智能交通系统设计方案

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智能交通系统设计方案范文第1篇

智能交通系统深度集成了传感技术、可视化技术、远程识别技术等物联网关键技术，为公众提供交通信息、出行诱导、车流疏导等现代化服务。通过对城市交通中物联网技术的应用需求分析，探讨基于物联网的智能交通系统的功能构建与实现方案，就物联网技术在城市交通智能化服务中的应用问题做出微薄贡献。

【关键词】物联网 智能交通 智能化

我国城市现代化发展速度大大超越了城市交通的运输能力，为了满足公民对城市交通的需求，大力发展智能化交通建设，提高运输服务能力，把物联网技术引入到城市交通中，是发展智能交通的新思路。

1 城市交通与物联网概述

1.1 城市交通概述

城市交通实质是一种动态的流，以流来解决人或物在空间上的移动。然而，城市交通又是一个复杂的综合性系统并具有开放性。城市交通的子系统承担着相对独立的工作任务。经济的快速发展给城市交通带来的巨大的压力，具体表现在城市的流动源的增加、城市内外流动的增加。城市经济发展带来交通的繁忙，也加大城市对外交流的联系，成了更大的交通圈。从发达国家的交通历程来看，解决问题的思路不在于不断增加基础设备，而在于对交通流进行有效的“管理”，进而减少“流”的产生。通过强化交通管理，提升供给能力，实现系统信息化、交通智能化无疑是最佳解决方案。

1.2 物联网概述

物联网可以简单的理解为物物相连的互联网，实质上它所欲互联网的扩展内容。物联网集成了包括传感技术、定位技术以及rfid等多项现代化技术，在一定的协议框架下，实现物与物之间实现泛在的信息交互，通过信息处理中心对交互信息进行智能处理。物联网有三个主要特征：第一，通过射频标签等多种传感技术实现对“物”的基本信息采集，并能够对“物”进行识别，实现实时识别、抓取信息；第二，在一定的协议框架内，通过无线网络、有线网络以及互联网等泛在网络实现信息的实时传输；第三，采用模式识别、数据挖掘以及云计算等智能技术实现对海量数据的采集于处理，为各种之智能化服务提供必要支持。

2 城市交通中物联网技术的应用需求分析

城市道路交通系统中的物联网技术应用需求应该从管理层、企业层、公众层三个不同的角度来进行分析。

2.1 管理层需求分析

在管理层面上，主要四个方面需求的考虑：运行车辆的实时监控在城市出现的各种交通工具。城市各种车辆的运行信息是建设城市交通智能化的信息基础，对运行车辆信息进行远程识别与采集，实现信息的传递与保存；运营过程的智能监管是强化对运行车辆行驶行为管理的重要措施，通过物联网技术对车辆信息的实时抓取，实现对车辆的跟踪和监控，并采用电子地图基础以一种全新的可视化方式表现实时的行车环境，满足管理层直观、智能对交通进行监控的需求；智能安全管理需求主要体现在对运输过程中安全问题的管理，通过车辆进行安全监测，并将数据传回监控管理中心，实现车辆安全的实时监管，做好对技术设备的监控，提高突发事件的应对能力；城市交通发展信息的需求主要表现在对城市实现优化配置，引入物联网技术队车、人流进行信息采集，作为城市交通宏观调控的有力支撑。

2.2 企业层需求分析

从企业的角度来看，企业的需求包括运营车辆监控、智能调度、场站安全监控以及企业发展的信息采集诗歌方面的需求。对运营车辆实现时能监控是对企业车辆行为的运程监管，通过在车辆上安装摄像头，借助传感技术。对车辆的安全因素进行检测，将信息传回企业管理中心，满足企业对车辆的监控；智能调度需求体现在提高企业的经济效益。通过物联网金属实现客、货、车的科学调配，最大化企业的资源利用效率；场站安全智能监控需求表现在对车辆场站的安全管理，包括进站、候车、上车的安全管理，同时还能监控场站内乘客以及乘客的行李，物联网技术实现了吹场站的全方位可视化监控，包括对场站的温度、火情等多方面的感知监控；企业发展建设信息需求体现在对城市交通市场以及企业自身情况相关信息的收集与分析。宏观把控市场脉搏，定量分析企业发展方向，为企业发展提供准确数据参考。

2.3 公众层需求分析

在公众层面上，公众的需求包括公交线路信息查询、长途客运信息服务、

信息以及便捷字符交通费用等四个方面的需求。公共线路信息查询的需求体现在希望能通过互联网平台及时获取公交线路的信息，帮助制定出行路线，支持多种终端，实现出行方案的实时回送；长途科园信息服务需求表现在对长途路线路线的轻松访问，提供出行方案，并能都实现网络办理或电话办理，支持自动售票、换票、退票等自助服务；信息方面的需求体现在公众需要获知公交车辆到站时间、长途客运车辆状态以及出租车预约等方面的量化信息；便捷支付是公众的新型需求，是一个城市现代化的重要体现。互联网能够实现公交车、出租车、长途客运以及私人小汽车的停车费的刷卡付款，提高交通收费效率，给公众便利，也提高了车辆工作效率。

3 基于物联网的智能交通系统的功能构建与实现

3.1 基于物联网的智能交通系统框架设计

基于物联网的智能交通系统承袭了传统城市交通系统的开放性，智能交通系统同样具备强大的课扩展性。智能交通系统的结构框架设计是在城市交通系统的原有结构上发展而来，是对城市交通系统的重新整合和应用补强。智能交通居住物联网先进的信息技术手段，提高了对交通流中“物”的把控，利用感知设备扩展了服务内容，完成交通系统的现代化升级。智能交通系统的应用如图1所示，可以划分为公共交通子系统、交通综合信息子系统、交通综合管理子系统以及交通综合收费子系统。

3.2 公共交通系统

公共交通系统的管理对象主要为公共交通工具，其中常规公共交通的包括的公共汽车和轨道交通是公众出现的主要方式，是政府支持的出行方式；出租车是常规公共交通的补充，并相对便捷、舒适；长途客运承担了城市对外运输的交通压力，是城市交通的重要组成部分。

因此，公共交通的主要功能有三方面：一、收集与公共交通服务信息；二、为公众提供信息查询与服务；三、对公共交通车辆进行管理。

3.3 交通综合信息系统

交通综合信息系统是其他子系统实现功能的信息支持模块，主要负责信息的采集、传递、加工以及保存。交通综合信息所掌控的信息包括静态信息、动态信息、交通基础设备以及其他子系统产生的相关信息，它实质是上交通原始信息的记录。具体而言，它记录的信息可以分为四类：车辆信息、基础设施信息、实时路况信息以及系统共享信息。其中，车量信息包括车辆静态的特征信息和动态的运行信息。

3.4 交通综合管理系统

交通综合管理系统挂历的对象是运行的车辆，依据综合信息系统提供的相关信息对交通进行宏观调控借助信息处理软件，实现交通的科学疏导。综合管理系统功能模块有：一、运行车辆行为监管功能，以“行车速度阈值、行驶时空权限”为约束条件，对违章车辆进行管理，为执法提供信息凭证；二、交通疏导功能，通过综合信息系统提供的全局交通信息，为出行者提高路网车流信息，为出行者提供出行方案；三、智能信控功能，依据路网车流信息，对特殊路口实行信号配时优化，实现信号控制智能化；四、停车管理功能，借助综合信息系统提供的场站泊位数据，对停车进行指导于收费管理。

3.5 交通综合收费系统

现代化城市为公众提供了智能的一卡通交通支付服务， 尤其是公交ic卡已经进入了我国的绝大部分城市。伴随着城市智能化的步伐，公交ic卡已由原来只能由于公共汽车支付扩展到了轻轨、地铁甚至是出租车等领域。值得注意的是，公交ic卡还延伸为市民卡，可用于支付更多的付费项目，甚至已经扩展为某个地区的综合支付卡。交通综合收费系统结合物联网技术将为公众甙类更多便利。

参考文献

[1]马强.走向"精明增长"从小汽车城市到公共交通城市[m].北京：中国建筑工业出版社，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]王晓宁.城市交通一卡通系统设计方案[d].天津：天津大学，2007.

作者简介

薛霞（1985-），女，山西省晋中市人。大学本科学历。现为晋中职业技术学院助教。主要研究方向为计算机应用。

智能交通系统设计方案范文第2篇

关键词：计算机视觉；智能交通；监控系统

中图分类号：TP277

近些年来，随着我国人民生活水平提高，使私家车辆的数目急剧增长，并且车辆的增长速度远远超出市政建设的力度。这样的事实导致城市交通拥堵、违规通车、车祸增加，所以迫切的要求加快市政建设，实施高效率的交通监控措施，基于计算机视觉的智能交通监控系统也由此得到了相应的广泛的发展和应用。那么，计算机视觉技术下的智能交通监管系统究竟应该如何设计与实现呢？

1 计算机视觉下的智能交通监控系统

1.1 计算机视觉技术

计算机视觉技术即利用各种图像摄录设备将通过对视觉目标进行识别、跟踪、测量并将由此获取的视觉信息传输至计算机并进而利用图像技术进行视觉信息处理以达到进一步进行智能化处理的视觉处理技术。

1.2 智能交通系统（ITS）

智能交通系统（ITS）是指通过现代化的网络信息技术、自动控制技术等有效综合手段在一定范围内建立的全方位发挥作用的交通运输综合管理和控制系统。作为交通运输管理体系的一场新的革命，近年来，由此技术进一步开发形成的监控系统已经在各个道路的关键路口、路段和其他交通繁忙地域普遍建立，为交通运输管理提供了自动化、智能化的信息收集和处理等多方面的服务。但是，随着城市建设的迅猛发展和人流、车流量的猛增，更加智能化的交通管理系统的开发和利用显然也成为了当务之急。

2 计算机视觉下的智能交通监管系统的建立

正是基于新的发展需要，我们有必要把计算机视觉和智能交通监控系统进一步结合起来，首先通过计算机视觉分别对各个道路的关键路口、路段和其他交通繁忙地域等相应位置实时进行交通信息采集，然后，通过信息传输系统、或者进行处理后存入服务器并将处理过的实时交通信息及时传输到监控指挥系统，以实现对于各个道路的关键路口、路段和其他交通繁忙地域的实时监控和管理。由此，显然就需要设计以下各个子系统并共同构建为一个完整的体系。

计算机视觉下的智能交通监管系统

实时交通信息收集系统

监控指挥系统

高质量信息存储传输系统

图1 计算机视觉下的智能交通监管系统工作程序示意图

3 智能交通监控系统的实现

计算机视觉下的智能交通监管系统实现的第一步是通过实时交通信息收集系统实时进行交通信息采集，即通过对于运动物体的分割，在图像找出有意义的部分，抽出运动目标的特征，进而通过连续画面间的变化判断目标的运动状况。在这一系统运行中，首先可以“摄像头读入”的初始视频，使用相应的算法提取“背景”，然后通过原图与背景运算形成相应的“前景”，由此即可进一步通过矩形框的使用来达到“运动目标检测”与信息采录的目的。

图2 视觉监控系统原理图

3.1 系统功能实现

对运动物体的检测主要有光流法以及差分法两种方法，由于光流法比较复杂和耗时，实时检测很难实现，因而，现有实时交通信息收集系统一般通过差分法的应用来进行开发和实现。

3.1.1 帧间差分法

帧间差分法对运动目标进行分割处理过程中使用较多也最为简单实用的一种方法，其基本原理就是通过在连续的图像序列中两个或三个相邻帧间采用基于像素的帧间差分并且阈值化来提取图像的运动区域，进而通过逐象素比较获取前后两帧图像之间的差别来判断运动物体的移动状况。在实际操作中，一般可以假设用于获取序列图像的视频设备为静止物体，设视频中连续两帧的图像为It（x，y）和It+1（x，y），然后通过对连续两帧的图像相应的像素进行比较，利用Dt（x，y）=It+1 （x，y）-It（x，y）这一方程求出相应的阈值来检测出运动物体的移动状况：

Mt（x，y）=

当然，必须注意的是，由于帧间差分法所得到的差分图像在现实中并非由理想封闭的轮廓区域组成的，因而，运动目标的轮廓自然也就往往是局部的、不连续的，且其误差往往随着运动物体速度的增大而增大，因而，这一方法并不适于对于高速运动目标的有效检测。

3.1.2 背景差分法

与帧间差分法不同，背景差分法则是利用当前图像与背景图像的差分来检测物体运动状况一种方法。其基本原理是在可控制环境下，通过对于运动背景的固定假设，设待检测运动物体的图像为I（x，y），背景图像为B（x，y），通过输入图像与背景模型进行比较，利用D（x，y）=I（x，y）-B（x，y）这一方程求得到图像中的各像素的变化信息，进而检测运动物体的移动状况：

Mt（x，y）=

当然，在实际运用中，背景差分法的关键，是要建立一个背景模型，并更新模型。

3.2 程序功能的实现

本程序功能实现所主要使用的是OpenCV函数。OpenCV能够实现对图像数据的操作，包括分配、释放、复制、设置和转换数据，以及对摄像头的定标、对运动的分析等。在函数实现上，用到了Cv图像处理的连接部件函数，运动分析与对象跟踪中的背景统计量的累积相关函数等相关的函数。本系统就是运用图3介绍使用到的函数名及其功能和使用格式等来实现对视频流的运动车辆的轮廓检测的。

图3 寻找轮廓程序主要算法流程

实验证明，本系统能够较好地实现对视频流的运动目标的轮廓检测和对象跟踪，并能实时更新背景，车辆跟踪正确率在95%以上，虽然存在着轮廓检测正确率稍差的缺点，但其主要原因是由于摄像头所处的角度和运动目标靠近程度的影响，从根本上并不影响对于运动目标的实际检测。

4 结束语

加快城镇化进程是我国发展的大趋势，在这一趋势下，城市病的治理当然可以离不开现代化的科学技术。但是，必须注意的是，无论多么先进的管理系统，最终都只有通过人的行为才能够发挥有效的作用，在这个意义上，设计与使用先进的交通监控系统固然是解决交通问题的技术条件，但是，交通问题的解决，最终还必须依赖于人的素质的全面提高。

参考文献：

[1]戴俊乔.城市道路交通视频监控系统架构和性能的研究[J].科技与创新，2014（06）.

[2]张伟龙，李刚，王雨翔.基于计算机视觉的智能交通监控系统[J].小型微型计算机系统，2014（07）.

[3]庞其富.浅谈城市轨道交通视频监控系统设计方案[J].通讯世界，2014（01）.

智能交通系统设计方案范文第3篇

【关键词】路径规划 智能小车 控制系统

最近几年，我国企业的生产技术处于逐渐提高的状态中，也慢慢地加深了对自动化技术的要求，在这样的科技研究环境下，智能车辆、开发出来相关的智能产品也慢慢地成为柔性生产组织以及自动化物流运输等相关高科技系统的重要设备。国际上，大多数的国家都在对智能车辆积极进行开发设计以及研究。在20世纪时，就已经有移动机器人的出现，虽然只是机器人学中的小部分，但是这样的科技研究精神在智能小车的研究设计中依然存在，本文就针对基于路径规划的智能小车控制系统进行了分析，受到了人们和研究者们的广泛关注。

1 对国内智能小车的现状进行研究分析

目前，智能交通系统中重点发展的部分就是智能车辆，这也是世界上相关车辆研究领域中的热点，在不断提高企业生产技术以及不断加深自动化技术的要求时，大多数的工业部门已经慢慢广泛应用了智能车辆。很多的发达工业国家，智能车辆也已经慢慢地实现商品化，这样低廉成本的缘故，可以更加有利于人类工作得更好，同时，智能车辆也已经慢慢地渗入到社会以及工业的每个层面中。

相对国外智能车辆的研究而言，我国这方面的技术研究比较晚，在20世纪80年代才开始。而且大多数研究尚处在针对某个单项技术研究的阶段，研究开发了一个基于路径处理的智能小车控制系统。由此可知，发达国家的社会以及政府能够更加清楚地意识到智能车辆技术的优越性。汽车研究机构以及制造公司中，智能车辆实验的建立更加有利于树立信心，广阔的智能车辆市场前景吸引汽车公司投入大量的资金，有效地促进了智能车辆的实用化进程。在经济实力方面，我国应该根据本国的具体情况进行研究，有效地增强综合国力以及各个行业的竞争力，有利于居民生活水平的提高。

2 基于路径规划的智能小车控制系统分析

2.1 设计智能小车控制系统的思路

基于路径规划的智能小车控制系统分析，最主要的就是设计智能小车控制系统的思路，其中智能小车也仅仅是智能车辆研究中的小部分。智能小车的移动机构就是车轮，可以很完整地实现自主行驶作用，所以我们才将其称作是智能小车。智能小车比较容易编程是由于其具有机器人所具备的那些基本特征。与此同时，智能小车和其它的遥控小车存在的不同之处就是，遥控小车的转向、进退以及启停等都需要操作员对其进行控制；然而，智能小车速度的控制、行驶方向以及启停都能够利用计算机编程进行实现，不需要人为地进行干预。与此同时，操作若想对智能小车的行驶方式进行改变，可以利用计算机进行程序或者某些数据的修改来实现。这也是智能小车最大化的特点，可以利用编程来对其进行控制、以及对小车行驶方式进行改变。研究智能小车控制系统的主要目的，就是让小车更高自主地行驶。

2.2 分析智能小车控制系统结构

对于智能小车控制系统结构而言，和其他的控制系统一样都需要一个比较完整的控制系统，同时，对于系统的每项功能模块要求都是要相互之间有着紧密的联系，按照以上的具体流程以及功能之间结构的关系，就可以很容易地确定比较系统的总设计方案。

2.2.1 智能小车控制系统中上位机系统设计的分析

智能小车控制系统中上位机系统，用来负责对小车的行驶路径进行有效的处理，并且将其处理完整的重要数据信息传输发送到下位机。上位机系统所具备的硬件环境都是Pentium以上的CPU；内存不少于32MB；显示器分辨率很高；硬盘空间至少要保持130MB的空余，这样可以创造更大的数据交换区。

2.2.2 智能小车控制系统中下位机系统设计的分析

智能小车控制系统中下位机系统，只是负责对上位机所发出输送过来的数据信息进行接收，脉冲信号是由单片机正常产生的比较准确，对步进电机进行工作的控制，依照预定的路径让驱动小车前进。通常情况下，单片机采取的是十六位微处理器SPCE06IA板，产自于台湾凌阳；步进电机选取的是两相永磁式，步距角相对比较标准。另外，还需采集数据的模块进行设计，对小车的位姿重要信息进行采集，以方便对系统的控制误差进行分析。对于串行通信方式而言，主要是用来接受下位机以及上位机间通信传输的数据信息，与此同时，串行通信的两个方面都涉及到上系统以及下系统这两个，再针对上系统以及下系统的具体特点和情况进行硬件和软件的设计。

3 结语

综上所述，不管是从当前科学技术的发展，以及研究理论方面的研究来说，还是从汽车的市场竞争中以及工业发展中来分析，研究智能车辆都是必要经历的事情。然而，研究智能小车以及开发相关的其他产品，都更加有利于促进我国在技术领域中技术的进步和发展。由此可知，研制一种高效、智能以及便捷的智能小车控制系统，拥有着十分重要的科学理论价值以及重要的实践意义。

参考文献

[1]李舜酩，沈`，鲍庆勇.未知环境下基于行为控制的智能车辆路径规划研究[J].传感器与微系统，2014，129（22）：2064-2065.

[2]刘南君，毛培宏.基于Arduino Mega2560单片机的简易智能割草机器人的设计与实现[J].Agricultural Science & Technology，2013，115（11）：102-103.

[3]薛俊韬，徐少朋，王烨.基于计算机视觉的智能小车路径规划[J].计算机工程与应用，2014，213（06）：254-256.

智能交通系统设计方案范文第4篇

近年来，我国道路交通安全形式越来越严峻，在众多的交通事故中，以追尾碰撞与超车侧向碰撞事故这两种类型最为常见。如果能够在事故发生前提醒驾驶员并采取一定的安全措施，对减少交通事故的发生则是非常有用的，汽车防撞预警系统正是基于提高车辆的主动安全性来实现在行车过程中，给驾驶员提供必要的技术设施。

本文在安全跟车模型的基础上，设计了系统构成，并给出了初步的设计方案。对车载测距技术进行了综合比较，确定系统采用毫米波多普勒雷达传感器、超声波传感器和红外线传感器分别对前、后和侧向车间距离、两车相对速度和角度进行测量；在结合各种防碰原理的基础上，把系统分为主控单元子系统、测距子系统、信息采集单元子系统和显示-声光报警子系统四个部分，并确定了实现系统功能所需要的关键技术;在安全距离的基础上，对主控单元子系统和测距子系统进行了软、硬件设计，解决了系统功能所需要的关键技术。

车辆防撞技术作为智能运输系统的一个子课题，将不断成熟和完善，防撞系统的应用可以缩短车辆间的安全行车距离，还可以实现安全超车，保证高速运行车辆的安全性，提高公路运输效率，促进经济的快速发展。

关键词：防撞预警；雷达；超声波；红外线；传感器

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选题意义和背景

汽车业与电子业是世界工业的两大金字塔，随着汽车工业与电子工业的不断发展，在现代汽车上，电子技术的应用越来越来广泛，汽车电子化的程度越来越高。汽车电子技术是汽车技术与电子技术想结合的产物。汽车上的电器与电子控制系统在汽车技术进入机电一体化阶段的今天，地位极为重要，正在汽车技术领域发展成为一门独立的分支学科，其性能的优劣直接影响到汽车的动力性、经济性、可靠性、安全性、排放干净、及舒适性等。电子控制技术在汽车上，首先应用于发动机燃油消耗控制与排放进化与排放控制，接着被应用于底盘部分的控制，以提高行驶的稳定性、安全性、与舒适性等。随着交通运输向高密度发展，电子控制技术又进一步应用于汽车的乘坐安全性和导航等方面。

电子技术在汽车安全控制系统的应用主要是为了增强汽车的安全、舒适和方便。应用的电子技术主要有：电子控制安全气囊，智能记录仪，雷达式距离报警器，中央控制门锁，自动空调，自动车窗、车门、座椅、刮水器，车灯控制，电源控制以及充电器等。近年来汽车的自动调速系统，主动式汽车防撞系统，汽车监测和自诊断系统以及汽车导航系统也得到了广泛的应用。

在过去20~30年中，人们主要把精力集中于汽车的被动安全性方面，例如，在汽车的前部或后部安装保险杠、在汽车外壳四周安装某种弹性材料、在车内相关部位安装各种形式的安全带及安全气囊等等，以减轻汽车碰撞带来的危害。安装防撞保险杠固然能在某种程度上减轻碰撞给本车造成损坏，却无法消除对被撞物体的伤害；此外，车上安装的安全气囊系统，在发生车祸时不一定能有效地保护车内乘务员的安全。所有这些被动安全措施都不能从根本上解决汽车在行驶中发生碰撞造成的问题。如果从预防撞车事故的发生的角度着眼，在提高汽车主动安全性方面下功夫，则可在汽车安全性领域有较大的突破。

汽车发生碰撞的主要原因是由于汽车距其前方物体（如汽车、行人或其他障碍物）的距离与汽车本身的车速不相称造成的，即距离近而相对速度又太高。为了防止汽车与前方物体发生碰撞，汽车的车速就要根据与前方物体的距离变化由执行机构进行控制，使汽车始终在安全车速下行驶。这样就会大大提高汽车行驶的安全性，减少车祸的发生。

发展汽车防撞技术，对提高汽车智能化水平有重要意义。据统计，危险境况时，如果能给驾驶员半秒钟的预处理时间，则可分别减少追尾事故的30%，路面相关事故的50%，迎面撞车事故的60%;1秒钟的预警时间可防止90%的追尾碰撞和60%的迎头碰撞。理论上，汽车防撞装置可在任何天气、任何车速状态下探测出将要发生的危险情况并及时提醒司机及早采取措施或自动紧急制动，避免严重事故发生。汽车防撞装置是借助于遥测技术监视汽车前方和后方的车辆、障碍物，并根据当时的车速自动判断是否达到危险距离，及时向司机发出警告，必要时还可进行自动关车、自动紧急刹车。

汽车要避撞就必须凭借一定的装备测量前方障碍物的距离，并迅速反馈给汽车，以在危急的情况下，通过报警或自动进行某项预设定操作如紧急制动等，来避免由于驾驶员疲劳、疏忽、错误判断所造成的交通事故。目前，大家都将防撞技术的关键点着眼于车辆测距技术。

1.2国内外研究的现状

鉴于交通事故的不可预测性和不可绝对避免性，为了减少交通故，优化交通秩序，利用计算机及信息技术来提高道路交通安全和效率已成为国内外研究的热点。二十世纪八十年代以后展开的关于智能交通系统的研究，被认为是解决各种交通问题的一个很好的途径。智能交通系统是将先进的信息技术、通讯数据传输系统、电子控制系统以及计算机处理系统有效地应用于整个运输管理体系，使人、车、路环境协调统一，从而建立一个全方位发挥作用的实时、准确、高效的运输综合管理系统。其中智能车辆系统涉及到计算机测量与控制、计算机视觉、传感器数据融合、车辆工程等诸多领域。视觉系统在智能车辆中起到环境探测和辨识作用。与其他传感器相比，机器视觉具有检测信息量大，单纯以当前的现实条件出发解决，容易导致系统实时性差。在实际应用中可使用多个摄像机，或者利用高速摄像机的多幅连续图像序列来计算目标的距离和速度。还可根据一个摄像机的连续画面来计算车辆与目标的相对位移，并用自适应滤波对测量数据进行处理，以减少环境的不稳定性造成的测量误差。在智能车辆领域，除视觉传感外，常用的还有雷达、激光、GPS等传感器。

利用信息感知、动态辨识、控制技术与方法提高的主动安全性，是先进汽车控制与安全系统（AVCSS）的主要研究内容.世界各大汽车公司、大学在政府的支持下，都在开展这方面的研究与开发工作。日本各大汽车制造企业如丰田、日产、马、本田、三菱等公司，为实现其运输省提出的发展"先进的安全汽车(ASV)计划"致力于新型安全汽车技术研究开发，并取得了重要的进展。丰田汽车公司使用毫米波雷达和CCD摄像机对本车的距离进行动态监测，当两车距离小于规定值时，系统将发出直观报警信号提醒本车驾驶员。日产汽车公司使用紧急制动劝告系统，利用先进的车距监测系统对跟车距离进行动态监测，当需要减速或制动时，用制动灯亮来提醒驾驶员，并及时监测驾驶员操纵驾驶踏板的踏踩状态，必要时使汽车的自动制动系统前起作用降低车速，在最危险时刻自动制动。本田公司使用具有扇形激光束扫描的雷达传感器，即使车辆在弯道行使也能检测到本车与前方汽车或障碍物的距离降到规定值时，驾驶员仍未及时采取相应措施，便发出警告信号。三菱和日立公司在毫米波雷达防撞方面也做了大量的研究，其雷达中心频率主要选择60~61GHz或76~77GHz,探测距离为120米，尼桑公司为41LV-Z配备了自适应巡航控制系统，该系统利用毫米波雷达作为探测器，为巡航驾驶提供了判断依据。

德国和法国等欧洲国家也对毫米波雷达技术进行了研究，特别是奔驰、宝马等著名汽车生产厂商，其采用的雷达为调频毫米波雷达（FrequencyModulationContinuousWave）,频段选择76~77GHz。如奔驰汽车公司和英国劳伦斯电子公司联合研制的汽车防撞报警系统，探测距离为150米，当测得的实际车间距离小于安全车间距离时，发出声光报警信号。该系统已经得到应用。

美国的汽车防碰撞技术已经相当先进，福特汽车公司开发的汽车防碰撞系统的工作频率为24.725GHz,探测距离约106米。据说该系统理论上能根据转弯的角度信息自动适应路面的转弯情况，仅探测本车道内车辆的信息，从而可避免旁车道上目标物的影响。戴姆勒-克莱斯勒公司的防撞结构主要是两个测距仪和一个影像系统，她能够测出安全距离，发现前方有障碍物，计算机能够自动引发制动装置。戴姆勒-克莱斯勒公司的实验结果显示，车速以每小时32.18公里/小时的速度行驶，在距离障碍物2.54cm的地方停下来。

我国汽车防碰撞系统的研究开发同国外发达国家相比，存在较大差距，近几年相继有一些科研院所、大专院校和公司厂家进行此方面的研究。近距离报警如倒车雷达现已蓬勃地车辆上安装使用，但国内目前生产的中远距离测量普遍达不到要求，表现在最远测距距离近，测距误差大，远远不满足高速公路的安全车距离要求，需进一步研究。

本课题，不是直接测量距离，而是从测量车与车之间相对速度的角度出发，研究利用雷达激光测距、超声波测速及其它相关技术来预测高速行驶车辆的后碰及侧碰问题，实现报警，从而避免事故发生。

本次研究主要针对汽车防撞系统，对前面开发的系统性能进行了改进。主要研究内容包括以下几个方面:

1.汽车纵向防撞系统的总体设计

完成汽车防撞系统的总体设计，把整个系统划分成四个分工不同的子系统，并确定实现总体方案所需要解决的关键技术。

2.汽车防撞安全距离模型的确定

结合系统的技术要求和车辆的行驶情况，对课题组以前提出的安全距离跟车模型进行了改进，使其具有更好的可靠性和实用性，对模型中的个别参数进行重新选取，使模型及模型的参数选取更加合理。

3.进行汽车防撞系统硬件的总体设计并解决关键技术

在以前研究的基础上，重新对汽车防撞系统进行总体设计，提高了系统的实时性，并且电路中硬件器件全部采用贴片封闭形式，提高硬件系统的抗干扰性和可靠性。本论文中着重论述了主控单元子系统和雷达工作数据发送单元的硬件设计，解决了汽车防撞系统中的雷达测距系统这一关键技术，使该课题的研究从模拟实验阶段过渡到实车实验阶段。

4.按照系统的功能需求，制定了各子系统之间通讯的通讯规约，并用MCS-51汇编语言设计了系统的主控单元子系统软件和雷达测距子系统中雷达通讯数据发送单元软件。

5.在模拟实验的基础上，通过装车实验，验证了系统所要求的各种性能。

1.3本文的主要工作和内容安排

本文在第一章绪论中阐述了汽车防撞技术产生的背景及现实意义，主要研究内容并对现有的防撞技术进行了归纳和总结，进而提出本课题的研究思路和新颖所在;第二章主要阐述了测距传感器的选择，并且确定了三种测距方法；第三章进行了报警系统防撞模型的建立;第四章进行了硬件设计和实验验证;第五章为系统的软件设计，第六章为结论与展望。

目录

第一章绪论1

1.1选题意义和背景1

1.2国内外研究的现状2

1.3本文的主要工作和内容安排5

第二章几种测距方式的比较和选择6

2.1激光方式7

2.2超声波方式8

2.3红外线方式9

第三章系统模型的建立10

3.1追尾防撞模型的建立10

3.1.1模型建立的理论依据10

3.1.2模型的建立12

3.1.3模型的讨论17

3.1.4模型参数的讨论18

3.2超车侧向防撞模型的建立19

3.2.1模型的建立19

3.2.2模型参数的选择26

3.2.3模型的最小转角与最大转角数据分析28

第四章系统硬件设计30

4.1单片机的性能特点30

4.1.1单片机的选择30

4.1.2MCS-51单片机的主要性能31

4.1.3单片机系统的设计要求31

4.2追尾碰撞报警系统硬件设计32

4.2.1测量距离通道的设计32

4.2.2测速通道的设计33

4.2.3开关量输入通道的设计34

4.2.4转向、油门、制动信号的采集35

4.2.5声光报警的设计36

4.2.6显示装置的设计39

4.2.7电源设计43

4.2.8电路板的电源保护装置和电源的抗干扰的设计44

4.2.9"看门狗"电路的设计44

4.3系统主要传感器47

4.3.1毫米波雷达传感器48

4.3.2超声波传感器53

4.3.3红外线传感器55

4.3.4霍尔车速传感器55

4.3.5转向角度传感器59

4.3.6制动踏板传感器60

4.3.7油门传感器61

4.3.8路面状况选择开关61

4.4系统总体电路图64

第五章报警系统软件程序的实现65

5.1系统报警方式65

5.2程序设计思想65

5.3程序的实现66

第六章结论与展望71

6.1结论71

6.2展望71

参考文献73

附录76

本论文中虽然对安全距离模型进行了改进，但仍需进一步改进和细化，采用一定的控制理论和算法，使模型更具有科学性、可靠性和可操作性。本系统现阶段只是就危险情况实现了向驾驶员报警，事实上由于驾驶员的反应性有差异及注意力不集中、疲劳驾驶等因素的存在，有时未必能及时采取减速、刹车等措施，因此系统下一步的目标是实现自动刹车的功能，使驾驶员的安全更有保障。

（1)本系统只是在理论上讨论了汽车防碰撞的问题，由于实验设备和时间问题还没有进行实验。

(2)本系统还应该进一步在复杂天气(雨、雪、大雾)，潮湿、冰雪路面上进一步测试，验证系统的设计功能。

(3)在本系统基础上，进一步开发车辆自适应巡航控制系统，使车辆的舒适性和主动安全性得到提高.

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