（通信与信息系统专业论文）gps监控系统预警研究与报表优化.pdf

山东大学硕士学位论文 摘要 本论文主要研究和设计了一种基于g p s 监控系统和构建一种适用于车队中的 造价低廉、易于使用的碰撞预警系统，是智能交通系统的一个重要部分，它综合 了g p s 、g i s 、计算机、网络技术、信息管理技术等多学科的内容，对在城市中的 车辆进行监控和导航，实现信息交互、实现碰撞预警保障车辆运行安全有重要的 作用。关注于汽车追尾事故的研究，这种新的预警系统能够及时救助伤者。特别 地，有些车队经常出现于恶劣环境中，而现有的基于雷达的碰撞检测系统在恶劣 环境中效果很差。本论文提出一种新的碰撞检测系统，带有g p s 接收机和无线传 输网络，以便于车辆间的通信传输。为了保证检测预防的准确率，本文工作着重 于改进车辆的速度检测。g p s 接收机测量值融合了微电子机械系统( m e m s ) 加速 计的读数。本文的结果显示，该预警系统满足了准确精度的要求，且能够适用于 各种不同的环境。本文研究的主要问题有： 1 回顾了现有的碰撞预警算法以及成功碰撞预警系统的必需要求，同时检 测了目前商业上使用的预警系统； 2 介绍了全球定位系统( g p s ) 及其功能，本文提出的碰撞预警系统主要依 靠g p s 测量，因此我们有必要了解g p s 是怎样工作的； 3 研究了系统一些常用功能技术的实现，如何浏览地图、实现位置定位、 实现及时的信息查询和车辆监控系统功能管理和报表优化； 4 总结了现有的碰撞预警系统并提出了军事护航车辆中的追尾碰撞问题。 在本章中我们提出了自己的预警系统，介绍了我们这个系统的理论基础及其操 作，阐明了比现有系统的优越之处。在论文中我们还组建了一个简单的碰撞预警 系统，可以用于现场测试。 本文主要是提出了一个低成本、易兼容的、能应用在车辆保护中的碰撞报警 系统，该系统能够快速、大量地挽救司机生命。 关键词：g p s 监控系统；智能交通：预警研究：报表优化 山东大学硕士学位论文 a b s t r a c t i nt h i sw o r k , w er e s e a r c ha n dd e s i g nal o w c o s tc o l l i s i o nw a r n i n gs y s t e mb a s e do n g p st e c h n i q u e ，w h i c hw i l lb eu s e di nv e h i c l ec o n v o y s s u c has y s t e mi sa ni m p o r t a n t p a r to fi n t e l l i g e n tt r a n s p o r t a t i o ns y s t e m ( i t s ) ，w h i c hc o m b i n e st h et e c h n i q u e so fg p s ， g p r s ，g i s ，c o m p u t e rn e t w o r kc o m m u n i c a t i o nt e c h n o l o g y ，i n f o r m a t i o nm a n a g e m e n t t e c h n o l o g y ，g r a p ht h e o r ya n ds oo n i th a si m p o r t a n tm e a n i n go nt h ee x c h a n g eo f v e h i c l em o n i t o r i n ga n dn a v i g a t i o na sw e l la se n s u r i n gt h es a f t yo fm o v i n gv e h i c l e s c o n c e r n i n go nt h er e a r - e n dc o l l i s i o ni nv e h i c l ec o n v o y s ，t h i ss y s t e mc a n h a v ed e g r a d e d p e r f o r m a n c ei nt h e s es i t u a t i o n s t h i st h e s i sp r o p o s e sac o l l i s i o nw a r n i n gs y s t e mt h a ti s b a s e do nag p sr e c e i v e ra n dw i r e l e s sn e t w o r kf o rt r a n s f e r r i n gd a t ab e t w e e nc o n v o y v e h i c l e s i no r d e rt om e e tt h ea c c u r a c yr e q u i r e m e n t so u t l i n e db yo t h e r sf o rs u c c e s s f u l c o l l i s i o na v o i d a n c e ，t h i sw o r kf o c u s e so ni m p r o v i n gt h ev e h i c l ev e l o c i t ym e a s u r e m e n t s w h i c ha r en o ts u f f i c i e n tb yt h e m s e l v e s t h eg p sr e c e i v e rm e a s u r e m e n t sa r ef u s e dw i 血 r e a d i n g sf r o mam e m s a c c e l e r o m e t e r t h er e s u l t so ft h i st h e s i ss h o wt h a tw i t ht h i st y p e o fd a t af u s i o n , al o w - c o s tg p s b a s e dc o l l i s i o nw a r n i n gs y s t e mi sb o t hf e a s i b l ei nt e r m s o fm e e t i n ga c c u r a c yr e q u i r e m e n t so fc o l l i s i o na v o i d a n c es y s t e m s f o l l o w i n gi so u rm a i n r e s e a r c h ： 1w ep r e s e n tal i t e r a t u r er e v i e wo fp r e v i o u sr e s e a r c hd o n ei nt h ea r e ao fc o l l i s i o n a v o i d a n c ea l g o r i t h m sa n dt h en e c e s s a r yr e q u i r e m e n t sf o ras u c c e s s f u lc o l l i s i o n a v o i d a n c es y s t e m e x i s t i n gc o m m e r c i a ls y s t e m sa r ee x a m i n e da sw e l l ； 2w eg i v ea ni n t r o d u c t i o nt og l o b a lp o s i t i o n i n gs y s t e m ( g p s ) a n di t s f u n c t i o n a l i t y t h ec o l l i s i o nw a r n i n gs y s t e mp r o p o s e di nt h i st h e s i s r e l i e so ng p s m e a s u r e m e n t s ，s ok n o w l e d g eo fh o wg p so p e r a t e si sb e n e f i c i a l ； 3w cr e s e a r c ht h ei m p l e m e n t a t i o no ft h ek e yt e c h n o l o g yi nt h es y s t e m ，i n c l u d i n g m a pb r o w s i n g ，p o s i t i o nd e t e r m i n a t i o n ，i n f o r m a t i o ni n q u i r i n g ，f u n c t i o n a lm a n a g e m e n to f m o u i t o t i n gs y s t e ma n dr e p o r t so p t i m i z a t i o n ； 4w co u t l i n et h ec o l l i s i o nw a r n i n gs y s t e mt h a ti sp r o p o s e dt oa d d r e s st h ep r o b l e m o fr e a r - e n dc o l l i s i o n si nm i l i t a r yv e h i c l ec o n v o y s t h ec o n c e p to ft h ep r o p o s e ds y s t e m i sp r e s e n t e d ，a l o n g 晰mi t st h e o r yo fo p e r a t i o na n di n t e n d e da d v a n t a g e so v e re x i s t i n g 2 山东大学硕士学位论文 s y s t e m s w ec o n c l u d e sw i 也t h ec o n s t r u c t i o no fap r o t o t y p es y s t e mt on s ef o rf i e l d t e s t i n g k 呵w o r d s ：g p sm o n i t o r i n gs y s t e m ，i n t e l l i g e n tt r a n s p o r t a t i o n ，c o l l i s i o nw a r n i n g s y s t e m ，r e p o r t so p t i m i z a t i o n 3 山东大学硕士学位论文 - -i i i 皇皇皇曼鼍曼詈詈鼍置詈曼詈曼詈皇暑鼍曼詈! ! ! ! ! 暑! 皇詈曼! 曼! ! ! ! ! 曼曼! 皇鼍詈詈鼍鼍! ! ! ! 曼! 曼! 鼍曼鼍寡詈墨曼! 詈詈皇鼍鲁暑詈鼍曼詈皇皇墨鼍曼曼曼! 毫害曼曼皇量皇皇 c o n t e n t s c h i n e s ea b s t r a c t e n g l i s ha b s t r a c t l c h a p t e r1i n t r o d u c t i o n 4 1 1r e s e a r c ha n dp r o b l e m s 4 1 2b a c k g r o u n d 4 1 2 1c o m m e r c i a ls e c t o r 4 1 2 2m i l i t a r ys e c t o r 5 1 3c o n c l u s i o n 5 c h a p t e r2 l i t e r a t u r er e v i e wo fp r e v i o u sr e s e a r c h 7 2 1e v a l u a t i o no fc o l l i s i o nd e t e c t i o ns y s t e m 7 2 2e v a l u a t i o no fc o l l i s i o nd e t e c t i o na l g o r i t h m s 11 2 3e x i s t i n gc o m m e r c i a ls y s t e m s 1 2 2 3 1l i m i t a t i o n so f r a d a r - b a s e ds y s t e m s 。1 3 2 z lc o n c l u s i o n 1 4 c h a p t e r3i n t r o d u c t i o n t og l o b a lp o s i t i o n i n gs y s t e m s 1 5 声 3 1o v e r v i e wo fg p s ：15 3 2g p sf u n c t i o n a l i t y 一17 3 2 1c a l c u l a t i n gp o s i t i o n 1 7 ：；2 2c a l c u l a t i n gv e l o c i t y 18 3 2 3m e a s u r e m e n te r r o rs o u r c e s 19 3 2 4d i f f e r e n t i a lg p s 1 9 ：；2 5p o s i t i o ne r r o r ：1 0 ：；3t r a n s f o r m a t i o no f c o o r d i n a t e s 2 z i 3 3 1c o n v e r s i o nb e t w e e ne c e fa n dl l a 一2 5 3 3 2c o n v e r s i o nb e t w e e ne c e fa n de n u 2 6 ：；z lc o n c l u s i o n 2 7 c h a p t e r4 o v e r a l ld e s i g no fg p sv e h i c l em o n i t o r i n gs y s t e m 2 8 4 1o v e r a l ld e s i g no f v e h i c l em o n i t o r i n gs y s t e m 2 8 4 1 1c o m p o n e n t sa n dp r i n c i p l eo fm o n i t o r i n gs y s t e m 2 8 4 1 2f u n c t i o no f v e h i c l em o n i t o r i n gs y s t e m 一2 9 4 2 p o s i t i o ns y s t e ma n ds e l e c t i o no fn e t w o r k ：z 9 4 3t e r m i n a lo f v e h i c l ei n f o r m a t i o ns y s t e m 3 0 i i i 山东大学硕士学位论文 l - 毫! 詈詈暑詈皇詈皇詈鼍詈量! 詈曼曼曼詈詈曼皇! 詈曼! 暑皇鼍皇! 詈璺皇皇! 詈詈曼曼鼍! 詈曼皇詈詈皇富詈詈皇詈詈曼曼詈曼鲁皇詈毫昌皇! 鼍皇置詈詈詈! 皇皇 4 3 1 d e s i g na n dm o n i t o r i n gp r i n c i p l e 3 0 4 3 2m o d u l ed e s i g no f p a r to f v e h i c l ei n f o r m a t i o ns y s t e mt e r m i n a l 31 4 4c o n c l u s i o n 3 7 c h a p t e r5i m p l e m e n t a t i o no ft h ek e yt e c h n o l o g i e si ng p sm o n i t o r i n gs y s t e m 3 8 5 1i m p l e m e n t a i o no f m a pb r o w s i n g 3 8 5 2i m p l e m e n t a i o no f p o s i t i o n i n g 3 8 5 3i m p l e m e n t a t i o no f g a t e w a y 3 9 5 4i m p l e m e n t a t i o no fi n f o r m a t i o ns e a r c h i n g 4 0 5 5r e p o r t so p t i m i z a t i o n 4 2 5 6c o n c l u s i o n 4 3 c h a p t e r6t h ep r o p o s e dc o l l i s i o nw a r n i n gs y s t e m 4 4 6 1d e s i g nc r i t e r i ao fc o l l i s i o nw a m i n gs y s t e m 4 4 6 2o v e r v i e wo ft h ep r o p o s e dg p s b a s e ds y s t e m 4 5 6 2 1g p sr e c e i v e r a c c e l e r o m e t e r 4 6 6 2 2w i r e l e s sv e h i c l en e t w o r k 4 6 6 2 3c o m p u t e r 4 6 6 2 4d r i v e rd i s p l a y 4 7 6 3t h ep r o p o s e dc o l l i s i o nw a m i n g a l g o r i t h m 4 7 6 3 1t h es a f e d a n g e rd e c i s i o na l g o r i t h m 4 7 6 3 2c a l c u l a t i o no f t h eh e a d w a yd i s t a n c e 4 8 6 4a d v a n t a g e so ft h ep r o p o s e ds y s t e m 4 8 6 4 1n o n - l i n e - o f - s i g h to p e r a t i o n 4 9 6 4 2b e t t e rp e r f o r m a n c ei ni n c l e m e n tw e a t h e r 4 9 6 4 3p a t he s t i m a t i o na n di m p r o v e do b s t a c l ed e t e c t i o n 4 9 6 5c o n s t r u c t i o no f t h ep r o t o t y p e 5 0 6 6c o m m e n t so nt h ep r o p o s e ds y s t e m 5 2 6 7c o n c l u s i o n 5 2 c h a p t e r7s u m m a r y a n dp r o s p e c t s 5 4 7 1s u m m a r y 5 4 7 2p r o s p e c t s 5 4 r e f e r e n c e s 5 6 a c k n o w l e d g e m e n t 5 9 t h ep a p e r sp u b l i s h e dd u r i n gs t u d y i n gf o rm a s t e r 6 0 山东大学硕士学位论文 第一章绪论 1 1 课题研究以及问题的提出 本课题研究对象为车辆在g p s 定位监控系统下车辆追尾碰撞事故出现的预警 的问题。本课题的研究是基于m a p i n f o 和传感器预警实现。在现有g p s 车辆管理 系统的基础上，优化软件的制作报表部分，可以让报表可以显示出具体的起点和 终点，尽量的降低车辆碰撞预警系统的成本。 1 2 研究背景 本工作主要研究车辆护航中的车辆追尾碰撞事故。虽然该研究主要应用在军 事领域，但该结果也可在将来应用到商业车辆中，并会在技术上取得巨大进步。 本工作主要是提出了一个低成本、易兼容的、能应用在车辆保护中的碰撞报警系 统，该系统能够快速、大量地挽救司机生命。 在很多情况下，特别是军事、高速公路领域，当几辆车同时在同一条高速公 路上沿同方向行驶时，车辆必须有护航装置。当几辆车间距较小时，司机就会有 巨大的压力，担心发生意外，特别是追尾碰撞。 1 2 1 商业领域 该项研究主要反映在商业车载传感器上，根据美国高速公路安全管理局 ( n h t s a ) 的报道，车辆撞车事故中2 8 以上是追尾碰撞，这其中6 0 以上是 由于司机疏忽大意造成的【1 】。在追尾事故中，司机疏忽的影响最大，这就说明我 们可以设计某种检测系统来减少追尾事故。某些研究表明，用一种报警系统可以 将碰撞事故减少5 0 9 0 2 】。 4 山东大学硕士学位论文 1 2 2 军事领域 在军事领域中，大家比较关心的是护航中的追尾碰撞，这一点在训练中心尤 为明显。很多追尾事故起因于大雾造成的低可见度或者是不熟悉重型卡车的年轻 司机。 对于护航操作的关心促使我们对如何避免碰撞做出了分析：最主要的是如何 保持车距而不是横向距离。进一步，护航中的车辆及其顺序被假设是固定的，同 时我们假设所有车辆都在同一条路上行驶。但是，即使做了这些假设，有些条件 我们也无法满足，例如现成的商用设备，很多碰撞检测系统依赖雷达以及车辆间 的可视距离。然而，在很多护航领域，雷达不是理想的设备，例如在大雾弥漫的 天气中行驶的军事车辆。 目前，在军事方面该领域的研究热点是研发一个非雷达碰撞检测系统，而且 该系统没有设定的车辆控制条件。这就激发研究人员来开发另外一种在大雾天气 中能够及时对即将发生的追尾事故作出报警的系统。要想尽快地实现这种报警系 统，廉价、易于安装在现存的护航车辆中是该系统的关键点。 1 3 研究的主要内容 本文分为七个部分，第一部分是绪论，主要介绍了课题研究背景，整理归纳 了在军事商业领域关心的问题。第二部分是报警系统研究回顾，回顾了现有的碰 撞预警算法以及成功碰撞预警系统的必需要求，同时检测了目前商业上使用的预 警系统。第三部分要介绍了全球定位系统( g p s ) 及其功能，本文提出的碰撞预警 系统主要依靠g p s 测量，因此我们有必要了解g p s 是怎样工作的。第四部分是 车辆g p s 监控系统的总体设计，介绍的定位系统选择的优势，无线通信网络使用 两个网络结合的优点，另外还着重介绍了车载信息系统终端部分模块的设计及防 盗抢模块的结构设计【3 】。第五部分是g p s 监控系统技术的实现与制作的优化报 表。第六部分总结了现有的碰撞预警系统并提出了军事护航车辆中的追尾碰撞问 题，提出了自己的预警系统，介绍了我们这个系统的理论基础及其操作，阐明了 5 山东大学硕士学位论文 比现有系统的优越之处。组建了一个简单的碰撞预警系统，可以用于现场测试。 第七部分总结与展望。 1 4 本章小结 本章主要从课题研究以及问题的提出的基础上，分析车辆实时监控系统的研 究现状，从而提出研究意义和研究目标，介绍了论文各部分的结构。 6 山东大学硕士学位论文 第二章报警系统研究回顾 2 1 碰撞检测系统的评价体系 上个世纪9 0 年代以来，在商业车辆撞车事故统计分析的激发下，提前检测 到撞车危险的存在就成为车辆自动化和司机自救领域的目的。其中，汽车生产厂 家是最先研究车辆报警系统的。根据文献【4 】的报道，马自达公司的d o i 等人就发 现了能够成功预防撞车事故的四个关键因素：1 ) 驾驶环境检测2 ) 路径估测算法 3 ) 安全( 隐患) 确定算法4 ) 精确的汽车刹车控制。在本论文中，这四种因素被 重新定义为“预警或干预”，在下面的研究中，该类包含“主动”和“被动”两 种预警系统。被动系统仅是对将要发生的撞车事故发出报警信号，此时司机能够 完全控制车辆。主动系统也可以说是一种撞车防御系统，该系统假设当检测到碰 撞信号时系统能够控制车辆。 上面四个因素中的第一个因素，驾驶环境检测，是在很多商业碰撞检测系统 中实现的，这种系统是通过扫描激光雷达或毫米波雷达进行的。当然，很多其他 的传感器也被应用到该系统中，象声纳、计算机视觉、电子录像机、红外传感 器、激光等。不管是哪一种检测方法，要想成功地感知周围环境做到撞车预警， 驾驶环境检测都有一个最低要求。例如，本田公司的k a m i y a 等人总结出了一组 最低要求，见表2 1 我们注意到这些检测要求覆盖的范围从车辆前端到车辆中 心，同时这要求在车上安装一个前置雷达。 7 山东大学硕士学位论文 图2 1 驾驶环境监测区域 项目要求 纵向监测范围 1 0 0i n 横向监测范围 3 5 0m r a d 垂直检测范围 5 0m r a d 水平分辨度 s5m r a d 精确度范围 slm 刷新时间 s0 1s 表2 1 最低驾驶环境检测要求 下一个关键因素是道路估测算法，这就要估测车辆行驶路径的曲率半径，以 便更好地确定这条道路上有没有其他障碍物或其他车辆。根据文献 4 】的报道，研 制出的第一个车辆预警系统只能在没有弯曲的直路上使用。d o i 等人在后续的工 作中根据测量的车辆偏离轨道的速率计算出了车辆行驶道路的曲率半径，从而给 出了车辆行驶时的动力学方程。找到车辆行驶路径的必需条件在图2 2 中有详细 介绍。此处我们没有列出这些动力学方程，因为在后面我们将会看到根据护航驾 驶条件我们找到了一种确定车辆行驶路径的新方法一一追踪前一个车辆的g p s 路 径点。 g 山东大学硕士学位论文 扫描 区域 图2 2 弯路周围的路径估测 第三个因素，安全( 隐患) 确定算法，通常是根据两个减速车辆的物理求导 得出的。安全( 隐患) 确定算法就是把两辆车( 驾驶环境检测器检测到的车) 的 当前车距与每一辆车必需的空间作比较，由此计算出完全停车的距离。这个必需。 的停车距离称为临界距离。马自达公司的d o i 等人确定的临界距离根据公式2 1 计 算出，其中v 为我们检测车辆的车速，1 ，耐为我们检测车辆与前一车辆的相对车 速，为检测车辆的最大减速度，口，为前一车辆的最大减速度，r 1 为减速时间， f 2 为弛豫时间，d o 为两车之间的缓冲距离【6 】： d 硎。；训= 三( 妄一 ( v v 托。) 2 q p + v q + v 陀。7 2 + d 。 ( 2 。， 最大减速度、弛豫时间以及缓冲距离等参数都可以根据当前的形式条件和司 机经验来调节，这样，当当前行驶距离小于临界距离时，碰撞防御系统就起作用 了。该算法只是防御系统中的一个例子，因为防御系统会尝试避免所有检测到的 追尾事故。基于指导和刹车指令的碰撞预警系统比手动刹车要难的多，因为指令 输入后可能会导致刹车力的丧失，因此最好在车上装一个预防刹车失灵的保护系 9 山东大学硕士学位论文 统，这样司机在紧急情况下能够突然转向预防追尾事故。当然，如果司机能够在 紧急情况下输入一个正确的突然转向动作，那么也可以不安装这种保护系统，但 是，如果司机转向不合适的话，车辆仍然面临撞车的可能。 2 2 v r e ld - l l t ：2 a h - 0 5 a 1 - 1 2 l o 。采一 、2 l v v r e l 夕 “ 泣3 ， d b 池- v r d ( t $ s + z h u m ) + 0 托k s + i h u m ) 2 ( 2 4 ) 山东大学硕士学位论文 s e i l e r 等人引入了一个非维度报警参数来有效地警示司机，这对碰撞预警监 测系统做出了较大贡献【5 】。公式2 5 中的报警参数w 是高速路上的车间距与刹车 距离之差除以报警距离与刹车间距之差。 ，一d d b r a k e w = 竺竺：l d w 锄一d b 础e ( 2 5 ) 如果报警参数w l ，那么我们认为当前的驾驶条件是安全的；如果 0 1 i ， 1 ，那么就是不安全驾驶，这时系统就会给司机发出报警信号；当报警参 数w = 0 时，系统开始刹车。s e i l e r 等人同时建议用摩擦参数和司机调节参数来归 一化临界距离 5 】。摩擦参数厂 ) 可根据公式2 6 计算，其中，是轮胎和地面间 的摩擦系数，其他变量都可以根据临时驾驶条件调节。 厂( ) = 厂( i n ) + 厂( 心。硎) 一厂m i n ) 0 一；n ) ( 2 6 ) 司机调节参数被默认为1 ，表示没有违规驾驶恶习。根据公式2 7 ，2 8 ，报警 临界距离和刹车临界距离可以通过乘以摩擦系数和司机调节参数被归一化，用来 说明当前的轮胎与地面摩擦系数和司机喜好。这时报警参数也就被更新了。 d w a g n 融d = 刀卅啪：术厂 ) 木g ( d r i v e r ) ( 2 7 ) 以阳娩弗砒d = d l , 砒珠厂0 ) 木g ( d r i v e r )( 2 8 ) 2 2 碰撞检测算法评估 直到2 0 0 0 年左右，研究人员开始广泛研究碰撞检测算法。2 0 0 5 年，l e e 和 p e n g 等人发表了一篇关于不同算法比较的文章，文章中评估了各种算法关于虚假 信号和失误检测( 与保护和非保护系统类似) 间交换的性能测试【6 】。这一性能测 试融合了人们的洞察力和某驾驶条件范围表征的改变。h o f f m a n 和m o r t i m e r 等 1 1 山东大学硕士学位论文 人断言时间一碰撞矩阵是检测司机洞察追尾碰撞危险的最直接测量方法 3 3 1 ，因此 应该用来确定碰撞报警算法对于碰撞预言的有效性。公式2 9 给出了时间碰撞 矩阵，其中d 是高速路上车辆间的当前车距，v r e 是车辆间的相对速度，是前一 车辆和检测车辆间的司机的可见角。 册= 必嘲= ( 2 9 ) 大多数情况下，司机都会低估时间碰撞矩阵的作用，这就说明他们倾向于通 过急刹车避免车祸。l e e 和p e n g 等人的结果显示时间碰撞矩阵的功能在精确界 定安全危险驾驶形势方面发挥出了巨大优势，比前面研究的碰撞检测算法功能要 好。因此，他们宣布碰撞预警算法领域有更大的发展空间。很多算法主要是降低 错误预警率，但这又屏蔽了很多可用信息，而且有时无法及时报警 6 】。能够充分 利用时间碰撞矩阵的算法才能更好地预测真实的即将发生的追尾事故。s h l a d o v e r 和t a n 等人的研究结果显示碰撞检测系统中的时间一碰撞矩阵应该在真实的时间一 碰撞矩阵的2 0 0 5 0 0 m s 以内，因为稍微的疏忽就可能导致人们检测不到有用信息 【8 】，只有这样才能保证系统能够及时地传递报警信号。 2 3 现存的商业系统 当今，有很多商业无壳碰撞预警系统，其中大多用在卡车以及公共交通领 域。e a t o n ，d e l p h o ，m e r i t o rw a b c o 等人研发了一个前瞻雷达系统【9 】，该系统能 够扫描前方的障碍物或其他车辆。这些系统均为主动碰撞预警系统，在紧急情况 下能够自动刹车。m o b i l e y e 等人研发了一种c m o s 照相机系统 1 0 】，西门子的 v d o 联合了l i d a r 和c m o s 照相机来对前方可能的追尾事故作出预警。几乎所 有商业上用的预警系统都有可调时速控制器或者安全车距保持系统，如果系统检 测到前方车距在减小，那么系统就会自动调整车速。这些系统在检测到危险期， 通常两车之间还有一定间距，所以这些系统通常被认为是司机助手。 迄今为止，最著名而且被广泛应用的预警系统就是b e n d i xv o 凡系统，该 系统通常应用于卡车或者重型军事车辆中。该系统中的最新模型，v o r a dv s 1 2 山东大学硕士学位论文 4 0 0 ，就是一个安装在车前端中央的7 7 g h z 的前瞻雷达 1 1 】。这个雷达的可控范 围大概是3 - 5 0 0 英尺，0 5 1 2 0 m p h ，能够同时跟踪2 0 辆车。v o r a d 还包括一个 称为“盲人检测器”的侧面物体检测系统，当系统检测到车的侧面有物体时就会 主动提示司机，给司机提供可见信号，发光以示预警。 - 鬣 篓鬟霹 盲人检测器司机界面 前置雷达 2 3 1 雷达系统的局限性 图2 3v o r a dv s - 4 0 0 系统总体图 虽然这些系统满足了表2 1 中列出的所有驾驶环境检测的必需要求，但是这 些系统太昂贵，就性价比而言，司机很难接受【8 】。基于雷达测量的碰撞预警系统 受到雷达内部局限性的限制，感知周围环境的能力较差。例如，2 0 0 4 年，沃尔沃 公布了一份关于v o r a d 的报告，报告反应了被调查的卡车司机对该系统的使用 反馈。仅有4 8 的司机认为他们在高速路上行车时v o r a d 系统对他们有用， 3 7 的司机认为v o r a d 系统使他们在拥挤的交通中分散了注意力。沃尔沃同时 指出来自于v o r a d 系统的信息中几乎有一半是错误信息，其他的抱怨是关于错 误预警率高、搅乱了其他车辆的警笛声，当传感器被泥或冰堵塞时，系统性能变 差等。d a v i e s 也注意到了雷达系统的类似问题，他指出当车辆前方光线较强是错 13 山东大学硕士学位论文 误预警率高是正常的。既然雷达不能辨别路旁还是路上的障碍物，那么在路旁栽 的树就会是雷达的一个静态参考物。根据道路检测系统的准确性，路旁的树木会 引起系统的反应，即使司机能够成功绕过这些树木，系统也会给出碰撞预警。这 就极大地提高了错误预警率，所以司机对该系统更不接受。 雷达系统在无光线条件下不能正常工作，就像他不能检测到山后的物体一 样。这以局限性就使它无法预测乡间、弯曲道路以及树木繁茂的山峦、丘陵地带 的潜在的撞车事故。 据报道，雷达系统会被恶劣天气或固体颗粒所损坏。因为雷达主要是根据物 体的反射波来确定距离，雨滴、雾或者雪的背散射会降低雷达性能的准确度，这 时司机就不能过度依赖雷达给出的信号。安装在车前的雷达中的传感器有时也会 被泥或冰阻塞，导致雷达无法使用。 2 4 本章小结 本章主要回顾了现有的碰撞预警算法以及成功碰撞预警系统的必需要求，同 时检测了目前商业上使用的预警系统。 1 4 山东大学硕士学位论文 3 1g p s 概述 第三章g p s 介绍 全球定位系统( g p s ) 是由美国国防部( d o d ) 在子午仪卫星定位系统 ( t r a n s i t ) 基础上开发，并在1 9 9 5 年首次宣布全面投入运作。它的最初目的是为 美军提供准确的位置( 误差 i f 0 4 530 0 4 w124 表7 1 预测的刹车事件与真实结果组成的模糊矩阵 上表中的结果说明在确定碰撞预警算法中的参数值方面，还有很多细节需要研 究。对角矩阵就意味着在预测是否发生碰撞时，预警算法总是正确的。因此，通 过研究参数值，支配收敛还是非收敛系统的阈值范围还是能够确定的，同时也可 以调节预警算法。 早期研究表明g p s 定位测量误差的大小是与空间大小相联系的。为了证明这 种观点，同时也为了估测我们系统计算的车距的准确度，应该用激光雷达 ( l i d a r ) 检测，从而得到一个真实的车距测量结果。 如果能融合g p s 速度测量装置和微机电系统( m e m s ) 加速器的纵向加速度 计，那么碰撞预警系统的性能将会大幅提高。 5 5 山东大学硕士学位论文 参考文献 【1 】j d l e e ，d v m c g e h e e ，t l b r o w n ，a n dm l r e y e s ，”d r i v e rd i s t r a c t i o n , w a r n i n ga l g o r i t h mp a r a m e t e r s ，a n dd r i v e rr e s p o n s et oi m m i n e n tr e a r e n dc o l l i s i o n s i nah i g h f i d e l i t yd r i v i n gs i m u l a t o r , ”u sd e p a r t m e n to ft r a n s p o r t a t i o nn h t s a ， 2 0 0 2 2 】e a t o nv o r a d ，”t h eb e n e f i to fc o l l i s i o nw a m i n gs y s t e m sf o rc o m m e r c i a l v e h i c l e s ，”i ni t sa m e r i c aa n n u a lm e e t i n g ，2 0 0 1 3 】赵鹏祥g i s 与g p s 导论 m 】西安：西北农林科技大学出版社，2 0 0 4 4 】a d o i ，e ta 1 ，”d e v e l o p m e n to far e a r - e n dc o l l i s i o na v o i d a n c es y s t e m 、j l ，i t l l a u t o m a t i cb r a k ec o n t r o l ，”j s a er e v i e w ，v 0 1 1 5 ，p p 3 3 5 3 4 0 ，f e b 1 9 9 4 【5 】p s e i l e r ，b s o n g ，a n dj k h e d r i c k ，”d e v e l o p m e n to fac o