王洪亮， 马嘉良
(中国人民公安大学交通管理工程系， 北京 102623)
摘 要：为了解决车祸事故发生后，因乘员失去行动能力无法报警，而导致得不到及时救治的问题，提出了结合微信平台的1种经济、智能的自动报警救援系统. 本系统包括微信平台，车辆事故检测系统2部分. 在微信平台整合公安、医院、消防、路政救援单位，并充分利用微信平台的定位，交互等功能，由车辆事故检测系统通过加速度传感器判断车辆事故信息，事故发生后，通过微信客户端自动发送报警信息和现场信息给救援部门.
关键词：微信； 交通事故； 自动报警； 车祸救援
据世界卫生组织报告《2015年全球道路安全现状报告》称，全世界每年有125万人因为交通事故而死亡，其中90%的道路交通死亡事故发生在中低收入国家，因紧急救援、医疗条件都远差于发达国家，研究表明在中低收入国家道路交通事故中死亡率更高. 更加方便、经济的交通事故救援系统的研究和使用，将有效地促进救援技术的进步，减少交通事故死亡人数.
2006年，欧盟委员会决定从2010年起，欧盟境内所有新车都必须安装车祸自动报警器，此种报警器在汽车安全气囊弹出后自动报警，救援中心根据车内GPS确定车辆位置，并派遣救援队. 据预测，安装这种报警器后将使德国车祸救援时间平均减少50%[1]，从而使车祸救助更加迅速. 但因为造价高昂，导致用户较少，自动报警器难以大范围普及.
法国标致—雪铁龙公司在2008年推出了1款“汽车呼救系统”，该系统具有自动启动和“SOS”按钮启动2种启动方式. “呼救系统”通过卫星定位系统确定车辆位置，通过使用SIM卡的通话系统向救援中心发出求救短讯，并告知事故地点、事故车型、车辆号牌以及车主姓名等信息. 驾驶人还可通过通话系统与救援中心人员通话，以便救援中心确定救援方案.
2014年在合肥、天津2地同步联合演练了紧急救援系统(E-Call)，该系统由华为、中国电信联合多家汽车俱乐部，汽车制造商基于车联网技术共同研发生产的自动呼救系统[2]. 在事故发生时，该系统能自动将车辆位置、车辆状态、人员信息发送给救援服务平台，由救援平台组织调度公安，卫生，消防，交通等救援力量，实施紧急救助. 依据现有数据预测，在全国都装备有这种救援系统的情况下，将使我国道路交通事故死亡率下降20%～30%，具有巨大的社会经济效益.
现有的紧急救援系统的使用已经取得了一些效果，但还是普遍受制于价格，得不到普及，普通车辆很少装备紧急救援系统. 据大数据服务商Quest-Mobile统计报告，2016年微信注册用户已经突破9.27亿，覆盖了90%的智能手机，并且微信的功能更加强大，公安部门也广泛开展公安微信公众号的创新使用. 凭借其强大的功能和广泛的用户基础，结合微信平台开发救援系统，将极大地降低救援系统的造价，并且易于普及.
1.1 系统需求分析
现在，汽车使用频率持续攀升，然而我国每年车祸死亡人数仍远超其他国家. 快速普及智能救援系统能大幅提高交通事故中乘员的生存几率. 现有的自主救援系统多是由一些技术公司独立开发，普遍存在造价高昂，难以普及的问题. 而现在已经普及的微信不仅包含了许多强大的功能，而且得到了公安机关的广泛使用，是驾驶人与公安机关直接交互的重要平台. 基于此有利条件设计的自主救援系统，不经功能强大，还能大大降低成本，并且能借助微信得到迅速的推广、普及.
1.2 系统设计方案
1.2.1 系统设计原则
1) 实用性：实用性原则要求该系统操作简单，使用方便，能充分利用现有信息.
2) 可行性：可行性要求在现有的技术、经济条件下，能满足系统功能设计的实现.
3) 开放性：开放性指的是在将来系统需求发生变化时，系统可满足新需求的功能开发.
1.2.2 系统模块总体结构
智能车祸救援系统由车载事故检测器与微信平台2部分构成，主要功能要求包括车祸判断、自动报警、车祸信息处理3个部分. 其系统组成如图1所示.
图1 智能车祸救援系统总体结构图
1.2.3 智能车祸救援系统逻辑设计
智能车祸救援系统主要依靠车载车祸检测器，实时监测车辆运行状况，通过加速度传感器采集车辆加速度值，再通过检测器的控制系统分析加速度值的大小，判断是否发生严重车祸. 若根据检测器的判断，车辆发生了危机乘员及驾驶人安全的严重事故，检测器通过无线通信模块发送确认报警信息到手机端. 微信平台收到该信息后，收集现场信息(包括位置、时间、车牌、驾驶人等)并通过公安公众号平台发送给救援单位. 驾驶人驾车之前打开手机蓝牙功能，并与车载车祸检测系统连接，运行微信平台的车祸救援功能，既可以进行车祸检测并自动报警.
基于微信平台和加速度传感器的智能车祸救援系统逻辑结构如图2所示.
图2 智能救援系统工作流程图
2.1 基于加速度的车祸判断原理
在因碰撞发生的车祸事故中，依据碰撞角度可分为正面碰撞和侧面碰撞，在乘用车碰撞试验中分别以100%正面碰撞和40%偏置正面碰撞代表2种情况. 在100%正面碰撞过程中因车辆变形少，吸能少，所以对驾驶人的伤害更大，且头部、胸部、颈部的伤害更高于40%偏置正面碰撞，这类伤害更易造成驾驶人昏迷[3]. 本文的设计主要考虑在发生车祸后乘员昏迷或无法行动时系统自动报警，因此以100%正面碰撞代表事故.
我国汽车正面碰撞标准GB 11551—2003《乘用车正面碰撞的乘员保护》是基于ECE R94法规制定的. 标准规定在车速50 km/h下，车辆与其他车辆或物体发生100%正面碰撞，车辆正面完全撞在障碍物上为完全碰撞. 碰撞试验要求在50 km/h时，车内安全气囊能够自动完全打开，保护乘员，也即是说明在此碰撞条件下会对乘员造成严重伤害，在低于此速度发生碰撞时乘员相对安全. GB 11551—2003《乘用车正面碰撞的乘员保护》主要测试项目包括固定障碍重量(70 t以上)、碰撞角度(0°)、碰撞速度(48～50 km/h)、碰撞位置精度(+150 mm).
在碰撞发生过程中，碰撞相对速度越大碰撞程度越激烈，对乘员造成的损伤也就越大. 据实验统计，碰撞持续变形时间一般为40～80 ms[4]，并且碰撞持续时间与碰撞相对初速度成反相关，相对速度越大，持续时间越短. 汽车与汽车碰撞时，由于汽车保险杠有一定缓冲碰撞的作用，因此其持续时间要略长于汽车与刚体障碍物碰撞持续时间. 碰撞速度与持续时间关系如表1所示.
表1 碰撞速度与持续时间关系表
碰撞速度/(km·h-1)607080120持续时间/ms80705040
由加速度公式：
(1)
得到碰撞速度与加速度的关系，如表2所示.
从表2可以看出，当碰撞速度增大时加速度值快速增大，碰撞过程中的加速度越大，成员所受到的
表2 碰撞速度与加速度关系
碰撞速度/(km·h-1)加速度/(m·s-2)12083.3g8044.4g7027.8g6017.4g
伤害也就越严重. 当碰撞速度从60 km/h上升到80 km/h时，碰撞时间从80 ms下降到50 ms，变化幅度存在一定规律性. 但速度从80 km/h上升到120 km/h时，碰撞持续时间变化不再明显，说明持续时间变化已经到了某个极限值. 根据表2中60、70、80 km/h的数据可以近似得出碰撞速度与加速度的关系.
a=27.8×1.6(v-70)/10
(2)
当碰撞速度为50 km/h时，带入式(2)得a=11g，也即是说明在a<>g时乘员比较安全；当a>11g时，碰撞将会对乘员造成较大的损伤，需要采取安全措施，车祸报警器应报警.
2.2 车载车祸检测器模块设计
车载车祸检测器模块通过加速度传感器实时监测车辆运行状态，检测器控制中心根据加速度的值判断车辆是否发生了事故，是否需要报警. 检测器模块由加速度传感器、存储器、通信模块，控制单片机4大部分组成.
图3 车祸检测器模块图
加速度传感器基本分为线加速度计和角加速度计2种. 物体运动方式发生变化时，就会产生加速度，加速时为正值，减速时为负值. 通过检测物体运动时的角速度值变化，我们就可以据此判断物体的运动状态. 当车辆发生坠崖或碰撞事故时，车辆的运动状态发生剧烈变化，加速度会达到一个超出正常界限的值. 此时，我们就可以判断车辆发生了重大事故，需要报警. 如ADI公司生产的ADXL001-500BEZ震动与冲击传感器可以测量+500g之间的加速度值，且工作环境适应性强，无需校准，拥有出色的工作能力[5].
存储器模块主要用来预先写入用户的基本信息(如车牌信息)，以及存储角速度传感器检测到的加速度值，以供控制单片机分析、判断. 一般控制单片机都带有空间不大的存储单元，可以基本满足用户需求.
通信模块不仅要满足控制器内部的通信需求，还要为检测器与手机进行通信连接提供服务. 手机与车载设备之间属于短距离的无线通讯，蓝牙技术可实现移动设备、固定设备之间的短距离数据无线传输. 蓝牙技术已经十分成熟，在智能手机、笔记本和其他智能设备上应用广泛. 在车载检测器上使用低功耗的蓝牙模块，可实现检测器与手机之间的连接和数据传输. 通过蓝牙模块内置的管理程序可设置与该设备连接的口令，防止其他蓝牙设备与之连接.
在满足需要的情况下，为了节约成本，使用单片机作为控制器模块. 加速度传感器从车辆运动过程中获得的数据传输给控制器，控制器进一步分析其值是否超过报警阈值，若在报警阈值以下，控制器判断不报警，传感器继续监测车辆运行状态；若超过报警阈值，控制器通过蓝牙传输模块将报警信息以及存储器中车辆信息发送给手机端.
图4 车祸检测器工作流程
在正面碰撞的车祸事故中，车辆变形位置发生在车辆前保险杠和引擎盖位置，车辆仪表台并不会发生形变，且仪表台为非金属材质，不会屏蔽信号. 为确保车载车祸检测器的正常工作，因将其安装在仪表台下以避免其在碰撞重损坏或因天气因素而影响其功能. 当驾驶人将手机随身携带或置于储物箱，则发生碰撞时手机不会受到损坏，仍能正常工作. 由于车内空间较小且无刚性部位，因此当其放于其他位置时，虽然碰撞时手机初始速度较大，但它与车内其他部位发生碰撞时能得到缓冲，手机本身具有一定的防摔能力，因此在车辆发生碰撞时，仍能发挥正常功能.
3.1 微信应用介绍
根据2015年1月发布的《中国互联网络发展状况统计报告》显示，截止2014年12月，中国手机网民规模达到5.57亿，而微信月活跃用户数超过5亿. 微信因为强大的功能和巨大的用户基数，受到政府机关、企业和媒体的青睐. 自从“平安肇庆”作为第1个公安微信公众号出现后，迅速掀起了各地公安机关开发运营公安公众号的热潮[6]. 如今，公安公众号主要分为2类：公安综合公众号与公安交管公众号. 公众号运营单位会定期在公安交管公众号上推送消息，并且交管部门还在公众号上创新的开发了许多自助服务功能. 用户可以通过微信公众号完成违法在线处理、违章缴款，办理机动车业务、驾驶证业务等[7]. 公安微信公众号虽然已发展了有4年时间，在用户中的关注度并不高，微信公众号的信息传播潜力并没有挖掘完全. 当微信公众号某些功能能为用户提供安全服务时，用户因驾驶安全需要，而时刻使用公安微信公众号时，公安微信的粉丝黏度将持续提升，传播效率将大大提高.
图5 微信位置功能(a)和自助业务办理(b)
3.2 微信救援平台功能设计
救援系统微信端的功能主要有3项：车祸报警信息更新检测，“现场”信息收集，报警信息上传.
3.2.1 车祸报警信息更新检测：事故发生后，由车载事故控制器生成报警信息，并连同车辆信息，通过蓝牙传输到手机端特定路径位置的文件夹中. 在微信平台的设计中，将此路径下的文件夹加入到微信自动更新检测的列表当中. 该文件夹中信息更新后，微信平台可以立即检测到更新后的信息.
3.2.2 “现场”信息收集：微信公众号为用户提供了诸如事件推送，自动回复消息等功能函数和模板消息接口以方便用户二次开发. 用户还可以通过第三方开发平台，编写满足自身需要的函数. 在实现“现场”信息收集功能时，设置好消息模板(消息类型)和位置，即可将所需的信息收集到1处.
3.2.3 报警信息上传：微信公众号的运营由3个部分组成：微信客户端、微信服务器、微信公众号运营端. 报警信息的上传，首先需要将报警信息上传到服务器，再通过服务器发送到运营端，相当于1个消息的逆向推送.
3.3 微信救援平台信息交换过程
微信平台拥有许多强大的功能，智能救援系统在微信平台上对其进一步地整合利用，可以减少救援系统的开发难度和开发成本，并且贴近人们生活，用户更易接受. 在公安交警微信平台上开发智能救援服务功能区域，在此区域内集合了各个救援单位的通信通道，发生重大事故时，通过此渠道将救援请求发送给各救援单位. 发生重大交通事故后，智能救援系统需要在微信平台端汇集各种现场信息，包括车载检测平台发出的报警信息以及车辆号牌信息，微信提供的事故位置信息、驾驶人(微信用户)、事故时间等. 这些信息集中后生成总的救援信息文件通过微信公众号平台的救援功能发送到各救援单位.
图6 救援系统信息流向图
救援信息车载检测器部分和微信平台部分，报警信息采用统一格式编辑和车牌信息一同写入到检测器的存储器当中，一旦发生事故需要报警，车载检
测器控制中心通过蓝牙通讯模块将信息发送到手机端. 微信公众号平台救援功能接收到报警信息后，进一步确定事故位置、时间和微信用户名. 通过在微信公众号平台上开发的报警功能将这些信息打包发送给救援中心. 救援中心收到报警信息后再安排救援人员到达车祸现场，实施救援.
基于对车祸报警救援系统的应用需求和现有车祸救援系统的不足的分析，本文结合微信与车祸事故的特点提出了1种新的车祸救援系统开发的思路. 车祸救援系统充分利用了微信的巨大用户量以及微信的提供的定位功能和系统时间. 该设计节省了开发定位模块和时间模块的成本，利用微信公众号平台可以直接与救援单位通信，也省去了通信模块的成本，从源头上降低了开发成本，为大范围的普及使用提供可能；该系统将微信和救援系统的优势集合到一起，既能促进公安宣传工作和业务开展，又能提高救援系统的用户体验，增加公安公众号的用户黏度，促进救援系统的普及.
参考文献：
[1] 欧盟推广车祸自动报警系统—车祸救助更加迅速[EB/OL]. [2006-05-26] http:∥news.china.com/zh_cn/news100/11038989/20060526/13352397.html.
[2] 自主紧急救援系统首发, 事故死亡有望降低三成[EB/OL]. [2014-06-10] http:∥finance.qq.com/a/20140610/055982.htm.
[3] 陈会. 我国乘用车正面碰撞标准分析[J]. 客车技术与研究, 2009(5): 53-56.
[4] 张树玲. 大型物流车辆车祸自动报警系统设计与实现[J]. 网络与信息化, 2014(2): 343-346.
[5] 刘晶. 基于加速度传感器的车祸报警与定位系统的设计与实现[D]. 北京: 北京工业大学, 2013.
[6] 郭伟. 公安微信现状调查与发展探讨[J]. 中国人民公安大学学报(自然科学版), 2015(4): 125-133.
[7] 顾文渊. 公安交通微信平台的设计——第九届中国智能交通年会大会论文集[C]. 广州, 2014: 485-490.
A Design of Smart Car Accident Rescue System Combined with WeChat Platform
WANG Hong-liang， MA Jia-liang
(Traffic Management Engineering Department， People’s Public Security University of China， Beijing 102623， China)
Abstract：When the traffic crashes occur, passengers often lose their abilities to call the police. This kind of situation can lead to the problem that passengers are not able to get timely medical treatments. Within this context, there is a need to provide an economical intelligent auto-alarm rescue system, which is based on the WeChat platform. The system has two parts, a WeChat platform and a traffic crash detection system. In this research, The WeChat platform can be integrated into police departments, public hospitals, fire departments and road rescue departments. Moreover, it is necessary to make full use of location-based functions and interaction functions provided by the WeChat platform. When a traffic accident occurred, the crash detection system detected the crash using the data from the accelerometer on the smartphone and then an alert was sent to rescue departments automatically via the WeChat platform.
Key words：WeChat; traffic crash; auto-alarm; traffic crash rescue
DOI：10.13986/j.cnki.jote.2017.02.008
收稿日期：2016- 09- 07.
基金项目：重大突发事件快速响应与决策支持技术及系统开发(编号：2014BAG01B0501).
作者简介：王洪亮(1991—)， 男， 硕士， 研究方向为交通安全执法技术. E-mail:931285242@qq.com.
中图分类号：U 495
文献标志码：A
文章编号：2096-3432(2017)02-48-05
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