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高速公路安全行车系统研究

作　者: 杜警
导　师: 张凯
学　校: 南京信息工程大学
专　业: 系统分析与集成
关键词: 安全行车 ARM GPS ZigBee 高速公路 NS2仿真
分类号: U495
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

在高速公路建设飞速发展的时代,高速公路安全行车问题一直是智能交通领域的重要研究对象。大量数据表明在不良天气条件下,低能见度天气对高速公路行车安全产生的影响极大。如今环境污染日益严重,低能见度的天气状况逐渐增多,“雾霾”天气也时有出现。目前,预防因恶劣天气而发生的交通事故主要方法有封锁公路以及使用高速公路车辆诱导系统等,但这些方法均不能切实有效地解决低能见度下的安全行车问题。本文旨在针对上述问题,以提高高速公路行车安全性为目的,研究一种高速公路安全行车方案,为高速公路安全行车提供技术支持。该方案要求在低能见度的天气条件下车辆执行排队协作行车策略,利用技术手段使队列中的车辆在行驶速度上达成协调,从而在高速公路通畅行驶的前提下保证高速公路行车安全。本文主要对如下内容进行了研究：1、分析在低能见度条件下导致高速公路发生事故的因素,设计了排队协作行车策略,仿真表明当车队的整体速度达成协调时可以提高行车安全性。2、为了让驾驶员在低能见度条件下可以直观地了解周围车辆的行车状况,设计了高速公路安全行车终端。该终端主要是利用GPS技术获取车辆的地理位置信息,在车辆间建立ZigBee无线通信网络,装有车载终端的车辆成为无线网络中的节点,从而使无线网络中的车辆共享其他车辆的行车信息。通过ARM处理器对共享的数据进行处理,计算出与周围车辆的相对位置,最终在显示屏上显示周围车辆的分布情况。3、完成车载终端的硬件设计、Linux平台的搭建、ZigBeeCC2420驱动程序的设计、系统图形化界面设计。安全行车系统的测试表明本文设计的高速公路安全行车系统可以帮助驾驶员适时合理地调节速度,保持安全的车间距,以防交通事故的发生。

全文目录

摘要  6-7
Abstract  7-8
第一章绪论  8-15
  1.1 课题研究背景与意义  8-9
  1.2 国内外研究现状  9-13
    1.2.1 国外研究现状  9-12
    1.2.2 国内研究现状  12-13
  1.3 研究内容与研究思路  13-14
  1.4 本章小结  14-15
第二章排队协作行车策略  15-23
  2.1 典型安全距离算法  15-17
    2.1.1 固定安全车距  15
    2.1.2 基于车头时距的安全距离  15-16
    2.1.3 驾驶员预估安全模型  16-17
    2.1.4 典型安全距离计算模型的优缺点  17
  2.2 安全行车策略  17-20
    2.2.1 防追尾安全速度计算  17-19
    2.2.2 排队行车策略  19-20
  2.3 Vissim仿真及分析  20-22
    2.3.1 仿真设定  20
    2.3.2 仿真结果分析  20-22
  2.4 本章小结  22-23
第三章车载终端硬件设计  23-39
  3.1 安全行车系统整体设计框架  23
  3.2 车载终端硬件设计框架  23-24
  3.3 ZigBee及GPS介绍  24-30
    3.3.1 ZigBee介绍  25-26
    3.3.2 ZigBee协议架构  26
    3.3.3 ZigBee组网技术  26-27
    3.3.4 ZigBee通信的可行性分析  27-28
    3.3.5 GPS全球定位系统概述  28-29
    3.3.6 GPS全球定位系统的基本原理  29-30
  3.4 车载终端硬件设计  30-38
    3.4.1 嵌入式处理器模块  31
    3.4.2 车载终端电源模块  31-33
    3.4.3 无线通信模块  33-35
    3.4.4 通信接口模块  35-37
    3.4.5 GPS模块  37-38
    3.4.6 LCD显示模块  38
  3.5 本章小结  38-39
第四章车载终端程序设计  39-60
  4.1 车载终端软件构架  39
  4.2 嵌入式Linux操作系统移植  39-40
  4.3 交叉编译环境建立  40-45
    4.3.1 移植Boot loader及Linux内核  40-44
    4.3.2 Linux根文件系统  44-45
  4.4 ZigBeeCC2420驱动程序设计  45-50
    4.4.1 ZigBeeCC2420的初始化和退出  45-49
    4.4.2 file_operation结构  49
    4.4.3 设备的打开和关闭  49
    4.4.4 设备的读写  49-50
    4.4.5 ZigBeeCC2420的收发程序  50
  4.5 QT主界面设计  50-53
    4.5.1 图形界面的整体设计  51-52
    4.5.2 各线程的功能  52-53
  4.6 GPS数据的处理  53-58
    4.6.1 NMEA0183协议  54
    4.6.2 NMEA0183的通信参数  54-55
    4.6.3 串口初始化  55-56
    4.6.4 GPS数据的接收和解析  56-58
  4.7 数据包设计与接收处理  58-59
  4.8 本章小结  59-60
第五章系统及ZigBee网络性能测试  60-67
  5.1 系统测试  60-61
  5.2 ZigBee网络性能测试  61-66
    5.2.1 NS2仿真平台介绍  61
    5.2.2 仿真设定  61-63
    5.2.3 仿真结果分析  63-66
  5.3 本章小结  66-67
第六章总结与展望  67-69
  6.1 工作总结  67
  6.2 研究展望  67-69
参考文献  69-72
作者简介  72-73
致谢  73

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