。它會(huì)提示我們哪里交通非常擁堵，然后我們可以重新規(guī)劃旅行路線。谷歌是如何做到這點(diǎn)的呢？事實(shí)上，谷歌是從那些正在該條路線上行駛的人們那兒得到這些信息的，像你或我這樣的人會(huì)分享位置信息給谷歌，谷歌再根據(jù)某種算法并使用同一谷歌地圖上的一些統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，就能告訴我們?nèi)魏蔚缆飞系膿矶滦畔ⅰ＝裉烊藗儗?duì)數(shù)據(jù)的敏感性越來(lái)越強(qiáng)，他們很快會(huì)認(rèn)識(shí)到這種數(shù)據(jù)分享是另一種隱私泄漏的途徑。到那時(shí)候谷歌導(dǎo)航就無(wú)法告訴我們各段道路上的交通擁堵信息了，因此我們需要從不同的來(lái)源獲得相同的信息。有兩位非常聰明的研究人員，他們的發(fā)明將很快能夠解決這個(gè)問(wèn)題。本文將更多地討論智能太陽(yáng)能道路，以及它們?nèi)绾文軌蚪鉀Q我們很快就會(huì)面臨的諸多問(wèn)題。智能交叉路口是我們的未來(lái)城市將要擁有的一系列智能基礎(chǔ)設(shè)施實(shí)體中的又一個(gè)組成部分，本文將介紹這些智能交叉路口的工作原理。

　　當(dāng)前狀況，問(wèn)題說(shuō)明

　　我們今天面臨的挑戰(zhàn)是在城市區(qū)域內(nèi)越來(lái)越嚴(yán)重的交通問(wèn)題。由于醫(yī)療環(huán)境的改善引起的人口爆炸以及轉(zhuǎn)向城市的大量移民是引起交通問(wèn)題的兩個(gè)主要因素。谷歌地圖或其它導(dǎo)航公司今天可以在任何時(shí)候精準(zhǔn)地告訴我們?nèi)魏尉€路上的交通情況，但未來(lái)不一定能夠再幫助到我們，因?yàn)樗麄円蕾囉诘缆肥褂谜咛峁┑臄?shù)據(jù)。此外，雖然這些公司至今還能夠與用戶交流路況，但有關(guān)交通擁堵問(wèn)題的任何全局解決方案一直沒(méi)能有效形成。

　　盡管有導(dǎo)航應(yīng)用，但今天的交通擁堵問(wèn)題仍然非常突出。大多數(shù)人寧可選擇到達(dá)目的地的最短路徑。根據(jù)一些統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，如果考慮到浪費(fèi)的時(shí)間和不必要的燃料消耗，擁堵問(wèn)題導(dǎo)致我們花費(fèi)的成本大約占到GDP的2%到4%。根據(jù)另一項(xiàng)分析，研究全球交通擁堵問(wèn)題的研究人員認(rèn)為，如果要求大約10%-15%的道路交通參與人員重新規(guī)劃路線或改變計(jì)劃，交通擁堵問(wèn)題就能得到解決。但他們需要一種算法來(lái)幫助他們識(shí)別某一時(shí)間點(diǎn)需要重新規(guī)劃路線的人，這是主要問(wèn)題所在。

　　幸運(yùn)的是能夠解決目前為止大多數(shù)問(wèn)題的技術(shù)越來(lái)越多，一些面向未來(lái)的交通問(wèn)題解決方案也已唾手可得。

　　推薦的解決方案

　　智能太陽(yáng)能道路 太陽(yáng)能道路是一些智能基礎(chǔ)設(shè)施構(gòu)建模塊，可以在未來(lái)人們決定不與谷歌共享位置信息時(shí)給我們提供不同區(qū)域的交通路況。實(shí)際上它們是一些六邊形的太陽(yáng)能板，互相拼接在一起形成整條道路或停車場(chǎng)、公園等任何路面（圖1）。這些道路能夠非常方便地進(jìn)行交通流量檢測(cè)，因?yàn)樗鼈兡軌驒z測(cè)重量，而且它們內(nèi)置有LED，當(dāng)有物體在它們上面時(shí)，可以點(diǎn)亮這些LED。因此通過(guò)計(jì)算任意時(shí)間點(diǎn)亮的LED數(shù)量就能準(zhǔn)確推算出道路上的汽車密度。由于這些太陽(yáng)能板內(nèi)置有微控制器控制它們的行為，因此這些道路實(shí)際上可以與云端交流，隨時(shí)提供它們所處的交通情況。

　　智能太陽(yáng)能道路有許多好處。這些道路內(nèi)置有太陽(yáng)能板，因此它們可以產(chǎn)生可再生電能。這些道路內(nèi)置有LED，因此可以點(diǎn)亮不同的圖案，將單向三車道瞬間轉(zhuǎn)換為雙向四車道。甚至可以在道路上劃出停車區(qū)域來(lái)，等以后交通擁堵時(shí)再把停車區(qū)域清除掉。還有許多其它指示用途，因此這些道路本身就表明了它們是未來(lái)的智能基礎(chǔ)設(shè)施。可配置的LED板可以在某段時(shí)間將路面轉(zhuǎn)換為籃球場(chǎng)，再在某段時(shí)間轉(zhuǎn)換為網(wǎng)球場(chǎng)。這些道路可以成為智能城市基礎(chǔ)設(shè)施的一部分，在可預(yù)見(jiàn)的將來(lái)一定會(huì)證明特別有用。

　　圖1：由六邊形太陽(yáng)能板組成的智能太陽(yáng)能道路，可以通過(guò)LED實(shí)現(xiàn)配置。

　　智能交叉路口能夠與汽車交流的基礎(chǔ)設(shè)施將成為明天車聯(lián)網(wǎng)的一部分。智能交叉路口就是這樣一種基礎(chǔ)設(shè)施單元。如果沒(méi)有交通信號(hào)，會(huì)發(fā)生事故嗎？或者有沒(méi)有更好的方法能夠確保不發(fā)生事故，還能最大限度地減少交通擁堵和長(zhǎng)時(shí)間排隊(duì)等候的問(wèn)題嗎？事實(shí)上如果交通信號(hào)被智能交叉路口所代替，那么這些問(wèn)題都將迎刃而解。

　　智能交叉路口一般內(nèi)置有雷達(dá)子系統(tǒng)，可以用來(lái)檢測(cè)接近路口的汽車。每個(gè)雷達(dá)子系統(tǒng)都有一個(gè)控制區(qū)域，當(dāng)汽車駛?cè)脒@個(gè)區(qū)域時(shí)，雷達(dá)子系統(tǒng)就能探測(cè)到它并與它進(jìn)行信息交換（圖2）。這些子系統(tǒng)部件將連續(xù)地發(fā)送雷達(dá)信號(hào)，計(jì)算出汽車距路口的距離以及它們接近路口的速度（圖3）。這些部件需要從汽車獲得的第三種信息是即將發(fā)生的轉(zhuǎn)向信息。這個(gè)信息可以通過(guò)安裝在雷達(dá)子系統(tǒng)上的攝像頭讀取汽車的轉(zhuǎn)向燈閃爍信號(hào)捕獲到，也可以通過(guò)汽車和雷達(dá)部件之間的Wi-Fi通信得到。

　　所有這些信息都將從這些雷達(dá)收發(fā)器發(fā)送到所有雷達(dá)部件共用的子系統(tǒng)中的中央處理單元（CPU）（圖4）。這個(gè)CPU將執(zhí)行計(jì)算，并找出兩輛（或更多輛）來(lái)自不同方向但想要進(jìn)入相同車道并因此可能發(fā)生碰撞的汽車。利用汽車的距離和速度數(shù)據(jù)，并使用預(yù)先饋入的交叉路口處汽車的一般轉(zhuǎn)向軌跡線數(shù)據(jù)，CPU就能預(yù)測(cè)出任何可能的碰撞（圖5）。在判斷出這些即將碰撞的汽車后，CPU將指揮其中一輛車減速。為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)功能，CPU會(huì)將這個(gè)信息傳送給相關(guān)的雷達(dá)子系統(tǒng)，雷達(dá)子系統(tǒng)再使用Wi-Fi信號(hào)將這個(gè)信息發(fā)送給目標(biāo)汽車（圖6）。當(dāng)其中一輛車按要求減速后，碰撞就得以避免了（圖7）。雖然這個(gè)系統(tǒng)最適合自動(dòng)駕駛汽車，但也能很好地支持同樣聯(lián)網(wǎng)的人工駕駛汽車。

　　圖2：交叉路口的雷達(dá)子系統(tǒng)，以及它們的覆蓋區(qū)域。

　　圖3：雷達(dá)子系統(tǒng)連續(xù)發(fā)送雷達(dá)信號(hào)，計(jì)算出汽車距路口的距離以及它們接近路口的速度。

　　圖4：智能交叉路口的雷達(dá)子系統(tǒng)與位于交叉路口中心的CPU進(jìn)行通信。

　　圖5：在接收到雷達(dá)子系統(tǒng)發(fā)過(guò)來(lái)的信息后，CPU就能識(shí)別出可能發(fā)生碰撞的兩輛汽車。

　　圖6：CPU指揮某個(gè)雷達(dá)子系統(tǒng)要求其中一輛汽車減速。

　　圖7：（a）計(jì)算得到的經(jīng)過(guò)減速后的行駛軌跡；（b）碰撞最終是如何避免的。

　　本文小結(jié)

　　智能車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)明讓我們看到了世界上先進(jìn)技術(shù)的發(fā)展可以幫助解決某些復(fù)雜問(wèn)題的希望。智能汽車和智能基礎(chǔ)設(shè)施一起有可能解決許多問(wèn)題。交通擁堵就是這類問(wèn)題中的一種，它需要使用先進(jìn)的技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)魯棒并且能夠持久的解決方案。智能道路和智能交叉路口是未來(lái)具有無(wú)限可能的例子。明天的智慧城市將擁有許多這樣的智能基礎(chǔ)設(shè)施部件，它們將聯(lián)合起來(lái)幫助我們解決許多問(wèn)題。