杨 雪，杨新兴，汪 丹，陈宇舵，刘 璐

（四川交通职业技术学院，四川 成都 610000）

1 预警系统关键技术研究

1.1 研究背景及意义

2010 年我国发生交通事故累计219521 起，弯道因素引发的交通事故占总数的10.5%，可见弯道是一个事故易发地。焦明东在《智能预警系统在公路弯道中的应用研究》一文中，指出汽车通过路况复杂的弯道时，若驾驶员对弯道区的具体路况了解不足，司机将很难做出高效质的应急反应，更容易发生误判，从而导致交通事故。根据德国戴姆勒-奔驰公司对汽车事故调查结果显示，若驾驶员能提早0.5s 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1s 则可避免90%的事故发生[1]。由于视线不清晰或道路安全引导标志等客观因素，国省干线与县乡道路的交叉路段、急弯和连续弯道的路段，通常是弯道交通安全事故的易发地。据我国交通事故统计年报显示，弯道路段发生的交通事故占全部交通事故的7.84%，弯道死亡事故则高达全部交通死亡事故的16.3%[2]。十字路口和急弯道路等特殊路段的道路交通安全问题遭受质疑。因此，如何升级智能系统与提高科技水平融合发展，进而降低弯道路段交通事故率是是现世研究者和科研者共同研究的对象。基于有效降低弯道交通事故的发生率，为有效实现交通道路安全，本文首先说明了车辆弯道盲区状况和弯道安全事故类型及原因，进而从系统设计和技术设计两方面研究创新设计智能弯道预警系统，最后对系统的社会经济效益进行了分析。

1.2 国内弯道预警系统研究现状

近年来国内从事对弯道预警研究主要是一些大学和研究院，如：同济大学道路与交通工程教育部重点地方许多、方守恩、陈雨研究的预警机制，即通过行车记录仪等设备对短时间内对车辆的移动行驶状态进行记录，再结合实际道路的复杂程度，应用递归神经网络的算法，创建两者之间的关系。后车完成对前车行车信息的收集传输，进而完成预警任务[3]。北京理工大学交通运输工程学院周洋研究的车辆前向碰撞预警系统利用计算机视觉的方法，对车辆前向碰撞系统中的关键技术进行了研究，重点研究了基于视觉的弯道检测算法、准确的汽车检测方式以及车距测量方法，创建了基于视觉的汽车碰撞预警系统模型。东北林业大学付欣月、孟晗、沈芳冰、高冠宇、孟令泽提出了根据这个地感线圈技术设计研发了一款弯道预警系统，为监测车辆行驶状况埋设地感线圈，并将检测信息传递给控制系统进行信号控制，达到提前预警的目的。另外增设弯道预警显示装置，提前让行人及驾驶员等交通参与者了解前方弯道的车况[4]。下面从这几个方面介绍智能信号环预警系统。

首先，针对大型车辆有较大的视线盲区的问题，距离大车很近时，司机很可能注意不到周围的环境。它通过信号环的探测器和无线传输模块，实时采集对面车辆速度等行驶数据，并把检测的对面车辆信息反馈给车辆上的GPS 预警系统。通过GPS 预警单元，驾驶员能提前洞悉弯道处其他车辆的行驶动态和详情信息，进而有效帮助驾驶员从容安全驾驶通过弯道。

其次，针对现有车辆检测方法无法准确定位车辆位置，在车辆检测的基础上，划定车辆周围20m 处的区域，利用物联网技术实现GPS 形成一个信号环再结合车载图像的特性，使其变得更为安全，还可智能控制（盲区/弯道时，降低的事故发生率）和弯道、盲区智能调节（根据弯道范围、盲区范围、人多范围时发出警报），以及故障自动报警等功能，大大方便了城市交通安全的维护。

最后，GPS 根据车辆制动过程及驾驶员的驾驶行为，制定了简单的行车安全标准。结合路测传感设备和微波探测仪器、AI 智能算法及GPS 信号环，再将GPS 信号环实时采集反馈的信息通过语音播报、文字警示的方式告知驾驶员，让驾驶员能够提前了解前方道路的情况，并采取相应的措施达到弯道预警的效果，从而为道路交通带来一定的经济社会效益。

1.3 结合弯道检测的智能信号环预警系统关键技术

1.3.1 路测传感器

目前，多传感器融合是路侧探测的主要升级空间。全息感知是智慧道路发展的底层基础，需要路侧感知设备提供全面、高质、稳定的交通数据。路侧感知以高清摄像头和毫米波雷达方案为主，华为等大厂已相继推出了全息感知方案。

政策加持，路侧智能感知市场迎来发展风口期，预计到2025 年路侧智能感知（包括RSU、摄像头、米波雷达、激光雷达、雷视一体机）的市场规模累计将超过400 亿元。其中摄像头和毫米波雷达仍然是路侧感知使用的主流设备，雷视一体、激光雷达也会呈现明显增长。

场景应用将是发展路侧智能感知设备的有效模式。整个市场的发展是一个长期过程，弯道交通是路侧感知设备的一个重要落地场景。

路侧感知数据GPS 数据平台，可将原始数据和本地处理的结果上传GPS 信号环，通过对运行数据进行整合处理，为提升弯道交通的效率提供了有效的解决方案。

1.3.2 信号环的探测器和无线传输模块

对对向车辆时速等行驶信息进行采集，并把检测的对面车辆信息反馈给车辆上的GPS 预警系统。通过GPS 预警单元，驾驶员能提前洞悉弯道处其他车辆的行驶动态和详情信息，进而有效帮助驾驶员从容安全驾驶通过弯道。据实测，该系统可提前预警车辆20m 范围内的机动车动向，进而达到减速慢行和具体路况提醒的目的。

1.4 内容介绍

（1）首先介绍了智能信号环预警系统的研究背景及意义，总结了其国内的研究研究现状，然后对系统内的关键技术做了概括和分析。最后对论文的内容结构进行说明。

（2）针对大型车辆有较大的视线盲区问题进行研究分析。侧重于对右转弯“内轮差”、固定视线盲区、人为视线盲区和随机视线盲区的概括和分析。

（3）针对无法准确定位车辆位置的问题进行分析。根据路测传感设备和微波探测仪器AI 智能算法等实时采集车辆20m 范围内的周围环境，并通过GPS 信号检测对向车辆的速度数据及周围环境是否存在异物的情况，将收集的数据反馈给该车辆的导航系统。

（4）结合前面的检测方法达到的弯道预警效果进而对经济社会产生的效益。通过GPS 信号环实时传输反馈的信息通过语音播报、文字警示的提前告知驾驶员，从而提高弯道会车安全、降低事故发生率、促进交通安全治理的升级和创新。

2 车辆视线盲区范围问题研究分析

2.1 右转弯盲区

右转弯盲区产生的原因主要是驾驶员处于正常驾驶座位置，其视线容易被车体遮挡而无法得到全视角的观察，而对于大型车辆来说车厢更大，障碍更多，于是就存在很大的“内轮差”。在右转过程中，重点要注意右侧道路上直行的摩托车、非机动车及行人的动态，要与上述车辆和行人保持一定的安全横向距离，掌握右侧视线盲区内的情况，并且要做好随时停车避让的准备。大型车辆右转视线盲区是指车辆在右转时，由于右侧前后轮行驶轨迹不一致，存在“内轮差”盲区，使驾驶人无法正确判断路侧行人与非机动车辆的状态信息的区域[5]。根据车辆转弯时有“内轮差”的特性，车辆在右转弯时，车辆的后轮要往右外多“拐”一定的距离，并且车辆与右边的人和非机动车较近，车辆前部位碰不到人或其他车子，但并不一定车辆后半部位碰不到。若安装智能信号环后，当车辆行驶到距离路口大约20m 时，智能信号环就会发出预警警报，提醒司机仔细观察道路左、右侧情况，着重右侧情况，让司机能够有更充足的时间去关注到右转弯处的人或车辆。为右转弯做好准备，以免离路口过近时和别的右转弯车辆争道而产生危险情况。货车在道路行驶中的轨迹与视觉盲区如图1所示。

图1 货车在道路行驶中的轨迹与视觉盲区

2.2 固定视线盲区

固定视线盲区主要是受外界环境（公路线形、路旁建筑物等）和车辆结构等影响而形成的。在弯道、交叉路口、陡坡等地形，尤其是交叉路口，由于车辆行人行进方向交错，情况复杂，使得驾驶员视野受到很大限制。

2.3 人为视线盲区

除了一些本身存在的盲区，还有一些盲区是人为造成的。

2.3.1 驾驶车辆的客观因素

如贴颜色较深的车膜，在后挡风玻璃前放置毛绒玩具、靠枕、纸巾盒等。

2.3.2 驾驶员本身的主观因素

当受到某些因素的影响时，驾驶员的驾驶技能将会收到限制，比如精力不集中或者不能发挥不正常，导致人为视线盲区的形成。驾驶技能受到限制的具体表现为：驾驶疲劳、开情绪车、开赌气车；或者是在车辆行驶过程中驾驶员与人谈话聊天、使用手机、抽烟、吃东西；或在进行常规的操作（倒车入库超车行驶，调头和转弯）时的操作不正确等，甚至可是在交叉路口闯信号灯、快速行驶车辆、转弯时忘记打灯提示后面来车等人为的现象，人为的扩大了视线盲区的范围，给道路交通的行车安全造成了威胁[6]。

2.4 随机视线盲区

驾驶员在驾驶车辆的过程中会有些不安全的因素随机出现。比如在驾驶田园路段，可能会从田园草堆里面蹭出人来；停靠在路边的车辆，乘客突然下车，甚至可能从后车的车前通过给后车车辆造成的视线盲区。因为随机视线盲区具有不确定性，使得驾驶员一旦遇到随机视线盲区将会不知所措，这样往往容易造成交通事故的发生[7]。

3 智能信号环预警系统设计研究

3.1 项目原理

弯道预警系统由前面路测传感设备和微波探测仪器AI 智能算法等实时采集车辆20m 范围内的周围环境（图2），再由GPS信号环检测器、后端一体化车辆预警装置组成，其中后端一体化车辆预警装置，又由电源模块，无线传输模块，速度显示模块，文字警示模块，语音警示模块，系统控制模块构成。

图2 弯道车辆相遇的预警范围

3.2 智能信号环预警系统功能

通过路测传感设备和微波探测仪器AI 智能算法等实时采集车辆20m 范围内的周围环境，根据弯道车辆上自带的GPS 信号环，实时采集对向车辆速度等行驶数据，并将信息反馈到对向车辆GPS 上，再通过语音播报、文字警示提醒该车辆司机减速行驶，GPS 信号环功能流程如图3 所示。

图3 GPS 信号环功能流程

3.2.1 功能设计

（1）自动化运行，稳定可靠，无须人工干预。

（2）模块化设计，结构紧凑合理。

（3）车辆检测精度高，安装GPS 信号环，只需将GPS 系统升级，安装施工简单。

（4）信息实时传输延迟小，适用于快速同步触发的要求。

智能信号环系统功能优势如图4 所示。

图4 智能信号环系统功能优势

3.2.2 技术设计

（1）会车警示：当对向来车时，本车辆将通过车辆的GPS 信号环检测对向车辆的速度，实时采集对向车辆的速度数据及周围环境是否存在异物的情况，并将采集的信息反馈给该车辆。

（2）语音播报、文字警示：将GPS 信号环实时采集反馈的信息通过语音播报、文字警示的方式告知驾驶员，让驾驶员能够提前了解前方道路的情况，并采取相应的措施。

3.2.3 系统构成

智能信号环预警系统由一套GPS 信号环系统构成，每个单元包括：微波探测模块、无线传输模块、反馈信息模块、供电系统、AI 智能算法、路测感知设备6 部分组成。

4 智能信号环预警系统经济社会效益分析

4.1 提高弯道会车安全

通过GPS 信号环检测车辆时速和具体方位，让车辆实时显现当前车况及路况，从而从根本上解决驾驶人在弯道会车时对紧急情况应急反应不良，或状况误判等问题，为驾驶人提供方便，保证弯道会车的安全[1]。

4.2 降低事故发生率

通过智能车辆信号环的安装，能够有效增进驾驶员对于弯道交通实际情况的了解，增强驾驶员对弯道会车的安全意识，减少弯道碰撞事故的发生，进而降低事故发生率。

4.3 促进交通安全治理的升级和创新

智能信号环预警系统的应用，不仅能够促使弯道会车安全程度进行大幅度提升，从而排除影响道路的整体安全的危险因素，宏观来看，也可以维护道路的整体安全，可以促进传统公路安全预警方式更新换代，实现现代化发展要求，促进预警系统的升级和应用。

5 结语

鉴于地形地貌的影响，道路工程实施过程中一定会存在弯道或急弯状况，因此弯道交通中车辆行驶的安全是整个道路交通安全的重要原因。在“智能交通”“科学交通”等工程迅速发展的影响下，为保证弯道交通安全，有必要对弯道的智能预警技术的提升的进行更深层次的研究。本文提出的智能信号环预警系统可使驾驶者提前发现弯道内侧的路面状况，提高驾驶预见性，降低事故发生率，为司机带来看得见的“安全感”，可为相关人员（或工程）提供参考。