高速公路安全行駛互助APP設計與開發

路亞 楊睿 封磊

摘 ?要：高速公路上車輛行駛速度很快，駕駛員容易反應不及時，前方發生任何異常情況都有可能導致車禍發生。在不影響正常駕駛的前提下，駕駛員如果能相互通告行車路線上的異常狀況，將有助于降低高速公路事故的發生。針對此，文章設計與開發了一款安全行駛互助APP，駕駛員們利用該APP可以即時相互通告路況信息，進行安全預警，從而減少高速公路事故的發生。

關鍵詞：高速公路;行車安全;APP;設計與開發

中圖分類號：TP319;U471.3 ? ? ?文獻標識碼：A 文章編號：2096-4706（2020）15-0024-03

Abstract：The speed of vehicles on the expressway is very fast，any abnormal situation in front of them may lead to traffic accidents. On the premise of not affecting normal driving，if drivers can report the abnormal conditions on the road mutually，it will help to reduce the occurrence of expressway accidents. In view of this，the design and development of a safe driving mutual assistance APP，drivers use the APP can immediately inform the road information，realize safety warning，so as to reduce the occurrence of expressway accidents.

Keywords：expressway;driving safety;APP;design and development

0 ?引 ?言

根據國家統計局數據，截止至2019年，我國高速公路里程數已達到14.26萬公里，里程數居世界第一。高速公路具有行車速度快、通行能力大等特征，這導致高速公路的每百公里事故率、每百公里死亡率、每百公里受傷率都是普通公路的3倍以上[1]。

為降低高速公路事故發生率及生命財產損失，交通管理部門和高速公路運營部門都做了大量工作。文獻[2]開發了基于行車記錄儀的高速公路路面狀況巡查及報警系統，對路面破損自動識別、檢測和定位，及時進行路面維護;文獻[3]設計的基于Android智能手機的前方車輛檢測系統，可以通過手機攝像頭獲取道路圖像數據，對前車實時檢測，及時告警;文獻[4-6]研究了高速公路突發事件后的應急響應對策。

1 ?需求分析

高速公路事故誘因可以概括為車況、路況、駕駛人和天氣因素等。如果駕駛員能夠提前預知前方有某類安全隱患，及時降低車速、集中精神、觀察通過，能夠避免很多事故的發生。人們無法預知將來會發生什么，但前方駕駛員可以將安全隱患告知處于行車路線后方的駕駛員。目前我國高速公路的車流量增長迅速，日均車流量達到2 640萬余輛次，如果高速公路上行駛的所有車輛都能實時分享行車中的各類安全信息，以便后方車輛及時減速避讓，能夠極大地減少安全事故的發生。

目前智能手機已經普及，且各種APP層出不窮。基于智能手機開發行車互助APP便于快速推廣，在最短時間展現互助的優勢，迅速發揮作用。筆者開發的高速公路安全行駛互助APP（簡稱：互助APP），充分發揮各類車型駕駛員的主觀能動性，由駕駛員實時報告路況、發送預警信息，結合手機采集到的行車位置、路線信息來定位預警點，實時將預警信息推送給位于行進路線的后方車輛，提示減速避讓，避免車禍的發生。

根據前述分析，并結合相關交通法規，設計的APP至少要滿足如下幾點要求：

（1）不需駕駛員手持手機，避免分神操作;

（2）不需復雜處理算法，減少手機負擔;

（3）利用手機自帶的定位、陀螺儀、測速等功能;

（4）利用高德地圖、百度地圖等資源;

（5）后臺設計信用積分系統，鼓勵用戶參與，同時剔除不良信息;

（6）設計駕駛員、公路維護人員等不同用戶角色，賦予其不同權限;

（7）提供地圖概覽功能，方便高速公路維護人員及時清障。

2 ?系統設計

2.1 ?業務流程設計

根據需求分析，進行系統業務流程設計。智能手機互助APP啟動登錄后，進入路況地圖，自動進行GPS定位，并更新所在區域地圖及預警點信息。預警點信息由系統后臺數據庫維護，類似于導航測速點數據庫，不同的是其對動態更新的實時性要求更高。目前APP運行規劃了三個主要業務流程：預警提示、駕駛員告警、疑似車禍告警（高速公路維護人員使用APP時，只需直接查看地圖就可以發現其管轄路段的預警點提示，以便及時清障，該類角色擁有清除預警點信息的權限，其業務流程相對簡單）。業務流程規劃示意圖如圖1所示。

2.1.1 ?預警點提示

當行駛路線前方有預警點時，手機自動語音播報，例如“35分鐘前告警信息，前方500米處有前車拋物，請減速慢行，注意觀察。”之后，300米處、200米處、100米處分別再次提醒，直到通過該路段后，語音提示：“是否取消該預警信息？”如果已經處理，駕駛員回復：“取消。”應用程序將該信息上報后臺數據庫，當有多份（設置閾值）“取消”回復時，取消該預警點信息。如果拋物還沒有被處理，駕駛員語音回復：“不取消。”

2.1.2 ?駕駛員告警

當駕駛員行駛途中遇到突發狀況時，如前車拋物、路面積水、前方車禍、道路施工等等，在保證自身安全的前提下，使用語音喚醒功能，喚醒手機互助APP：“小助小助”，得到回應后，語音報告：“剛剛過去400米處，發生了車禍，危險。”應用程序提取關鍵詞“車禍、400米、危險”，連同實時定位信息和路線信息，上報云端后臺系統，系統將位置信息處理后將其載入數據庫，并推送到行駛在該路線上的所有駕駛員手機的互助APP。

2.1.3 ?疑似車禍告警

車輛行駛途中，如果發生碰撞、道路不平、急剎車等，手機將檢測到異常信號，這時，互助APP將靜默檢測接下來一段時間的車輛行駛情況，如果后續行駛狀態正常，將語音提醒駕駛員：“前方2 300米處有服務區，建議進入服務區進行修整，請注意安全。”;如果后續行駛狀態異常（如位置不再變化等），將直接向后臺系統上報疑似車禍，更新預警點。

2.2 ?APP開發技術框架

在移動APP設計中使用的技術主要有：輕量級本地數據庫LitePal、關系型數據庫MySQL、后端開發語言Java、后端開發框架Spring Boot;安卓開發語言Android、安卓開發框架XUtils、高德安卓開發SDK（高德定位與高德導航）、極光推送JPush、Android圖片加載庫Glide、訊飛語音開放平臺、手機陀螺儀角速度檢測等，如圖2所示。

采用雙數據庫的設計，將數據進行區分處理：將用戶數據、地圖標注數據等靜態數據存放在LitePal本地數據庫中，不但可以減少用戶流量和帶寬的消耗，還能給用戶更好的使用體驗;將預警點數據、預警策略等動態數據存放在MySQL中方便進行相關處理。

為了不影響駕駛員駕駛，采用訊飛語音開放平臺實現語音聽寫和語音合成功能，駕駛員通過訊飛語音聽寫功能快速告警;后臺系統向APP推送的預警信息由訊飛開放平臺實現語音合成。若發生事故，APP可獲取陀螺儀信息并上傳至后臺系統，平臺會在發布救援消息后標記該位置。使用高德地圖官方的API來解決APP的定位和導航問題，并采用Glide來記錄后端推送的事故圖片信息等，使用極光JPush及時推送預警點信息，確保信息能夠在第一時間送達用戶手機。

2.3 ?后臺架構設計

后臺系統基礎架構采用騰訊云+阿里云的混合公有云架構，以提高系統的擴展性、穩定性、安全性和工作效率，減少后續運行和維護成本，并減少在安全防護上的開銷。

結合實際需要，在公有云上使用的資源主要有云服務器、容器服務、對象存儲、云數據庫、云WAF、負載均衡、彈性伸縮等。使用云服務器（計算服務）和容器服務實現系統快速部署和自動平滑拓展業務;對象存儲服務使用廉價的對象存儲桶，適應一次寫入多次讀取的業務場景;云數據庫使用MySQL實現與移動APP的無縫數據對接;云WAF提高系統安全防護能力;負載均衡和彈性伸縮服務可以視用戶發展情況而定，當用戶數發展到一定階段時，就需要進行服務器和數據庫的負載均衡和彈性伸縮。

3 ?APP功能模塊

APP首頁界面和用戶界面如圖3、圖4所示。

設計的互助APP對用戶開放的功能有：用戶管理、高速路況、事故上報、公告信息、角色認證、路況地圖、語音喚醒等。在首頁還提供了高速熱線和應急電話信息，并嵌入智慧導航功能。在用戶界面可以查看使用幫助、我的車輛、我的上報、通行記錄、信用積分等。下面對幾個重要模塊進行介紹。

（1）用戶管理：用戶通過“我的”進入用戶管理界面，登錄后可以對自己的信息進行設置和修改，查看我的車輛、我的上報、通行記錄、信用積分、投訴與建議等。

（2）路況地圖：這個功能模塊是整個系統的核心，用戶可以在首頁看到路況地圖，也可以點擊地圖進入全屏查看模式，地圖上展示了實時預警點信息、道路通行情況等。用戶使用互助APP的實時預警及事故上報功能，必須運行APP并進入路況地圖，在前、后臺運行程序皆可。

（3）語音喚醒：可以直接使用語音將APP喚醒，也可以在首頁點擊麥克風圖標進入語音模式，在APP語音提示下進行后續情況上報。

（4）事故上報：在發生事故或者道路環境發生影響駕駛的改變時，駕駛員可以在語音喚醒后使用語音等上傳簡短的關鍵詞進行推送，也可以在條件允許的情況下點擊首頁的“事故上報”按鈕，以上傳圖片的方式進行事故上報。

（5）公告信息：該功能是對各類事故信息進行公告，事故信息一般是以短信息形式呈現，供用戶瀏覽。

4 ?結 ?論

高速公路安全行駛互助APP的開發基本完成，其成品基本完成預期設計目標。高速公路安全牽掛著每一位駕駛員和駕駛員家人的心，希望開發的高速公路安全行駛互助APP能夠得到推廣，以降低高速公路事故發生量，減少生命財產損失。

參考文獻：

[1] 高銘.河北省高速公路交通事故分析及預防對策研究 [D]. 北京：中國人民公安大學，2019.

[2] 張月.基于行車記錄儀的高速公路路面狀況巡查及報警系統 [J].交通與運輸，2019，35（4）：54-57.

[3] 潘安，李必軍.基于Android智能手機的前方車輛檢測系統 [J].軟件導刊，2016，15（5）：58-61.

[4] 張奕.高速公路突發事件應急決策支持系統的研究 [D].北京：中國人民公安大學，2020.

[5] 付小一.高速公路道路交通事故預防對策研究——以西安市為例 [D].西安：西北大學，2019.

[6] 孫維富.基于數據挖掘的高速公路交通事故分析及預防對策研究 [D].長春：吉林大學，2018.

作者簡介：路亞（1981—），男，漢族，河北永年人，副教授，碩士研究生，研究方向：云計算、網絡與信息安全技術和高職教育教學。