面向主动安全的车联网系统简介

  据公安部交通管理局统计截至2014年底，全国的汽车保有量达14亿辆，是2003年的57倍。我国汽车行业的迅猛发展，对促进社会经济发展和提高人民生活水平发挥了积极的作用。然而，汽车保有量的爆发性增长引发了一系列的交通安全问题。例如，道路交通事故明显地增加、大中城市交通拥堵、交通环境污染等已严重影响到人们的日常生活和生命财产安全。据世界卫生组织资料显示，这些年我国交通事故死亡的绝对人数一直是世界第一，而交通事故致死率也是世界最高的，部分年份高达25%。为提高行车安全性，我国研究人员提出了利用“视觉信息”实现行车安全控制，将传统视觉计算模型与新的视觉认知模型相结合，实现多传感器跨模态跨尺度信息融合，生成高质量三维场景认知地图，进而提供基于车-路-人状态综合分析的智能辅助安全驾驶支撑技术。其主要优点是利用视觉信息避免碰撞障碍物，提高行车安全性。然而，在实际的汽车驾驶过程中，很多潜在的危险并非都是“可视”的，因此该技术在行车安全保障方面存在缺陷。例如，渣土车在经过十字路口时往往不减速，而另一方向的汽车驾驶员可能因未能及时看到渣土车这个“潜在的危险而发生交通事故；大雾或大雨等天气因素也会影响汽车行驶过程中的可视距离，增加行车安全风险。因此，怎么样才能解决这些“不可视”的潜在危险，给科学技术人员提出了新的挑战。为提高对“不可视”危险的预防能力，有研究人员提出了“车联网”的概念，并以此作为下一代智能交通系统的核心技术。车联网是指车辆间（车-车）、车辆与道路间（车-路）依托无线通信和物联网等技术而构成的开放式移动网络，通过车、路、物、人的感知互动与密切协作来减少和预防交通事故，保障交通安全，改善交通环境，提高路网通过能力。车联网具有自组织、部署方便、成本低廉、结构开放等特点，能够给大家提供事故告警协作、碰撞预警协作、驾驶安全预警、交通管理、交通导航、车辆间音视频互连、互联网接入等各种服务。由于车联网的应用对于减少和预防交通事故、减轻交通阻塞、改善交通环境等有着重要意义，因此欧美等发达国家都开展了各种车联网相关的项目，如美国交通部主导的Connected Vehicle计划、通用汽车的OnStar系统、欧洲的Safespot项目等。交通防碰撞技术是道路行车安全方面的重要支撑技术，也是实现智能交通的基础研究方向。有人中总结了主要的车联网通信方式和防止车辆碰撞的消息、路由等机制设计，然而这些机制依赖于复杂的消息通信结构、路由机制，在网络中交换的数据量规模庞大。日本最早从20世纪80年代就开始了这方面的研究。近年来，欧美国家也加大了对车载自组网的研究，代表性的项目包括：CarTalk2000，从2001年开始，开发了一种新的基于车间通信的驾驶员辅助驾驶系统，为期3年；C2C-CC（Car2Car Communication Consortium，车辆间通讯联盟），由6家欧洲汽车厂商（宝马、戴姆勒·克莱斯勒、大众汽车等）组成，致力于制订一个Car2Car系统的通用标准，使不同厂商的汽车能互相通信；CHAUFFEUR2主要研究“ Platooning of Vehicles，前方车辆可以向后方车辆广播消息。然而，大多数防碰撞机制实现复杂，往往会带来较大的通信开销，造成网络资源的浪费。考虑到驾驶员视野范围内的一些道路交互与通行情况，例如车速比较慢的情况下，就不有必要进行车辆间的安全预警，这样就省去了不必要的通信，减轻了无线信道的拥塞。而在实际应用中，针对驾驶员的视野盲区，需要车载应用系统及时根据车-车通信等渠道掌握的信息给司机预警提示，甚至在紧急状况下由车辆自动采取一些安全保护措施。预警机制需要在考虑到人为驾驶因素的同时，具有简单、快速、可靠的特性，以更好地实现人-车-路的协同。

  车载终端包括6大功能模块，分别是：（1）安全模式，是系统的核心模块，目前要实现3个主动安全功能，包括追尾碰撞预警、紧急刹车电子灯和危险路径预警等；（2）导航模式，类似于导航软件，提供驾驶员定位、路线）娱乐模式，提供音乐和视频的播放、小游戏，供使用者在空闲时娱乐使用；（4）与无线模块的数据通信功能，通过串口与无线模块进行数据的接收与发送；（5）通过GPS获取实时位置数据，既能够最终靠车-车通信方式为主动安全提供决策依据，也能够最终靠3G通信方式实现远程信息服务；（6）与CAN（Controller Area Network，控制器局域网络）总线通信，获取车辆的实时状态信息。其中，前3个模块涉及人机交互，后3部分是模块间的数据通信。2014年5月，由中国科学技术大学自主研发的“基于车联网的主动安全系统”在奇瑞汽车股份有限公司正式对外发布。该系统的主要特征是首次实现了主动安全预警三大应用，包括追尾碰撞预警、紧急刹车灯预警和危险路径预警，并且在有几率发生交通危险时能及时通过声音和动画通知用户。另外，该系统可提供可靠数据分发和实时的紧急数据处理能力，车辆通信距离能达到250米，延迟与丢包率能够符合主动安全应用要求。

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