信号控制交叉口防撞预警系统设计

精品文档信号控制交叉口防撞预警系统设计（北京理工大学珠海学院 机械与车辆工程学院，珠海，519085）摘要：本文所设计的信号控制交叉口防撞预警系统致力于降低车辆在有信号控制的交叉口发生交通事故的概率。该系统通过检测交叉口各进口道上的车速，并将存在安全隐患的车速信息及时向其它方向上进口道上正常行驶的车辆进行预警，以达到减少伤亡以及财产损失的作用。关键词：交叉口、交通事故、防撞预警1、研究背景随着国民经济的发展，机动车保有量的日益增多，交通事故也一直居高不下，交通事故正在成为威胁人类生命的主要敌人。城市道路交通事故频发的重要原因之一就是交叉口的存在，据统计1，美国交叉口及其附近的交通事故约占总交通事故的40.1%；日本发生在交叉口的交通事故占总交通事故的58.7%；英国大约有33%的交通事故发生在交叉口，法国为24%；我国城市的交通事故大约有30%发生在交叉口。发生在交叉口的事故类型众多，根据事故的参与者可分为车辆与行人之间的交通事故，车辆与道路设施间的交通事故，车辆与车辆之间的交通事故。其中车辆与车辆之间的交通事故更为普遍，这类事故一般都伴随着交通违章，主要表现为闯红灯和超速行驶。我国目前对于交叉口交通事故的预防措施主要体现在以下几个方面2：（1）法律法规方面，除了规定车辆驶近交叉口应该减速以外，还规定了车辆在交叉口内通行的相关优先原则。（2）交通标志标线方面，除了减速让行标志、停车让行标志以外，有些交叉口还设置了减速带用以控制车辆进入交叉口的速度。（3）信号控制措施。对流量较大的交叉口进行信号控制，将存在冲突的车流从时间上进行分离。但上述措施发挥作用都要依赖于驾驶员遵守交通规则这个前提，对于抱有侥幸心理的驾驶员，并不能发挥作用3。例如夜晚车流量较少的时候，驾驶员超速、闯红灯的现象会明显增多。针对此类情况，本文提出信号控制交叉口防撞预警系统，通过检测信号控制交叉口超速闯红灯情况，并向其他进口道上安全行驶的车辆进行预警，从而减少交叉口的交通事故发生率。2、系统原理及设计2.1 系统结构介绍以双向十字路口为例，车辆在交叉口内可能的碰撞位置为交叉口内四个相交冲突点，如图1所示。以由东向西方向为例，该方向上的车辆可能与由南向北的车辆在P1点相撞，也可能与由北向南的车辆在P2点相撞，由于P1点位置是由东向西方向上车辆最早可能出现的相撞点，本文定义P1点为该方向上的“最危险点”。P2、P3、P4的定义与此类似。由东向西方向上的测速位置、预警位置如图1所示，其中，测速位置与预警位置间的间距为，预警位置与该方向上的“最危险点”之间的间距为。为了保证系统发出的预警对驾驶员能够产生作用，测速位置与预警位置间的距离要足够的大。假设道路上的最高限速为，违章车辆的速度不高于道路限定速度的1.5倍，则测速位置与预警位置间的距离由以下因素决定： 系统反应时间； 驾驶员从发现预警装置，到识别预警内容的反应时间； 车辆到达预警位置前，因视野限制不能看到预警装置的位置到预警装置间的距离4。则测速位置与预警位置间的距离可由下式计算得到： （1）预警位置到“最危险点”间的距离可视具体情况来定，但要保证违章车辆在得到报警信息之后，有条件在到达“最危险点”之前将速度降至安全速度，即： （2）其中，为车辆的最大减速度5。其余三个交叉口进口道的情况相同。 图1 系统在双向十字路口的应用示意图2.2 系统模块介绍从功能角度来看，本文所设计的交叉口碰撞预警系统包含以下三个模块：信息采集、事故可能性判断、事故预警，下文将对这三个模块进行具体说明。（1）信息采集两车在交叉口内是否会发生碰撞，由两车到达冲突点的时间决定，而车辆到达冲突点的时间又跟车辆的行驶速度相关，所以需要采集车辆的行驶速度作为系统的输入参数。常见的车速采集技术有地感线圈和微波检测，其速度检测的误差均在3%以内6，能够满足系统的要求。系统需要检测的是交叉口各个进口道内所有车道上的车速信息，为了避免埋设过多的地感线圈，系统采用侧向安装的微波检测器进行车速采集。（2）事故可能性判断由于在交叉口内左转或右转的车辆速度不会过快，可以认为超速进入交叉口的车辆都是直行车辆。仍以由东向西行驶的车辆为例，当东西方向直行相位信号为红灯时，车辆经过测速位置测得的瞬时速度为，如果车速过快，车辆不能在停止线前停车，即： （3）其中，为测速位置到停止线的距离。此时需要向拥有通行权的两个进口道方向发出预警信息。（3）事故预警本系统采用LED电子显示屏以及灯光闪烁装置进行事故预警。电子显示屏上以动画、文字的方式对驾驶员进行提醒，动画既可以吸引驾驶员的注意，又可以简洁地传达事故隐患信息。文字用来显示车速信息，灯光闪烁装置在夜晚能够发挥较好的提醒作用。系统的运行的逻辑模型如图2所示。图2 系统运行逻辑模型3、系统的创新点本文所设计的信号控制交叉口防撞预警系统存在以下几点创新：（1） 对交叉口内因超速行驶，闯红灯而带来的安全隐患进行预先报警，改变交叉口交通事故单单依靠事后处理的现状。（2） 使进入交叉口的车辆实时感知与其行进方向呈交叉方向上的关键交通信息，解决了交叉路口信息盲区带来了隐患。（3） 提示方式独特：采用对驾驶员的心理暗示作用，进行有效提示。例如在交叉口各个方向设置LED显示屏或在每个交叉冲突点设置地灯对驾驶员进行提示。4、结论综上所述，该系统针对交通事故多发的城市交叉口，提出使交叉口各个进口道交通信息共享，能及时有效地将交叉路口的交通隐患以预警的方式告知驾驶员，是对交通灯的有效补充，对降低交叉口的事故发生率有一定的作用。当然系统仍然存在诸多不足，如系统发出预警的方式有待商榷，预警装置的安装位置有待进一步研究。参考文献1 潘福全，陆键，项乔君等. 公路信号平面交叉口安全服务水平研究J. 东南大学学报: 自然科学版, 2008, 3(2):298303.2 吴兵，李晔. 交通管理与控制M. 人民交通出版社,2009.3 王守宝，钱勇生. 城市错位交叉口的交通治理措施研究. 交通与安全, 2008,6(178):109112.4 任锐，李文