智能电动摩托车安全保障系统的设计与开发

李春青　冯炎　樊晓　潘旭　赵迎

摘  要：在日常出行中有大量电动摩托车因为不文明驾驶造成的交通事故比比皆是，为了减少交通事故，保护驾驶者的生命安全，设计一款使用语音提醒方式的安全保障系统，以Android系统为操作平台并通过蓝牙连接电动摩托车上的传感器设备，以解决上述问题。经过试验表明，该设计不仅成本低、还能很大程度上保障驾驶者生命安全，同时提高市民日常出行对电动摩托车热衷度，打消市民对驾驶电动摩托车不安全的顾虑。安全保障系统的使用对保护驾驶者的安全起到了很大的作用。

关键词：安全保障;Android;安全预警;辅助驾驶;智慧电车

中图分类号：TU89;TP368.1       文献标识码：A 文章编号：2096-4706（2020）09-0016-03

Design and Development of Safety Assurance System

for Intelligent Electric Motorcycle

LI Chunqing1，FENG Yan1，FAN 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长李江平指出，据统计，2013年至2017年的5年间，全国共发生电动摩托车肇事致人伤亡的道路交通事故5.62万起，造成死亡8 431人、受伤6.35万人、直接财产损失1.11亿元。从分析看，全国查处电动摩托车交通违法数量和电动摩托车肇事事故起数、死亡人数均呈逐年上升趋势。

为了减少驾驶电动摩托车引发的交通事故，研发人员在不断地提出新方案、新方法，去解决全国范围内因为不文明驾驶而引发的电动摩托车交通事故。虽然一线品牌电动摩托车生产企业可以通过自身对部件的研发提高电动摩托车的品质，但大多企业对电动摩托车的安全性和稳定操作研究不深，主要考虑提高产品的性价比和驾驶性能来吸引客户购买，在这个过程中很少考虑电动摩托车的驾驶安全性。[1]

市场上主流的安全驾驶仪原理分为：通过车载摄像头进行捕捉或通过电动摩托车行驶时间与行驶里程来计算预警[2]。这两种安全驾驶仪对保障安全驾驶有一定成效，但由于这种设备非常笨重，不方便在设备上安装，以及成本高、识别度低等原因未能在市场上得到推广，科技不断创新的今天，安全驾驶系统不应止步于技术，而要努力地向未来科技发展，更多更先进的技术正在不断研发之中[3]。

西藏大学信息科学技术学院、工学院联合发展自动驾驶技术研究工作，两院依靠百度、川大等研究機构的科研成果在自动驾驶安全保障领域进行合作交流，共同申报执行相关科研项目，助力自动驾驶技术的深入发展，已初步形成一定的相关科研成果。本文基于该项目的研究成果，将研究技术移植到电动摩托车上，实现为驾驶者提供辅助安全保障服务，方便驾驶电动摩托车日常出行。

为此，设计一款利用谷歌Android系统应用于安全驾驶的提醒系统。通过智能手机系统更加强大的技术能力和便携性能，让安全驾驶真正实现智能一体化，安全驾驶提醒技术的出现从各项方面都很好地保护了电动摩托车的出行安全。该系统使用Android系统应用作为整个系统的控制单元，使用Bluetooth 2.0无线传输技术连接外置在电动摩托车的传感器终端，将电动摩托车驾驶数据传输给APP总控单元处理，依据相关算法判断后，通过语音提醒驾驶者安全驾驶。通过搭载提醒式应用系统的电动摩托车减少60.00%的因为不文明驾驶引发的交通事故，安全驾驶提醒技术的出现从各项方面都很好地保护了驾驶者的出行安全。此项研究对于研究驾驶安全保障领域人员有一定的研究借鉴意义，方便他们开展相关研究工作。

1  需求分析

近年来，电动摩托车在我国增长数量较大，使用普及率明显提升，但随之而来的安全形势十分严峻。据统计，电动摩托车是导致交通事故死亡相对较多的车辆，电动摩托车驾乘人员死亡事故中约80%为颅脑损伤致死，所以，电动摩托车驾驶者迫切需要一款既经济又实惠的安全提醒系统保障驾驶者的生命安全。

为方便用户使用，在终端选择中采用在中国范围内用户量最多的Android系统作为本系统的主要搭载环境，使用Android移动终端监测行车的行驶数据及驾驶者的驾驶状况，并能实现快速、精准的监测并提醒驾驶员或直接控制硬件设备进行干预，促使车辆处于安全行驶状态，并在全国范围内，增强人们对电动摩托车的热衷度，缓解城市交通的拥堵情况。

2  系统设计

2.1  整体设计思路

本系统整体分为硬件和软件两部分，其中软件部分主要负责数据的采集和整合处理，硬件部分主要负责监控电动摩托车的运行状态，进而保证系统保障驾驶安全的功能。软件通过蓝牙将传感器数据传输给应用，APP将数据进行算法判断后语音提醒驾驶者安全控制电动摩托车的稳定、安全行驶。并首次采用动态密码体系，保证用户设备安全，实现电子钥匙代替传统物理钥匙，实现智能化控制的构想，方便用户。本系统的整体运行情况如图1所示。

2.2  系统核心部分设计

2.2.1  应用传感器的选择

根据项目和具体的技术指标需求，选择真正能监测行车数据或能监测影响安全驾驶因素的传感器，选用GPS、电子罗盘、重力传感器、加速传感器、光线传感器、距离传感器、三轴陀螺仪等传感器作为系统监控数据的采集点。

2.2.2  系统监测数据点的设计

监测驾驶者的驾驶行为旨在提高驾驶员的安全保障水平，该系统主要依托手机内置传感器、GPS提供的数据信息，在驾驶者驾驶进行过程中，从疲劳驾驶、超速、急加速、急转弯、急刹车、分心驾驶这六个维度检测驾驶者的驾驶行为。如果驾驶者进行的驾驶过程中出现以上危险驾驶行为，都会收到安全驾驶提醒。可以依据驾驶行为中的数据信息进行判断得出可能会出现危险驾驶行为的归类、概率、地点和时间等信息，以此监督驾驶者杜绝这些危险驾驶行为。

2.2.3  系统数据表的设计

本系统主要建立用户数据表（User_msg）、传感器参数表（Sensor_data）、设备状态表（Equi_state）、控制记录表（Control_log）四个数据表，数据表用Android系统自带的小型数据库SqList进行存储。表1是系统设计的整个数据表。

3  软件的实现

3.1  实验数据采集

本文拟采用大量实验来着手对整个系统的实施，首先将实验场景类型划分成六个较大类，再将较大类多种组合形成各种小类，并搭建数据采集系统。在六个较大类内只实行一种驾驶场景并记录相应过程的数据（加速度、GPS、水平、磁方向）和完成本次过程所用时间，其数据采集区域划分如图2所示。

3.2  软件功能实现

本系统内的用户需要通过监控界面实现驾驶行为预测功能，当用户的驾驶信息有变化的时候，系统通过外置传感器监测电动摩托车运行状态，通过学习算法判断驾驶者危险驾驶行为，并通过语音的形式及时给出预警信息，提醒驾驶者规避和修整不良驾驶行为，从而实现安全驾驶的目的，保障驾驶者生命安全。应用的软件监控界面如图3所示。

3.3  软件调试

软件测试是软件周期中最后一关，可以想象其非凡的重要性，什么是软件测试，软件测试是一个检测软件是否具备一定的可靠性、安全性和正确性，是预期功能与实际功能的对比。软件测试是评测一个软件好坏的重要依据，软件测试是软件正式上线前的最后一个守门员，是保证软件质量的重要步骤与保障。

4  硬件的实现

4.1  主控电路

该主控电路以ARM芯片为主控制器，外设包括2个操作按键和1个状态指示灯。ARM芯片与CC2530模块采用串行连接。接口21～26连接CC2530模块（实现无线传输），接口27～28使用TTL串口连接传感器电路。如图4所示为系统主控电路的硬件原理图。

4.2  传感器监测电路

传感器电路集成内置JY901芯片，模块集成高精度的陀螺仪、加速度计、地磁场传感器，采用高性能的MCU和先进的动力学解算与卡尔曼动态滤波算法，能够快速求解出模块当前的实时运动姿态。通过VCC、GND接口给传感器供电，通过TXD、RXD使用TTL通信协议将检测数据发送给主控电路。如图5所示为系统主控电路的硬件原理图。

5  结  論

安全驾驶提醒技术的出现从各项方面都很好地保护了我们的出行安全，但安全技术只是一种辅助手段，再精准的测算也不能做到万无一失，所以在平时养成一种良好的驾驶习惯才是对自身最大的保护。本系统通过长期的提醒让驾驶者潜移默化形成安全驾驶习惯，后期还计划直接控制硬件设备进行干预，促使车辆处于安全行驶状态。

参考文献：

[1] 宁乐然.道路交通安全通论 [M].北京：中国人民公安大学出版社，2006.

[2] 刘玉增，王洪明.道路交通事故学 [M].成都：四川大学出版社，2005.

[3] 刘畅.深圳：提供城市公共服务领域机动车电动化的“中国方案” [J].世界环境，2019（4）：74-77.

作者简介：李春青（1996—），男，藏族，青海互助人，本科，学士学位，主要研究方向：智能控制;冯炎（1978—），男，汉族，西藏拉萨人，副教授，硕士研究生，主要研究方向：智能控制、人工智能。