智能交通系統設計方案

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智能交通系統設計方案范文第1篇

智能交通系統深度集成了傳感技術、可視化技術、遠程識別技術等物聯網關鍵技術，為公眾提供交通信息、出行誘導、車流疏導等現代化服務。通過對城市交通中物聯網技術的應用需求分析，探討基于物聯網的智能交通系統的功能構建與實現方案，就物聯網技術在城市交通智能化服務中的應用問題做出微薄貢獻。

【關鍵詞】物聯網 智能交通 智能化

我國城市現代化發展速度大大超越了城市交通的運輸能力，為了滿足公民對城市交通的需求，大力發展智能化交通建設，提高運輸服務能力，把物聯網技術引入到城市交通中，是發展智能交通的新思路。

1 城市交通與物聯網概述

1.1 城市交通概述

城市交通實質是一種動態的流，以流來解決人或物在空間上的移動。然而，城市交通又是一個復雜的綜合性系統并具有開放性。城市交通的子系統承擔著相對獨立的工作任務。經濟的快速發展給城市交通帶來的巨大的壓力，具體表現在城市的流動源的增加、城市內外流動的增加。城市經濟發展帶來交通的繁忙，也加大城市對外交流的聯系，成了更大的交通圈。從發達國家的交通歷程來看，解決問題的思路不在于不斷增加基礎設備，而在于對交通流進行有效的“管理”，進而減少“流”的產生。通過強化交通管理，提升供給能力，實現系統信息化、交通智能化無疑是最佳解決方案。

1.2 物聯網概述

物聯網可以簡單的理解為物物相連的互聯網，實質上它所欲互聯網的擴展內容。物聯網集成了包括傳感技術、定位技術以及rfid等多項現代化技術，在一定的協議框架下，實現物與物之間實現泛在的信息交互，通過信息處理中心對交互信息進行智能處理。物聯網有三個主要特征：第一，通過射頻標簽等多種傳感技術實現對“物”的基本信息采集，并能夠對“物”進行識別，實現實時識別、抓取信息；第二，在一定的協議框架內，通過無線網絡、有線網絡以及互聯網等泛在網絡實現信息的實時傳輸；第三，采用模式識別、數據挖掘以及云計算等智能技術實現對海量數據的采集于處理，為各種之智能化服務提供必要支持。

2 城市交通中物聯網技術的應用需求分析

城市道路交通系統中的物聯網技術應用需求應該從管理層、企業層、公眾層三個不同的角度來進行分析。

2.1 管理層需求分析

在管理層面上，主要四個方面需求的考慮：運行車輛的實時監控在城市出現的各種交通工具。城市各種車輛的運行信息是建設城市交通智能化的信息基礎，對運行車輛信息進行遠程識別與采集，實現信息的傳遞與保存；運營過程的智能監管是強化對運行車輛行駛行為管理的重要措施，通過物聯網技術對車輛信息的實時抓取，實現對車輛的跟蹤和監控，并采用電子地圖基礎以一種全新的可視化方式表現實時的行車環境，滿足管理層直觀、智能對交通進行監控的需求；智能安全管理需求主要體現在對運輸過程中安全問題的管理，通過車輛進行安全監測，并將數據傳回監控管理中心，實現車輛安全的實時監管，做好對技術設備的監控，提高突發事件的應對能力；城市交通發展信息的需求主要表現在對城市實現優化配置，引入物聯網技術隊車、人流進行信息采集，作為城市交通宏觀調控的有力支撐。

2.2 企業層需求分析

從企業的角度來看，企業的需求包括運營車輛監控、智能調度、場站安全監控以及企業發展的信息采集詩歌方面的需求。對運營車輛實現時能監控是對企業車輛行為的運程監管，通過在車輛上安裝攝像頭，借助傳感技術。對車輛的安全因素進行檢測，將信息傳回企業管理中心，滿足企業對車輛的監控；智能調度需求體現在提高企業的經濟效益。通過物聯網金屬實現客、貨、車的科學調配，最大化企業的資源利用效率；場站安全智能監控需求表現在對車輛場站的安全管理，包括進站、候車、上車的安全管理，同時還能監控場站內乘客以及乘客的行李，物聯網技術實現了吹場站的全方位可視化監控，包括對場站的溫度、火情等多方面的感知監控；企業發展建設信息需求體現在對城市交通市場以及企業自身情況相關信息的收集與分析。宏觀把控市場脈搏，定量分析企業發展方向，為企業發展提供準確數據參考。

2.3 公眾層需求分析

在公眾層面上，公眾的需求包括公交線路信息查詢、長途客運信息服務、

信息以及便捷字符交通費用等四個方面的需求。公共線路信息查詢的需求體現在希望能通過互聯網平臺及時獲取公交線路的信息，幫助制定出行路線，支持多種終端，實現出行方案的實時回送；長途科園信息服務需求表現在對長途路線路線的輕松訪問，提供出行方案，并能都實現網絡辦理或電話辦理，支持自動售票、換票、退票等自助服務；信息方面的需求體現在公眾需要獲知公交車輛到站時間、長途客運車輛狀態以及出租車預約等方面的量化信息；便捷支付是公眾的新型需求，是一個城市現代化的重要體現。互聯網能夠實現公交車、出租車、長途客運以及私人小汽車的停車費的刷卡付款，提高交通收費效率，給公眾便利，也提高了車輛工作效率。

3 基于物聯網的智能交通系統的功能構建與實現

3.1 基于物聯網的智能交通系統框架設計

基于物聯網的智能交通系統承襲了傳統城市交通系統的開放性，智能交通系統同樣具備強大的課擴展性。智能交通系統的結構框架設計是在城市交通系統的原有結構上發展而來，是對城市交通系統的重新整合和應用補強。智能交通居住物聯網先進的信息技術手段，提高了對交通流中“物”的把控，利用感知設備擴展了服務內容，完成交通系統的現代化升級。智能交通系統的應用如圖1所示，可以劃分為公共交通子系統、交通綜合信息子系統、交通綜合管理子系統以及交通綜合收費子系統。

3.2 公共交通系統

公共交通系統的管理對象主要為公共交通工具，其中常規公共交通的包括的公共汽車和軌道交通是公眾出現的主要方式，是政府支持的出行方式；出租車是常規公共交通的補充，并相對便捷、舒適；長途客運承擔了城市對外運輸的交通壓力，是城市交通的重要組成部分。

因此，公共交通的主要功能有三方面：一、收集與公共交通服務信息；二、為公眾提供信息查詢與服務；三、對公共交通車輛進行管理。

3.3 交通綜合信息系統

交通綜合信息系統是其他子系統實現功能的信息支持模塊，主要負責信息的采集、傳遞、加工以及保存。交通綜合信息所掌控的信息包括靜態信息、動態信息、交通基礎設備以及其他子系統產生的相關信息，它實質是上交通原始信息的記錄。具體而言，它記錄的信息可以分為四類：車輛信息、基礎設施信息、實時路況信息以及系統共享信息。其中，車量信息包括車輛靜態的特征信息和動態的運行信息。

3.4 交通綜合管理系統

交通綜合管理系統掛歷的對象是運行的車輛，依據綜合信息系統提供的相關信息對交通進行宏觀調控借助信息處理軟件，實現交通的科學疏導。綜合管理系統功能模塊有：一、運行車輛行為監管功能，以“行車速度閾值、行駛時空權限”為約束條件，對違章車輛進行管理，為執法提供信息憑證；二、交通疏導功能，通過綜合信息系統提供的全局交通信息，為出行者提高路網車流信息，為出行者提供出行方案；三、智能信控功能，依據路網車流信息，對特殊路口實行信號配時優化，實現信號控制智能化；四、停車管理功能，借助綜合信息系統提供的場站泊位數據，對停車進行指導于收費管理。

3.5 交通綜合收費系統

現代化城市為公眾提供了智能的一卡通交通支付服務， 尤其是公交ic卡已經進入了我國的絕大部分城市。伴隨著城市智能化的步伐，公交ic卡已由原來只能由于公共汽車支付擴展到了輕軌、地鐵甚至是出租車等領域。值得注意的是，公交ic卡還延伸為市民卡，可用于支付更多的付費項目，甚至已經擴展為某個地區的綜合支付卡。交通綜合收費系統結合物聯網技術將為公眾甙類更多便利。

參考文獻

[1]馬強.走向"精明增長"從小汽車城市到公共交通城市[m].北京：中國建筑工業出版社，2007，29-30.

[2]nathalie mitton，david simplot-ryl. from the internet of things to the internet of the physical world[j]computes rendus physique.2011，12： 669-674.

[3]王曉寧.城市交通一卡通系統設計方案[d].天津：天津大學，2007.

作者簡介

薛霞（1985-），女，山西省晉中市人。大學本科學歷。現為晉中職業技術學院助教。主要研究方向為計算機應用。

智能交通系統設計方案范文第2篇

關鍵詞：計算機視覺；智能交通；監控系統

中圖分類號：TP277

近些年來，隨著我國人民生活水平提高，使私家車輛的數目急劇增長，并且車輛的增長速度遠遠超出市政建設的力度。這樣的事實導致城市交通擁堵、違規通車、車禍增加，所以迫切的要求加快市政建設，實施高效率的交通監控措施，基于計算機視覺的智能交通監控系統也由此得到了相應的廣泛的發展和應用。那么，計算機視覺技術下的智能交通監管系統究竟應該如何設計與實現呢？

1 計算機視覺下的智能交通監控系統

1.1 計算機視覺技術

計算機視覺技術即利用各種圖像攝錄設備將通過對視覺目標進行識別、跟蹤、測量并將由此獲取的視覺信息傳輸至計算機并進而利用圖像技術進行視覺信息處理以達到進一步進行智能化處理的視覺處理技術。

1.2 智能交通系統（ITS）

智能交通系統（ITS）是指通過現代化的網絡信息技術、自動控制技術等有效綜合手段在一定范圍內建立的全方位發揮作用的交通運輸綜合管理和控制系統。作為交通運輸管理體系的一場新的革命，近年來，由此技術進一步開發形成的監控系統已經在各個道路的關鍵路口、路段和其他交通繁忙地域普遍建立，為交通運輸管理提供了自動化、智能化的信息收集和處理等多方面的服務。但是，隨著城市建設的迅猛發展和人流、車流量的猛增，更加智能化的交通管理系統的開發和利用顯然也成為了當務之急。

2 計算機視覺下的智能交通監管系統的建立

正是基于新的發展需要，我們有必要把計算機視覺和智能交通監控系統進一步結合起來，首先通過計算機視覺分別對各個道路的關鍵路口、路段和其他交通繁忙地域等相應位置實時進行交通信息采集，然后，通過信息傳輸系統、或者進行處理后存入服務器并將處理過的實時交通信息及時傳輸到監控指揮系統，以實現對于各個道路的關鍵路口、路段和其他交通繁忙地域的實時監控和管理。由此，顯然就需要設計以下各個子系統并共同構建為一個完整的體系。

計算機視覺下的智能交通監管系統

實時交通信息收集系統

監控指揮系統

高質量信息存儲傳輸系統

圖1 計算機視覺下的智能交通監管系統工作程序示意圖

3 智能交通監控系統的實現

計算機視覺下的智能交通監管系統實現的第一步是通過實時交通信息收集系統實時進行交通信息采集，即通過對于運動物體的分割，在圖像找出有意義的部分，抽出運動目標的特征，進而通過連續畫面間的變化判斷目標的運動狀況。在這一系統運行中，首先可以“攝像頭讀入”的初始視頻，使用相應的算法提取“背景”，然后通過原圖與背景運算形成相應的“前景”，由此即可進一步通過矩形框的使用來達到“運動目標檢測”與信息采錄的目的。

圖2 視覺監控系統原理圖

3.1 系統功能實現

對運動物體的檢測主要有光流法以及差分法兩種方法，由于光流法比較復雜和耗時，實時檢測很難實現，因而，現有實時交通信息收集系統一般通過差分法的應用來進行開發和實現。

3.1.1 幀間差分法

幀間差分法對運動目標進行分割處理過程中使用較多也最為簡單實用的一種方法，其基本原理就是通過在連續的圖像序列中兩個或三個相鄰幀間采用基于像素的幀間差分并且閾值化來提取圖像的運動區域，進而通過逐象素比較獲取前后兩幀圖像之間的差別來判斷運動物體的移動狀況。在實際操作中，一般可以假設用于獲取序列圖像的視頻設備為靜止物體，設視頻中連續兩幀的圖像為It（x，y）和It+1（x，y），然后通過對連續兩幀的圖像相應的像素進行比較，利用Dt（x，y）=It+1 （x，y）-It（x，y）這一方程求出相應的閾值來檢測出運動物體的移動狀況：

Mt（x，y）=

當然，必須注意的是，由于幀間差分法所得到的差分圖像在現實中并非由理想封閉的輪廓區域組成的，因而，運動目標的輪廓自然也就往往是局部的、不連續的，且其誤差往往隨著運動物體速度的增大而增大，因而，這一方法并不適于對于高速運動目標的有效檢測。

3.1.2 背景差分法

與幀間差分法不同，背景差分法則是利用當前圖像與背景圖像的差分來檢測物體運動狀況一種方法。其基本原理是在可控制環境下，通過對于運動背景的固定假設，設待檢測運動物體的圖像為I（x，y），背景圖像為B（x，y），通過輸入圖像與背景模型進行比較，利用D（x，y）=I（x，y）-B（x，y）這一方程求得到圖像中的各像素的變化信息，進而檢測運動物體的移動狀況：

Mt（x，y）=

當然，在實際運用中，背景差分法的關鍵，是要建立一個背景模型，并更新模型。

3.2 程序功能的實現

本程序功能實現所主要使用的是OpenCV函數。OpenCV能夠實現對圖像數據的操作，包括分配、釋放、復制、設置和轉換數據，以及對攝像頭的定標、對運動的分析等。在函數實現上，用到了Cv圖像處理的連接部件函數，運動分析與對象跟蹤中的背景統計量的累積相關函數等相關的函數。本系統就是運用圖3介紹使用到的函數名及其功能和使用格式等來實現對視頻流的運動車輛的輪廓檢測的。

圖3 尋找輪廓程序主要算法流程

實驗證明，本系統能夠較好地實現對視頻流的運動目標的輪廓檢測和對象跟蹤，并能實時更新背景，車輛跟蹤正確率在95%以上，雖然存在著輪廓檢測正確率稍差的缺點，但其主要原因是由于攝像頭所處的角度和運動目標靠近程度的影響，從根本上并不影響對于運動目標的實際檢測。

4 結束語

加快城鎮化進程是我國發展的大趨勢，在這一趨勢下，城市病的治理當然可以離不開現代化的科學技術。但是，必須注意的是，無論多么先進的管理系統，最終都只有通過人的行為才能夠發揮有效的作用，在這個意義上，設計與使用先進的交通監控系統固然是解決交通問題的技術條件，但是，交通問題的解決，最終還必須依賴于人的素質的全面提高。

參考文獻：

[1]戴俊喬.城市道路交通視頻監控系統架構和性能的研究[J].科技與創新，2014（06）.

[2]張偉龍，李剛，王雨翔.基于計算機視覺的智能交通監控系統[J].小型微型計算機系統，2014（07）.

[3]龐其富.淺談城市軌道交通視頻監控系統設計方案[J].通訊世界，2014（01）.

智能交通系統設計方案范文第3篇

【關鍵詞】路徑規劃 智能小車 控制系統

最近幾年，我國企業的生產技術處于逐漸提高的狀態中，也慢慢地加深了對自動化技術的要求，在這樣的科技研究環境下，智能車輛、開發出來相關的智能產品也慢慢地成為柔性生產組織以及自動化物流運輸等相關高科技系統的重要設備。國際上，大多數的國家都在對智能車輛積極進行開發設計以及研究。在20世紀時，就已經有移動機器人的出現，雖然只是機器人學中的小部分，但是這樣的科技研究精神在智能小車的研究設計中依然存在，本文就針對基于路徑規劃的智能小車控制系統進行了分析，受到了人們和研究者們的廣泛關注。

1 對國內智能小車的現狀進行研究分析

目前，智能交通系統中重點發展的部分就是智能車輛，這也是世界上相關車輛研究領域中的熱點，在不斷提高企業生產技術以及不斷加深自動化技術的要求時，大多數的工業部門已經慢慢廣泛應用了智能車輛。很多的發達工業國家，智能車輛也已經慢慢地實現商品化，這樣低廉成本的緣故，可以更加有利于人類工作得更好，同時，智能車輛也已經慢慢地滲入到社會以及工業的每個層面中。

相對國外智能車輛的研究而言，我國這方面的技術研究比較晚，在20世紀80年代才開始。而且大多數研究尚處在針對某個單項技術研究的階段，研究開發了一個基于路徑處理的智能小車控制系統。由此可知，發達國家的社會以及政府能夠更加清楚地意識到智能車輛技術的優越性。汽車研究機構以及制造公司中，智能車輛實驗的建立更加有利于樹立信心，廣闊的智能車輛市場前景吸引汽車公司投入大量的資金，有效地促進了智能車輛的實用化進程。在經濟實力方面，我國應該根據本國的具體情況進行研究，有效地增強綜合國力以及各個行業的競爭力，有利于居民生活水平的提高。

2 基于路徑規劃的智能小車控制系統分析

2.1 設計智能小車控制系統的思路

基于路徑規劃的智能小車控制系統分析，最主要的就是設計智能小車控制系統的思路，其中智能小車也僅僅是智能車輛研究中的小部分。智能小車的移動機構就是車輪，可以很完整地實現自主行駛作用，所以我們才將其稱作是智能小車。智能小車比較容易編程是由于其具有機器人所具備的那些基本特征。與此同時，智能小車和其它的遙控小車存在的不同之處就是，遙控小車的轉向、進退以及啟停等都需要操作員對其進行控制；然而，智能小車速度的控制、行駛方向以及啟停都能夠利用計算機編程進行實現，不需要人為地進行干預。與此同時，操作若想對智能小車的行駛方式進行改變，可以利用計算機進行程序或者某些數據的修改來實現。這也是智能小車最大化的特點，可以利用編程來對其進行控制、以及對小車行駛方式進行改變。研究智能小車控制系統的主要目的，就是讓小車更高自主地行駛。

2.2 分析智能小車控制系統結構

對于智能小車控制系統結構而言，和其他的控制系統一樣都需要一個比較完整的控制系統，同時，對于系統的每項功能模塊要求都是要相互之間有著緊密的聯系，按照以上的具體流程以及功能之間結構的關系，就可以很容易地確定比較系統的總設計方案。

2.2.1 智能小車控制系統中上位機系統設計的分析

智能小車控制系統中上位機系統，用來負責對小車的行駛路徑進行有效的處理，并且將其處理完整的重要數據信息傳輸發送到下位機。上位機系統所具備的硬件環境都是Pentium以上的CPU；內存不少于32MB；顯示器分辨率很高；硬盤空間至少要保持130MB的空余，這樣可以創造更大的數據交換區。

2.2.2 智能小車控制系統中下位機系統設計的分析

智能小車控制系統中下位機系統，只是負責對上位機所發出輸送過來的數據信息進行接收，脈沖信號是由單片機正常產生的比較準確，對步進電機進行工作的控制，依照預定的路徑讓驅動小車前進。通常情況下，單片機采取的是十六位微處理器SPCE06IA板，產自于臺灣凌陽；步進電機選取的是兩相永磁式，步距角相對比較標準。另外，還需采集數據的模塊進行設計，對小車的位姿重要信息進行采集，以方便對系統的控制誤差進行分析。對于串行通信方式而言，主要是用來接受下位機以及上位機間通信傳輸的數據信息，與此同時，串行通信的兩個方面都涉及到上系統以及下系統這兩個，再針對上系統以及下系統的具體特點和情況進行硬件和軟件的設計。

3 結語

綜上所述，不管是從當前科學技術的發展，以及研究理論方面的研究來說，還是從汽車的市場競爭中以及工業發展中來分析，研究智能車輛都是必要經歷的事情。然而，研究智能小車以及開發相關的其他產品，都更加有利于促進我國在技術領域中技術的進步和發展。由此可知，研制一種高效、智能以及便捷的智能小車控制系統，擁有著十分重要的科學理論價值以及重要的實踐意義。

參考文獻

[1]李舜酩，沈`，鮑慶勇.未知環境下基于行為控制的智能車輛路徑規劃研究[J].傳感器與微系統，2014，129（22）：2064-2065.

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[3]薛俊韜，徐少朋，王燁.基于計算機視覺的智能小車路徑規劃[J].計算機工程與應用，2014，213（06）：254-256.

智能交通系統設計方案范文第4篇

近年來，我國道路交通安全形式越來越嚴峻，在眾多的交通事故中，以追尾碰撞與超車側向碰撞事故這兩種類型最為常見。如果能夠在事故發生前提醒駕駛員并采取一定的安全措施，對減少交通事故的發生則是非常有用的，汽車防撞預警系統正是基于提高車輛的主動安全性來實現在行車過程中，給駕駛員提供必要的技術設施。

本文在安全跟車模型的基礎上，設計了系統構成，并給出了初步的設計方案。對車載測距技術進行了綜合比較，確定系統采用毫米波多普勒雷達傳感器、超聲波傳感器和紅外線傳感器分別對前、后和側向車間距離、兩車相對速度和角度進行測量；在結合各種防碰原理的基礎上，把系統分為主控單元子系統、測距子系統、信息采集單元子系統和顯示-聲光報警子系統四個部分，并確定了實現系統功能所需要的關鍵技術;在安全距離的基礎上，對主控單元子系統和測距子系統進行了軟、硬件設計，解決了系統功能所需要的關鍵技術。

車輛防撞技術作為智能運輸系統的一個子課題，將不斷成熟和完善，防撞系統的應用可以縮短車輛間的安全行車距離，還可以實現安全超車，保證高速運行車輛的安全性，提高公路運輸效率，促進經濟的快速發展。

關鍵詞：防撞預警；雷達；超聲波；紅外線；傳感器

英文摘要

Thetrafficsafetyconditionisbecomingmoreandmoreseriousinrecentyears,thestatisticshowsthatamongtheaccidentofhighwaytheRear-endCollisionandSideCollisionarefrequent.Ifthedriverscanbeinformedbeforetheaccidentstakeplace,thesafetylevelwillbeimprovedgreatly.Thehighwayvehicleanti-collisionwarningsystemissuchatechniquebasedontheinitiativesecurityofautomobilewhendriving

Basedonthemathematicmodelofautomobilesafefollowingdistance,thehardwareandsoftwareofthesystemarebuilt.Throughanintegratedcomparisonofdetectingtechniques,themillimeterwavefrequencymodulatedpulse-Dopplerradar、Ultrasonicsensorandinfraredsensorarechosen,whichcanmeasurethelengthwaysdistanceandtransversedistance,relativevelocityoftwovehiclesandazimuthatthesametime.Basedonreferencevarioustheoriesofanti-collisionwarningsystem,thesystemincludesfoursub-systems:themaincontrolunitofsub-system,measuringdistanceofsub-system,informationunitofsub-systemandmonitor,sound&lightalarmofsub-system.Basedonit,thekeytechnologiesinvolvedinthesystemaredetermined.Basedonthesafetydistancemodel,thesoftwareandhardwareofthemaincontrolunitofsub-systemandmeasuringdistanceofsub-systemaredesigned,thekeytechnologiesissolved.

Vehicleanti-collisiontechniqueassub-itemofIntelligentTransportSystemwillgrowupandbeperfectinfuture.Itwillshortenthesafespacebetweencarheads,actualizethesafeovertakingandguaranteevehiclesafety,soitwillhelptoincreasetransportefficiencyandkeepeconomicfastgrowth.

Keyword:anti-collisionwarningsystem;radar;ultrasonic;infrared;sensor

1.1選題意義和背景

汽車業與電子業是世界工業的兩大金字塔，隨著汽車工業與電子工業的不斷發展，在現代汽車上，電子技術的應用越來越來廣泛，汽車電子化的程度越來越高。汽車電子技術是汽車技術與電子技術想結合的產物。汽車上的電器與電子控制系統在汽車技術進入機電一體化階段的今天，地位極為重要，正在汽車技術領域發展成為一門獨立的分支學科，其性能的優劣直接影響到汽車的動力性、經濟性、可靠性、安全性、排放干凈、及舒適性等。電子控制技術在汽車上，首先應用于發動機燃油消耗控制與排放進化與排放控制，接著被應用于底盤部分的控制，以提高行駛的穩定性、安全性、與舒適性等。隨著交通運輸向高密度發展，電子控制技術又進一步應用于汽車的乘坐安全性和導航等方面。

電子技術在汽車安全控制系統的應用主要是為了增強汽車的安全、舒適和方便。應用的電子技術主要有：電子控制安全氣囊，智能記錄儀，雷達式距離報警器，中央控制門鎖，自動空調，自動車窗、車門、座椅、刮水器，車燈控制，電源控制以及充電器等。近年來汽車的自動調速系統，主動式汽車防撞系統，汽車監測和自診斷系統以及汽車導航系統也得到了廣泛的應用。

在過去20~30年中，人們主要把精力集中于汽車的被動安全性方面，例如，在汽車的前部或后部安裝保險杠、在汽車外殼四周安裝某種彈性材料、在車內相關部位安裝各種形式的安全帶及安全氣囊等等，以減輕汽車碰撞帶來的危害。安裝防撞保險杠固然能在某種程度上減輕碰撞給本車造成損壞，卻無法消除對被撞物體的傷害；此外，車上安裝的安全氣囊系統，在發生車禍時不一定能有效地保護車內乘務員的安全。所有這些被動安全措施都不能從根本上解決汽車在行駛中發生碰撞造成的問題。如果從預防撞車事故的發生的角度著眼，在提高汽車主動安全性方面下功夫，則可在汽車安全性領域有較大的突破。

汽車發生碰撞的主要原因是由于汽車距其前方物體（如汽車、行人或其他障礙物）的距離與汽車本身的車速不相稱造成的，即距離近而相對速度又太高。為了防止汽車與前方物體發生碰撞，汽車的車速就要根據與前方物體的距離變化由執行機構進行控制，使汽車始終在安全車速下行駛。這樣就會大大提高汽車行駛的安全性，減少車禍的發生。

發展汽車防撞技術，對提高汽車智能化水平有重要意義。據統計，危險境況時，如果能給駕駛員半秒鐘的預處理時間，則可分別減少追尾事故的30%，路面相關事故的50%，迎面撞車事故的60%;1秒鐘的預警時間可防止90%的追尾碰撞和60%的迎頭碰撞。理論上，汽車防撞裝置可在任何天氣、任何車速狀態下探測出將要發生的危險情況并及時提醒司機及早采取措施或自動緊急制動，避免嚴重事故發生。汽車防撞裝置是借助于遙測技術監視汽車前方和后方的車輛、障礙物，并根據當時的車速自動判斷是否達到危險距離，及時向司機發出警告，必要時還可進行自動關車、自動緊急剎車。

汽車要避撞就必須憑借一定的裝備測量前方障礙物的距離，并迅速反饋給汽車，以在危急的情況下，通過報警或自動進行某項預設定操作如緊急制動等，來避免由于駕駛員疲勞、疏忽、錯誤判斷所造成的交通事故。目前，大家都將防撞技術的關鍵點著眼于車輛測距技術。

1.2國內外研究的現狀

鑒于交通事故的不可預測性和不可絕對避免性，為了減少交通故，優化交通秩序，利用計算機及信息技術來提高道路交通安全和效率已成為國內外研究的熱點。二十世紀八十年代以后展開的關于智能交通系統的研究，被認為是解決各種交通問題的一個很好的途徑。智能交通系統是將先進的信息技術、通訊數據傳輸系統、電子控制系統以及計算機處理系統有效地應用于整個運輸管理體系，使人、車、路環境協調統一，從而建立一個全方位發揮作用的實時、準確、高效的運輸綜合管理系統。其中智能車輛系統涉及到計算機測量與控制、計算機視覺、傳感器數據融合、車輛工程等諸多領域。視覺系統在智能車輛中起到環境探測和辨識作用。與其他傳感器相比，機器視覺具有檢測信息量大，單純以當前的現實條件出發解決，容易導致系統實時性差。在實際應用中可使用多個攝像機，或者利用高速攝像機的多幅連續圖像序列來計算目標的距離和速度。還可根據一個攝像機的連續畫面來計算車輛與目標的相對位移，并用自適應濾波對測量數據進行處理，以減少環境的不穩定性造成的測量誤差。在智能車輛領域，除視覺傳感外，常用的還有雷達、激光、GPS等傳感器。

利用信息感知、動態辨識、控制技術與方法提高的主動安全性，是先進汽車控制與安全系統（AVCSS）的主要研究內容.世界各大汽車公司、大學在政府的支持下，都在開展這方面的研究與開發工作。日本各大汽車制造企業如豐田、日產、馬、本田、三菱等公司，為實現其運輸省提出的發展"先進的安全汽車(ASV)計劃"致力于新型安全汽車技術研究開發，并取得了重要的進展。豐田汽車公司使用毫米波雷達和CCD攝像機對本車的距離進行動態監測，當兩車距離小于規定值時，系統將發出直觀報警信號提醒本車駕駛員。日產汽車公司使用緊急制動勸告系統，利用先進的車距監測系統對跟車距離進行動態監測，當需要減速或制動時，用制動燈亮來提醒駕駛員，并及時監測駕駛員操縱駕駛踏板的踏踩狀態，必要時使汽車的自動制動系統前起作用降低車速，在最危險時刻自動制動。本田公司使用具有扇形激光束掃描的雷達傳感器，即使車輛在彎道行使也能檢測到本車與前方汽車或障礙物的距離降到規定值時，駕駛員仍未及時采取相應措施，便發出警告信號。三菱和日立公司在毫米波雷達防撞方面也做了大量的研究，其雷達中心頻率主要選擇60~61GHz或76~77GHz,探測距離為120米，尼桑公司為41LV-Z配備了自適應巡航控制系統，該系統利用毫米波雷達作為探測器，為巡航駕駛提供了判斷依據。

德國和法國等歐洲國家也對毫米波雷達技術進行了研究，特別是奔馳、寶馬等著名汽車生產廠商，其采用的雷達為調頻毫米波雷達（FrequencyModulationContinuousWave）,頻段選擇76~77GHz。如奔馳汽車公司和英國勞倫斯電子公司聯合研制的汽車防撞報警系統，探測距離為150米，當測得的實際車間距離小于安全車間距離時，發出聲光報警信號。該系統已經得到應用。

美國的汽車防碰撞技術已經相當先進，福特汽車公司開發的汽車防碰撞系統的工作頻率為24.725GHz,探測距離約106米。據說該系統理論上能根據轉彎的角度信息自動適應路面的轉彎情況，僅探測本車道內車輛的信息，從而可避免旁車道上目標物的影響。戴姆勒-克萊斯勒公司的防撞結構主要是兩個測距儀和一個影像系統，她能夠測出安全距離，發現前方有障礙物，計算機能夠自動引發制動裝置。戴姆勒-克萊斯勒公司的實驗結果顯示，車速以每小時32.18公里/小時的速度行駛，在距離障礙物2.54cm的地方停下來。

我國汽車防碰撞系統的研究開發同國外發達國家相比，存在較大差距，近幾年相繼有一些科研院所、大專院校和公司廠家進行此方面的研究。近距離報警如倒車雷達現已蓬勃地車輛上安裝使用，但國內目前生產的中遠距離測量普遍達不到要求，表現在最遠測距距離近，測距誤差大，遠遠不滿足高速公路的安全車距離要求，需進一步研究。

本課題，不是直接測量距離，而是從測量車與車之間相對速度的角度出發，研究利用雷達激光測距、超聲波測速及其它相關技術來預測高速行駛車輛的后碰及側碰問題，實現報警，從而避免事故發生。

本次研究主要針對汽車防撞系統，對前面開發的系統性能進行了改進。主要研究內容包括以下幾個方面:

1.汽車縱向防撞系統的總體設計

完成汽車防撞系統的總體設計，把整個系統劃分成四個分工不同的子系統，并確定實現總體方案所需要解決的關鍵技術。

2.汽車防撞安全距離模型的確定

結合系統的技術要求和車輛的行駛情況，對課題組以前提出的安全距離跟車模型進行了改進，使其具有更好的可靠性和實用性，對模型中的個別參數進行重新選取，使模型及模型的參數選取更加合理。

3.進行汽車防撞系統硬件的總體設計并解決關鍵技術

在以前研究的基礎上，重新對汽車防撞系統進行總體設計，提高了系統的實時性，并且電路中硬件器件全部采用貼片封閉形式，提高硬件系統的抗干擾性和可靠性。本論文中著重論述了主控單元子系統和雷達工作數據發送單元的硬件設計，解決了汽車防撞系統中的雷達測距系統這一關鍵技術，使該課題的研究從模擬實驗階段過渡到實車實驗階段。

4.按照系統的功能需求，制定了各子系統之間通訊的通訊規約，并用MCS-51匯編語言設計了系統的主控單元子系統軟件和雷達測距子系統中雷達通訊數據發送單元軟件。

5.在模擬實驗的基礎上，通過裝車實驗，驗證了系統所要求的各種性能。

1.3本文的主要工作和內容安排

本文在第一章緒論中闡述了汽車防撞技術產生的背景及現實意義，主要研究內容并對現有的防撞技術進行了歸納和總結，進而提出本課題的研究思路和新穎所在;第二章主要闡述了測距傳感器的選擇，并且確定了三種測距方法；第三章進行了報警系統防撞模型的建立;第四章進行了硬件設計和實驗驗證;第五章為系統的軟件設計，第六章為結論與展望。

目錄

第一章緒論1

1.1選題意義和背景1

1.2國內外研究的現狀2

1.3本文的主要工作和內容安排5

第二章幾種測距方式的比較和選擇6

2.1激光方式7

2.2超聲波方式8

2.3紅外線方式9

第三章系統模型的建立10

3.1追尾防撞模型的建立10

3.1.1模型建立的理論依據10

3.1.2模型的建立12

3.1.3模型的討論17

3.1.4模型參數的討論18

3.2超車側向防撞模型的建立19

3.2.1模型的建立19

3.2.2模型參數的選擇26

3.2.3模型的最小轉角與最大轉角數據分析28

第四章系統硬件設計30

4.1單片機的性能特點30

4.1.1單片機的選擇30

4.1.2MCS-51單片機的主要性能31

4.1.3單片機系統的設計要求31

4.2追尾碰撞報警系統硬件設計32

4.2.1測量距離通道的設計32

4.2.2測速通道的設計33

4.2.3開關量輸入通道的設計34

4.2.4轉向、油門、制動信號的采集35

4.2.5聲光報警的設計36

4.2.6顯示裝置的設計39

4.2.7電源設計43

4.2.8電路板的電源保護裝置和電源的抗干擾的設計44

4.2.9"看門狗"電路的設計44

4.3系統主要傳感器47

4.3.1毫米波雷達傳感器48

4.3.2超聲波傳感器53

4.3.3紅外線傳感器55

4.3.4霍爾車速傳感器55

4.3.5轉向角度傳感器59

4.3.6制動踏板傳感器60

4.3.7油門傳感器61

4.3.8路面狀況選擇開關61

4.4系統總體電路圖64

第五章報警系統軟件程序的實現65

5.1系統報警方式65

5.2程序設計思想65

5.3程序的實現66

第六章結論與展望71

6.1結論71

6.2展望71

參考文獻73

附錄76

本論文中雖然對安全距離模型進行了改進，但仍需進一步改進和細化，采用一定的控制理論和算法，使模型更具有科學性、可靠性和可操作性。本系統現階段只是就危險情況實現了向駕駛員報警，事實上由于駕駛員的反應性有差異及注意力不集中、疲勞駕駛等因素的存在，有時未必能及時采取減速、剎車等措施，因此系統下一步的目標是實現自動剎車的功能，使駕駛員的安全更有保障。

（1)本系統只是在理論上討論了汽車防碰撞的問題，由于實驗設備和時間問題還沒有進行實驗。

(2)本系統還應該進一步在復雜天氣(雨、雪、大霧)，潮濕、冰雪路面上進一步測試，驗證系統的設計功能。

(3)在本系統基礎上，進一步開發車輛自適應巡航控制系統，使車輛的舒適性和主動安全性得到提高.

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