车辆弯道行驶安全预警系统设计★

付欣月 孟 晗 沈芳冰 高冠宇 孟令泽

(东北林业大学，黑龙江 哈尔滨 150000)

1 概述

交通事故近年来呈不断增长事态，尤其是山区、农村弯道路段盲区多，约占交通事故多发路段总数的12.5%。弯道路段每百起事故死亡人数为各个路段最高[1]。在弯道路段行驶时，驾驶员对弯道处交通情况缺乏了解，一旦发生紧急情况留给驾驶员的反应时间少，增大了交通事故发生的概率。根据德国Daimler-Benz公司对汽车事故调查结果显示，若驾驶员能提早0.5 s意识到危险并采取措施，则可避免30%的迎面碰撞事故和50%追尾碰撞事故，若能提前1 s则可避免90%的事故发生[2]。目前为保障弯道行驶安全，我国最常采用的措施是使用凸面反光镜，该装置具有施工简单、成本低、养护方便等优点[3]，但其发挥作用的程度极易受天气情况影响，并且表面产生污损后发挥作用的能力又会下降。微波雷达在我国也常被用于对道路车况进行检测，但其仅适用于单行车道，并且车辆距离缩短时信息处理会产生困难。根据上述背景，设计了一种基于地感线圈的弯道预警系统，通过安装在弯道处的弯道预警显示装置对驾驶员进行提示，当车辆在弯道处违规变道时，装置便会显示相应的信息去警示行人、驾驶员等，在一定程度上能有效降低事故的发生率。同时相比其他弯道预警方案，该系统添加了车辆在弯道路段处的停车预警系统，并且嵌入路面的地磁线圈不易受损，耐用度更高。

2 系统设计

本系统主要由检测系统、控制系统、弯道预警显示装置三个部分组成，其中检测系统主要由车辆违规变道检测和停车检测两个部分组成。车辆违规变道检测是通过地感线圈对进入对向车道行驶的车辆进行检测，停车检测同样是通过地感线圈对在弯道路段处停车的车辆进行检测。控制系统对检测所得信息进行处理并对预警指示灯和速度显示器进行控制。对弯道预警显示装置进行设计，可以对行人、驾驶员等加以预警，还能够提醒维修人员及时检修。

3 检测系统

检测系统主要具有感应和检测两方面功能，通过地感线圈在道路上的合理布局，可有效发挥检测系统的功能，图1为检测系统布局图。该系统由按照一定顺序进行设置且完全相同的四个地感线圈及其相应配套装置组成。检测系统通过实时感应各个地感线圈中电感的变化，来检测是否有车辆违规变道行驶以及车辆在弯道路段处停车。由于地感线圈的施工特点为一次性施工，可以长时间可靠使用，因此地感线圈可以为该装置检测系统安全、正常工作提供长久保证。

3.1 地感线圈位置

该感应系统中两个地感线圈即感应器为一组，两组感应器分别为感应器1、感应器2和感应器3、感应器4，将感应器埋设于路面平整，没有接缝处的公路地下，来保证地感线圈的正常使用。地感线圈的具体位置分别为内外侧车道上正常行驶方向的对向车道，其中感应器1和感应器2位于内侧车道上，感应器3和感应器4位于外侧车道上，每组中的两个感应器设置一定和适当的间距，并且两组感应器的分布一致。感应器1(2)和弯道与直线路段的连接处位于同一水平线，两组感应器连线的中心位置与预警指示灯和速度显示器在同一水平线上。

3.2 系统构成

该弯道预警系统是被安装在含有弯道的公路上的一款预警系统，主要包括四个感应器及含有速度显示器和预警指示灯的弯道预警显示装置。其中两个感应器为一组，用于检测是否有车辆违规变道以及车辆在弯道路段处停车。在外侧弯道进出口的两侧外缘，分别设置具有预警指示灯和速度显示器的弯道预警显示装置，预警指示灯整体由红黄绿显示灯完成预警作用，根据感应器感应到的不同情况以及信息通过系统处理后，预警指示灯分别亮起不同颜色的灯，提醒其他驾驶员和行人是否有违规变道车辆以及在弯道路段处停车的车辆，可以达到良好的预警效果。速度显示器位于预警指示灯的上方，根据记录车辆通过感应器2和感应器1或感应器3和感应器4的时间节点，以及根据一组感应器中两个感应器的固定距离，计算出车辆通过感应器的速度，在显示屏幕上加以显示，提醒其他驾驶员和行人违规变道车辆的行驶速度。

4 控制系统

4.1 简介

控制系统的输出终端为预警指示灯与速度显示器，其中预警指示灯包括红色和黄色的车辆预警灯和绿色的通行指示灯。根据控制系统的程序设定，对违规变道以及在弯道路段处停车的车辆的行驶信息进行采集、处理并控制输出终端，最终达到对正常行驶车辆预警的目的。具体流程如图2所示。

该控制系统共有四种信号模式。第一种信号模式为绿色指示灯常亮，此时无车辆进出弯道；第二种信号模式为绿色指示灯常亮伴有黄色指示灯闪烁，该种模式下车辆的行驶状况为行驶方向2(1)的车辆正常行驶，即先经过感应器1(4)再经过感应器2(3)；第三种信号模式为红色指示灯亮7 s伴有黄色指示灯闪烁，该种模式下车辆违规变道，即先经过感应器2(4)再经过感应器1(3)，同时当车辆驶过一组感应器后，黄色指示灯熄灭、红色指示灯常亮7 s后熄灭切换至绿色指示灯亮起，同时通过其间的固定距离及通过系统测量车辆通过两感应器之间的时间，按照测速模型测算出违规变道车辆车速并及时传输到系统的输出终端，即速度显示器；第四种信号模式为仅有黄色指示灯常亮，该种模式下车辆长时间在该处停车，即长时间停留在感应器1，感应器2，感应器3，感应器4上，通过检测感应器中的频率变化情况确定车辆处于停车状态，此时黄色指示灯亮起、绿色指示灯熄灭，直至车辆离开时绿色指示灯亮起、黄色指示灯熄灭。

4.2 测速模型

将感应器的测速模型进行简化，从线性分析的角度对变量之间的关系进行分析，可以得到汽车通过的标准时间和修正后的时间。

Δt进=t2进-t1进，Δt出=t2出-t1出,

其中，L为感应器1和感应器2之间的距离；t2进为车辆刚进入感应器2的测速；t1进为车辆刚进入感应器1的测速；t2出为车辆刚驶出感应器2的测速；t1出为车辆刚驶出感应器1的测速；δ为时间灵敏度影响因子；γ为道路情况影响因子。根据文献[4]中测速试验的详细数据，并通过SPSS软件的计算,得到本模型修正后的速度公式如下，影响因子δ=0.796，γ=0.789。

5 弯道预警显示装置设计

在本系统中，设计一种弯道预警显示装置，如图3所示。

该弯道预警显示装置包括地脚孔、三分岔底座、固定座、主箱体、预警灯、速度显示屏、备用仓、太阳能电池及其固定架等。主箱体上方设有速度显示器和预警指示灯，预警指示灯从上到下依次为红灯、黄灯、绿灯，分别用于不同的预警模式。其次速度显示屏采用LED显示屏，用于显示违规变道车辆的行驶速度。而太阳能电池固定架倾斜角度可以根据阳光照射情况实时变化，以便更好的吸收太阳能。本装置还设有报错区域，当装置出现故障会通过报错区域显示，即报错灯亮起，这能够有效提醒驾驶员、行人以及维修人员该弯道预警显示装置异常，在发现故障后可以利用备用仓内的备用模块快速准确地进行更换和维修，提高了维修人员的工作效率。本弯道预警显示装置能有效提高驾驶员注意力，保障驾驶员的行车安全，降低弯道路段交通事故的发生率。

6 结语

道路安全本身受多种因素的影响，而驾驶员作为其中的主导因素，其行为决策与交通安全息息相关。通过对弯道处车辆行驶情况进行分析，设计了基于地感线圈对车辆行驶状态进行分析并对违章驾驶情况给出预警的道路预警系统。系统的反馈结果最终通过弯道预警显示装置上的预警指示灯以及速度显示器显示，装置的提示内容在各类环境中清晰可见，可以给驾驶员有效的提示，在一定程度上规避了事故的发生，保障了驾驶员以及行人的安全。同时将起到检测作用的地感线圈安装在地面以下，装置在整体上都具有高度实用性。