王慧

（安徽三聯(lián)學(xué)院 交通工程學(xué)院，安徽 合肥 230601）

基于GPS/GPRS交通事故聲音檢測(cè)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)

王慧

（安徽三聯(lián)學(xué)院 交通工程學(xué)院，安徽 合肥 230601）

隨著我國(guó)機(jī)動(dòng)車(chē)保有量持續(xù)快速增長(zhǎng)，道路交通事故的發(fā)生率也越來(lái)越多，如何在第一時(shí)間使傷員得到應(yīng)有的救治和幫助，有效地減少道路交通事故的死亡比例，具有非常重大的意義.本文主要描述一種利用車(chē)輛發(fā)生事故時(shí)的碰撞聲音與正常行駛聲音的不同，從而自動(dòng)檢測(cè)道路交通事故，并且利用現(xiàn)有的GPRS網(wǎng)絡(luò)將事故信號(hào)和地址信息傳遞到交通事故指揮中心的報(bào)警系統(tǒng).

聲檢測(cè)自動(dòng)報(bào)警；GPS/GPRS

隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)持續(xù)快速增長(zhǎng)，機(jī)動(dòng)化進(jìn)程不斷加快，帶動(dòng)了交通運(yùn)輸業(yè)的迅猛發(fā)展，使交通流量、機(jī)動(dòng)車(chē)及駕駛?cè)藬?shù)量急劇增長(zhǎng)，交通需求矛盾日益突出，道路交通壓力增大，誘發(fā)出越來(lái)越多的交通事故.

但是，交通事故在很多時(shí)候可以通過(guò)及時(shí)報(bào)警得到有效救助.研究表明，傷員在交通事故發(fā)生后“鉑金時(shí)間”（前10分鐘內(nèi)）和“黃金時(shí)間”（1個(gè)小時(shí)內(nèi)）得到應(yīng)急救援和基礎(chǔ)治療，理論上至少可以減少交通事故死亡比例的18%～25%.

因此，如何建立一個(gè)快速、高效的應(yīng)急救援系統(tǒng)，對(duì)于現(xiàn)階段我國(guó)的道路交通安全防治，具有非常重大的意義.

現(xiàn)階段，發(fā)生道路交通事故后，最為有效的報(bào)警方式是撥打報(bào)警電話(huà)，但是，一旦現(xiàn)場(chǎng)沒(méi)有目擊者，或者駕駛員和乘客因劇烈碰撞受傷而喪失主動(dòng)報(bào)警能力，就容易錯(cuò)過(guò)人員搶救的黃金時(shí)間，使駕駛員和乘客失去了搶救機(jī)會(huì).而且事發(fā)地點(diǎn)難以確定，報(bào)警信息甄別困難.而傳統(tǒng)的交通事件檢測(cè)裝置，主要分為基于磁頻信號(hào)的車(chē)輛檢測(cè)設(shè)備，基于波譜信號(hào)車(chē)輛檢測(cè)設(shè)備和基于視頻信號(hào)車(chē)輛檢測(cè)設(shè)備，對(duì)于交通事故這種微觀現(xiàn)象的檢測(cè)是間接的，效果不佳.所以我們需要一種直接而且自動(dòng)的檢測(cè)交通事故的方式.

1 報(bào)警信號(hào)的選擇

在重大交通事故發(fā)生時(shí)，車(chē)輛運(yùn)行狀態(tài)與正常行駛相比發(fā)生了相應(yīng)的變化，并且伴有劇烈碰撞的聲音，其碰撞聲與周?chē)脑肼暣嬖谳^大的差別.因此可以通過(guò)聲音傳感器實(shí)時(shí)采集并分析車(chē)輛周?chē)穆曇?，判別車(chē)輛的運(yùn)行情況，一旦有事故發(fā)生，可立即提取碰撞聲并識(shí)別，及時(shí)發(fā)出警報(bào)信號(hào).聲音檢測(cè)與其他檢測(cè)方法相比較，其計(jì)算方法相對(duì)簡(jiǎn)單，對(duì)于不同車(chē)型、交通事件等可以直接檢測(cè)出來(lái)，同時(shí)檢測(cè)快速、準(zhǔn)確，不易受雨、雪等氣候環(huán)境和交通條件的影響，可以全天候工作；在檢測(cè)中使用的聲音信號(hào)檢測(cè)器成本低廉，并且信號(hào)處理量小，既可以在線(xiàn)實(shí)時(shí)處理，又可以方便遠(yuǎn)程傳輸；而且聲音信號(hào)檢測(cè)器體積小，安裝方便，可靠性強(qiáng)，不容易被損壞，維護(hù)起來(lái)方便容易.

2 GPS和GPRS的相關(guān)介紹

2.1 關(guān)于GPS概述

GlobalPositioningSystem詞組就是GPS的英文縮寫(xiě).早在上個(gè)世紀(jì)70年，美國(guó)的陸、海、空三軍聯(lián)合共同研制出集導(dǎo)航、定位為一體的系統(tǒng)，其中它包括三個(gè)部分.

2.1.1 空間部分

GPS的空間部分是由21顆工作衛(wèi)星組成，都相繼分布在6個(gè)軌道平面上，并且在每個(gè)軌道面上4顆衛(wèi)星，其每個(gè)軌道的傾角是55度.除此之外，也有3顆有源備份衛(wèi)星也要在軌道上運(yùn)行.這樣一來(lái)，不管在任何地方、任何時(shí)間人們都可以隨時(shí)觀測(cè)到至少4顆衛(wèi)星，與此同時(shí)，還可以在衛(wèi)星中預(yù)存相關(guān)的導(dǎo)航信息.

2.1.2 地面控制系統(tǒng)

地面控制系統(tǒng)由監(jiān)測(cè)站(MonitorStation)、主控制站(MasterMonitorStation)、地面天線(xiàn)(GroundAntenna)所組成，主控制站位于美國(guó)科羅拉多州春田市(ColoradoSpring).地面控制站負(fù)責(zé)收集由衛(wèi)星傳回的訊息，并計(jì)算衛(wèi)星星歷、相對(duì)距離，大氣校正等數(shù)據(jù).

2.1.3 用戶(hù)設(shè)備部分

用戶(hù)設(shè)備部分即GPS信號(hào)接收機(jī).根據(jù)接收到的衛(wèi)星數(shù)據(jù)，接收機(jī)計(jì)算出用戶(hù)所在地理位置的經(jīng)緯度、高度、速度、時(shí)間等信息.

迪慶、麗江供電局在完成沿岸生產(chǎn)人員安全轉(zhuǎn)移的基礎(chǔ)上，積極開(kāi)展線(xiàn)路巡視和設(shè)備排查，安排人員 24小時(shí)蹲守江邊監(jiān)測(cè)洪峰情況。123個(gè)安置點(diǎn)，2371個(gè)帳篷，到處能見(jiàn)到南網(wǎng)人的身影，在點(diǎn)亮安置點(diǎn)的同時(shí)，他們還在安置點(diǎn)設(shè)置了便民充點(diǎn)點(diǎn)，向?yàn)?zāi)民發(fā)放安全用電資料，并24小時(shí)值守在安置點(diǎn)。

GPS衛(wèi)星使用L波段的短波信號(hào)做為導(dǎo)航載波信號(hào)，L波段的導(dǎo)航信號(hào)分為三種，分別為L(zhǎng)1（1575.42MHz）、L2（1227.60MHz）、L3（1381.05MHz）.

根據(jù)信息論中的仙農(nóng)(C.E.Shannon)定理：C=Blg2 (1+S/N)，（其中B表示通訊系統(tǒng)的頻帶寬度，事實(shí)上指的是通訊速度；而S/N指的是通訊信號(hào)信號(hào)與噪聲功率的比值；而C指的是通信系統(tǒng)的容量大小.）眾所周知，我們?cè)诮⒁粋€(gè)完善的通信系統(tǒng)以后，系統(tǒng)的容量C值就已經(jīng)固定了，當(dāng)通信系統(tǒng)C確定時(shí)，我們?cè)噲D通過(guò)加大通訊系統(tǒng)的頻帶寬度，來(lái)進(jìn)一步降低信噪比S/N.而降低S/N的本質(zhì)其實(shí)就是降低了發(fā)射功率，可以有效的節(jié)約GPS衛(wèi)星電能；除此之外，一旦把信號(hào)功率降低到低于噪聲功率的水平，這樣一來(lái)，能夠把信息淹沒(méi)在噪聲中，使其進(jìn)行傳播，這樣一來(lái)，能夠更好的提高信息的安全性.

GPS系統(tǒng)的導(dǎo)航與定位信號(hào)其生成方式與普通的無(wú)線(xiàn)電信號(hào)傳輸?shù)氖侄斡兄举|(zhì)的區(qū)別，但是，卻離不開(kāi)調(diào)制信號(hào)與載波兩個(gè)因素的影響.

通常情況下，GPS調(diào)制信號(hào)由兩部分組成，即導(dǎo)航電文和偽隨機(jī)噪聲碼.偽隨機(jī)碼分C/A碼和P碼兩種.所以導(dǎo)航電文與偽隨機(jī)碼的組合分為以下兩種情況：

（1）D(t)C(t)：C(t)表示C/A碼的隨機(jī)序列，組合后碼率為50Hz的D碼變成了頻率為1.023MHz的組合碼；

（2）D(t)P(t)：D碼和P碼組合后，D碼從原來(lái)的50Hz變成了10.23MHz的組合碼.

所以可以看出，關(guān)于GPS的“擴(kuò)頻”措施指的是把導(dǎo)航電文的碼率進(jìn)行提高，使其成為更高碼率的組合碼.

利用擴(kuò)頻之后的組合碼進(jìn)行調(diào)制L波段載波時(shí)，通過(guò)調(diào)制后的載波就形成了具有GPS定位信息的導(dǎo)航信號(hào)，這樣一來(lái)，就可以方便為用戶(hù)傳輸數(shù)據(jù)信息.對(duì)于GPS的接收機(jī)來(lái)說(shuō)，是把高頻GPS導(dǎo)航定位信息各個(gè)L的波段還原成頻率為50HZ的D碼，然后再使用D碼導(dǎo)航電文執(zhí)行導(dǎo)航與定位操作.

對(duì)于導(dǎo)航定位的方法有很多，其中最為常見(jiàn)的包含以下幾個(gè)方法：第一，單點(diǎn)定位法.主要指的是把GPS接收機(jī)將D碼從導(dǎo)航定位信號(hào)中調(diào)出，可以結(jié)合D碼所提供的導(dǎo)航行為信息確定其位置.第二，差分定位法，也被稱(chēng)之為是DGPS，它事實(shí)上是將單點(diǎn)定位的GPS接收機(jī)外加一個(gè)固定GPS的基準(zhǔn)站來(lái)更好的進(jìn)行定位.其中GPS基準(zhǔn)站接收的數(shù)據(jù)稱(chēng)為DGPS數(shù)據(jù)鏈，GPS接收機(jī)利用DGPS數(shù)據(jù)可以對(duì)目前的定位坐標(biāo)信息加以修改，這樣一來(lái)可以得到更為準(zhǔn)確的導(dǎo)航定位坐標(biāo).

文章所提高的的GPS設(shè)備，接收使用D(t)C(t)組合，利用C/A偽隨機(jī)碼將D碼的頻率變成1.023MHz的L1波段導(dǎo)航信號(hào).接收機(jī)的采用第一種單點(diǎn)定位方法獲得定位信息.

2.2 GPRS的相關(guān)介紹

我們通常將分組無(wú)限業(yè)務(wù)簡(jiǎn)稱(chēng)為GPRS，此系統(tǒng)是建立在以手機(jī)系統(tǒng)為基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，也可以將其看成是GSM的另一種延續(xù).只需在現(xiàn)有的GSM網(wǎng)絡(luò)中增加一些節(jié)點(diǎn)即可建立起GPRS網(wǎng)絡(luò).相對(duì)于GSM網(wǎng)絡(luò)，GPRS傳輸數(shù)據(jù)的速度提高了，建立網(wǎng)絡(luò)連接的時(shí)間降低了，隨時(shí)都可與網(wǎng)絡(luò)保持聯(lián)系，而費(fèi)用卻更加合理.

3 聲音檢測(cè)交通事故報(bào)警系統(tǒng)

報(bào)警系統(tǒng)的硬件組成框圖如下圖所示.

圖1 報(bào)警系統(tǒng)硬件框圖

當(dāng)車(chē)輛發(fā)生碰撞后，系統(tǒng)通過(guò)DSP聲檢測(cè)模塊，判斷車(chē)輛碰撞聲音與正常行駛時(shí)不同，從而識(shí)別道路交通重大事故的發(fā)生，然后發(fā)出事故檢測(cè)信號(hào)送交主控制器.GPS接收器一直保持正常工作，一旦接收到由主控制器從串口1發(fā)出的事故請(qǐng)求信號(hào)后，將從GPS衛(wèi)星接收的信息中提取有效部分，如經(jīng)緯度、時(shí)間等，保存到指定的RAM緩存地址.然后主控制器將報(bào)警信號(hào)與GPS數(shù)據(jù)進(jìn)行封裝，以規(guī)定的格式通過(guò)第二個(gè)串口交給GPRS模塊，模塊通過(guò)PPP協(xié)議與CMNET網(wǎng)關(guān)進(jìn)行通信，然后由CMNET網(wǎng)關(guān)連接到INTERNET，將數(shù)據(jù)送交網(wǎng)絡(luò)，然后由后臺(tái)交通事故指揮中心的信息管理中心服務(wù)器從INTERNET接收，此時(shí)指揮中心便可以確認(rèn)事故及獲取事故相關(guān)信息.

本文設(shè)計(jì)的基于GPS/GPRS的車(chē)載自動(dòng)聲檢測(cè)報(bào)警系統(tǒng)隸屬于國(guó)家“863”科研計(jì)劃項(xiàng)目——交通事故一體化救援系統(tǒng)，目前成品終端已經(jīng)投入實(shí)際運(yùn)行.

可以看出，使用GPRS作為GPS定位自動(dòng)報(bào)警的無(wú)線(xiàn)傳輸手段，費(fèi)用低廉、無(wú)需線(xiàn)纜施工、安全可靠、維護(hù)方便，是一種經(jīng)濟(jì)可行、技術(shù)先進(jìn)的系統(tǒng)構(gòu)建方案.從接到報(bào)警提示到GPRS發(fā)出報(bào)警信號(hào)并傳輸?shù)娇刂浦行?，整個(gè)過(guò)程不到1分鐘.時(shí)間短暫，工作性能穩(wěn)定.對(duì)于車(chē)輛的定位比較精確，報(bào)警的判斷比較準(zhǔn)確，并且設(shè)備的操作非常簡(jiǎn)單方便，使用人群不需要經(jīng)過(guò)專(zhuān)門(mén)的培訓(xùn)來(lái)操作設(shè)備.

4 結(jié)束語(yǔ)

聲信號(hào)檢測(cè)技術(shù)在汽車(chē)技術(shù)領(lǐng)域目前并不是非常成熟，但是，利用聲信號(hào)檢測(cè)結(jié)合GPS和GPRS數(shù)字網(wǎng)絡(luò)，可以快速、主動(dòng)地對(duì)于道路交通事故進(jìn)行報(bào)警，為傷員的搶救爭(zhēng)取時(shí)間，解決目前交通事故被動(dòng)報(bào)警、救援遲滯的問(wèn)題，具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義.

〔1〕金會(huì)慶.道路交通事故防治工程[M].人民交通出版社.

〔2〕深圳天工測(cè)控技術(shù)有限公司.GPS全球定位系統(tǒng)及天工模塊產(chǎn)品應(yīng)用指南[J].

U495

A

1673-260X（2012）09-0062-02

國(guó)家863科研計(jì)劃項(xiàng)目（2008AA11Z204）；安徽三聯(lián)學(xué)院院級(jí)科研配套項(xiàng)目（2010004）