基于网联技术的汽车安全预警类场景应用研究

邹亮

摘要：近年来，随着社会经济的发展，人们对交通工具的要求也不断的提高，汽车的出现无疑给人们的生活带来巨大的便利，但汽车所带来的交通事故也不容忽视，而导致事故发生的原因大多数是驾驶员注意力的不集中。为了减少事故发生的几率，帮助驾驶员安全驾驶汽车，开展汽车安全预警系统的智能车辆辅助驾驶系统势在必行。汽车安全预警系统能够在车辆遇到潜在危险时能够以声音或视觉信息的方式提醒驾驶员，以使驾驶员能够及时的采取正确的措施。

关键词：网联技术;汽车安全预警类;场景应用

引言

随着经济及工业技术的快速发展，汽车已经成为现代社会重要的交通工具，全国汽车保有量持续增加，在帶来舒适和便捷的同时，道路安全、城市拥堵、环境污染等问题也日趋严重。在此背景下，以信息通信技术、人工智能等全新技术为主的第三次、第四次工业革命，为汽车的智能化、网联化发展带来了强大推力。国家层面先后出台一系列重要文件对智能网联汽车发展进行战略规划。在国家政策的支撑和引导下，汽车网联技术得以飞速发展。技术层面，汽车逐渐由依靠人感知并操作向依靠车端的传感器辅助判定，再到机器自主控制转变，这正是汽车技术未来的发展方向。产业层面，汽车产业已逐步成为汽车、电子、信息通信、道路交通等行业深度融合的新型产业，传统的汽车产业链也面临重构，产业链不断的更新和拓展。

1网联技术及应用现状分析

在全球范围内，C-V2X技术凭借其面向5G的持续演进性、产业链的完备性等方面的优势，正逐渐成为全球各个国家和地区认可的车联网选型技术。标准层面，我国C-V2X标准已经覆盖了接入层、网络层、消息层和安全等内容，标准体系已初步形成。目前，应用层以下的标准部分已经发布或正在制定过程中，现有通信技术标准已基本具备支撑汽车网联技术应用的能力。

2网联技术的汽车安全预警类场景应用研究

2.1软件系统设计

系统软件设计采用结构化和模块化设计，应用模块的程序设计思想，系统分为主控模块、距离测量模块、状态判断模块，声光报警模块、LCD显示模块以及前后左右四个方位的报警判断模块，各功能的模块经过调试通过后，再将他们根据总体设计的主流程组合起来做最终的应用软件。整个系统的软件设计采用C语言编写。

2.2典型安全预警场景筛选

通过对美国、欧洲、日本和中国现有的标准或规范中的应用场景进行梳理，确定安全预警的筛选原则如下，1）基于网联技术实现的应用场景，不涉及高级辅助驾驶或自动驾驶功能应用;2）通过车与车、车与路、车与弱势交通参与者和车与网络的信息交互，识别和预判潜在的安全风险并发出碰撞预警，不包含紧急呼叫等应用;3）面向驾驶员发出预警或提醒;4）非车控类应用场景，且暂不考虑通过路侧设施提醒行人等的预警应用场景，筛选出典型的安全预警场景。

2.3设计模块介绍

对基于嵌入平台的汽车安全预警软件技术的架构进行研究，主要工作包括：1）摄像头。摄像头是为了采集车辆前方的道路的信息，不同的摄像头具有不同的驱动方式，为了减少开发成本，采用支持Linux系统热拔插的USB摄像头来采集道路信息。摄像头采集的信息是经过编码的，而检测算法模块是对一张张图片进行处理的，因此，需要在嵌入式中解码以提取一张张图片。2）预警检测。针对摄像头获得的图像数据，对车辆前方进行车道线偏离检测，障碍物检测，预警检测等相关信息的检测，采用Opencv提供的通用算法和用C++实现的核心检测算法。输出信息处理将由预警检测模块获得的信息进行综合，得到所需要的关键的检测信息结果，去除不需要的，干扰的信息。用户界面显示用QtC++GUI进行用户界面的设计，提供优秀的用户接口，使用户可以方便的进行相关信息的设置，并将所需要的结果提供给用户。

2.4预警试验

重点研究的是预警系统的触发方式，故在样本对象的选择上，需排除因驾驶人员自身因素对试验结果造成的影响和误差。选取200人作为试验对象，他们都有驾照，且身体健康，驾驶经验较丰富，无不良驾驶记录，年龄平均分布在25-40周岁，其中男性125名、女性75名。将模拟试验和数据采集系统移植在自主开发的乘用车驾驶行为研究平台上，在正常驾驶情况下进行连续驾驶2小时的模拟试验驾驶。目前，由于驾驶人员无意识条件下车辆偏离正常行驶车道导致的交通事故较多，而车道偏离预警系统技术可有效减少或避免此类事故发生。因此，在模拟的驾驶环境中真实模拟车道偏离工况，使车道偏离预警系统发生作用，并分别对驾驶人员进行无警告、单一警告和组合警告的预警试验。在不同的警告触发条件下，对驾驶人员的操作正确人数、平均响应时间和方差综合考虑，统计分析出适合驾驶人员的警告触发方式。

2.5安全预警应用场景排序

通过对国内外标准法规及政策现状、技术现状和基础设施现状进行调研和分析，同时考虑到产业发展的实际需求，确定安全预警类应用场景的排序原则为：1）交通事故形态层面。优先开展能有效减少交通事故的应用场景的标准制定工作;2）技术发展层面。优先开展技术较为成熟，依靠驾驶员的视觉无法识别的应用场景。对技术研发中、面向交通效率提升的应用场景可作为后续标准化的参照;3）场景应用成熟度层面。优先开展有配套标准支撑，且有配套设施及应用基础的应用场景。结合上述三项排序原则，对路口碰撞预警、车辆状态安全提醒、弱势交通参与者碰撞预警、协作式安全碰撞预警及其他类型的安全预警应用场景按照优先级进行排序。

2.6组合警告试验

由单一警告试验可知，听觉警告中以方案4000Hz、0.2s/次的声音为最优方案;视觉警告中以方案红灯0.1s/次，且在驾驶人员视野的下方警告为最优方案（考虑到车道偏离工况特殊性，位置设计需进一步深入分析）;触觉警告以方案适中级别的转向盘振动为最优方案。在组合警告中选用3种不同警告方式组合作为警告方式。当驾驶人员在模拟驾驶环境中驾驶一段时间后，使其适应驾驶过程，在其不知情情况下模拟车道偏离工况，并同时对驾驶人员分别进行视觉与听觉、听觉与触觉、视觉与触觉警告及视觉、听觉和触觉的组合警告。

2.7系统总体方案设计

汽车主动安全预警系统的设计由五部分组成：主控单元，雷达测距模块，信息采集模块，液晶显示模块和声光报警模块五个部分组成。各模块完成的具体任务如下：1）测距系统：由超声波发生模块、超声波接收模块、单片机控制系统组成，用来完成汽车的前后左右与障碍物之间的距离测量;2）显示报警系统：主要由单片机控制系统、显示模块和声光报警模块组成，用来显示汽车与前后左右物体的距离，同时通过声光提示报警;3）信息采集模块：通过传感器采集汽车的前进、后退、左转、右转、加速和减速状态;4）单片机控制系统：是本系统的核心，采用80C52芯片，控制整个系统的运行，同时对各种接口电路进行控制。

结语

确定了汽车主动安全预警系统基于听觉、视觉和触觉为主的警告触发研究策略。通过驾驶人员主观判断筛选出适合作为警告触发方式的方案，并在模拟驾驶环境中借助开发的车道偏离预警系统分析比较了单一或组合的警告触发方式对驾驶人员操作行为的影响。对不同警告触发方式下驾驶人员操作的正确人数、平均响应时间和方差三者进行了统计分析，结果表明，听觉和视觉的组合警告更适合作为中国驾驶人员的警告触发方式。

参考文献

[1]陈山枝，胡金玲.蜂窝车联网（C-V2X）[M].北京：人民邮电出版社，2021.

[2]汽标委智能网联汽车分技术委员会.网联功能与应用标准制定路线图研究报告[R].天津：汽标委智能网联汽车分技术委员会，2020.

[3]王平，王超，刘富强，等.车联网权威指南：标准、技术及应用[M].北京：机械工业出版社，2018.