張賓 王辰 梅娟

基金項(xiàng)目：無(wú)錫城市職業(yè)技術(shù)學(xué)院2021校級(jí)科研（專項(xiàng)）課題；項(xiàng)目編號(hào)：WXCY-2021-KY-10。

作者簡(jiǎn)介：張賓（1989— ），男，江蘇徐州人，工程師，碩士；研究方向：物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用技術(shù)。

摘要：隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，人民的生活水平不斷提高，我國(guó)汽車保有量逐年增多，交通事故和車輛故障時(shí)有發(fā)生，由此引起的二次交通事故也屢見(jiàn)不鮮。文章利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、電子信息技術(shù)設(shè)計(jì)了基于智能三角警示牌的告警系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠?qū)⑹鹿屎凸收宪囕v位置信息、占用車道情況實(shí)時(shí)準(zhǔn)確地展示給后車，提醒后車主動(dòng)避讓，有效降低二次交通事故發(fā)生的概率和事故發(fā)生后的損失。

關(guān)鍵詞：智能三角警示牌；告警系統(tǒng)；二次交通事故

中圖分類號(hào)：TP311.5? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0? 引言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，人民的生活水平不斷提高，我國(guó)汽車保有量逐年增多，交通事故和車輛故障時(shí)有發(fā)生。根據(jù)國(guó)家統(tǒng)計(jì)局的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)［1］，近些年我國(guó)交通事故相關(guān)情況如圖1所示，2017—2021年，我國(guó)民用汽車保有量和機(jī)動(dòng)車駕駛?cè)藛T均逐年上升，而因汽車造成的交通事故數(shù)量、傷亡人數(shù)及直接經(jīng)濟(jì)損失雖有波動(dòng)，但都處在較高的水平，給人們的生命財(cái)產(chǎn)安全帶來(lái)了比較大的影響。從事故原因的角度分析，因事故現(xiàn)場(chǎng)的人員、車輛、拋灑物及救援設(shè)備等因素造成的二次交通事故，相比一次事故給人身和財(cái)產(chǎn)安全帶來(lái)的傷害往往更大［2］，因此對(duì)二次事故的處理和預(yù)警應(yīng)更為重視?，F(xiàn)行道路交通安全法規(guī)定，在車輛無(wú)法移動(dòng)時(shí)，需要將三角警示牌放置于相應(yīng)位置以提醒后續(xù)車輛謹(jǐn)慎駕駛，但總有駕駛員因各種原因沒(méi)能及時(shí)發(fā)現(xiàn)三角警示牌和事故車輛，造成二次交通事故，對(duì)人民的生命財(cái)產(chǎn)安全造成重大損失。綜上，亟需有效手段提高三角警示牌的警示效果，降低二次交通事故發(fā)生的概率和二次事故發(fā)生后的損失。

1? 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀

美國(guó)交通部在2017年推出了一項(xiàng)名為“安全駕駛計(jì)劃”的項(xiàng)目，該計(jì)劃將使用車輛上的傳感器數(shù)據(jù)（如雷達(dá)、激光雷達(dá)、攝像頭等）以及其他信息源的數(shù)據(jù)（如GPS數(shù)據(jù)、天氣預(yù)報(bào)和道路狀況等）對(duì)可能影響行車安全的因素進(jìn)行分析，并根據(jù)數(shù)據(jù)分析的結(jié)果開(kāi)發(fā)預(yù)警系統(tǒng)。加州大學(xué)伯克利分校的研究人員使用機(jī)器學(xué)習(xí)算法來(lái)檢測(cè)和預(yù)測(cè)二次事故，并在實(shí)際道路上進(jìn)行了測(cè)試。密歇根州立大學(xué)的研究人員則開(kāi)發(fā)了一種基于車輛傳感器數(shù)據(jù)的二次事故預(yù)警系統(tǒng)，并在真實(shí)道路上進(jìn)行了測(cè)試。以色列的Mobileye公司開(kāi)發(fā)了一種基于攝像頭的二次事故預(yù)警系統(tǒng)，可以檢測(cè)到其他車輛周圍的障礙物并發(fā)出警報(bào)。Uber公司也正在開(kāi)發(fā)一種基于車輛傳感器數(shù)據(jù)的二次事故預(yù)警系統(tǒng)，以幫助駕駛員避免潛在的危險(xiǎn)。

國(guó)內(nèi)，林謀有等［3］就高速公路二次交通事故成因和特點(diǎn)進(jìn)行了分析，并對(duì)二次事故預(yù)警指標(biāo)確定及二次事故預(yù)警指標(biāo)范圍設(shè)置進(jìn)行了研究。李曉敏等［4］通過(guò)問(wèn)卷調(diào)查、資料查詢等途徑，分析了導(dǎo)致高速公路二次交通事故的主要原因，并建立了一套二次交通事故智能預(yù)防系統(tǒng)。沈旭東等［5］提出了基于攝像頭識(shí)別技術(shù)和傳感器技術(shù)的二次交通事故預(yù)警系統(tǒng)。

國(guó)外主要通過(guò)采集周圍車輛和環(huán)境信息來(lái)判斷二次交通事故風(fēng)險(xiǎn)，技術(shù)難度較大，成本比較高。國(guó)內(nèi)也有通過(guò)攝像頭等手段來(lái)檢測(cè)二次事故的預(yù)警系統(tǒng)，一方面成本高，另一方面視頻識(shí)別的可靠性和準(zhǔn)確性也是要考慮的因素。因此，如何實(shí)現(xiàn)成本低、可靠性高的二次交通事故預(yù)警系統(tǒng)需要進(jìn)一步的研究。

2? 基于智能三角警示牌的告警系統(tǒng)

為提高三角警示牌的警示效果，有效降低二次交通事故的風(fēng)險(xiǎn)，本文設(shè)計(jì)了以下基于智能三角警示牌的二次事故告警系統(tǒng)。

2.1? 系統(tǒng)構(gòu)成

本文設(shè)計(jì)的二次交通事故告警系統(tǒng)包括智能三角警示牌、后臺(tái)服務(wù)和終端應(yīng)用系統(tǒng)，如圖2所示。

各模塊的具體作用如下：

（1）智能三角警示牌。由通信模塊、定位模塊和配置模塊構(gòu)成，在三角警示牌放置后，采集放置的經(jīng)緯度坐標(biāo)數(shù)據(jù)，由配置模塊配置故障影響的車道信息，通過(guò)通信模塊將上述信息發(fā)送至后臺(tái)服務(wù)模塊。

（2）后臺(tái)服務(wù)。由數(shù)據(jù)接收處理模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊和數(shù)據(jù)接口模塊構(gòu)成，數(shù)據(jù)接收處理模塊接收智能三角警示牌發(fā)送的數(shù)據(jù)并對(duì)其進(jìn)行處理，生成告警事件數(shù)據(jù)，由數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊將告警事件數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫(kù)。數(shù)據(jù)接口模塊提供告警事件相關(guān)數(shù)據(jù)的RESTful查詢接口。

（3）應(yīng)用系統(tǒng)。由告警管理系統(tǒng)、手機(jī)告警App和其他相關(guān)應(yīng)用構(gòu)成。告警管理系統(tǒng)用于展示和管理生成的告警信息，手機(jī)告警App用于展示前方告警信息，并在接近告警位置時(shí)進(jìn)行告警提示。同時(shí)，后臺(tái)服務(wù)模塊提供了告警數(shù)據(jù)的相關(guān)接口，其他業(yè)務(wù)部門可以根據(jù)需求開(kāi)發(fā)自己的應(yīng)用，如交管部門、保險(xiǎn)部門等。

2.2? 模塊設(shè)計(jì)

2.2.1? 智能三角警示牌

該模塊采用樂(lè)鑫科技的ESP32單片機(jī)作為控制核心，集成了通信模塊、定位模塊和配置模塊。

定位模塊采用基于位置的服務(wù)（Location Based Services，LBS）基站定位和全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（Global Navigation Satellite System，GNSS）定位融合的技術(shù)，其中GNSS支持北斗和GPS定位。定位模塊的定位精度由環(huán)境決定，LBS在城區(qū)基站密度高的地方精度能夠達(dá)到50 m，而在郊區(qū)基站密度低的地方誤差甚至能夠達(dá)到5 000 m［5］，GNSS在室外環(huán)境下定位精度在m級(jí)。因此，在本文的應(yīng)用場(chǎng)景中，智能三角警示牌在露天環(huán)境下，采用GNSS定位，在隧道、高架下或路兩邊有高山、高樓阻擋等與GNSS衛(wèi)星連接不暢的環(huán)境下，采用LBS定位技術(shù)。

由于LBS和GNSS的定位精度都無(wú)法準(zhǔn)確定位到具體的車道，而事故占用影響的車道對(duì)于后方車輛是非常重要的信息，因此本文設(shè)計(jì)的智能三角警示牌中添加了配置模塊，通過(guò)撥碼的方式手動(dòng)配置事故占用影響的車道。

通信模塊采用成熟穩(wěn)定的4G DTU模塊，能夠使用2G/3G/4G無(wú)線蜂窩移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行遠(yuǎn)距離的數(shù)據(jù)傳輸，可以將ESP32單片機(jī)采集的位置信息、車道信息和時(shí)間信息通過(guò)串口數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為IP數(shù)據(jù)透?jìng)髦练?wù)器上。發(fā)送的數(shù)據(jù)采用json格式封裝，具體格式如下所示：

{

"id"： 2，

"longitude"： 120.18163，

"latitude"： 31.60806，

"laneno"："2，3"，

"time"： 1685980834000

}

其中id字段為三角警示牌的唯一ID，用于標(biāo)識(shí)不同的三角警示牌；longitude和latitude分別是經(jīng)度和緯度，laneno表示占用的車道信息，如果同時(shí)占用多個(gè)車道，車道號(hào)之間用“，”分隔，time字段是自1970年1月1日（00：00：00 GMT）以來(lái)的時(shí)間，單位是ms，表示該條數(shù)據(jù)發(fā)送的時(shí)間。上述數(shù)據(jù)發(fā)送時(shí)間間隔為5 s。

2.2.2? 后臺(tái)服務(wù)

后臺(tái)服務(wù)主要包括數(shù)據(jù)接收處理、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)接口等部分，實(shí)現(xiàn)三角警示牌發(fā)送數(shù)據(jù)的接收、處理、存儲(chǔ)和發(fā)布功能。

數(shù)據(jù)接收模塊對(duì)智能三角警示牌發(fā)送的json數(shù)據(jù)進(jìn)行接收和解析，應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)包括Netty框架、Apache Kafka流處理平臺(tái)以及FastJson解析庫(kù)等。Netty是一個(gè)異步事件驅(qū)動(dòng)的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序框架，基于非阻塞IO（Non-blocking IO，NIO）技術(shù)封裝了JDK的NIO，使用起來(lái)更加方便，且具備高并發(fā)、傳輸快、封裝好、適配強(qiáng)、效率高等優(yōu)點(diǎn)，適用于處理大量高并發(fā)的數(shù)據(jù)。為了防止出現(xiàn)數(shù)據(jù)浪涌尖峰時(shí)來(lái)不及處理導(dǎo)致的數(shù)據(jù)丟失，本文采用Apache Kafka消息隊(duì)列作為數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，Netty收到的消息先存入消息隊(duì)列，然后通過(guò)消息處理線程取出，由FastJson庫(kù)將其解析成Java對(duì)象再做后續(xù)處理。

數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊實(shí)現(xiàn)將上述java對(duì)象存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫(kù)表中，數(shù)據(jù)接口模塊用于從中查詢某坐標(biāo)附近的告警事件數(shù)據(jù)。考慮到此場(chǎng)景下的讀取數(shù)量遠(yuǎn)大于寫入數(shù)量，故將相對(duì)復(fù)雜耗時(shí)的操作在寫入數(shù)據(jù)庫(kù)時(shí)實(shí)現(xiàn)，從而降低獲取數(shù)據(jù)時(shí)的復(fù)雜度和耗時(shí)。數(shù)據(jù)接口的核心應(yīng)用是查詢距離某個(gè)經(jīng)緯度坐標(biāo)一定范圍內(nèi)的所有告警事件數(shù)據(jù)，為降低查詢時(shí)間本文采用以下設(shè)計(jì)。

（1）數(shù)據(jù)庫(kù)表索引設(shè)計(jì)。為加快查詢速度，數(shù)據(jù)庫(kù)表在設(shè)計(jì)中通常采用索引技術(shù)，因數(shù)據(jù)庫(kù)中以浮點(diǎn)數(shù)做索引通常比整數(shù)索引更慢，需要更多的存儲(chǔ)空間和計(jì)算資源，且由于浮點(diǎn)數(shù)精度問(wèn)題，也可能導(dǎo)致數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確或不一致。所以，本文以0.001°為單位，將經(jīng)緯度轉(zhuǎn)換為整數(shù)作為索引，在此情況下距離誤差范圍在111 m×111 m以內(nèi)，能夠滿足獲取附近智能三角警示牌告警事件的需求，同時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)中也存儲(chǔ)浮點(diǎn)型的經(jīng)緯度數(shù)據(jù)，能夠精確定位智能三角警示牌的具體位置。

（2）附近智能三角警示牌告警事件經(jīng)緯度坐標(biāo)查詢?cè)O(shè)計(jì)。一般情況下，為獲取數(shù)據(jù)庫(kù)表中距離某經(jīng)緯度坐標(biāo)一定距離的所有經(jīng)緯度坐標(biāo)，需要遍歷表中所有數(shù)據(jù)并計(jì)算距離，根據(jù)計(jì)算結(jié)果篩選符合條件的數(shù)據(jù)，這樣的處理方法在數(shù)據(jù)庫(kù)表中數(shù)據(jù)量比較大時(shí)會(huì)消耗大量時(shí)間。本文在前述索引設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，將需要查詢經(jīng)緯度坐標(biāo)以0.001°為單位轉(zhuǎn)換成整數(shù)，將距離轉(zhuǎn)換為經(jīng)緯度差值，上述查詢需求即可轉(zhuǎn)換為簡(jiǎn)單的對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)表帶索引字段的條件查詢，且精度能夠滿需求。

數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊采用MyBatis-Plus實(shí)現(xiàn)，它是一個(gè)基于MyBatis的增強(qiáng)工具，能夠簡(jiǎn)化數(shù)據(jù)庫(kù)操作，提高開(kāi)發(fā)效率。數(shù)據(jù)接口模塊利用EasyOpen實(shí)現(xiàn)，EasyOpe是一個(gè)簡(jiǎn)單易用的接口開(kāi)放平臺(tái)，平臺(tái)封裝了常用的參數(shù)校驗(yàn)、結(jié)果返回等功能，開(kāi)發(fā)者只需實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)代碼即可。它的所有接口只提供一個(gè)URL，通過(guò)參數(shù)來(lái)區(qū)分不同業(yè)務(wù)。

2.2.3? 應(yīng)用系統(tǒng)

應(yīng)用系統(tǒng)模塊主要包括告警管理模塊、手機(jī)告警App以及其他應(yīng)用等。告警管理模塊采用B/S架構(gòu)，用于管理和展示智能三角警示牌生成的告警事件，方便交通管理部門用戶跟蹤告警事件的狀態(tài)，提供列表、GIS等形式直觀的告警事件展示和管理頁(yè)面，同時(shí)還具備新告警事件的彈窗提示等功能。支持告警事件歷史記錄查詢：告警管理模塊能夠保存所有的告警事件記錄，并支持根據(jù)時(shí)間、區(qū)域等多種條件進(jìn)行查詢和篩選，便于交管部門統(tǒng)計(jì)分析事故發(fā)生規(guī)律特點(diǎn)，為交通管理安全改善措施提供數(shù)據(jù)支撐。

手機(jī)告警App模塊用于向終端用戶提醒前方告警事件具體信息。在用戶打開(kāi)手機(jī)告警App后，該App會(huì)調(diào)用數(shù)據(jù)接口模塊提供的接口，查詢附近一定距離范圍內(nèi)的告警事件信息，并標(biāo)注在App中的GIS地圖上。同時(shí)，手機(jī)告警App會(huì)判斷當(dāng)前的導(dǎo)航路徑是否會(huì)經(jīng)過(guò)某一告警位置，如果會(huì)經(jīng)過(guò)，則在距離該位置一定距離時(shí)發(fā)出聲光告警，提示用戶謹(jǐn)慎駕駛，及時(shí)采取避讓措施。

除以上應(yīng)用以外，有其他需求的用戶還可以通過(guò)調(diào)用數(shù)據(jù)接口模塊提供的在線接口，開(kāi)發(fā)滿足自己需求的應(yīng)用，本文設(shè)計(jì)的應(yīng)用架構(gòu)有較強(qiáng)的可擴(kuò)展性。

3? 結(jié)語(yǔ)

交通安全是國(guó)家和社會(huì)的重要問(wèn)題，其中二次交通事故的發(fā)生會(huì)給當(dāng)事人和周圍的人帶來(lái)更大的危害和損失。本文利用現(xiàn)行主流的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、電子信息技術(shù)設(shè)計(jì)了基于智能三角警示牌的告警系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠?qū)⒐收宪囕v位置信息、占用車道情況實(shí)時(shí)準(zhǔn)確地展示給后方駕駛?cè)藛T，提醒后車主動(dòng)避讓，能夠有效降低二次交通事故發(fā)生的概率，減少二次事故造成的損失。

參考文獻(xiàn)

［1］中華人民共和國(guó)國(guó)家統(tǒng)計(jì)局.年度數(shù)據(jù)查詢［EB/OL］.（2023-05-25）［2023-07-06］.https：//data.stats.gov.cn/adv.htm？m=advquery&cn=C01.

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［4］李曉敏，徐勇，朱其祥，等.高速公路二次交通事故的預(yù)防系統(tǒng)研究［J］.現(xiàn)代信息科技，2020（6）：50-52.

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（編輯? 沈? 強(qiáng)）

Research on traffic accident warning system based on intelligent warning triangle

Zhang? Bin， Wang? Chen， Mei? Juan

（Wuxi City College of Vocational Technology， Wuxi 214000， China）

Abstract： With the rapid development of Chinas economy and the improvement of peoples living standards， the number of cars in China is increasing year by year. Traffic accidents and vehicle malfunctions occur from time to time， and secondary accidents caused by them are also common. This project uses Internet of Things （IoT） technology and electronic information technology to establish an alarm system based on intelligent triangular warning signs. The system can accurately and real-timely display fault vehicle location information and lane occupancy to subsequent vehicles， reminding them to actively avoid collision. It can effectively reduce the probability of secondary accidents and the losses incurred after secondary accidents occur.

Key words： intelligent warning triangle; warning system; secondary accident