北京信息科技大學(xué)理學(xué)院傳感技術(shù)研究中心，北京市傳感器重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，教育部現(xiàn)代測(cè)控技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100101

關(guān)鍵字：智能交通；開(kāi)門(mén)防撞預(yù)警；超聲波測(cè)距；傳感器陣列；數(shù)據(jù)處理算法

一、前言

隨著中國(guó)近幾年經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，擁有小轎車(chē)的人口數(shù)量急劇上升，車(chē)輛交通安全的隱患系數(shù)隨之上升，其中小轎車(chē)駐停時(shí)乘員開(kāi)門(mén)發(fā)生碰撞的事故也越來(lái)越頻繁。尤其是在一些三線及以下的城市和鄉(xiāng)鎮(zhèn)農(nóng)村地區(qū)，車(chē)上乘員缺乏安全意識(shí)，下車(chē)時(shí)很少觀察后方來(lái)車(chē)的情況，同時(shí)車(chē)輛自身在左后方就存在盲區(qū)，因此車(chē)輛左側(cè)乘員開(kāi)門(mén)下車(chē)時(shí)很容易與后方來(lái)車(chē)發(fā)生碰撞事故。在已有的資料中，全國(guó)各個(gè)地方都會(huì)發(fā)生此類(lèi)事故，例如：2015年1月29日一天北京市海淀區(qū)法院就受理了4起汽車(chē)停車(chē)開(kāi)門(mén)引發(fā)的交通事故；2015年10月1 ～10日期間南京共發(fā)生了98起此類(lèi)事故[1-2]。從這些數(shù)據(jù)可以看出，在交通安全意識(shí)還未普及的今天，除了加強(qiáng)交通安全知識(shí)宣傳外，一套可以有效預(yù)防此類(lèi)事故發(fā)生的系統(tǒng)也迫在眉睫。

目前，國(guó)內(nèi)多個(gè)研究機(jī)構(gòu)和課題組已經(jīng)開(kāi)始設(shè)計(jì)相關(guān)的車(chē)輛開(kāi)門(mén)防撞預(yù)警系統(tǒng)，其中研究較多的技術(shù)主要為三種：

第一種，基于攝像頭成像技術(shù)，對(duì)車(chē)輛后方固定區(qū)域內(nèi)的物體進(jìn)行探測(cè)，根據(jù)對(duì)比單位時(shí)間間隔內(nèi)拍攝的兩幅照片，計(jì)算出圖片中車(chē)輛的速度，之后進(jìn)行判斷報(bào)警[3-4]，采用這種方式探測(cè)的范圍有限，精度差，成本高，易受環(huán)境影響；

第二種，由單個(gè)超聲波傳感器或激光傳感器及其結(jié)合組成的系統(tǒng)，利用傳感器單位時(shí)間內(nèi)接收到的信號(hào)轉(zhuǎn)化為車(chē)輛相關(guān)參數(shù)，進(jìn)而進(jìn)行判斷報(bào)警[5]。這種方式精度較高、成本低，但由于超聲波傳感器和激光傳感器都是單方向直線式探測(cè)，無(wú)法有效覆蓋所需監(jiān)測(cè)的區(qū)域，無(wú)法在實(shí)際中運(yùn)用；

第三種，運(yùn)用多普勒雷達(dá)技術(shù)，對(duì)車(chē)輛后方固定區(qū)域內(nèi)的物體進(jìn)行探測(cè)[6-7]，該技術(shù)設(shè)計(jì)可靠性強(qiáng)、精確度高、魯棒性好，也是到目前為止最成熟的技術(shù)，但該技術(shù)成本相對(duì)較高，對(duì)車(chē)輛自身結(jié)構(gòu)改裝大，移植性弱。

借鑒以上研究的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)針對(duì)其不足，本研究根據(jù)有關(guān)法規(guī)建立了數(shù)學(xué)模型，確定需要監(jiān)測(cè)的區(qū)域，利用多個(gè)不同型號(hào)的超聲波測(cè)距傳感器[8-9]組成超聲波測(cè)距傳感器陣列，實(shí)現(xiàn)對(duì)該區(qū)域的準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)，并設(shè)計(jì)相關(guān)的數(shù)據(jù)處理算法，將傳感器陣列收集的信號(hào)轉(zhuǎn)化為所需要的車(chē)輛移動(dòng)的瞬時(shí)速度，與閾值判斷后進(jìn)行報(bào)警。該系統(tǒng)成本低、精度高、魯棒性強(qiáng)、探測(cè)范圍可根據(jù)實(shí)際情況改變、可移植性強(qiáng)。雖然超聲波測(cè)距傳感器測(cè)量的信號(hào)會(huì)受后方來(lái)車(chē)不同的形貌影響，但是其性價(jià)比高，有著很廣的市場(chǎng)前景和發(fā)展空間。

二、理論原理

1、數(shù)學(xué)模型建立

經(jīng)過(guò)前期大量的調(diào)研，統(tǒng)計(jì)出小轎車(chē)開(kāi)門(mén)引發(fā)的相撞事故中，車(chē)門(mén)與后方轎車(chē)或汽車(chē)相撞的事故發(fā)生幾率很小，71.6%涉及電動(dòng)車(chē)和輕便摩托車(chē)，26.3%涉及普通摩托車(chē)，2.1%涉及其他交通工具[10]。這是因?yàn)楹蠓今倎?lái)轎車(chē)中，司機(jī)都會(huì)與前面停在路邊的車(chē)輛保持一定寬度的間隔，在水平距離上不會(huì)與其貼的很近，因而降低了與車(chē)門(mén)相撞的概率；而電動(dòng)車(chē)及摩托車(chē)因?yàn)橐话阍隈R路邊緣行駛，當(dāng)前面有汽車(chē)駐停時(shí)，很容易貼著汽車(chē)行駛，與車(chē)門(mén)相撞的概率較高。因此在以下建立的模型中，不再考慮轎車(chē)的行駛情況，而只考慮自行車(chē)、電動(dòng)車(chē)以及摩托車(chē)。

根據(jù)《中華人民共和國(guó)道路交通安全法》[11]中自行車(chē)、電動(dòng)車(chē)以及摩托車(chē)的城市道路行使安全速度以及調(diào)研報(bào)告[10]的結(jié)果，本模型確定建模所需的計(jì)算數(shù)據(jù)。其中自行車(chē)行駛速度為15km/h，輕便摩托車(chē)及電動(dòng)車(chē)行駛速度為30km/h，普通摩托車(chē)行駛速度為50km/h，三者速度最大值為50km/h。因?yàn)樵诔鞘薪煌ㄖ校胀ν熊?chē)行駛速度也不會(huì)超過(guò)30km/h，故取30km/h（8.33m/s）作為模型的臨界速度。

乘員下車(chē)開(kāi)門(mén)時(shí)的橫向車(chē)門(mén)寬度一般不超過(guò)1.5m，故取橫向測(cè)量寬度為1.5m[8]；普通人的反應(yīng)時(shí)間為0.5s，正常情況下普通摩托車(chē)的制動(dòng)距離為5m，自行車(chē)、輕便摩托車(chē)、電動(dòng)車(chē)的制動(dòng)距離一般小于摩托車(chē)，所以制動(dòng)距離取最大值5m。

根據(jù)人的反應(yīng)時(shí)間以及后方來(lái)車(chē)的最大制動(dòng)距離，可計(jì)算得到車(chē)輛后方所需測(cè)量的最大長(zhǎng)度為：

式中，t—普通人的反應(yīng)時(shí)間；

v—模型的臨界速度；

S—后方來(lái)車(chē)的最大制動(dòng)距離。

將相關(guān)參數(shù)代入式（1）可得L=9.2m，故該模型需測(cè)量的范圍為車(chē)左后方寬1.5m，長(zhǎng)9.2m，此處將長(zhǎng)度作10m處理建立后續(xù)模型，測(cè)量范圍如圖1所示。

正常人的步行速度不超過(guò)1.2m/s，跑步的速度為2.7m/s，因?yàn)楫?dāng)后方走來(lái)的是行人時(shí)或者當(dāng)后方存在靜止的物體時(shí)，小轎車(chē)開(kāi)門(mén)不會(huì)出現(xiàn)危險(xiǎn)，故將判斷危險(xiǎn)的臨界值設(shè)定為1.5m/s，即當(dāng)后方移動(dòng)物體速度大于1.5m/s時(shí)，系統(tǒng)判斷其會(huì)造成危險(xiǎn)，故而進(jìn)行報(bào)警。

2、超聲波測(cè)距傳感器陣列模型的建立

為了覆蓋小轎車(chē)左后方1.5m×10m的范圍，單個(gè)超聲波測(cè)距傳感器無(wú)法實(shí)現(xiàn)該功能，因此需要用多個(gè)不同型號(hào)的超聲波測(cè)距傳感器呈一定角度擺放測(cè)量不同的區(qū)域來(lái)實(shí)現(xiàn)覆蓋。同時(shí)又因?yàn)槌暡y(cè)距傳感器本身存在散射角度，且不同型號(hào)的超聲波測(cè)距傳感器性能不同，所以超聲波測(cè)距傳感器陣列的建立并非唯一。本模型的超聲波傳感器陣列的建立是基于三個(gè)量程的超聲波測(cè)距傳感器，其測(cè)量范圍分別是2.5m、10m、10m，散射角度都為1.5°。

圖2所示為三個(gè)傳感器擺放角度計(jì)算原理。其中，測(cè)量區(qū)域長(zhǎng)度L=10m，寬度W=1.5m。

1號(hào)超聲波測(cè)距傳感器，量程a=10m，方向與車(chē)身縱向一致，用于監(jiān)測(cè)中遠(yuǎn)端上半?yún)^(qū)域。1號(hào)傳感器存在散射角β1=1.5°，因此在實(shí)際安裝時(shí)向監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)偏轉(zhuǎn)β1，即其水平偏轉(zhuǎn)角度α1=1.5°，其水平測(cè)量長(zhǎng)度L1=10cos1.5°≈10.0m。

2號(hào)超聲波測(cè)距傳感器，量程b=10m，用于監(jiān)測(cè)中、遠(yuǎn)端下部區(qū)域。為保證2號(hào)傳感器所監(jiān)測(cè)的范圍最大，且確保物體在后方區(qū)域內(nèi)被監(jiān)測(cè)，將2號(hào)傳感器沿區(qū)域?qū)蔷€擺放。則2號(hào)超聲傳感器的擺放角度及水平測(cè)量長(zhǎng)度為：

式中，α2—2號(hào)超聲傳感器的水平偏轉(zhuǎn)角度；

W—系統(tǒng)測(cè)量范圍的寬度；

L—系統(tǒng)測(cè)量范圍的長(zhǎng)度；

L2—2號(hào)超聲傳感器的水平測(cè)量長(zhǎng)度；

b—2號(hào)超聲傳感器的測(cè)量距離。

則2號(hào)傳感器與1號(hào)傳感器安裝的相鄰間隔角度為：

式中，α1—1號(hào)超聲傳感器的水平偏轉(zhuǎn)角度。

由于1號(hào)、2號(hào)傳感器量程相對(duì)較大，更適合于監(jiān)測(cè)遠(yuǎn)端和中端的范圍，同時(shí)如圖2的示意圖中所展示，監(jiān)測(cè)區(qū)域下方的半三角區(qū)域存在盲區(qū)，因此還需增加一個(gè)近程的3號(hào)超聲波測(cè)距傳感器來(lái)對(duì)下方半三角近端區(qū)域進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

3號(hào)傳感器取量程c=2.5m。為使3號(hào)超聲波測(cè)距傳感器所能監(jiān)測(cè)到的下三角近端區(qū)域在保證最大的情況下盡量靠近車(chē)門(mén)端，需要根據(jù)3號(hào)超聲波測(cè)距傳感器的測(cè)量距離及監(jiān)測(cè)區(qū)域的橫向?qū)挾葋?lái)進(jìn)行計(jì)算，則3號(hào)傳感器擺放角度及水平測(cè)量長(zhǎng)度為：

式中，α3—3號(hào)超聲傳感器的水平偏轉(zhuǎn)角度；

c—3號(hào)超聲傳感器測(cè)量距離；

L3—3號(hào)超聲傳感器的水平測(cè)量長(zhǎng)度。

3號(hào)傳感器與2號(hào)傳感器的相鄰間隔角度為：

綜上，3個(gè)超聲波測(cè)距傳感器通過(guò)不同的間隔角度進(jìn)行安裝，1號(hào)傳感器主要監(jiān)測(cè)后方區(qū)域的上三角頂端0～10m的范圍，2號(hào)傳感器主要監(jiān)測(cè)后方區(qū)域沿對(duì)角線輻射的0～9.89m的范圍，3號(hào)傳感器主要監(jiān)測(cè)后方區(qū)域下三角近端0～2m內(nèi)的范圍。假設(shè)后方來(lái)車(chē)寬度為0.5m，則三個(gè)傳感器能夠監(jiān)測(cè)的區(qū)域大致如圖2中陰影示意。

在整個(gè)探測(cè)區(qū)內(nèi)，仍會(huì)存在兩個(gè)盲區(qū)，即圖2中所示的P1和P2的區(qū)域，即在系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，在這兩個(gè)區(qū)域內(nèi)如果存在車(chē)輛，或者有車(chē)輛橫向進(jìn)入這個(gè)區(qū)域，傳感器陣列無(wú)法第一時(shí)間探測(cè)到。對(duì)于P1盲區(qū)，系統(tǒng)目前無(wú)法很好解決，只能盡量減少面積。對(duì)于P2盲區(qū)，只要車(chē)輛向前運(yùn)行通過(guò)3號(hào)傳感器，就可以被探測(cè)得到，但是可能存在探測(cè)時(shí)間不足的情況。以上兩個(gè)原因都有可能是導(dǎo)致后面的測(cè)試誤差。

根據(jù)建立的模型，建立系統(tǒng)立體結(jié)構(gòu)圖如圖3所示。整個(gè)模型的尺寸為10cm×15cm×10cm，安裝在轎車(chē)的左后端。單片機(jī)以及各線路安裝在模型的內(nèi)部，三個(gè)傳感器分別安裝在模型表面3個(gè)固定端上，固定端的尺寸為4cm×2cm×1cm，圓口直徑為1.6cm。內(nèi)嵌的三個(gè)傳感器采用雙式測(cè)距傳感器，尺寸規(guī)格都為3.5cm×1.8cm×1cm，傳感器圓口直徑為1.5cm，通過(guò)左側(cè)圓形發(fā)射端發(fā)射超聲波，由右側(cè)圓形接收端接收超聲波。由于存在后期優(yōu)化的可能性，模型的尺寸大小可進(jìn)一步減少，并根據(jù)車(chē)輛的不同特點(diǎn)進(jìn)行調(diào)節(jié)。

為分析方便，以1號(hào)傳感器的中心點(diǎn)建立空間坐標(biāo)軸，其中，(-X) 向?yàn)槌暡òl(fā)射方向，(-X)O(-Y)面為超聲監(jiān)測(cè)區(qū)域。由于三個(gè)傳感器在Z軸上的高度對(duì)(-X)O(-Y)面的監(jiān)測(cè)不影響，因此可不考慮高度影響。為了使三個(gè)傳感器之間形成一定的角度，且更容易進(jìn)行加工處理，故將2號(hào)傳感器與Z軸間隔y2的距離，將3號(hào)傳感器與Z軸間隔y3的距離，有y2=4cm，y3=4+4=8cm，見(jiàn)圖3（b）。距離增加后對(duì)傳感器測(cè)量長(zhǎng)度無(wú)影響，對(duì)實(shí)際的測(cè)量寬度有微小影響，2號(hào)傳感器為2.6%，3號(hào)傳感器為5.3%，見(jiàn)圖3（c）。

三、系統(tǒng)建立

1、系統(tǒng)的整體架構(gòu)

小轎車(chē)開(kāi)門(mén)防撞預(yù)警系統(tǒng)包括壓力傳感器模塊、STM32單片機(jī)[12-14]、超聲波測(cè)距傳感器陣列、報(bào)警模塊和車(chē)鎖模塊。壓力傳感器模塊包括壓力傳感器和放大電路；報(bào)警模塊包括指示燈、語(yǔ)音模塊和喇叭。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖4所示。

2、系統(tǒng)的工作流程

壓力傳感器模塊安裝于小轎車(chē)左側(cè)車(chē)門(mén)把手上，當(dāng)有乘客下車(chē)按壓車(chē)門(mén)把手時(shí)，壓力傳感器接收到信號(hào)，在放大電路處理后傳給單片機(jī)，單片機(jī)啟動(dòng)超聲波測(cè)距傳感器陣列。

超聲波測(cè)距傳感器陣列安裝于小轎車(chē)車(chē)身左后端車(chē)燈下側(cè)，它能監(jiān)測(cè)小轎車(chē)左后端1.5m×10m范圍內(nèi)物體與車(chē)相隔的距離，并將測(cè)得的數(shù)據(jù)傳回給單片機(jī)。

單片機(jī)安裝于小轎車(chē)內(nèi)部，當(dāng)超聲波測(cè)距傳感器陣列傳回后方物體與車(chē)相隔的距離參數(shù)時(shí)，單片機(jī)利用數(shù)據(jù)處理算法將多個(gè)數(shù)據(jù)中的無(wú)效數(shù)據(jù)去除，保留有效數(shù)據(jù)，并將有效的距離數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為物體移動(dòng)的實(shí)時(shí)速度，進(jìn)而控制車(chē)鎖模塊和報(bào)警模塊。

車(chē)鎖模塊與小轎車(chē)車(chē)鎖裝置關(guān)聯(lián)，安裝于小轎車(chē)左側(cè)車(chē)門(mén)內(nèi)部。當(dāng)單片機(jī)判斷出后方移動(dòng)物體速度大于1.5m/s時(shí)，控制車(chē)鎖模塊進(jìn)行響應(yīng)，車(chē)鎖模塊立刻鎖上車(chē)門(mén)，防止乘客開(kāi)門(mén)下車(chē)。

報(bào)警模塊中的指示燈、語(yǔ)音模塊及喇叭安裝于小轎車(chē)左車(chē)門(mén)內(nèi)側(cè)上方，當(dāng)單片機(jī)判斷出后方有移動(dòng)物體速度大于1.5m/s時(shí)，控制指示燈變?yōu)榧t燈，同時(shí)控制語(yǔ)音模塊進(jìn)行報(bào)警。

小轎車(chē)開(kāi)門(mén)防撞預(yù)警系統(tǒng)的具體工作流程如圖5所示。

3、數(shù)據(jù)處理算法

由于超聲波測(cè)距傳感器陣列在單位時(shí)間內(nèi)會(huì)接收到大量的數(shù)據(jù)，其中存在部分無(wú)效數(shù)據(jù)，因此單片機(jī)必須利用數(shù)據(jù)處理算法將多個(gè)數(shù)據(jù)中的無(wú)效數(shù)據(jù)去除，保留有效數(shù)據(jù)。超聲波傳感器陣列測(cè)得的數(shù)據(jù)經(jīng)運(yùn)算求取水平值后分別存儲(chǔ)在三個(gè)數(shù)組SA[5]、SB[5]、SC[5]的通道中。模型中1號(hào)傳感器在水平方向上的測(cè)量距離為10m，2號(hào)傳感器為9.89m，三號(hào)傳感器為2.00m，故SA[5]通道中數(shù)值的區(qū)域范圍為：0～10m，SB[5]通道中數(shù)值的區(qū)域范圍為：0～9.89m，SC[5]通道中數(shù)值的區(qū)域范圍為：0～2.00m。數(shù)據(jù)在此范圍內(nèi)的即為有效數(shù)據(jù)，否則為無(wú)效數(shù)據(jù)可以剔除。

當(dāng)系統(tǒng)接收到5個(gè)數(shù)據(jù)及以上填充滿一個(gè)通道時(shí)，系統(tǒng)利用通道數(shù)組中的數(shù)據(jù)來(lái)計(jì)算后方物體移動(dòng)的實(shí)時(shí)速度。以通道數(shù)組SA[5]為例，因?yàn)槌暡ń邮諗?shù)據(jù)時(shí)間間隔為0.1s，當(dāng)系統(tǒng)滿足觸發(fā)條件后，則有：

該數(shù)組在0.5s內(nèi)可得到4個(gè)速度值，再將這4個(gè)速度值進(jìn)行平均計(jì)算，即可得到物體近似的實(shí)時(shí)速度：

其他兩個(gè)通道的數(shù)值計(jì)算亦同理。三個(gè)通道在速度計(jì)算后，只要其中有一個(gè)達(dá)到危險(xiǎn)條件，系統(tǒng)就會(huì)報(bào)警，車(chē)門(mén)上鎖，防止乘員下車(chē)。

四、系統(tǒng)測(cè)試

該系統(tǒng)在白天和黑夜分別對(duì)行人、自行車(chē)、電動(dòng)車(chē)和摩托車(chē)分別進(jìn)行測(cè)試，其測(cè)試的范圍分為兩個(gè)部分，一部分測(cè)試小轎車(chē)左后方1.5m×10m的固定區(qū)域；考慮到后方車(chē)輛突然變道，第二部分測(cè)試移動(dòng)的物體從區(qū)域外突然駛?cè)氲那闆r。由于超聲波在空氣中的傳輸不受光照、溫度的影響，故白天和黑夜測(cè)試得到的結(jié)果基本一致。

1、延遲時(shí)間

系統(tǒng)延遲時(shí)間分為主動(dòng)延遲時(shí)間和被動(dòng)延遲時(shí)間。主動(dòng)延遲時(shí)間是為了有效利用超聲波傳感器陣列的性能來(lái)獲得數(shù)據(jù)，利用單片機(jī)程序延遲函數(shù)void delayms(unsigned int ms)來(lái)設(shè)置主動(dòng)延遲時(shí)間；被動(dòng)延遲時(shí)間是指單片機(jī)運(yùn)行程序的算法處理時(shí)間。

單片機(jī)指令延時(shí)為ms級(jí)延時(shí)，此系統(tǒng)的控制程序void delayms(unsigned int ms) 中設(shè)初始單位延遲時(shí)間為10ms，基于此單片機(jī)控制超聲波傳感器陣列的主動(dòng)延遲時(shí)間為100ms，滿足觸發(fā)判斷條件的主動(dòng)延遲時(shí)間為：100÷0.625×5=800ms。

單片機(jī)的晶振頻率為11.0592MHz，其執(zhí)行一條指令機(jī)器指令的時(shí)間約為2μs，執(zhí)行一條乘除指令的時(shí)間為4μs，以此計(jì)算單片機(jī)算法處理時(shí)間（被動(dòng)延遲時(shí)間）為1.668ms。

故系統(tǒng)總延遲時(shí)間為：

2、第一部分測(cè)試

在固定區(qū)域內(nèi)，分別對(duì)行人、自行車(chē)、電動(dòng)車(chē)和摩托車(chē)進(jìn)行了300次測(cè)試，測(cè)試結(jié)果如表1所示。

表1 固定區(qū)域內(nèi)的測(cè)試結(jié)果

根據(jù)表1數(shù)據(jù)我們可以看到，當(dāng)測(cè)量區(qū)域范圍內(nèi)存在物體或行人時(shí)，由于它們的速度小于1.5m/s，未達(dá)到系統(tǒng)規(guī)定的閾值，所以系統(tǒng)不會(huì)進(jìn)行報(bào)警；當(dāng)測(cè)量區(qū)域范圍內(nèi)存在行駛的自行車(chē)、電動(dòng)車(chē)和摩托車(chē)時(shí)，由于它們的速度大于1.5m/s，已經(jīng)超過(guò)系統(tǒng)規(guī)定的閾值，所以系統(tǒng)報(bào)警。

從系統(tǒng)報(bào)警的準(zhǔn)確度上分析，對(duì)于移動(dòng)速度小于1.5m/s的物體，系統(tǒng)的判斷準(zhǔn)確度可以達(dá)到100%，這是因?yàn)樘幱诖朔N情況下，超聲波測(cè)距傳感器陣列所接收到信號(hào)的距離變化不會(huì)存在太大差異，就算出現(xiàn)失真的信號(hào)也已經(jīng)被程序處理算法剔除，不會(huì)出現(xiàn)誤報(bào)的情況；而對(duì)于自行車(chē)、電動(dòng)車(chē)和摩托車(chē)這些測(cè)試對(duì)象，由于超聲波測(cè)距傳感器陣列是通過(guò)超聲波來(lái)監(jiān)測(cè)物體，當(dāng)物體表面存在凹凸不平的情況或物體本身可以吸收超聲波時(shí)，這些情況會(huì)造成數(shù)據(jù)丟失，結(jié)果就導(dǎo)致了反射回去的超聲波信號(hào)出現(xiàn)偏差，故系統(tǒng)報(bào)警的準(zhǔn)確度也就下降。由于摩托車(chē)的體積（平面橫截面積）大于電動(dòng)車(chē)，電動(dòng)車(chē)的體積（平面橫截面積）大于自行車(chē)，所以摩托車(chē)反射的超聲波信號(hào)要大于電動(dòng)車(chē)，電動(dòng)車(chē)反射的超聲波信號(hào)大于自行車(chē)，所以這三者之間，摩托車(chē)的測(cè)量準(zhǔn)確度最高，自行車(chē)的測(cè)量準(zhǔn)確度最低。

3、第二部分測(cè)試

測(cè)試移動(dòng)物體從區(qū)域外突然進(jìn)入，分別對(duì)行人、自行車(chē)、電動(dòng)車(chē)和摩托車(chē)進(jìn)行了300次測(cè)試，測(cè)試結(jié)果如表2所示。

表2 突然進(jìn)入?yún)^(qū)域內(nèi)的測(cè)試結(jié)果

在這種極端情況下，系統(tǒng)報(bào)警的準(zhǔn)確度明顯下降，這是因?yàn)槲矬w從區(qū)域范圍外前半段橫向闖入進(jìn)入時(shí)，不能保證在剩下行駛的距離內(nèi)讓超聲波測(cè)距傳感器陣列接收到足夠多的信號(hào)，因此會(huì)產(chǎn)生無(wú)法判斷其危險(xiǎn)性的情況。

但是當(dāng)物體是從區(qū)域范圍的后半段進(jìn)入時(shí)，仍有足夠長(zhǎng)的距離可以讓超聲波測(cè)距傳感器陣列接收信號(hào)并做出反應(yīng)。由于物體移動(dòng)的速度不一樣，故不同交通工具進(jìn)入?yún)^(qū)域后報(bào)警失效的剩余距離長(zhǎng)度也不同。大量測(cè)試后得到在有效報(bào)警的前提下，自行車(chē)、電動(dòng)車(chē)和摩托車(chē)離小轎車(chē)的進(jìn)入距離分別是3.5m，6.7m，6.7m，將系統(tǒng)的延遲時(shí)間與測(cè)試對(duì)象的測(cè)試速度相乘，可得到測(cè)試對(duì)象進(jìn)入距離的報(bào)警最短距離理論值L=T×V，其理論值分別為3.34m，6.67m，6.67m，測(cè)試結(jié)果和理論結(jié)果基本一致。

五、結(jié)論

本系統(tǒng)的研究屬于交通智能領(lǐng)域，在現(xiàn)今物聯(lián)網(wǎng)蓬勃發(fā)展的狀態(tài)下，交通安全也被越來(lái)越多的人關(guān)注，并設(shè)法通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)的相關(guān)技術(shù)來(lái)提高交通安全的系數(shù)。本系統(tǒng)利用超聲波測(cè)距傳感器陣列的性能特點(diǎn)和單片機(jī)程序處理算法較好實(shí)現(xiàn)了小轎車(chē)乘員下車(chē)提前預(yù)警的功能，同時(shí)系統(tǒng)的成本低，性價(jià)比高，適合商業(yè)化推廣。系統(tǒng)目前的設(shè)計(jì)是基于普通的小轎車(chē)，具有普適性，但是由于車(chē)鎖模塊涉及車(chē)輛本身的改裝，故在測(cè)試中只是利用繼電器進(jìn)行模擬，在實(shí)際的使用中并不影響系統(tǒng)性能。

在后期的研發(fā)改進(jìn)工作中，我們需要增強(qiáng)超聲波測(cè)距傳感器的性能，同時(shí)優(yōu)化數(shù)學(xué)模型，并改進(jìn)數(shù)據(jù)處理算法，將系統(tǒng)報(bào)警的準(zhǔn)確率提高到98%以上，最后在多種復(fù)雜環(huán)境下進(jìn)行性能測(cè)量，直到符合商品化標(biāo)準(zhǔn)。