CN104766445A

CN104766445A - 一种车载预警、警告及呼救***

Info

Publication number: CN104766445A
Application number: CN201510198120.1A
Authority: CN
Inventors: 王志良; 张佳伟; 蔺云雷; 何小鹏; 油晓峰
Original assignee: University of Science and Technology Beijing USTB
Current assignee: University of Science and Technology Beijing USTB
Priority date: 2015-04-23
Filing date: 2015-04-23
Publication date: 2015-07-08

Abstract

本发明属于交通安全技术领域，具体涉及一种车载预警、警告及呼救***。所述***包括多个分别设置在不同车辆上的车载单体，所述每个车载单体上均包括微控制单元、加速度传感器模块、无线通信模块、GPS模块、GSM通讯模块、指示灯和蜂鸣器，所述加速度传感器模块、无线通信模块、GPS模块、GSM通讯模块、指示灯和蜂鸣器均连接在所述微控制单元上，发明可快速判断车祸的发生，并对事故车辆周围方圆300米内的其他车辆做出警告，提醒车主提高警惕，减速慢行，避免二次事故的发生；具有车祸发生后的自动发送求救信号的功能，可以有效的防止事故发生在人烟稀少的路段时，伤员因抢救不及时带来的伤亡。

Description

一种车载预警、警告及呼救***

技术领域

本发明属于交通安全技术领域，具体涉及一种车载预警、警告及呼救***。

背景技术

据统计，我国汽车保有量不到全世界2%，但是我国年均交通事故死亡人数约为10万人，约占全球交通事故死亡总数的20%。

多年来，由于我国汽车保有量增长迅猛，所以每年交通事故死亡人数总是不断创出新高。据公安部的统计数字，2002年，我国万车死亡人数为13.7人；而据日产汽车技术人员介绍，这个数字是日本的10倍以上。目前，我国机动车保有量达2.64亿辆，其中汽车1.54亿辆；机动车驾驶人突破3亿人，其中汽车驾驶人超过2.46亿人。据***门统计，截至2012年因交通事故造成的死亡人数已经达到16万人。

中国交通事故死亡人数居高不下，原因众多。“2005汽车安全论坛”的与会人员讨论认为其主要原因：一是国内的混***通现状，国外经常是车撞车，人的概率小，而国内经常是车撞人，人的概率大得多；二是国内行人、驾驶员的交通安全意识普遍比较淡薄，自觉遵守交通规则的不多；三是不少国产机动车在安全性能方面与国外车辆存在差距；四是国内很多驾驶员没有养成正确的驾驶习惯，没掌握事故发生前后正确的操作方法；五是国内的道路等基础设施在设计规划上也与发达国家有一定差距。

目前市场上也有几款应用于汽车防碰撞***，例如：驾车卫士、Mobileye智能行车预警***等；在一些高端车上也安装有防碰撞***，如沃尔沃、奔驰等。这些***的原理是：利用车载摄像头或者手机摄像头获取行车过程中前车的图像，通过一定的算法分析图像估计与前面车辆的车距，根据车距的大小进一步对驾驶员进行警示。

但是，这些防碰撞***都是基于车祸发生前的预警和警示，针对车祸发生后的车祸预警和防碰撞***目前并没有类似的产品。本***不仅能在车祸发生前产生一个衡量行车安全状况的安全系数，用于提醒、警示司机，而且实现了在车祸发生后，能够及时对车祸周边的车辆进行警告，防止二次事故的发生，同时向120、紧急联系人等实施及时呼救，防止在人烟稀少的路段因抢救不及时带来的伤亡。

发明内容

本发明提供一种车载预警、警告及呼救***所要解决的关键技术问题是，改变传统的仅基于车祸发生前的警示功能，而要解决针对车祸发生前后的车祸警告和求救功能问题。

一种车载预警、警告及呼救***，所述***包括多个分别设置在不同车辆上的车载单体，所述每个车载单体上均包括微控制单元、加速度传感器模块、无线通信模块、GPS模块、GSM通讯模块、指示灯和蜂鸣器，所述加速度传感器模块、无线通信模块、GPS模块、GSM通讯模块、指示灯和蜂鸣器均连接在所述微控制单元上。

进一步地，其特征在于，所述微控制单元为STM32F103RCT6微控制单元。

进一步地，所述加速度传感器模块为ADXL345加速度传感器模块。

进一步地，所述无线通信模块为433MHz无线通信模块。

进一步地，所述GPS模块为NEO-6M GPS模块。

进一步地，所述GSM通讯模块为SIM900A GSM通讯模块。

一种车载警告***，应用上述的***，包括以下步骤：

A）用ADXL345加速度传感器模块对车辆行驶过程中的三向加速度进行实时测量，并将三向加速度数据传输给微控制单元；

B)当发生车祸时，微控制单元通过检测算法对加速度模块测量的三向加速度数据进行处理，判断车辆是否发生车祸，检测算法为：设定好加速度的阈值，所述阈值为10g，所述g为重力加速度，当加速度采集到的值超过阈值时，认为该机动车发生了碰撞事故；

C)微控制单元向无线通信模块发送指令，无线通信模块立即向方圆500米内的装备有所述车载单体的车辆发送带校验的警告信号；

D) 正常行驶车辆上的车载单体中的无线通信模块接收到未知信号后，微控制单元对该信号进行校验判断，当接收到车祸警告信号后，微控制单元控制警示灯闪烁和蜂鸣器报警，以及时提醒正常行驶车辆中的驾驶员周围有车祸发生。

一种车载呼救***，应用上述的***，包括以下步骤：

B)当发生车祸时，微控制单元通过检测算法对加速度模块测量的三向加速度数据进行处理，判断车辆是否发生车祸，检测算法为：设定好加速度的阈值，当加速度采集到的值超过阈值时，所述阈值为10g，所述g为重力加速度，认为该机动车发生了碰撞事故；

C) 微控制单元获取GPS模块采集到的事故发生地的地理位置坐标值，并向通讯模块发送通讯指令和坐标数据；

D)通讯模块接收到通讯指令和数据后自行编辑包含事故发生地坐标值的求救短信，发送给事先设定的联系人。

一种车载预警***，应用上述的***，包括以下步骤：

A）选用加速度、速度作为输入特征，选用100个神经元作为隐含层，一个神经元作为输出层，这样形成一个2-100-1的三层神经元网络，用于预测行车危险还是安全；

B）然后使用BP算法在Matlab开发环境中对3000个样本进行训练，得到最优的模型参数；

C）然后将该模型在微控制单元中编程实现，由传感器获取速度、加速度值，产生一个安全系数，系数越高越安全，而当系数变低到一定程度时，会发出警示声提醒司机减速。

本发明和现有技术相比所具有的有益效果在于：

（1）本发明通过以车辆行驶途中的加速度可快速判断车祸的发生；

（2）本发明针对已发生的车祸事故做出反应，对事故车辆周围方圆300米内的其他车辆做出警告，提醒车主提高警惕，减速慢行，避免二次事故的发生；

（3）本发明提供了车祸发生后的自动发送求救信号的功能，可以有效的防止事故发生在人烟稀少的路段时，伤员因抢救不及时带来的伤亡;

（4）本发明运用机器学习中的BP神经网络算法产生一个衡量行车安全状况的系数，由于是基于统计学的原理，相比用推荐***或者人为设置，该系数更为精准。

附图说明

图1为本发明车载单体的结构示意图；

图2为本发明的整体结构示意图；

图3为本发明车载单体发送端的工作流程图；

图4为本发明车载单体接收端的工作流程图；

图中标号：1-微控制单元；2-加速度传感器模块；3-GPS模块；4-无线通信模块；5-GSM通讯模块；6-指示灯；7-蜂鸣器。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细描述。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。

相反，本发明涵盖任何由权利要求定义的在本发明的精髓和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。进一步，为了使公众对本发明有更好的了解，在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。

如图1所示，本发明提供一种车载预警、警告及呼救***，包括多个分别设置在不同车辆上的车载单体，所述每个车载单体均包括微控制单元1、加速度传感器模块2、无线通信模块4、GPS模块3、GSM通讯模块5、指示灯6和蜂鸣器7，所述加速度传感器模块2、无线通信模块4、GPS模块3、GSM通讯模块5、指示灯6和蜂鸣器7均连接在所述微控制单元1上；

其中，所述微控制单元1具体为STM32F103RCT6微控制单元，STM32F103RCT6微控制单元控制整个***的运作，所述加速度传感器模块2具体为ADXL345加速度传感器模块，ADXL345加速度传感器模块采集车辆行驶过程中的加速度数据，并具有反馈阈值；车辆在发生车祸时候，加速度数据会达到并超过反馈阈值；所述无线通信模块4具体为433MHz无线通信模块，当车祸发生以后，433MHz无线通信模块用于发送和接收车祸警告信号；所述GPS模块3具体为NEO-6M GPS模块，NEO-6M GPS模块用于进行定位，并将获得的定位信息发送至STM32F103RCT6微控制单元；所述GSM通讯模块5具体为SIM900A GSM通讯模块，SIM900A GSM通讯模块用于向指定联系方式或联系人发送带有NEO-6M GPS模块定位后的坐标信息的求救短信，以实现车祸发生后的及时呼救功能。

实现向周围车辆发送警告信息的工作原理：

(1) 以STM32F103RCT6微控制单元、ADXL345加速度传感器模块、433MHz无线通信模块、指示灯和蜂鸣器构成硬件***。ADXL345加速度传感器模块以IIC方式与STM32F103RCT6微控制单元连接；433MHz无线通信模块通过串口与STM32F103RCT6微控制单元连接；指示灯和蜂鸣器通过I/O口与STM32F103RCT6微控制单元连接；

(2) 用ADXL345加速度传感器模块对车辆行驶过程中的三向加速度进行实时测量，并将三向加速度数据传输给STM32F103RCT6微控制单元；

(3)当发生车祸时，STM32F103RCT6微控制单元通过检测算法对ADXL345加速度模块测量的三向加速度数据进行处理，判断车辆是否发生车祸，检测算法指的是：设定好加速度的阈值，所述阈值为10g，所述g为重力加速度，当加速度采集到的值超过阈值时，认为该机动车发生了碰撞事故；

(4) STM32F103RCT6微控制单元向433MHz无线通信模块发送指令，433MHz无线通信模块立即向方圆500米内的装备此车载单体的车辆发送带校验的警告信号；

(5) 正常行驶车辆上的车载***中的433MHz无线通信模块接收到未知信号后，STM32F103RCT6微控制单元对该信号进行校验判断，当判定为车祸警告信号后，STM32F103RCT6微控制单元控制警示灯闪烁和蜂鸣器报警，以及时提醒正常行驶车辆中的驾驶员周围有车祸发生，应减速慢行，注意安全，即实现车祸警告功能。

实现及时呼救的工作原理：

(1) 以STM32F103RCT6微控制单元、ADXL345加速度传感器模块、NEO-6M GPS模块和SIM900A GSM通讯模块构成硬件***。ADXL345加速度传感器模块以IIC方式与STM32F103RCT6微控制单元连接；NEO-6M GPS 模块通过串口2与STM32F103RCT6微控制单元连接；SIM900A GSM通讯模块通过串口3与STM32F103RCT6微控制单元连接；

(3) 当发生车祸时，STM32F103RCT6微控制单元通过检测算法对ADXL345加速度模块测量的三向加速度数据进行处理，判断车辆是否发生车祸，检测算法指的是：设定好加速度的阈值，当加速度采集到的值超过阈值时，认为该机动车发生了碰撞事故；

(4) STM32F103RCT6微控制单元及采集NEO-6M GPS模块定位的事故发生地坐标值，并向SIM900A GSM通讯模块发送通讯指令和坐标数据；

(5) SIM900A GSM通讯模块接收到通讯指令和数据模块后自行编辑包含事故发生地坐标值的求救短信，发送给事先设定的联系人，即实现呼救功能。

实现预警的工作原理：

（1）选用加速度、速度作为输入特征，选用100个神经元作为隐含层，一个神经元作为输出层，这样形成一个2-100-1的三层神经元网络，用于预测行车危险还是安全；

（2）然后使用BP算法在Matlab开发环境中对3000个样本进行训练，训练完之后该模型在500个测试样本上预测的准确率达到了87.24%。

（3）然后将该模型在STM32F103RCT6中编程实现，由传感器获取速度、加速度值，则便可产生一个安全系数。系数越高越安全，而当系数变低到一定程度时，会发出警示声提醒司机减速。

现有技术的普通的BP神经网络算法具有一个常见的局限性：容易收敛到局部极小值。而为了能收敛到全局最小值，此外如果局部极小值和全局最小值接近的话到影响不大，如果差很多，则直接导致最终准确率的大幅度下降。而导致局部极小值的一个重要因素是神经网络是人工构造的，设计多少层，隐含层设置多少个神经元个数都是人为定的，比如设计了一个10—100—4的三层神经网络，中间隐含层设置了100个神经元，但有时候解决某类问题不需要100个这么多，可能50个就够了。在这种情况下，不少神经元是浪费的，还可能产生负面影响，比如多个神经元产生做了相同的工作，这种重复就有可能导致收敛到局部极小值。为此，本发明在原有BP算法的基础上构造了稀疏性限制，可以强迫模型在中间的隐含层使用较少的神经元个数来表达输入特征。以上面的模型为例，尽管中间层有100个神经元，但加上稀疏性限制后，实际处于激活状态的神经元个数可能缩短为50个，剩余的50个处于抑制状态。这样可以消除局部极小值的情形，从而提升模型最终的准确率。

Claims

1.一种车载预警、警告及呼救***，其特征在于，所述***包括多个分别设置在不同车辆上的车载单体，所述每个车载单体上均包括微控制单元、加速度传感器模块、无线通信模块、GPS模块、GSM通讯模块、指示灯和蜂鸣器，所述加速度传感器模块、无线通信模块、GPS模块、GSM通讯模块、指示灯和蜂鸣器均连接在所述微控制单元上。

2.根据权利要求1所述的一种车载预警、警告及呼救***，其特征在于，所述微控制单元为STM32F103RCT6微控制单元。

3.根据权利要求1所述的一种车载预警、警告及呼救***，所述加速度传感器模块为ADXL345加速度传感器模块。

4.根据权利要求1所述的一种车载预警、警告及呼救***，所述无线通信模块为433MHz无线通信模块。

5.根据权利要求1所述的一种车载预警、警告及呼救***，所述GPS模块为NEO-6M GPS模块。

6.根据权利要求1所述的一种车载预警、警告及呼救***，所述GSM通讯模块为SIM900A GSM通讯模块。

7.一种车载警告***，应用上述权利要求1-6之一所述的***，其特征在于，包括以下步骤：

8.一种车载呼救***，应用上述权利要求1-6之一所述的***，其特征在于，包括以下步骤：

9.一种车载预警***，应用上述权利要求1-6之一所述的***，其特征在于，包括以下步骤：

C）然后将该模型在微控制单元中编程实现，由传感器获取速度、加速度值，产生一个安全系数，所述安全系数为0-100%，系数越高越安全，而当系数变低到60%时，会发出警示声提醒司机减速。