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高速公路車(chē)輛追尾預(yù)警系統(tǒng)及車(chē)輛主動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)
董先凱 2010/3/13
隨著計(jì)算機(jī)信息技術(shù)的高速發(fā)展，GIS與GPS的研究進(jìn)展逐步深入，交通安全也逐漸進(jìn)入了數(shù)字時(shí)代。針對(duì)高速公路車(chē)輛追尾事故所占事故總數(shù)的比重大，且事故傷害及經(jīng)濟(jì)損失大的特點(diǎn)，本文從系統(tǒng)工程的角度分析了追事故的原因，并進(jìn)一步建立了預(yù)警函數(shù)，從而確定高速公路車(chē)輛追尾事故的預(yù)警系統(tǒng)框架。該系統(tǒng)對(duì)車(chē)輛的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控和分析，為駕駛員提供前方車(chē)輛是否對(duì)自身構(gòu)成追尾信息，及時(shí)報(bào)警以提示駕駛員采取響應(yīng)措施，能夠有效地預(yù)防追尾事故。
1 GIS與GPS及其主要功能
地理信息系統(tǒng)GIS是以地理坐標(biāo)為骨干的信息系統(tǒng)，是對(duì)采集、存儲(chǔ)、管理、分析與空間、地理位置有關(guān)的信息系統(tǒng)的統(tǒng)稱(chēng)。GIS主要由計(jì)算機(jī)及其附屬設(shè)備、地理數(shù)據(jù)庫(kù)及具有數(shù)據(jù)操作分析功能的數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)、各種制圖輸出工具及其他輸出設(shè)備三大部分組成。交通GIS能以文字、數(shù)字的方式描述交通信息并對(duì)其分析，同時(shí)還能用圖形、圖像對(duì)相關(guān)的交通信息進(jìn)行圖形化處理。車(chē)輛GPS系統(tǒng)由車(chē)載接收、顯示系統(tǒng)和無(wú)線電通訊系統(tǒng)以及地面控制中心等組成。車(chē)載終端安裝的GPS接收機(jī)只要接收到四顆(含基準(zhǔn)臺(tái)，進(jìn)行差分定位，可提2—5 m)以上衛(wèi)星發(fā)出的信號(hào)，經(jīng)過(guò)計(jì)算處理就可報(bào)告GPS接收機(jī)的位置、時(shí)間和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，通過(guò)三角定位原理計(jì)算出車(chē)輛當(dāng)前所處的經(jīng)度、緯度、時(shí)間、速度和航向。駕車(chē)人可根據(jù)車(chē)載顯示器上顯示的交通信息，及時(shí)采取合理的交通行為。因此，在高速公路事故管理系統(tǒng)中，利用GIS與GPS將道路上運(yùn)營(yíng)車(chē)輛與管理中心建立實(shí)時(shí)聯(lián)系，對(duì)車(chē)輛進(jìn)行實(shí)時(shí)定位與跟蹤，快速分析車(chē)輛運(yùn)行情況，避免車(chē)輛追尾事故，能夠有效地保證車(chē)輛的運(yùn)行安全。
2車(chē)輛追尾事故的成因分析
在我國(guó)，追尾碰撞居高速公路各種事故之首，相關(guān)研究表明追尾事故占高速公路交通事故總數(shù)的30％左右，而且多為惡性事故，所造成的事故傷害及經(jīng)濟(jì)損失最大。從交通工程的系統(tǒng)分析角度出發(fā)，根據(jù)我國(guó)2002年的高速公路事故統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，可以了解到高速公路追尾事故誘
發(fā)的主要原因?yàn)椋?br>
(1)駕駛員失誤，可分為直接原因和間接原因。直接原因是指駕駛員的錯(cuò)誤動(dòng)作，具體表現(xiàn)為違章駕駛、感覺(jué)錯(cuò)誤、選定錯(cuò)誤等；間接原因指影響駕駛員完成安全駕駛?cè)蝿?wù)必需的信息處理功能的駕駛員條件或狀態(tài)。駕駛員因素一直以來(lái)是事故誘發(fā)的主要因素，在我國(guó)2002年的高速公路事故統(tǒng)計(jì)中有24 812起是駕駛員引起的，占事故總數(shù)(29 611)的83．79％。
(2)前后車(chē)縱向間距不夠，不能滿足跟隨車(chē)輛的制動(dòng)安全距離。其中2002年事故中有3 616起，占總數(shù)的12．21％，而且死亡人數(shù)比例偏高。
(3)車(chē)輛性能不能滿足高速公路的行駛需求。在2002年我國(guó)的高速公路事故統(tǒng)計(jì)中，由于車(chē)輛機(jī)械故障所引起的事故就有3 862起，占事故總數(shù)的13．04％，可以看到，提高車(chē)輛性能可以有效地預(yù)防追尾事故。
(4)異常天氣(如雨、雪、霧)造成能見(jiàn)度低，不能保證行車(chē)的安全距離，同時(shí)受到當(dāng)時(shí)路面條件的影響，制動(dòng)效果難以保障。雖然所占比例較小，但容易誘發(fā)連續(xù)追尾，且多為特、重大事故，危險(xiǎn)系數(shù)高。
(5)管理者不能第一時(shí)間趕赴現(xiàn)場(chǎng)處理前事故，導(dǎo)致追尾事故進(jìn)一步惡化。
(6)追尾事故信息的采集、發(fā)布以及接收網(wǎng)絡(luò)不完善。
3車(chē)輛追尾預(yù)警函數(shù)分析
綜上原因分析，可以看出引起高速公路汽車(chē)追尾的眾多因素中，起主導(dǎo)作用的還是駕駛員以及車(chē)輛，即一方面是由于車(chē)速過(guò)高，駕駛員未能保持相應(yīng)的安全跟車(chē)距離從而剎車(chē)不及所致；另一方面是由于車(chē)輛本身的加減速性能不良所引起的。
(1) 首先，我們從駕駛員的角度出發(fā)。利用車(chē)輛跟馳理論知識(shí)分析追尾事故的安全車(chē)間距離，經(jīng)典的跟車(chē)模型一般表達(dá)式如下：
其中： 乃為跟馳車(chē)t+T時(shí)刻的加速度，T為時(shí)間間隔， 為第n輛車(chē)(頭車(chē))的速度 為第1輛車(chē)(跟馳車(chē))的速度 為跟馳車(chē)駕駛員的反應(yīng)強(qiáng)度系數(shù)， 是與駕駛員動(dòng)作強(qiáng)度相關(guān)的量，量綱為 。
那么由此可以推導(dǎo)出跟馳車(chē)輛與前車(chē)的車(chē)頭間距變化量△S：
分析后取其最大值 。 為跟馳車(chē)實(shí)時(shí)速度，如果 ，則發(fā)生追尾事故，其中D為跟馳車(chē)與前車(chē)的實(shí)時(shí)車(chē)間距離。
(2)其次，從車(chē)輛制動(dòng)距離看。當(dāng)駕駛員在接受了緊急制動(dòng)信號(hào)(前車(chē)出現(xiàn)減速度)后，則跟馳車(chē)輛的最大制動(dòng)距離為：
其中：跟馳車(chē)的實(shí)時(shí)速度為 ，車(chē)輛的最大減速度為 ， 分別為駕駛員實(shí)際制動(dòng)過(guò)程的四個(gè)部分構(gòu)成時(shí)間：反映動(dòng)作時(shí)間、制動(dòng)協(xié)調(diào)時(shí)間、減速度增長(zhǎng)時(shí)間、持續(xù)制動(dòng)時(shí)間。
從另一方面來(lái)說(shuō)，前方目標(biāo)車(chē)輛的制動(dòng)過(guò)程和上述的跟隨車(chē)制動(dòng)類(lèi)似，但由于只有在目標(biāo)車(chē)輛出現(xiàn)減速度時(shí)后面跟隨車(chē)輛才有所發(fā)現(xiàn)，因此，可以將目標(biāo)車(chē)輛的
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