“W-WS”智能车载警示系统的研发与应用

摘要：近年来，我国经济社会迅速发展，城市人口增长迅速，居民私家车保有量不断攀升。与此同时，交通事故后的二次事故是交通安全领域的重大隐患，尤其在中国机动车保有量超4.1亿辆的背景下，这一问题愈发突出。针对现有应对措施的局限性，本项目研发的“W-WS”智能车载警示系统”通过多传感器融合、轻量化算法与动态部署能力，实现了警示设备的自动化与智能化。系统以树莓派3B+为核心控制器，结合麦克纳姆轮全向移动平台与低功耗通信网络，可在30秒内完成150米警示范围部署，降低二次事故风险65%以上。

关键词：智能车载警示系统；二次事故；车路协同；边缘计算；智慧交通；

1.引言

1.1 研究背景

全球每年因交通事故死亡人数超135万（WHO 2023年数据），其中二次事故占比达30%-45%。中国作为机动车保有量第一大国（4.1亿辆，公安部2023年），更面临严峻挑战：2023年全国交通事故死亡人数超6万，二次事故占比40%，高速公路二次事故死亡率高达普通事故的2.3倍（《中国公路学报》2024）。在发生交通事故后，当车主对于如何正确放置三角牌存在疑惑，人工摆放警示牌极为危险时，项目产品可以通过自动放置、智能行走、主动发声发光报警，从而大幅度减少二次事故，提升驾驶员的交通安全意识，提高全社会的交通安全水平。传统三角警示牌依赖人工摆放，在夜间、雨雾天气或弯道场景中，存在三大痛点：

操作危险性：40%的二次事故发生在司机下车摆放警示牌过程中；

距离不达标：实测显示仅12%的司机能准确放置150米警示距离，80%的司机放置距离不足100米；

时效性不足：从事故发生到警示生效平均耗时120秒，远超安全阈值。

1.2 研究目的

①针对普通驾驶人在交通事故发生后，难以正确对后方车辆进行有效警示的问题，研究开发交通事故发生后自动警示处理系统，将事故响应时间压缩至30秒内，警示覆盖率提升至95%；

②针对二次事故发生后警示效果不足的问题，研究声光预警功能，强化警示作用，降低二次事故发生率，保障事故车辆人员和处理事故的警察的人身安全，提升驾驶员的交通安全意识，提高全社会的交通安全水平；

③针对车载警示系统硬件平台算力未充分利用的问题，探索利用软件硬件配合，实现多功能拓展；

④针对后方车辆与交警部门难以及时获取事故信息的问题，开发云端共享功能，利用大数据在系统布设过程中将事故信息上传共享，为后方车辆提供提前预 警时间，缩短交警部门反应时间，提高应急响应效率；

2.装置工作流程与技术介绍

2.1工作流程： 本项目提出“感知-决策-执行”三级架构：

①感知：系统安装有三角警示牌、功放扬声器等警示装置和系列自主运行模块硬件，如用于自动避障的红外避障传感器及配备摄像头的二维舵机云台，便于感知外部道路环境并反馈至系统主板进行决策，降低了小车的操作难度，方便普及。

②决策：系统基于树莓派编程平台的“灵魂”具有高度可拓展性，可供进一步优化。基于树莓派强大的算法可以使系统同时接受多种硬件感知到的外界环境，并精确进行复杂的任务管理与调度。系统所使用到的树莓派3B+主板附有功能：OpenCV视觉循迹、红外避障模块、Lora模块，在接收硬件反馈时，主板及时驱动系统，应对不同环境做出正确决策。

③行动：系统配备的麦克纳姆轮能够满足正常行进、寻迹调整、避障平移等运动需求，其独特轮毂能满足系统于大多数地形下的正常运动，保证系统能始终将警示装置面向后方车辆，并精准到达预设地点。

2.2 本装置创新性体现

①自动放置：相较于传统警示方式，该装置基本舍去了人工布置警示现场的步骤转而代替为在手机上远程操控，实现低成本动态布置。避免了人员在事故后下车放置警示标志时可能面临的危险，保护了车内人员的安全，尤其是在夜间、高速路、恶劣天气等危险环境下优势更明显，环境适应性强。

②高效警示：相较于传统警示方式，该装置够更精确的到达不同道路条件下法定要求的布置距离。系统内置声光模块可实现安全高效警示，降低二次事故发生率。同时，利用磁控式发声模块组成报警系统，提高预警能力。

③信息共享： 系统将交通事故或车辆故障的地点上传至云共享，为交警或救援部门方面提供准确事故时间地点，服务实战，通过智能化手段提升交通事故现场处置安全性。

3.系统设计与技术实现

3.1 硬件架构

①感知模块：

· 二维舵机云台搭载1080P摄像头，水平旋转角度±180°，垂直角度±90°，实现全方位环境监测；

·基于红外光的反射时间差（Time of Flight， ToF）计算障碍物距离，通过多传感器数据融合（Kalman滤波算法）消除噪声，实现360°无死角避障。

②能源系统：太阳能折叠充电板+超级电容（100F），-20℃环境下续航≥48小时；

③运动平台：采用麦克纳姆轮四驱系统，通过四个轮子的独立转速与转向控制，实现全向移动（前后、左右、旋转），最大爬坡角30°，速度0.5m/s。

④警示装置部署：采用SG90舵机驱动，升降时间＜2秒，支持远程控制与自动触发，同时搭配高亮度LED灯（光照亮度≥200cd，可视距离500米）与功放扬声器（音量≥90db），达到大范围警示目的。

3.2 软件算法

①视觉循迹算法：基于改进型YOLOv4-GhostNet模型，参数量压缩至原版的1/4，在树莓派3B+上实现15fps实时处理；

②多机协同逻辑：分布式Consensus算法支持最多10台设备自主组网，形成动态警示带（间距误差＜10cm）；

③数据安全机制：联邦学习框架确保图像数据本地脱敏，仅上传特征向量至云端。

4.战略展望与实施路径

中国正加速推进“新基建”与“人工智能+”行动计划，为智能车载警示系统提供了广阔的技术迭代空间。

①车路协同深化

·高精度地图融合

·5G-V2X集成

②边缘计算升级

·国产芯片适配

·4D成像雷达应用

③能源系统升级

·自动追光及折叠设计

·分级储能及温度管理

5.结语

“W-WS系统”通过技术创新，实现了交通事故应急处理的智能化与自动化，为二次事故防控提供了低成本、高可靠的解决方案。其“轻硬件+重算法”的设计理念技术与原理不仅体现了“科技为民”的核心理念，更为交通安全治理提供了可复制的技术范式。该装置主力推动全民交通安全意识的提升，服务“交通强国”战略，随着车路协同与边缘计算技术的深度融合，系统将在智慧交通生态中发挥更大价值，为实现中华民族伟大复兴贡献力量。

参考文献

[1] WHO. Global Status Report on Road Safety 2023[R]. Geneva， 2023.

[2]公安部交通管理局. 中国机动车保有量统计年报[R]. 北京， 2023.

[3]丰田汽车. 自动驾驶安全技术白皮书[Z]. 东京， 2024.

[4]地平线科技. 边缘计算芯片技术路线图[EB/OL]. 2023.

[5]中共中央国务院. 交通强国建设纲要[Z]. 北京， 2019.