合肥工业大学-基于车联网的高速公路主动防撞系统-浓缩版论文5826.pdf

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1、 1 基于车联网的高速公路主动防撞系统 设计者：赵 冲1，杨 帆2，杨永军2，郁俊泉1，陈俊杰3 指导教师：韩江洪，刘征宇（合肥工业大学 1机械与汽车工程学院 2计算机与信息学院，3交通工程运输学院 安徽 合肥 230009）作品内容简介 本方案系统隶属于交通工程、交通运输类系统，作为车辆安全相关的一个组成部分，属于危险情况类型的信息安全预警装置，旨在用于车辆的辅助驾驶。当车辆驶离或进入高速公路时，车载终端与路口设置的信息采集终端之间进行交互，将车载终端收集的信息上传，用于高速公路对车辆自动监管。高速公路上车辆行驶速度快，当存在安全隐患时，如前方施工或有车辆减速等，驾驶人员未能及时作出察觉，从

2、而引起重大交通事故。关键字：车联网，地理位置，安全相关，主动防撞，高速公路自动管理 1 研究背景 据第一财经日报报道，截止 2010 年底，中国的公路网总里程达 398 万公里，五年新增近 64 万公里，其中速公路由十五规划的 4 万 1000 公里，发展到 7 万 4000 公里，居世界第二位。若按照既有计划建设，两年内将超越美国，居世界第一。然而，在我国加速建设高速公路的同时，高速公路的交通事故率也呈上升趋势。就安徽省而言，2010年全省高速公路共发生交通事故295 起，造成 240 人死亡，505 人受伤。在所有交通事故中，尾随相撞事故 134 起，造成 102 人死亡、239 人受伤，

3、分别占总数的 45.6%、42.7%、47.9%。因此，如果能够及早提醒、避免追尾就能有效的提高交通安全，减少交通事故的发生。随着计算机信息技术的高速发展，GIS 与 GPS 的研究进展逐步深入，交通安全也逐渐进入了数字时代。针对高速公路车辆追尾事故所占事故总数的比重大，且事故伤害及经济损失大的特点，本文从常见的事故原因考虑，确定高速公路车辆追尾事故的预警系统框架。该系统对车辆的运行状态进行实时监控和分析，为驾驶员提供前方车辆是否对自身构成追尾信息，及时报警以提示驾驶员采取响应措施，能够有效地预防追尾事故。随着公路交通特别是高速公路交通的飞速发展，交通事故尤其是恶性交通事故呈不断上升趋势，交通

4、安全越来越受到广泛关注。因此，研究车辆安全预警系统，为汽车提供安全辅助驾驶功能，从而为减少常规车辆因驾驶员主观因素造成的交通事故提供智能技术保障。2 设计原理 作品的基本思路是：在进入高速公路的车辆上的安置终端设备。车辆行驶过程中，通过终端自身的GPS 和各种传感器，获得车辆的位置、速度、加速度等信息，并通过 Zigbee短距离无线通信技术进行发布。当其它车辆进入其有效广播范围内，将接收到这些信息。通过算法比较运算，根据潜在风险的估算，转达给驾驶员，提醒驾驶员注意安全，协助其进行驾驶判断。也可以在危险路段或道路维修段设置预警终端。当有车辆进入预警范围，车载终端可以接收到预警终端发送的警告信息，

5、告知驾驶员存在隐患。为了实现对高速公路车辆的自动化管理，车辆在驶离高速公路时，将车载终端记录的所有行车信息通过 Zigbee 无线上传给站点的信息收集终端。3 系统组成 本作品以高速公路上行驶的车辆作为研究主体，针对引起高速公路交通事故的主要因素超速、追尾，提出切实可行的解决方案，即构建以车辆相互之间的、可进行实 2 时信息交互的、基于 Zigbee 技术的小范围无线通信网络。系统隶属于交通工程、交通运输类系统，作为车辆安全相关的一个组成部分，属于危险情况类型的信息安全预警装置，旨在用于车辆的辅助驾驶，同时记录车辆行驶过程中一些相关信息。当车辆驶离或进入高速公路时，车载终端与路口设置的信息采集

6、终端之间进行交互，将车载终端收集的信息上传，用于高速公路对车辆自动监管。此系统更分为三个功能部分：车载终端，预警终端，信息收集终端。每个终端的工作位置和功能不同，具体如下：图 2.1.1 系统工作框架 3.1 车载终端设计：根据作品设想，为车载终端制定以下方案：它的核心是车辆信息的获取、处理、预警和发布。车载终端被安装在高速公路上行驶的车辆上。它主要进行以下三个工作：1)车辆信息的监控：作品中实现防撞，主要是通过车辆之间的无线通信来感知其它车辆的存在，以及它们的速度、加速度，因此，需要获得车辆的这些信息。通过安装在车辆上的各种信息采集设备，例如加速度传感器、GPS 等，实时的获取车辆的位置信息

7、和速度、加速度信息。2)车与车之间的信息交互功能：在车载终端中，需要具备短距离无线通信功能，能够通过无线通信网络的数据通道实时将车辆的这些信息进行广播发布。同时，能够进行信道监控，在发送信息的同时，获得其它车载终端广播的信息，进行高速公路上行驶车辆之间的无线信息交互，感知其它车辆的存在。3)信息存储能力：车载终端采用嵌入式设计，包含处理芯片和存储芯片。在车辆行驶过程中，处理器将所有的车辆自身信息、发送的信息、接收的信息以及具体是具体的时间等都记录在存储芯片中。在车辆入站和出站的过程中，车载终端通过和设置在收费站的信息收集终端之间进行交互，进行初始化设置和上传车辆行驶记录。终端的存储设备会实时的

8、记录车辆的位置和速度信息，在发生交通事故时，可以参考存储设备中的数据，分析事故原因。4)信息处理和紧急预警能力：车载终端在接收到其它车辆的速度、加速度、位置等信息后，通过芯片对这些信息进行处理。在处理过程中，将这些信息通过可视化等方式传达给驾驶人员，提醒其注意。例如，当信息分析过程中，发现前方有车辆突然减速，这时预警系统发出警报，提醒驾 3 驶员及早作出防范，避免发生追尾。行驶过程中出现本车速度过快，车载终端也会报警，提醒驾驶员降低车速。此外，在危险路段或道路维修段设置预警终端。当有车辆进入预警范围，车载终端可以接收到预警终端发送的警告信息，告知驾驶员存在隐患。3.2 预警终端功能设计 在大雾

9、、沙尘暴等恶劣行车环境下，驾驶人员很容易因为无法看清前方路况而做出错误的判断。为此，作品中设计了预警终端。预警终端的分布在高速公路的危险路段或施工路段上。它需要具备以下功能：1)路况信息的设置：为了能够向来往车辆提供有效的地理路况信息，预警模块在安放过程中需要进行初始化设置，记录此处的路况信息，如正在进行施工、急行转弯、下坡度数较大等状况。2)信息交互能力：当车辆进入危险路段，预警终端需要向车辆上的车载终端发送的路况信息，告知此处路况信息。因此，预警终端需要具备检查信道，识别车辆的功能。3.3 信息收集终端功能设计：信息收集终端设置在高速公路的入口位置。当有车辆进入时，它通过无线模块与车载终端

10、进行交互，对车载终端进行诸如车辆入站口名称、高速公路限速多少等初始化设置。同时，车辆在驶离高速公路时，读取存储模块存储的车辆在此段高速公路上的车辆行为。它需要具备以下功能：1)数据库管理功能 高速公路通行车辆数量较多，单纯的数据存储已无法实现功能上的要求。因此在信息收集终端的上位机编程上需要实现数据库方面的读写，同时，可以对这些数据进行系统的管理。2)自动化溯源和追查功能 以实现车辆自动化管理为目的，对功能有了更高的要求。在获得车辆的行驶过程中大量数据后，信息收集终端需要能够从大量的数据中追查哪些车辆在行驶过程中违章，例如超速、转向、长时间停靠等，并根据这些信息，对该车辆开出罚单或高速公路收费

11、。3)无线信息交互能力 同样，车辆进站出站过程中，信息收集终端需要对车辆进行设置和信息收集，为了减少这些步骤的时间，所有的这些工作都通过自动无线通信来进行。一方面减少通行办理时间，另一方面，实现高速公路的自动化管理。4 作品特色 根据检索和查新，本项目具有以下创新点：1)车联网应用在高速公路主动安全中 实时采集、分析周围车辆的信息，发现异常情况立即对本车驾驶员进行报警，做到主动预防，避免遇到交通事故时的被动躲避，降低事故率。设计中，不再认为高速公路上行驶的车辆是单独存在的个体，而是以车为节点和信息源，通过无线通信等技术手段来交换信息。本作品在设计过程中，为了以后功能的拓展，完全按照车辆网未来的

12、需求来搭建。2)基于车辆安全距离的信息传播方法 如果接收信息的车辆与发送信息的车辆超过一定的距离，则它们之间安全相关程度不强，此时，接收信息的车辆不转发接收到的信息。该原则能有效的减少了转发信息车 4 辆数量，避免网络的泛洪，提高了信息传输的可靠性，并且能保证相关紧急信息能在安全相关的车辆间传输，合理的控制了信息的传播范围。5 应用前景 汽车电子化被认为是汽车技术发展进程中的一次革命，是衡量现代汽车水平的重要标志。改进汽车性能最重要的技术措施之一。汽车电子化被认为是汽车技术发展进程中的一次革命，自 20 世纪 70 年代以来，电子技术开始在汽车上快速发展和广泛应用。随着社会的发展，人类对汽车的

13、性能，环保，能源，安全，舒适，娱乐等方面提出了更高的要求。Telematics 是远距离通信的电信（Telecommunications）与信息科学（Informatics）的合成词，按字面可定义为通过内置在汽车、航空、船舶、火车等运输工具上的计算机系统、无线通信技术、卫星导航装置、交换文字、语音等信息的互联网技术而提供信息的服务系统。也就是说通过无线网络，随时给行车中的人们提供驾驶、生活所必需的各种信息。未来汽车会实现电气化、智能化与无人驾驶，车与车、车与道路之间会具有交流动能，交通堵塞、空气污染、交通事故也将成为历史。下一代交通运输系统和智能社会交通的基本构成已经呼之欲出，而集 Telem

14、atics 技术和车联网技术于一体的下一代智能交通系统（ITS）将彻底改变未来出行模式。车联网这个新兴产业的发展前景令人向往，但是需要更多力量的帮助，有理由相信，在不久的将来我们的生活也因车联网而改变。本作品只是作为车联网在交通安全方面的一个应用。它不仅能够独立的应用于轨道交通，而且满足车联网的发展需要，能够提供一个基本的框架来为信息服务提供支持。在整个系统中，每辆安装有该终端的车辆可以看作是一个无线自组网络中的节点，在高速公路收费站入口处安装有相应的无线自组网络节点，当车辆进入高速公路收费站时，车辆节点和收费站的节点组成点对点的无线网络，用来向收费站发布车辆本身的信息，实现高速公路自动收费，

15、这类似于在地铁上的刷卡自动计费系统。类似的，车辆在高速公路上运行时，会实时得与周围装有该终端的车辆以及在高速公路上分布的固定无线网络节点组成临时无线自组网络，发送车辆本身的运行状况，及时将车辆的运行情况发布出去，以便在车辆出现故障时，通过高速公路上分布的固定无线网络节点将车辆的故障信息发送到高速公路管理部门，进而可以实现车辆在高速公路上的车辆辅助定位。这样，在车辆驶入高速公路收费站后，车辆就享受着车联网系统的“一条龙服务”：ETC 自动计费，实时给司乘人员驾驶提醒，车辆辅助救援定位。通过车联网，有效地实现了高速公路的自动化管理，市场前景广阔。参考文献 1 韩旭东,张春业,李鹏.传感器无线互联标

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