汪齊齊 張金偉

(安徽理工大學計算機科學與工程學院 安徽淮南 232001)

道路上正出現(xiàn)越來越多的車輛，截止到2022年初，中國的汽車保有量突破3億輛。路上車流不息，隨之而來的是各樣的交通事故，造成了大量的人員傷亡和財產(chǎn)損失，交通事故的主要原因多是由司機超速行駛、酒后駕駛、疲勞駕駛導(dǎo)致的反應(yīng)不及時造成的，眾多的交通事故中約78%是因汽車碰撞導(dǎo)致[1]，因此發(fā)展此系統(tǒng)十分有必要，能在出事前幾秒進行報警或自動處理以避免汽車碰撞，能極大保證人民的生命財產(chǎn)安全。

該文有以下幾點特色：（1）多種傳感器：速度、加速度、圖像傳感器等采集所要的信息[2]；（2）多種防撞預(yù)警系統(tǒng)：超聲波、雷達、紅外線預(yù)警系統(tǒng)來感知周圍環(huán)境；（3）剎車控制連接安全氣囊實現(xiàn)即使未發(fā)生碰撞也能彈出安全氣囊[3]起到保護人員的作用；（4）預(yù)警危險、擇時控制車輛，采集、處理、上傳碰撞信息，以供救援人員及時響應(yīng)。

1 系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

設(shè)計此系統(tǒng)前筆者首先考慮以下問題：（1）如何感知到危險的存在。這其中還應(yīng)考慮到如何區(qū)分普通信號、危險信號。（2）檢測到危險信號后如何處理分析并采取措施。及時報警并進行控制，還是僅報警以待司機處理。（3）如何控制車輛。分析計算危險信號準備開啟自控功能后如何選擇恰當?shù)臅r間控制剎車系統(tǒng)并判斷是否彈出安全氣囊。（4）自控過程中如何根據(jù)周圍環(huán)境適當調(diào)整。車輛行駛過程中一旦發(fā)生危險狀況若不選取恰當?shù)奈恢猛＼囂幚順O有可能給后方車輛以及自身帶來一定的危險。（5）碰撞發(fā)生后，如何第一時間發(fā)出碰撞地點、碰撞程度等信息至碰撞檢測中心以便及時救援。

針對問題（1）尋找一種或多種合適的能相互配合相互彌補的防碰撞預(yù)警系統(tǒng)來感知危險信號。針對問題（2）（3）采用控制系統(tǒng)和CPU處理器進行防撞控制與危險保護。針對問題（4）利用超聲波的短距離特性辨識車輛周圍環(huán)境。針對問題（5）利用加速度傳感器，將碰撞信號處理后發(fā)送給碰撞檢測中心，利用GPS 全球定位系統(tǒng)發(fā)送事故位置信息至相關(guān)道路安全部門[4]。解決以上問題的流程圖具體見圖1。

圖1 預(yù)警自控系統(tǒng)實現(xiàn)過程

具體實現(xiàn)過程中，雷達、超聲波、紅外線防碰撞預(yù)警系統(tǒng)三者相互配合分別實現(xiàn)探測前方車輛與本車的距離速度等、周圍物體可能對本車的影響、熱成像物體的圖像（采用多CPU 處理器更高效準確地對圖像進行處理），再將識別探測的結(jié)果送至汽車控制系統(tǒng)，進行一系列復(fù)雜的信號分析處理計算，進行決策探測的信號類型[5]，若是危險信號則啟動報警并擇時利用CPU進行控制剎車裝置、判斷開啟安全氣囊。此部分硬件框圖具體見圖2。

圖2 系統(tǒng)硬件模塊實現(xiàn)框圖

考慮到還有一些突發(fā)狀況會使碰撞發(fā)生，考慮結(jié)合無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)[6]完善此系統(tǒng)以供碰撞發(fā)生后的處理救援。此部分的實現(xiàn)主要基于部署在車輛前方的加速度傳感器節(jié)點終端，通過節(jié)點探測到的碰撞數(shù)據(jù)，通過無線物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)與有線網(wǎng)絡(luò)接入將數(shù)據(jù)上傳于道路交管部門，有關(guān)部門根據(jù)車載GPS 定位到事故發(fā)生地實施救援行動[7]。上述與道路安全部門聯(lián)接的方案具體見圖3。

圖3 碰撞發(fā)生后獲得救援

2 測試與分析

運用Matlab軟件進行仿真：模擬出道路狀況，設(shè)定車輛速度、行駛軌跡，假定道路上只有兩輛車，其余物體分別為非機動車輛、行人、建筑物等。兩車行駛過程中[8]，甲車開啟系統(tǒng)，乙車未開啟。經(jīng)模擬[9]看出甲車前方一直發(fā)出探測信號，在遇到障礙物時會出現(xiàn)加重標記，由于兩車距離較遠、車速不高、道路兩旁物體未被系統(tǒng)標記為危險信號，因此甲車并未啟動預(yù)警、自控系統(tǒng)，在路上正常行駛。從整體上看，此系統(tǒng)能夠較好地感知前方車輛及四周狀況。但因筆者時間、能力的原因，在自控彈出氣囊時控制剎車的過程并未實現(xiàn)；碰撞發(fā)生后進行信息傳送的過程也未完全實現(xiàn)（僅在Things Board平臺實現(xiàn)）。

3 創(chuàng)新性說明

自控時除考慮改車輛安全也考慮到根據(jù)周圍環(huán)境適當調(diào)整保證其他車輛安全；剎車控制連接安全氣囊實現(xiàn)即使未發(fā)生碰撞也能彈出安全氣囊；事故發(fā)生后，能采集碰撞加速度物理信號，感知識別碰撞信號進行處理判斷，并上傳至碰撞檢測云平臺，達到公路安全管理部門及時掌握事故的嚴重程度信息，并通過GPS 定位事故發(fā)生地做出及時響應(yīng)。

4 前景及展望

此系統(tǒng)思路可應(yīng)用在各種車輛當中，降低事故發(fā)生的概率；此系統(tǒng)的感知報警功能可以應(yīng)用在一些危險系數(shù)較大的工程當中：地下礦物開采、危險化學品泄漏探測等；也可為自動駕駛時代的到來注入活力，在自動駕駛汽車的安全感知、自動處理等方面有巨大的應(yīng)用前景。不久的將來，街道上行駛的車輛都安上此系統(tǒng)，幫助解決疲勞駕駛、注意力不足等可能帶來的交通安全問題。筆者愿此系統(tǒng)可以為道路安全問題做出貢獻。

5 結(jié)語

近年來，企業(yè)正布局汽車自動駕駛，發(fā)展此類系統(tǒng)不僅可以提高企業(yè)核心競爭力，為研究自動駕駛技術(shù)提供一定的幫助，還能保障居民的出行安全。此系統(tǒng)有一定的創(chuàng)新性，希望可以合作互助早日做成完善系統(tǒng)。下面給汽車企業(yè)的讀者提出以下拙見：加大汽車安全技術(shù)的投入，對一些汽車相關(guān)的性能做出進一步提高，對相關(guān)成本能控制在一個較合理的水平，保證居民有條件購買安裝此系統(tǒng)；引入高技術(shù)高創(chuàng)新型人才，打造更好的產(chǎn)品使民眾認可；具有一定的前瞻性，針對未來可能的發(fā)展趨勢及時做出相應(yīng)的調(diào)整與產(chǎn)業(yè)布局。