智能電動(dòng)摩托車(chē)安全保障系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)

李春青　馮炎　樊曉　潘旭　趙迎

摘? 要：在日常出行中有大量電動(dòng)摩托車(chē)因?yàn)椴晃拿黢{駛造成的交通事故比比皆是，為了減少交通事故，保護(hù)駕駛者的生命安全，設(shè)計(jì)一款使用語(yǔ)音提醒方式的安全保障系統(tǒng)，以Android系統(tǒng)為操作平臺(tái)并通過(guò)藍(lán)牙連接電動(dòng)摩托車(chē)上的傳感器設(shè)備，以解決上述問(wèn)題。經(jīng)過(guò)試驗(yàn)表明，該設(shè)計(jì)不僅成本低、還能很大程度上保障駕駛者生命安全，同時(shí)提高市民日常出行對(duì)電動(dòng)摩托車(chē)熱衷度，打消市民對(duì)駕駛電動(dòng)摩托車(chē)不安全的顧慮。安全保障系統(tǒng)的使用對(duì)保護(hù)駕駛者的安全起到了很大的作用。

關(guān)鍵詞：安全保障;Android;安全預(yù)警;輔助駕駛;智慧電車(chē)

中圖分類(lèi)號(hào)：TU89;TP368.1? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2096-4706（2020）09-0016-03

Design and Development of Safety Assurance System

for Intelligent Electric Motorcycle

LI Chunqing1，F(xiàn)ENG Yan1，F(xiàn)AN Xiao1，PAN Xu1，ZHAO Ying2

（1.School of Information Science and Technology，Tibet University，Lhasa? 850000，China;

2.Institute of Technology，Tibet University，Lhasa? 850000，China）

Abstract：In the daily travel has large electric motorcycle because uncivilized traffic accidents due to driving everywhere，in order to reduce the number of traffic accidents，protect the life safety of the driver，to design a device using voice remind，with Android system as operation platform，and through the Bluetooth connection electric motorcycle sensors on the equipment，to solve the above problems. The experiment shows that the design not only has low cost，but also can guarantee the life safety of the driver to a great extent. Meanwhile，it can also improve the enthusiasm of the public for electric motorcycle in daily travel and eliminate the publics concerns about the unsafe driving of electric motorcycle. The use of safety auxiliary equipment plays a great role in protecting the safety of drivers.

Keywords：security guarantee;Android;early warning of safety;assisted driving;wisdom trolley

0? 引? 言

公安部交通管理局副局長(zhǎng)李江平指出，據(jù)統(tǒng)計(jì)，2013年至2017年的5年間，全國(guó)共發(fā)生電動(dòng)摩托車(chē)肇事致人傷亡的道路交通事故5.62萬(wàn)起，造成死亡8 431人、受傷6.35萬(wàn)人、直接財(cái)產(chǎn)損失1.11億元。從分析看，全國(guó)查處電動(dòng)摩托車(chē)交通違法數(shù)量和電動(dòng)摩托車(chē)肇事事故起數(shù)、死亡人數(shù)均呈逐年上升趨勢(shì)。

為了減少駕駛電動(dòng)摩托車(chē)引發(fā)的交通事故，研發(fā)人員在不斷地提出新方案、新方法，去解決全國(guó)范圍內(nèi)因?yàn)椴晃拿黢{駛而引發(fā)的電動(dòng)摩托車(chē)交通事故。雖然一線(xiàn)品牌電動(dòng)摩托車(chē)生產(chǎn)企業(yè)可以通過(guò)自身對(duì)部件的研發(fā)提高電動(dòng)摩托車(chē)的品質(zhì)，但大多企業(yè)對(duì)電動(dòng)摩托車(chē)的安全性和穩(wěn)定操作研究不深，主要考慮提高產(chǎn)品的性?xún)r(jià)比和駕駛性能來(lái)吸引客戶(hù)購(gòu)買(mǎi)，在這個(gè)過(guò)程中很少考慮電動(dòng)摩托車(chē)的駕駛安全性。[1]

市場(chǎng)上主流的安全駕駛儀原理分為：通過(guò)車(chē)載攝像頭進(jìn)行捕捉或通過(guò)電動(dòng)摩托車(chē)行駛時(shí)間與行駛里程來(lái)計(jì)算預(yù)警[2]。這兩種安全駕駛儀對(duì)保障安全駕駛有一定成效，但由于這種設(shè)備非常笨重，不方便在設(shè)備上安裝，以及成本高、識(shí)別度低等原因未能在市場(chǎng)上得到推廣，科技不斷創(chuàng)新的今天，安全駕駛系統(tǒng)不應(yīng)止步于技術(shù)，而要努力地向未來(lái)科技發(fā)展，更多更先進(jìn)的技術(shù)正在不斷研發(fā)之中[3]。

西藏大學(xué)信息科學(xué)技術(shù)學(xué)院、工學(xué)院聯(lián)合發(fā)展自動(dòng)駕駛技術(shù)研究工作，兩院依靠百度、川大等研究機(jī)構(gòu)的科研成果在自動(dòng)駕駛安全保障領(lǐng)域進(jìn)行合作交流，共同申報(bào)執(zhí)行相關(guān)科研項(xiàng)目，助力自動(dòng)駕駛技術(shù)的深入發(fā)展，已初步形成一定的相關(guān)科研成果。本文基于該項(xiàng)目的研究成果，將研究技術(shù)移植到電動(dòng)摩托車(chē)上，實(shí)現(xiàn)為駕駛者提供輔助安全保障服務(wù)，方便駕駛電動(dòng)摩托車(chē)日常出行。

為此，設(shè)計(jì)一款利用谷歌Android系統(tǒng)應(yīng)用于安全駕駛的提醒系統(tǒng)。通過(guò)智能手機(jī)系統(tǒng)更加強(qiáng)大的技術(shù)能力和便攜性能，讓安全駕駛真正實(shí)現(xiàn)智能一體化，安全駕駛提醒技術(shù)的出現(xiàn)從各項(xiàng)方面都很好地保護(hù)了電動(dòng)摩托車(chē)的出行安全。該系統(tǒng)使用Android系統(tǒng)應(yīng)用作為整個(gè)系統(tǒng)的控制單元，使用Bluetooth 2.0無(wú)線(xiàn)傳輸技術(shù)連接外置在電動(dòng)摩托車(chē)的傳感器終端，將電動(dòng)摩托車(chē)駕駛數(shù)據(jù)傳輸給APP總控單元處理，依據(jù)相關(guān)算法判斷后，通過(guò)語(yǔ)音提醒駕駛者安全駕駛。通過(guò)搭載提醒式應(yīng)用系統(tǒng)的電動(dòng)摩托車(chē)減少60.00%的因?yàn)椴晃拿黢{駛引發(fā)的交通事故，安全駕駛提醒技術(shù)的出現(xiàn)從各項(xiàng)方面都很好地保護(hù)了駕駛者的出行安全。此項(xiàng)研究對(duì)于研究駕駛安全保障領(lǐng)域人員有一定的研究借鑒意義，方便他們開(kāi)展相關(guān)研究工作。

1? 需求分析

近年來(lái)，電動(dòng)摩托車(chē)在我國(guó)增長(zhǎng)數(shù)量較大，使用普及率明顯提升，但隨之而來(lái)的安全形勢(shì)十分嚴(yán)峻。據(jù)統(tǒng)計(jì)，電動(dòng)摩托車(chē)是導(dǎo)致交通事故死亡相對(duì)較多的車(chē)輛，電動(dòng)摩托車(chē)駕乘人員死亡事故中約80%為顱腦損傷致死，所以，電動(dòng)摩托車(chē)駕駛者迫切需要一款既經(jīng)濟(jì)又實(shí)惠的安全提醒系統(tǒng)保障駕駛者的生命安全。

為方便用戶(hù)使用，在終端選擇中采用在中國(guó)范圍內(nèi)用戶(hù)量最多的Android系統(tǒng)作為本系統(tǒng)的主要搭載環(huán)境，使用Android移動(dòng)終端監(jiān)測(cè)行車(chē)的行駛數(shù)據(jù)及駕駛者的駕駛狀況，并能實(shí)現(xiàn)快速、精準(zhǔn)的監(jiān)測(cè)并提醒駕駛員或直接控制硬件設(shè)備進(jìn)行干預(yù)，促使車(chē)輛處于安全行駛狀態(tài)，并在全國(guó)范圍內(nèi)，增強(qiáng)人們對(duì)電動(dòng)摩托車(chē)的熱衷度，緩解城市交通的擁堵情況。

2? 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1? 整體設(shè)計(jì)思路

本系統(tǒng)整體分為硬件和軟件兩部分，其中軟件部分主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的采集和整合處理，硬件部分主要負(fù)責(zé)監(jiān)控電動(dòng)摩托車(chē)的運(yùn)行狀態(tài)，進(jìn)而保證系統(tǒng)保障駕駛安全的功能。軟件通過(guò)藍(lán)牙將傳感器數(shù)據(jù)傳輸給應(yīng)用，APP將數(shù)據(jù)進(jìn)行算法判斷后語(yǔ)音提醒駕駛者安全控制電動(dòng)摩托車(chē)的穩(wěn)定、安全行駛。并首次采用動(dòng)態(tài)密碼體系，保證用戶(hù)設(shè)備安全，實(shí)現(xiàn)電子鑰匙代替?zhèn)鹘y(tǒng)物理鑰匙，實(shí)現(xiàn)智能化控制的構(gòu)想，方便用戶(hù)。本系統(tǒng)的整體運(yùn)行情況如圖1所示。

2.2? 系統(tǒng)核心部分設(shè)計(jì)

2.2.1? 應(yīng)用傳感器的選擇

根據(jù)項(xiàng)目和具體的技術(shù)指標(biāo)需求，選擇真正能監(jiān)測(cè)行車(chē)數(shù)據(jù)或能監(jiān)測(cè)影響安全駕駛因素的傳感器，選用GPS、電子羅盤(pán)、重力傳感器、加速傳感器、光線(xiàn)傳感器、距離傳感器、三軸陀螺儀等傳感器作為系統(tǒng)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的采集點(diǎn)。

2.2.2? 系統(tǒng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)點(diǎn)的設(shè)計(jì)

監(jiān)測(cè)駕駛者的駕駛行為旨在提高駕駛員的安全保障水平，該系統(tǒng)主要依托手機(jī)內(nèi)置傳感器、GPS提供的數(shù)據(jù)信息，在駕駛者駕駛進(jìn)行過(guò)程中，從疲勞駕駛、超速、急加速、急轉(zhuǎn)彎、急剎車(chē)、分心駕駛這六個(gè)維度檢測(cè)駕駛者的駕駛行為。如果駕駛者進(jìn)行的駕駛過(guò)程中出現(xiàn)以上危險(xiǎn)駕駛行為，都會(huì)收到安全駕駛提醒。可以依據(jù)駕駛行為中的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行判斷得出可能會(huì)出現(xiàn)危險(xiǎn)駕駛行為的歸類(lèi)、概率、地點(diǎn)和時(shí)間等信息，以此監(jiān)督駕駛者杜絕這些危險(xiǎn)駕駛行為。

2.2.3? 系統(tǒng)數(shù)據(jù)表的設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)主要建立用戶(hù)數(shù)據(jù)表（User_msg）、傳感器參數(shù)表（Sensor_data）、設(shè)備狀態(tài)表（Equi_state）、控制記錄表（Control_log）四個(gè)數(shù)據(jù)表，數(shù)據(jù)表用Android系統(tǒng)自帶的小型數(shù)據(jù)庫(kù)SqList進(jìn)行存儲(chǔ)。表1是系統(tǒng)設(shè)計(jì)的整個(gè)數(shù)據(jù)表。

3? 軟件的實(shí)現(xiàn)

3.1? 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采集

本文擬采用大量實(shí)驗(yàn)來(lái)著手對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的實(shí)施，首先將實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景類(lèi)型劃分成六個(gè)較大類(lèi)，再將較大類(lèi)多種組合形成各種小類(lèi)，并搭建數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。在六個(gè)較大類(lèi)內(nèi)只實(shí)行一種駕駛場(chǎng)景并記錄相應(yīng)過(guò)程的數(shù)據(jù)（加速度、GPS、水平、磁方向）和完成本次過(guò)程所用時(shí)間，其數(shù)據(jù)采集區(qū)域劃分如圖2所示。

3.2? 軟件功能實(shí)現(xiàn)

本系統(tǒng)內(nèi)的用戶(hù)需要通過(guò)監(jiān)控界面實(shí)現(xiàn)駕駛行為預(yù)測(cè)功能，當(dāng)用戶(hù)的駕駛信息有變化的時(shí)候，系統(tǒng)通過(guò)外置傳感器監(jiān)測(cè)電動(dòng)摩托車(chē)運(yùn)行狀態(tài)，通過(guò)學(xué)習(xí)算法判斷駕駛者危險(xiǎn)駕駛行為，并通過(guò)語(yǔ)音的形式及時(shí)給出預(yù)警信息，提醒駕駛者規(guī)避和修整不良駕駛行為，從而實(shí)現(xiàn)安全駕駛的目的，保障駕駛者生命安全。應(yīng)用的軟件監(jiān)控界面如圖3所示。

3.3? 軟件調(diào)試

軟件測(cè)試是軟件周期中最后一關(guān)，可以想象其非凡的重要性，什么是軟件測(cè)試，軟件測(cè)試是一個(gè)檢測(cè)軟件是否具備一定的可靠性、安全性和正確性，是預(yù)期功能與實(shí)際功能的對(duì)比。軟件測(cè)試是評(píng)測(cè)一個(gè)軟件好壞的重要依據(jù)，軟件測(cè)試是軟件正式上線(xiàn)前的最后一個(gè)守門(mén)員，是保證軟件質(zhì)量的重要步驟與保障。

4? 硬件的實(shí)現(xiàn)

4.1? 主控電路

該主控電路以ARM芯片為主控制器，外設(shè)包括2個(gè)操作按鍵和1個(gè)狀態(tài)指示燈。ARM芯片與CC2530模塊采用串行連接。接口21～26連接CC2530模塊（實(shí)現(xiàn)無(wú)線(xiàn)傳輸），接口27～28使用TTL串口連接傳感器電路。如圖4所示為系統(tǒng)主控電路的硬件原理圖。

4.2? 傳感器監(jiān)測(cè)電路

傳感器電路集成內(nèi)置JY901芯片，模塊集成高精度的陀螺儀、加速度計(jì)、地磁場(chǎng)傳感器，采用高性能的MCU和先進(jìn)的動(dòng)力學(xué)解算與卡爾曼動(dòng)態(tài)濾波算法，能夠快速求解出模塊當(dāng)前的實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)姿態(tài)。通過(guò)VCC、GND接口給傳感器供電，通過(guò)TXD、RXD使用TTL通信協(xié)議將檢測(cè)數(shù)據(jù)發(fā)送給主控電路。如圖5所示為系統(tǒng)主控電路的硬件原理圖。

5? 結(jié)? 論

安全駕駛提醒技術(shù)的出現(xiàn)從各項(xiàng)方面都很好地保護(hù)了我們的出行安全，但安全技術(shù)只是一種輔助手段，再精準(zhǔn)的測(cè)算也不能做到萬(wàn)無(wú)一失，所以在平時(shí)養(yǎng)成一種良好的駕駛習(xí)慣才是對(duì)自身最大的保護(hù)。本系統(tǒng)通過(guò)長(zhǎng)期的提醒讓駕駛者潛移默化形成安全駕駛習(xí)慣，后期還計(jì)劃直接控制硬件設(shè)備進(jìn)行干預(yù)，促使車(chē)輛處于安全行駛狀態(tài)。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡(jiǎn)介：李春青（1996—），男，藏族，青?；ブ?，本科，學(xué)士學(xué)位，主要研究方向：智能控制;馮炎（1978—），男，漢族，西藏拉薩人，副教授，碩士研究生，主要研究方向：智能控制、人工智能。