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1、. .基于车联网技术的汽车防撞预警摘要：随着现代社会的开展，人们的出行需求不断增加，随之带来的交通问题也称为人们关注的热点。车联网是现代智能交通开展的一个热点，其是将车辆和道路等因素作为一个有机整体考虑。在车联网领域中，针对行车平安问题开展出来的车辆防撞预警系统能够有效的减少交通事故的发生，为驾驶员的驾驶提供有效的保障。关键词：交通；车联网；行车平安；防撞预警1.车联网技术概述1.1车联网的定义车联网Connected Vehicles:由车辆的位置、速度及行驶路线等集合而成的信息交互网络，车联网技术结合了现代交通技术与现代通信技术，具有平安、快捷、节能等优点。首先，通过摄像头、RFID、各类
2、传感器、GPS及图像处理等电子设备，来对采集交通环境信息；其次，车、路、人、根底设置之间的信息，通过车联网特有的通信协议来进展信息交互1；最后控制中心对收集到的数据信息进展分析和处理，从而得出实时的交通状况，为驾驶员提供准确可靠的驾驶信息，实现对人、车、路的智能监控、调度和管理。车联网技术是把物联网技术应用于交通领域，是现代通信技术与汽车技术的有效融合。1.2车联网的系统功能要求车联网的系统功能要求有以下几局部：1具备一定的无线通信能力，如：具有适当的无线通信范围，有一定能满足通信要求的带宽和比特率，无线通信信道具有较强的鲁棒性，以及通信过程有一定的纠偏纠错能力，路侧单元RSU能满足车辆与根底
3、设施之间的信息的交换；2网络通信功能，如：具有一定兼容性的传播方式，数据聚合功能，数据拥塞控制能力，消息优先级分级能力，能对信道进展有效的管理，支持IPv6或IPv4寻址等；3车辆具有定位功能，如：全球定位系统GPS，全球导航卫星系统GNSS，组合定位功能等；4车辆平安的通信功能，如：信息的完整性和*性，具有一定的抗干扰能力，数据的真实性，尊重用户的隐私等；5车辆的其他功能，如：设备之间相互兼容等2。2.车联网技术开展现状2.1美国美国的车联网技术开场与上世纪50年代的汽车自动控制系统，到了60年代在政府交通部门的带着下开场研制电子路径引导系统Electronic Route Guidance
4、 Systems，ERGS，70年代到80年代美国的智能交通处于停滞时期。到了21世纪，为了跟上现代交通的开展趋势，解决交通平安问题，美国政府交通部门和汽车制造商对V2V平安应用程序进展了改良开发了测试，对车载平安系统的性能有极大的提高，同期又提出了车辆根底设施一体化VII概念3。2021年9月，启动商用车根底设施一体化工程mercial Vehicle Infrastructure Integration，同年12月DOT 发布了智能交通系统战略研究方案：2021-20214，目标是利用无线通信建立一个全国性多模式的地面交通系统，形成车辆、道路根底设施、乘客的便携式设备之间互连的交通环境，为
5、期五年，每年投入1亿美元，核心工程为 IntelliDrive 智能驾驶，预计于2021年完成。2021年8月到2021年初，为了在车辆驾驶平安方面有所突破，美国在多个地区进展了平安测试，以此来评估用户对新的V2V技术的掌握程度。2021年到2021年，继续对平安驾驶模型进展研究，对车联网平安技术进展进一步的验证5。2021年12月，DOT 发布了2021 -2021 ITS战略方案，目的在于出台美国下一代的ITS的研究方向，进一步对车联网的平安性、流畅性和环境保护进展了进一步的深化。2.2日本日本的车联网开展相较与美国稍晚些，起步于20世纪70年，20世纪80年代中期到20世纪90年代中期十
6、年间，完成了路-车通信系统RACS、交通信息通信系统TICS、超智能车辆系统SSVS、平安车辆系统ASV等方面的研究。2000年左右，日本开场实施ETC方案，目标是在3年左右的时间覆盖全国900个收费站。于2003年发布了日本智能交通系统战略规划，对日本的智能交通做了一个详细的描述和规划5。日本于2021年开场引进“ITS 站点智能交通系统，这个系统能够为车辆提供及时的道路信息，改善交通拥堵的现象。2.3中国中国于1986年开场开发第一套交通控制系统，1991年完成安装与调试。2007年，通用公司和上汽集团合资成立了一家公司，推出了通用的Onstar效劳。2021年随着中国很多企业推出Tele
7、matics车载效劳系统，中国进入Telematics时代。于2021年正式在首届“车联网研讨会中提出“车联网概念，随后又提出智能车、路协同技术等6。中国汽车信息化领域正在不断创新，正朝着智能交通方向开展，实现移动互联网技术与车联网技术的协同开展。3.车辆碰撞分类3.1碰撞分类的意义平安距离算法、数据挖掘智能方法和碰撞时间差算法是现有的三种主要的碰撞预警算法。其中，平安距离算法只适用于汽车追尾的碰撞，且需要根据实际的行车情况来计算刹车距离，碰撞时间差算法的计算验证过程较复杂，数据挖掘技术是现代汽车防撞技术的新的开展方向，但需要建立在大量数据的根底上。由于车辆碰撞的情形很多，且实际环境复杂多变，
8、所以在选择预警算法的时候，应选择简单可行的算法。实际中大局部车辆是没有碰撞危险的，所以仅仅需要对少局部有碰撞趋势的车辆进展预警。3.2碰撞分类算法影响行驶中的车辆的平安参数主要有：车速、车辆间距和行驶方向。车辆的行驶方向主要用于判断车辆的碰撞类型，可以分为直线碰撞和侧面碰撞两种类型，其中，直线碰撞又分为追尾碰撞和正面碰撞。如图3-1是车辆的碰撞示意图。图3-1 车辆碰撞示意图如下图，为航向角，取值范围为，为相对角，航向角和相对角均以正北方向为参考方向。取为两车的平面坐标，为两车的相对的航向角。根据上图有如下关系式：。表3-1是和的关系。表3-1和的关系表Table 1同理，可以对进展求解。令，
9、为两车之间连线与车辆行驶方向之间的夹角。为方便计算分类，将的取值范围限定在。为正代表车辆行驶方向在两车连线右侧，反之在连线左侧。即当异号时，两车的行驶方向和两车的同侧，反之那么处于异侧。根据以上描述可以将碰撞分为以下几种类型：1当时，两车处于相向行驶的平行状态，此时可能发生正面碰撞；2当时，两车处于同向行驶的平行状态，此时可能发生追尾碰撞；3当，且异号时，两车处于同侧相向行驶的状态，此时可能发生侧面碰撞；4其它情况，行车平安。其中，正面碰撞和追尾碰撞均属于直线碰撞，以上考虑的均是两车处于平行状态的，而现实中的车辆很难做到完全平行状态，所以在计算过程中需要考虑一定的余量。4.车辆防撞预警4.1预
10、警算法驾驶员采取一定的措施防止危险所需要的最短的时间称为最小平安时间，最小平安时间可以分为两个局部：反响时间和控制车辆的时间。通常以碰撞时间TTC作为衡量行车平安的一个重要的指标，碰撞时间应该大于最小平安时间。直线碰撞时，横向平安距离是是一个关键因素，即两车会车的最小距离DCPA，这个值应该大于一个车道的宽度。如图4-1是直线碰撞的预警示意图。图4-1 直线碰撞的预警示意图Fig.4-1根据上图有如下关系式：，表示正面碰撞时的状态，表示追尾碰撞时的状态。相比直线碰撞，侧面碰撞可以根据当前车辆的运动状态对车辆的运动轨迹进展预测，从而对碰撞的时间和碰撞点进展预测。影响此状态的因素有：车辆的大小、行
11、车速度及两车的相对位置。可以通过计算两车距离碰撞时间的差值来对车辆的平安状态进展判定，同时可以忽略车辆的大小带来的影响。如图4-2是车辆侧面碰撞示意图。图4-2车辆侧面碰撞示意图Fig.4-2从上图可知，碰撞平安距离可以表示为：，；同理可以求得，那么碰撞的时间差可以表示为。，还需要求解两车间的距离。测量两车的间距需要使用GPS坐标系统，再将两车的经纬度坐标转换到平面上进展计算7。如图4-3是整个防撞预警算法的流程图。图4-3防撞预警算法流程图Fig.4-34.2预警参数选择设定准确的报警阈值不仅能减少对无用报警对驾驶员来的干扰，还能为驾驶员提供及时准确的报警信息。因此，可以设置多级报警机制。第
12、一级为警示，提醒驾驶人员前方有危险；第二级为警告，警告驾驶员前方有危险。根据交通流理论可知，驾驶员的反响时间通常为0.7秒至1.5秒，控制时间随驾驶状况的不同而不同。提前5秒以上的预警信息可能被驾驶人员忽略，此值应该作为TTC的第一个阈值，TTC的第二个阈值一般选为3秒。车道宽度一般为，综合GPS的误差的范围，最小会车距离应该大于5米7。如表4-2是直线碰撞的预警机制。表4-1直线碰撞预警机制Table 4-1危险警告危险提示无危险对于穿插路口，通常设置两车的平安时间为2秒，因此TD的阈值为2秒。如表4-3是侧面碰撞的预警机制表。表4-2侧面碰撞预警机制Table 4-2危险警告危险提示无危险
13、5.总结车辆平安一直都是现代智能交通的研究热题，传统的车载雷达实现的防撞预警往往会带来较高的本钱，且精度不一定很高。利用现代车联网技术中的车辆间的通信来实现信息共享，进而实现碰撞预警。本文设计了碰撞的分类的算法，对碰撞进展了分类研究，只针对可能发生碰撞的车辆进展研究。对直线碰撞和侧面碰撞，采用不同的防碰撞算法，并设置不同的预警参数。1 X小洋，伍民友. 车联网：物联网在城市交通网络中的应用 J.计算机应用，2021，324：900-904.2王建强，X辰文，李晓军.车联网架构与关键技术研究J.微计算机信息，2021，27(4)：156-158.3 US Department of Transp
14、ortation Research and InnovativeTechnology Administration. ITS strategic plan EB/OL. 2021-11-014 中国智能交通协会 . USDOT.ITS Strategic Research Plan 2021-2021EB/OL . 2021-04-28.2021-11-01. 5SCHAGRIN Mike. Connected vehicle safety pilot program EB/OL.2021-11-02.6王群，钱焕延.车联网体系构造及感知层关键技术研究J.电信科学，2021，28(12)：1-9.7卡普兰，赫加蒂，寇艳红.GPS原理与应WtM.:电子工业，2007.- 优选
