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摘 要：根据车联网概念设计了一種安全辅助系统构架，采用UHF-FRID识别系统，预设有多套场景模式。具有识别简单，识别率高，多道路情况适用的特点。
关键词：车联网；超高频无线射频；安全系统；场景识别
步入信息时代以后，人们不单追求汽车的动力性和经济性，对汽车的安全性也提出了越来越多的要求，所以车联网在这个时代应运而生。本文立足于车与车之间的车联网（Internet of vehicles），提出了一种通过UHF-FRID（Ultra High Frequency Radio Frequency Identification，超高频远距离无线射频识别技术），CAR DVR（Car Digital Video Recor，汽车数码录像机）实现的汽车主动安全驾驶辅助系统。
1.UHF-FRID
1.1 UHF-FRID系统的组成[1]
UHF-FRID系统一般由三部组成：电子标签、读写器和天线。
电子标签是一个微型的无线收发装置，芯片中存储有该电子标签的唯一识别ID。将其安装于车辆上，可以实现车与车之间的识别。
读写器是一个读写和传递信号的装置，既完成对电子标签的识别及通信，又完成了与电控单元的通讯链接，实现目标电子标签与电控单元之间的数据交换。
天线是电子标签和读写器之间传输数据的发射和接收装置。天线产生超高频无线电波，在电子标签和读写器之间传送信息。
1.2 UHF-FRID的定位机制
测角度：天线安装在车头内部，并在特定的场景模式下对车前方特定的角度范围内进行机械式扫描。当读写器识别到前方电子标签的信号时记录下当前角度。
测距：UHF-FRID使用TOA[2]（time of arrival，到达时间）的定位方法。TOA原理是：已知射频信号传播速度，根据信号在读写器与电子标签之间的传播时间来计算两者之间的距离。读写器同时接收一个或多个来自电子标签的信号并计算出与各个被探测车辆的距离。以车为原点，测得的距离和角度作角坐标系来判定前方车辆的位置。
1.3 UHF-FRID系统的优势
UHF-FRID相对于电磁波雷达的一大优点便是识别率高，识别程序简单。电磁波雷达需要根据反射回的雷达波特征进行判断前方是否有车辆，而因为UHF-FRID系统的识别是通过识别装在车上的电子标签来判断是否有来车，没有电子标签的物体不会被识别到，而只有装了电子标签的车辆才会被识别到，这大大提高了识别率降低了误判率。
2.实现功能
2.1 道路和车况识别机制
根据CAR DVR获取前方路况图像，通过调用自身数据库和程序分析前方路况图像特征如：十字路口、路段标志、建筑密度等，并判断前方路况，或者连接移动网络将图像上传云端通过云端数据库识别前方路况图像进而返回判断结果。
通过CAN总线获取自身车况，如：转弯信号，车速信号，档位信号等并结合已识别出的道路情况，根据自身预先储存的数据库和程序判断汽车目前的行驶状况和判别驾驶员的目标操作，如：高速路行驶、路口转弯等。2.2 预设场景模式
2.2.1 中低速城市道路场景模式
中低速城市道路的危险来源主要是与本车道前方的车距以及两旁车道的车辆危险变道的行为。根据近一段时间的车速和道路环境的识别判断当前为城市道路场景模式。
当前模式下，UHF-FRID集中扫描前方本车道和邻近车道的车辆。第一，根据定位测距和本车车速判断与前车车距是否是安全车距，当车距过近时，通过指示灯或语音提示驾驶员。并且，根据CAR DVR检测前方车辆尾灯，当与本车道前方较近时，安全系统自动限制车速保持车距。第二，检测跟踪两旁车道车辆，当两旁车辆突然以较快速度向本车道变道并且车距过近时，安全系统自动辅助驾驶员刹车减速以避开前方危险。
2.2.2 高速行驶场景模式
高速行驶场景的危险来源主要是车速快且与前方车辆车距过近。根据当前车速持续一段时间高于70km/h判断当前为高速行驶场景。
当前模式下，UHF-FRID集中扫描正前方车辆，跟踪本车道前方车辆并连续测距。通过当前车速计算安全车距和危险车距，当与前方车辆车距少于安全车距时则发出指示灯或语音提醒司机，当与前方车距接近危险车距则自动限制行驶速度以拉开车距，但是驾驶员在特俗情况下也可手动解除车距限制。
2.2.3 乡间或狭窄道路场景模式
乡间或狭窄道路的危险来源主要是道路两旁路口突然并入车道的车辆或者突然横穿马路的行人。根据前方车道数和道路环境的识别判断当前为乡间或狭窄道路场景模式。
当前模式下，UHF-FRID加强对道路旁岔路口的扫描。若发现岔路口有来车的行驶轨迹可能将要并入车道或即将并入车道，则车辆自动闪灯提示前方车辆并且用语音提醒驾驶员前方岔道来车。同时CAR DVR识别道路两边的行人，若检测到行人突然横穿马路，安全系统自动辅助驾驶员刹车减速以避开前方危险。
2.2.4 多弯山路场景模式
多弯山路场景的威胁来源主要是在山区或多弯道道路上，特别是在道路较狭窄又有连续弯道的道路上，司机需要高度集中注意力，谨防前方突然来车。长时间处于这种驾驶状态容易造成驾驶疲劳甚至酿成车祸。根据一段时间方向盘操作频率和道路环境识别判断当前为多弯山路场景模式。
当前模式下，UHF-FRID加强对前方的转向方向的扫描，检测前方是否有来车，当检车到前方有车辆并且在一段时间内距离向本车正靠近时，向司机发出来车语音警报，提醒司机注意车速和行驶在车道恰当位置。
2.2.5 夜间路口场景模式
夜间路口场景的危险主要是在大雾等可视条件不佳的环境下，驾车通过没有交通灯的路口难以看清两边的来车和横穿马路的行人。根据道路的可视程度、车辆灯光使用和道路环境识别判断当前为夜间路口场景模式。
当前模式下，加强路口两边或岔道侧的UHF-FRID扫描，检测前方路口是否有车辆驶向该路口，是否在一段时间内距离向本车靠近，并且判断是否会与本车相会。若是到前方车辆对本车的行驶有威胁，系统会向司机发出来车语音警报，甚至紧急刹车。
2.2.6 雨雪天气场景模式
雨雪天气场景的危险主要是雨雪天气可视条件不佳时，道路的摩擦力比较小，刹车距离大，驾驶员常常会因为看不清而导致跟车太近，这都容易导致追尾事故等。根据前方道路的可视程度、网络恶劣天气预警判断当前为雨雪天气场景模式。
当前模式下，首先根据可视度计算安全距离修正系数和限制车辆行驶的最高速度，UHF-FRID加强对正前方车辆进行搜索以免发生事故。
2.2.7 学校等特殊路段场景模式
学校等特殊路段场景的危险主要是道路两旁嬉戏的学生意外冲入道路中或视线盲点的地方有学生窜出。根据CAR DVR识别道路旁的路标和联网定位判断为学校等特殊路段场景。
当前模式下，限制车速在35km/h以下，利用CAR DVR识别道路两旁的行人，当行人有向车道靠近并且会影响到本车辆的安全行驶时，系统先提醒驾驶者前方危险，紧急时刻直接辅助制动减速。
参考文献
[1] Wen. An intelligent traffic manage -ment expert system with RFID technology.Expert Systems with Applications. 2010，（37）：3O24 -30350.
[2] 南春丽，刘述超.车联网定位方法与机制.计算机系统. 2013，22（4）：32-35.
关键词：车联网；超高频无线射频；安全系统；场景识别
步入信息时代以后，人们不单追求汽车的动力性和经济性，对汽车的安全性也提出了越来越多的要求，所以车联网在这个时代应运而生。本文立足于车与车之间的车联网（Internet of vehicles），提出了一种通过UHF-FRID（Ultra High Frequency Radio Frequency Identification，超高频远距离无线射频识别技术），CAR DVR（Car Digital Video Recor，汽车数码录像机）实现的汽车主动安全驾驶辅助系统。
1.UHF-FRID
1.1 UHF-FRID系统的组成[1]
UHF-FRID系统一般由三部组成：电子标签、读写器和天线。
电子标签是一个微型的无线收发装置，芯片中存储有该电子标签的唯一识别ID。将其安装于车辆上，可以实现车与车之间的识别。
读写器是一个读写和传递信号的装置，既完成对电子标签的识别及通信，又完成了与电控单元的通讯链接，实现目标电子标签与电控单元之间的数据交换。
天线是电子标签和读写器之间传输数据的发射和接收装置。天线产生超高频无线电波，在电子标签和读写器之间传送信息。
1.2 UHF-FRID的定位机制
测角度：天线安装在车头内部，并在特定的场景模式下对车前方特定的角度范围内进行机械式扫描。当读写器识别到前方电子标签的信号时记录下当前角度。
测距：UHF-FRID使用TOA[2]（time of arrival，到达时间）的定位方法。TOA原理是：已知射频信号传播速度，根据信号在读写器与电子标签之间的传播时间来计算两者之间的距离。读写器同时接收一个或多个来自电子标签的信号并计算出与各个被探测车辆的距离。以车为原点，测得的距离和角度作角坐标系来判定前方车辆的位置。
1.3 UHF-FRID系统的优势
UHF-FRID相对于电磁波雷达的一大优点便是识别率高，识别程序简单。电磁波雷达需要根据反射回的雷达波特征进行判断前方是否有车辆，而因为UHF-FRID系统的识别是通过识别装在车上的电子标签来判断是否有来车，没有电子标签的物体不会被识别到，而只有装了电子标签的车辆才会被识别到，这大大提高了识别率降低了误判率。
2.实现功能
2.1 道路和车况识别机制
根据CAR DVR获取前方路况图像，通过调用自身数据库和程序分析前方路况图像特征如：十字路口、路段标志、建筑密度等，并判断前方路况，或者连接移动网络将图像上传云端通过云端数据库识别前方路况图像进而返回判断结果。
通过CAN总线获取自身车况，如：转弯信号，车速信号，档位信号等并结合已识别出的道路情况，根据自身预先储存的数据库和程序判断汽车目前的行驶状况和判别驾驶员的目标操作，如：高速路行驶、路口转弯等。2.2 预设场景模式
2.2.1 中低速城市道路场景模式
中低速城市道路的危险来源主要是与本车道前方的车距以及两旁车道的车辆危险变道的行为。根据近一段时间的车速和道路环境的识别判断当前为城市道路场景模式。
当前模式下，UHF-FRID集中扫描前方本车道和邻近车道的车辆。第一，根据定位测距和本车车速判断与前车车距是否是安全车距，当车距过近时，通过指示灯或语音提示驾驶员。并且，根据CAR DVR检测前方车辆尾灯，当与本车道前方较近时，安全系统自动限制车速保持车距。第二，检测跟踪两旁车道车辆，当两旁车辆突然以较快速度向本车道变道并且车距过近时，安全系统自动辅助驾驶员刹车减速以避开前方危险。
2.2.2 高速行驶场景模式
高速行驶场景的危险来源主要是车速快且与前方车辆车距过近。根据当前车速持续一段时间高于70km/h判断当前为高速行驶场景。
当前模式下，UHF-FRID集中扫描正前方车辆，跟踪本车道前方车辆并连续测距。通过当前车速计算安全车距和危险车距，当与前方车辆车距少于安全车距时则发出指示灯或语音提醒司机，当与前方车距接近危险车距则自动限制行驶速度以拉开车距，但是驾驶员在特俗情况下也可手动解除车距限制。
2.2.3 乡间或狭窄道路场景模式
乡间或狭窄道路的危险来源主要是道路两旁路口突然并入车道的车辆或者突然横穿马路的行人。根据前方车道数和道路环境的识别判断当前为乡间或狭窄道路场景模式。
当前模式下，UHF-FRID加强对道路旁岔路口的扫描。若发现岔路口有来车的行驶轨迹可能将要并入车道或即将并入车道，则车辆自动闪灯提示前方车辆并且用语音提醒驾驶员前方岔道来车。同时CAR DVR识别道路两边的行人，若检测到行人突然横穿马路，安全系统自动辅助驾驶员刹车减速以避开前方危险。
2.2.4 多弯山路场景模式
多弯山路场景的威胁来源主要是在山区或多弯道道路上，特别是在道路较狭窄又有连续弯道的道路上，司机需要高度集中注意力，谨防前方突然来车。长时间处于这种驾驶状态容易造成驾驶疲劳甚至酿成车祸。根据一段时间方向盘操作频率和道路环境识别判断当前为多弯山路场景模式。
当前模式下，UHF-FRID加强对前方的转向方向的扫描，检测前方是否有来车，当检车到前方有车辆并且在一段时间内距离向本车正靠近时，向司机发出来车语音警报，提醒司机注意车速和行驶在车道恰当位置。
2.2.5 夜间路口场景模式
夜间路口场景的危险主要是在大雾等可视条件不佳的环境下，驾车通过没有交通灯的路口难以看清两边的来车和横穿马路的行人。根据道路的可视程度、车辆灯光使用和道路环境识别判断当前为夜间路口场景模式。
当前模式下，加强路口两边或岔道侧的UHF-FRID扫描，检测前方路口是否有车辆驶向该路口，是否在一段时间内距离向本车靠近，并且判断是否会与本车相会。若是到前方车辆对本车的行驶有威胁，系统会向司机发出来车语音警报，甚至紧急刹车。
2.2.6 雨雪天气场景模式
雨雪天气场景的危险主要是雨雪天气可视条件不佳时，道路的摩擦力比较小，刹车距离大，驾驶员常常会因为看不清而导致跟车太近，这都容易导致追尾事故等。根据前方道路的可视程度、网络恶劣天气预警判断当前为雨雪天气场景模式。
当前模式下，首先根据可视度计算安全距离修正系数和限制车辆行驶的最高速度，UHF-FRID加强对正前方车辆进行搜索以免发生事故。
2.2.7 学校等特殊路段场景模式
学校等特殊路段场景的危险主要是道路两旁嬉戏的学生意外冲入道路中或视线盲点的地方有学生窜出。根据CAR DVR识别道路旁的路标和联网定位判断为学校等特殊路段场景。
当前模式下，限制车速在35km/h以下，利用CAR DVR识别道路两旁的行人，当行人有向车道靠近并且会影响到本车辆的安全行驶时，系统先提醒驾驶者前方危险，紧急时刻直接辅助制动减速。
参考文献
[1] Wen. An intelligent traffic manage -ment expert system with RFID technology.Expert Systems with Applications. 2010，（37）：3O24 -30350.
[2] 南春丽，刘述超.车联网定位方法与机制.计算机系统. 2013，22（4）：32-35.