崔梓鈺

（山東建筑大學，山東 濟南 250101）

0 引言

近年來，隨著機動車保有量逐年攀升，交通事故的發(fā)生率也逐年升高。由于無信號交叉口沒有信號燈，在交叉口會車時，駕駛員必須憑借自身的經(jīng)驗來判斷是否通過交叉口，而當駕駛員的主觀判斷出現(xiàn)錯誤或違反了交通安全法規(guī)時，相比有信號控制交叉口的情況下，無信號交叉口的事故發(fā)生概率急劇增大。據(jù)資料[1]顯示，美國城市車輛交通事故的55%發(fā)生在交叉口，鄉(xiāng)村車輛交通事故的32%發(fā)生在交叉口；中國城市的交通事故大約30%發(fā)生在平面交叉口。

因此很有必要研發(fā)一種無信號燈公路交叉口事故預警防撞系統(tǒng)，在車輛發(fā)生事故前發(fā)送預警信息進行有效的碰撞危險規(guī)避，保障車輛在無信號燈公路交叉口行駛的安全性。

1 系統(tǒng)簡介

“無信號燈公路交叉口事故預警防撞系統(tǒng)”旨在為行至無信號燈公路交叉口的車輛提供安全的行駛方案，達到所有車輛安全通過路口，避免車輛碰撞的效果。系統(tǒng)主要分為微波車輛檢測雷達、中央信息處理系統(tǒng)、結(jié)合ZigBee無線通訊技術(shù)和語音播報技術(shù)的車內(nèi)飾件三部分（見圖1）。微波車輛檢測雷達設(shè)置在駛進路口方向的路旁，來檢測車輛速度；中央處理系統(tǒng)作用為接收兩沖突方向車輛速度信息，經(jīng)過編入的沖突消解優(yōu)化算法，得出雙方車輛安全通行方案；車內(nèi)飾件系統(tǒng)作用為通過ZigBee無線通訊接收中央處理系統(tǒng)得出的通行方案，并反饋至車輛，通過語音播報告知駕駛員，播報結(jié)果分為以下兩種“請保持勻速行駛”、“請減速慢行”，以最直觀，最簡潔的告知方式使駕駛員準確地、安全地順利通過交叉口而不發(fā)生交通事故。

圖1 無信號燈公路交叉口事故預警防撞系統(tǒng)系統(tǒng)組成

2 設(shè)計思路

本作品主要研究在公路存在的無信號燈交叉口，將交叉方向分為主路和支路，由于主路車流量大車速快，支路車流量小車速慢的特點，為提高道路通行效率和安全指數(shù)，確定以“支路服從主路”的原則，通過在主路道路一側(cè)設(shè)置微波車輛檢測雷達，檢測主路方向來車速度，經(jīng)過車輛沖突消解速度優(yōu)化方法得出最佳通行方案，即最終雙方車輛能夠安全通過不發(fā)生事故的小路車輛做出的減速變化，將此方案信息傳遞至小路車內(nèi)掛件接收器進行預警，從而達到司機主動規(guī)避危險、減低事故率的效果。

3 系統(tǒng)工作流程

車輛進入雷達區(qū)域：當車輛進入雷達探測區(qū)域即進入紅色圓邊界時，雷達開始檢測車速；雷達探測的信息通過ZigBee通訊技術(shù)實時傳遞給中央處理器，中央處理器經(jīng)過沖突消解算法程序的運行得出最佳通行方案；利用ZigBee通訊技術(shù)將方案信息傳遞至車內(nèi)掛件，進行語音播報，播報結(jié)果為：“請保持勻速行駛”、“請減速慢行”。

4 區(qū)域及設(shè)備布置

“無信號燈公路交叉口事故預警防撞系統(tǒng)”的實現(xiàn)可由圖2進行區(qū)域及設(shè)備設(shè)置說明。

4.1 區(qū)域設(shè)置說明

（1）小圓區(qū)域：交叉口沖突分為合流沖突和交叉沖突，兩車道十字交叉口存在12個合流沖突點與16個交叉沖突點。由于支路寬度較小，而沖突點較多，特設(shè)置綠色圓區(qū)域作為沖突點的集中區(qū)域，將所有沖突點看為一個沖突點，此處不再分合流沖突與交叉沖突。

（2）大圓區(qū)域：為給整個系統(tǒng)運行留出充足時間，以及駕駛員接收信息后，能夠穩(wěn)定安全的做出減速反應，特設(shè)置紅色圓緩沖區(qū)域。同時為減小綠色圓半徑帶來的誤差，特將紅色圓域半徑設(shè)置為150 m。

4.2 設(shè)備布置說明

（1）中央處理器：設(shè)置于路口中心位置，便于接收、反饋各方向信息。

（2）雷達：設(shè)置于圖中紅色圓與道路交叉點，以探測速度后進行后續(xù)系統(tǒng)的工作實施，為車輛做出減速反應留出適當?shù)木彌_時間。

（3）車內(nèi)掛件：以車輛為載體，以普通車內(nèi)飾件外觀包裝，設(shè)置于車內(nèi)，作為接收方案和反饋方案系統(tǒng)，有效地將結(jié)果傳遞給駕駛員，為其提供判斷依據(jù)。

5 沖突消解方案設(shè)計

5.1 系統(tǒng)設(shè)計原則

為提高無信號燈公路交叉口道路通行效率和安全指數(shù)，確定以“支路服從主路”的思想。下文設(shè)計的沖突消解方案以此思想為前提，全部使小路車輛做出減速反應，而使主路車輛保持勻速。由于車內(nèi)飾件置于每輛車內(nèi)，中央處理系統(tǒng)根據(jù)車輛所在位置（主路或小路），判斷發(fā)送信號。

由于支路道路狹窄且，車流量小，通過對身邊駕駛員的走訪調(diào)查，得知由于無信號燈控制加上支路路標設(shè)置不嚴謹，駕駛員可能會在多車道出現(xiàn)亂道現(xiàn)象，因此這里將支路當做一車道（單向）處理；主路為多車道，本作品研究以主路路面存在一車和兩車情況進行研究，多車情況類似。

5.2 方案設(shè)計

5.2.1 兩個方向的車同時到達雷達接受信號范圍邊界（見圖3）

圖3 兩個方向的車同時到達雷達接受信號范圍邊界

（1）支路一車主路一車（設(shè)主路車速為v1，設(shè)支路車的速度為v2）（見圖4）

a.v1=v2：支路服從主路，讓支路上的車v2減速，主路上的車以v1保持原速度通過。

b.v1≠v2：兩車不會發(fā)生沖突，均保持原速度通過即可。

圖4 支路一車主路一車

（2）支路一車，主路兩車（多車同理）（主路車速為 v1、v2，支路車速為 v3）

a.v1=v3：

v2=v3時，令支路v3減速，v1、v2保持原速度通過。

v2＞v3時，令支路v3減速，v1、v2保持原速度通過。

v2＜v3時，令支路v3減速但不減至v2，v1、v2保持原速度通過。

b.v1＞v3：

v2=v3時，令v3減速，v1、v2保持原速度通過。

v2＞v3時，各路車輛v1、v2、v3均不用改變速度。

v2＜v3時，各路車輛v1、v2、v3均不用改變速度。

c.v1＜v3：

v2=v3時，令支路v3減速但不減至v1，v1、v2保持原速度通過。

v2＞v3時，各路車輛v1、v2、v3均不用改變速度。

v2＜v3時，各路車輛v1、v2、v3均不用改變速度。

5.2.2 兩個方向的車不同時到達雷達接受信號范圍邊界

（1）車1先進入雷達接受信號范圍邊界

a.v2≤v1時，各路車輛v1、v2均不用改變速度。

b.v2＞v1時，令支路v2減速至v1，v1保持原速度通過。

（2）車2先進入雷達接受信號范圍邊界

a.v1＞v2時，令主路v1減速，v2保持原速度通過。（為確保安全，此處使主路車輛減速，是唯一不服從“支路服從主路”思想的一種情況）

b.v1≤v2時，各路車輛v1、v2均不用改變速度。

6 可行性分析

對于較城市中心偏遠的不繁華的國道、省道以及城鎮(zhèn)公路，大量投入高科技信息設(shè)備經(jīng)濟效益不高，在這種情況運用一些小型信息科技產(chǎn)品便能發(fā)揮其作用。目前我國有640多個城市，每個城市平均有40～50個路口需要監(jiān)控，市場空間廣闊。

測速以及計算系統(tǒng)技術(shù)成熟，主要應用雷達測速系統(tǒng)，利用多普勒效應原理，對運動車輛產(chǎn)生的多普勒頻率進行頻譜分析，并計算出其行駛速度?，F(xiàn)在的雷達測速技術(shù)比較成熟，國內(nèi)外均有較精確的雷達測速系統(tǒng)。

司機接收信號系統(tǒng)（反饋機制）簡易美觀：信號接收裝置設(shè)計為一個小型吊墜，語音播報從雷達接收的信號，司機根據(jù)提示進行降速或正常行駛。

7 結(jié) 語

本系統(tǒng)檢測裝置主要采用較為常見且價格較實惠的雷達系統(tǒng)，計算機上的算法處理系統(tǒng)，以及位于車內(nèi)的信息反饋系統(tǒng)，整個系統(tǒng)成本較低，適用于在較為偏僻的公路路口安裝。并且能較準確的完成主路車流量狀況、次路車流量狀況、次路車輛參數(shù)（距離、速度、加速度等）等信息的采集。信息的處理過程盡可能優(yōu)化：在中央處理系統(tǒng)，將信息采集子系統(tǒng)采集到的人、車、路的信息加以篩選、分析。通過具體算法的計算，得出詳盡的引導策略，信息的表達途徑清晰明確。

減少無信號燈公路交叉口會車的車輛之間的沖突，在一定程度上減少了因為沒有信號燈控制而引起的交通事故，達到駕駛員能夠主動準確規(guī)避事故危險的目的，保障車輛在無信號燈公路交叉口行駛的安全性。有利于保障民眾的出行安全，降低無信號公路的事故率，提升道路運輸?shù)陌踩?，又能有效改善道路環(huán)境，對推動當?shù)亟煌ìF(xiàn)代化、夯實其經(jīng)濟發(fā)展基礎(chǔ)具有重大意義。