殷小芳
（南京航空航天大学金城学院 信息工程系，江苏 南京 211156）
近年来，交通事故发生率居高不下，而交通事故多发会影响社会的和谐稳定发展，影响人民的幸福安康生活。交通事故中有很大一部分是由于司机的危险驾驶导致的。危险驾驶主要包括酒驾醉驾、超速驾驶、疲劳驾驶等不当的驾驶方式，这类危险的驾驶方式给人民的生命和财产安全带来了巨大威胁［1］。
为了预防或者及早地阻止危险驾驶行为的发生，本文设计了一款基于移动设备的危险驾驶预警系统。本系统使用人们经常随身携带的移动设备分析和判断所搭载车辆是否存在危险驾驶行为，如果存在危险驾驶行为，可立即警示路上行人及车辆，也可以立即通知司机联络人，从源头上杜绝和避免危险驾驶交通事故的发生。使用本系统能够以较低的成本和较便利的方法预警车辆危险驾驶行为。
从功能角度出发分析系统需要设计哪些模块。因为本系统中最重要的部分是分析坐标，用于分析并判断车辆是否存在危险驾驶行为，所以系统的分析能力即系统的数据处理能力必须足够强大。目前，大部分车辆配置系统的数据处理能力不如移动设备的数据处理能力强，所以要将分析坐标的任务交给移动设备，因此在系统中设计了分析模块。同时为了更及时地分析坐标数据，将采样坐标的任务交给移动设备完成，省去了将坐标数据从车辆端传递给移动设备端的环节，避免了系统不必要的资源耗费，因此在系统中设计了采集模块。此外，在系统判定存在车辆为危险驾驶后，系统要进行预警。预警的目的是尽早地阻止交通事故的发生，所以系统要在判定有危险驾驶行为后，在车辆还未造成实际损失之前，通知相关人员提醒驾驶人员的危险驾驶行为，同时提醒路上其他行人和车辆躲避该车辆，因此设计了系统的预警模块。在判定车辆有危险驾驶行为后，移动设备和车辆需要互通信号，因此设计了互联模块。
模块设计好后，还需要针对移动设备和车辆进行相关设计。针对移动设备需要考虑以下问题：打开定位系统后，在一段时间内以相同的时间间隔采样车辆的位置坐标；
执行分析坐标任务时，根据一段时间内的全部坐标判断车辆是否为危险驾驶［2］；
需要提前设置司机联络人，一旦发生危险驾驶，系统立即给司机联络人发消息或拨打电话；
发生危险驾驶后，移动设备可以通过蓝牙设备发送危险驾驶信号给车辆。针对车辆需要考虑以下问题：车辆可通过蓝牙设备接收移动设备发来的危险驾驶信号；
在接收危险驾驶信号后，车辆能自动警示路人和其他车辆，如车灯闪烁、车辆鸣笛等。
系统的设计包括整体设计和各模块设计。之所以采用模块设计系统，是因为模块设计能够使系统低耦合、高内聚，各模块间耦合度降低，模块内部聚合度提高。模块化系统可以降低系统的复杂度，使系统设计、调试和维护等操作简单化，若想改变某个子功能，则只需修改相应模块即可；
当系统增加新的功能时，不用重新设计系统，只需增加新的模块即可。
2.1 整体设计
危险驾驶预警系统按功能进行划分，可以分为采集模块、分析模块、互联模块、预警模块，其中每个模块包含的功能如下。
（1）采集模块，该模块的功能是在移动设备打开定位系统的情况下采集坐标。具体方法是在固定长度的时间段内，以固定的时间间隔采样车辆的坐标，每个车辆的坐标使用经度和纬度表示，一个时间段内已采样好的所有坐标将全部传给分析模块进行分析。
（2）分析模块，该模块通过分析采集模块已采集的一段时间内的坐标，计算每个坐标和相邻坐标在车身长度和宽度方向上的差值，从而分析出搭载移动设备的车辆的速度和行驶路径，判断车辆是否为危险驾驶。由于目前移动设备智能化程度越来越高，其运算速度越来越快，因此将分析模块放在移动设备端较为合理。
（3）互联模块，如果分析模块得出此时车辆正在危险驾驶，互联模块就会探测移动设备和车辆是否已建立蓝牙互联。如果已建立，互联模块使用已有的蓝牙互联；
如果还未建立，互联模块使用移动设备和车辆通过蓝牙建立互联。在蓝牙互联建立好的基础上，移动设备向车辆传递危险驾驶信号，车辆的蓝牙模块接收此信号。
（4）预警模块，该模块的主要作用是在判定车辆为危险驾驶后进行预警。该模块主要包含两个方面的预警：移动设备的预警和车辆的预警。移动设备的预警是指在判定危险驾驶后，系统会自动给司机联络人发送消息和拨打电话。车辆的预警是指车辆会自动打开车灯闪烁和鸣笛，提醒路上行人和其他车辆避让。
2.2 采集模块
采集模块的主要作用是采集车辆的行驶坐标。因为车辆搭载了移动设备，所以只需要采集移动设备的坐标就能得到车辆的坐标。该模块的工作流程是打开移动设备的定位系统，每隔5 s采集定位系统发送的位置坐标，其中坐标以［经度，纬度］的形式显示。采集过程中，将所有坐标暂时存在缓存中，3 min后采样结束，将缓存中的所有数据传递到分析模块，然后继续进行3 min的采样。如此循环地采集3 min，再将3 min内的坐标全部传给分析模块，直到分析模块得出分析结果，此时采集模块停止工作。该模块的工作流程如图1所示。
图1 采集模块工作流程
2.3 分析模块
分析模块是整个系统最重要的模块，它相当于整个系统的“大脑”。在该模块中，采集模块每3 min得到的所有坐标都传递到分析模块中，分析模块根据已设置的算法对这些坐标数据进行分析和计算，从而得出车辆的轨迹和速度。根据车辆的轨迹是否为明显的曲线、速度是否超速，从而判断车辆是否为危险驾驶［3］。分析模块的算法包括判定为行驶轨迹为明显曲线的算法和判定为超速的算法。
判定行驶轨迹为明显曲线采用以下算法。在获取采样3 min内的所有坐标后，若这些坐标点的第一个坐标为［x0，y0］，5 s 后的采样点坐标为［x1，y1］，计算两个坐标点在车身宽度方向上的距离之差d。如果d＞5 min，则判定［x1，y1］为一个危险驾驶坐标点；
否则［x1，y1］不为危险驾驶坐标点。若［x1，y1］坐标点5 s后的坐标点为［x2，y2］，计算两个坐标点在车身宽度方向上的距离之差d。若d＞5 min，则判定［x2，y2］为一个危险驾驶坐标点；
否则［x2，y2］不为危险驾驶坐标点。以上述同样的方法判断后续［x3，y3］［x4，y4］…［xn，yn］的所有坐标点，依次判断每个坐标点是否为危险驾驶坐标点。若［x0，y0］到［xn，yn］的所有坐标点中，有2/3的坐标为危险坐标，那么可以判定车辆在这采样的3 min内发生了危险驾驶；
否则，判定车辆没有发生危险驾驶。这里可以判定的危险驾驶是醉驾或疲劳驾驶，行车轨迹是明显的曲线。
判定为超速采用以下算法。在接收采样3 min内的所有坐标后，若这些坐标点的第一个坐标为［x0，y0］，5 s后的采样点坐标为［x1，y1］，计算两个坐标点在车身长度方向上的距离之差d。如果d＞当前路段安全行驶5 s的距离时，则判定［x1，y1］为一个危险驾驶坐标点；
否则［x1，y1］不为危险驾驶坐标点。若［x1，y1］5 s后的坐标点为［x2，y2］，以上述同样的方法判定［x1，y1］与［x2，y2］在车身长度方向上的距离d。若d＞当前路段安全行驶5 s的距离时，则判定［x2，y2］为一个危险驾驶坐标点；
否则［x2，y2］不为危险驾驶坐标点。以上述同样的方法判断后续［x3，y3］［x4，y4］…［xn，yn］的所有坐标点，判断每个坐标点是否为危险驾驶坐标点。若［x0，y0］到［xn，yn］的所有坐标点中，有2/3的坐标为危险坐标，那么可以判定车辆在这采样的3 min内发生了危险驾驶；
否则，判定车辆没有发生危险驾驶。此时，可以判定危险驾驶属于超速。
分析模块判定车辆为危险驾驶后，即发出信号使采集模块停止工作，互联模块启动将移动设备和车辆的定位互联，此时报警模块启动进行移动设备和车辆的报警。反之，若分析模块没有判定车辆为危险驾驶，那么采集模块会一直进行采集工作，不断地将每3 min内的数据传送到分析模块，此过程中互联模块、报警模块都不启动工作。
2.4 互联模块
当分析模块判定车辆处于危险驾驶状态后，互联模块的主要功能是进行移动设备和车辆的蓝牙设备互联。因为移动设备和车辆可能在发生危险驾驶之前已经建立了蓝牙设备互联，所以互联模块会先探测是否已经建立互联，如果已经建立，则使用已有的蓝牙设备互联，互联模块不再建立新的蓝牙设备互联；
如果没有建立，那么互联模块发出指令让移动设备与车辆建立蓝牙设备互联。
互联模块促使移动设备和车辆建立新的蓝牙设备互联的工作过程如下：车辆和移动设备的蓝牙设备都处于发现状态，移动设备搜索到车载蓝牙，弹出配对密码，车载蓝牙输入配对密码，移动设备和车辆就建立了蓝牙设备互联。
蓝牙互联建立好后，如果分析模块判定车辆发生了危险驾驶，移动设备就将危险驾驶信号通过此互联传递给车辆，车辆接收危险驾驶信号。如果分析模块判定车辆没有危险驾驶，整个互联模块将不启动工作。整个互联模块的工作流程如图2所示。
图2 互联模块工作流程
2.5 预警模块
预警模块的主要作用是进行预警，是在分析模块得出车辆为危险驾驶后，系统自动进行预警；
该模块主要包含移动设备的预警和车辆的预警。其中，移动设备的预警是指系统可以事先设置司机联络人，在发生危险驾驶后，系统会自动给司机联络人发送消息和拨打电话，告知司机联络人目前司机处于危险驾驶状态，司机联络人可以第一时间联系司机，阻止司机的危险驾驶行为。车辆预警是指车辆收到危险驾驶信号后，会自动闪烁车灯和鸣笛，提醒路上的其他车辆和行人注意避让，尽量避免危险驾驶交通事故的发生。
本文设计了一种基于移动设备的危险驾驶预警系统，首先分析了该系统的需求，然后根据需求对本系统进行了模块设计。整个系统按照模块划分，分为采集模块、分析模块、互联模块、预警模块，每个模块各司其职，实现不同的功能。本系统使用人们经常随身携带的移动设备和车辆设计，不用增加其他设备，系统设计简单、便捷。一旦移动设备判定车辆发生危险驾驶后，移动设备可以自动且及时地联系司机联络人，危险驾驶车辆可以立即警示路上其他车辆和行人，因此本系统可以智能和便捷地避免危险驾驶事故的发生，在一定程度上降低实际生活中的交通事故发生概率。
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