1、車(chē)道偏離預(yù)警技術(shù)的現(xiàn)狀及技術(shù)思考,2011年10月,目錄,一、產(chǎn)生背景,二、現(xiàn)狀簡(jiǎn)介,三、幾個(gè)技術(shù)問(wèn)題的實(shí)現(xiàn)方式的思考,四、車(chē)道偏離預(yù)警系統(tǒng)的發(fā)展和拓展,車(chē)道偏離預(yù)警技術(shù)的現(xiàn)狀及技術(shù)思考,一、產(chǎn)生背景,駕駛員安全隱患,美國(guó)聯(lián)邦公路局的估計(jì)，美國(guó)2002年致命的交通事故中44%跟車(chē)道偏離有關(guān)，同時(shí)車(chē)道偏離也被看成車(chē)輛側(cè)翻事故的主要原因。,AssitWare網(wǎng)站的分析結(jié)果認(rèn)為：,23%的汽車(chē)駕駛員一個(gè)月內(nèi)至少在轉(zhuǎn)向盤(pán)上睡著一次； 66%的卡車(chē)駕駛員自己在駕駛過(guò)程中打瞌睡； 28%的卡車(chē)駕駛員在一個(gè)月內(nèi)有在轉(zhuǎn)向盤(pán)上睡著的經(jīng)歷。,每四個(gè)駕駛員中就有一個(gè)駕駛員經(jīng)歷過(guò)車(chē)道偏離引起的傷亡事故！,道路飛速發(fā)展

2、,截至2009年底，中國(guó)公路通車(chē)總里程達(dá)386.08萬(wàn)公里，其中高速公路6.51萬(wàn)公里，全國(guó)城市道路總里程達(dá)26.7萬(wàn)公里。,一、產(chǎn)生背景,美國(guó)公路交通安全管理局的定義是： 指一種通過(guò)報(bào)警的方式輔助駕駛員避免或者減少車(chē)道偏離事故的系統(tǒng)。,一個(gè)車(chē)道偏離預(yù)警系統(tǒng)不會(huì)試圖控制車(chē)輛以防止可能發(fā)生的碰撞事故。,車(chē)道偏離預(yù)警系統(tǒng),一、產(chǎn)生背景,車(chē)道偏離預(yù)警系統(tǒng)已經(jīng)商業(yè)化使用的產(chǎn)品都是基于視覺(jué)的系統(tǒng)，根據(jù)攝像頭安裝位置不同，可以將系統(tǒng)分為：,側(cè)視系統(tǒng)（攝像頭安裝在車(chē)輛側(cè)面，斜指向車(chē)道）,二、現(xiàn)狀簡(jiǎn)介,前視系統(tǒng)（攝像頭安裝在車(chē)輛前部，斜指向前方的車(chē)道）,組成模塊：,二、現(xiàn)狀簡(jiǎn)介,道路和車(chē)輛狀態(tài)感知,車(chē)道偏離評(píng)

3、價(jià)算法,信號(hào)顯示界面,國(guó)外有代表性的車(chē)道偏離預(yù)警系統(tǒng)：,AURORA系統(tǒng)（美國(guó)） AutoVue系統(tǒng)（美國(guó)） Mobileye_AWS系統(tǒng)（荷蘭） DSS系統(tǒng)（日本）,二、現(xiàn)狀簡(jiǎn)介,國(guó)內(nèi)有代表性的車(chē)道偏離預(yù)警系統(tǒng)：,JLUVA-1系統(tǒng)（吉林大學(xué)） 基于DSP技術(shù)的嵌入式車(chē)道偏離報(bào)警系統(tǒng)（東南大學(xué)）,在以“汽車(chē)世界”為主題的2010巴黎國(guó)際車(chē)展上，大眾汽車(chē)憑借其“變道輔助系統(tǒng)”，即車(chē)道偏離預(yù)警系統(tǒng)（Lane departure warning system）榮獲了“歐洲新車(chē)安全評(píng)鑒協(xié)會(huì)高級(jí)安全獎(jiǎng)”。,車(chē)道偏離預(yù)警系統(tǒng)的生產(chǎn)成本大約為1萬(wàn)元人民幣，目前主要應(yīng)用于國(guó)外生產(chǎn)的一些重型卡車(chē)和長(zhǎng)途客車(chē)上，

4、在奔馳、寶馬、奧迪、雷克薩斯等高檔轎車(chē)上也多為選裝件。,二、現(xiàn)狀簡(jiǎn)介,三、幾個(gè)技術(shù)問(wèn)題的實(shí)現(xiàn)方式的思考,工作過(guò)程介紹：,點(diǎn)擊播放影片,三、幾個(gè)技術(shù)問(wèn)題的實(shí)現(xiàn)方式的思考,1、存在車(chē)輛干擾時(shí)車(chē)道線如何準(zhǔn)確識(shí)別？,2、如何保證系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性？,3、車(chē)道偏離預(yù)警系統(tǒng)在內(nèi)部硬件如何實(shí)現(xiàn)？,4、有意識(shí)轉(zhuǎn)向與無(wú)意識(shí)轉(zhuǎn)向的辨識(shí)？,5、系統(tǒng)發(fā)出警示的判斷方法和計(jì)算方法？,1、存在車(chē)輛干擾時(shí)車(chē)道線如何準(zhǔn)確識(shí)別？,為解決車(chē)輛的干擾問(wèn)題，提出了一種結(jié)合車(chē)輛識(shí)別的車(chē)道線識(shí)別方法：,融合雷達(dá)數(shù)據(jù)，車(chē)輛識(shí)別模塊首先在圖像中識(shí)別出車(chē)輛占據(jù)的區(qū)域。對(duì)于每一個(gè)車(chē)道線識(shí)別模塊挑出的車(chē)道線候選點(diǎn)進(jìn)行判斷，去除處于車(chē)輛區(qū)域的車(chē)道

5、線點(diǎn)；如果有效車(chē)道線點(diǎn)數(shù)目不足，則利用卡爾曼濾波的跟蹤結(jié)果，確定符合最小風(fēng)險(xiǎn)函數(shù)的車(chē)道線位置。,1、存在車(chē)輛干擾時(shí)車(chē)道線如何準(zhǔn)確識(shí)別？,車(chē)道線識(shí)別算法結(jié)構(gòu)：,1、存在車(chē)輛干擾時(shí)車(chē)道線如何準(zhǔn)確識(shí)別？,當(dāng)車(chē)輛以100km/h的速度高速行駛時(shí)，一秒鐘將通過(guò)約27m的距離！,2、如何保證系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性？,系統(tǒng)算法流程圖：,2、如何保證系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性？,圖像處理快速算法：,2、如何保證系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性？,以基于視覺(jué)的車(chē)道偏離預(yù)警系統(tǒng)的典型計(jì)算機(jī)控制為例。,實(shí)際的應(yīng)用環(huán)境，由于天氣、光照等因素的影響，甚至是一系列特殊情況的出現(xiàn)，一般的圖像傳感器在各種條件下難以具有較好的魯棒性。,3、車(chē)道偏

6、離預(yù)警系統(tǒng)在內(nèi)部硬件如何實(shí)現(xiàn)？,FPGA：輔助邏輯控制和前端處理模塊，主要完成圖像的前期采集和一些類(lèi)似直方圖統(tǒng)計(jì)、卷積等底層的高密度圖像處理工作。,3、車(chē)道偏離預(yù)警系統(tǒng)在內(nèi)部硬件如何實(shí)現(xiàn)？,SDRAM ：主存儲(chǔ)芯片。,DSP ：高速計(jì)算芯片。,汽車(chē)偏離行駛軌道時(shí)有兩種可能：,一種是駕駛員有意的變換車(chē)道行駛，那么此時(shí)發(fā)出的警告則為錯(cuò)誤信息，有可能會(huì)影響到駕駛員的正常行駛；,4、有意識(shí)轉(zhuǎn)向與無(wú)意識(shí)轉(zhuǎn)向的辨識(shí)？,一種是駕駛員處于無(wú)意中狀態(tài)比如駕駛員注意力不集中或駕駛疲勞而引起的，此時(shí)的預(yù)警系統(tǒng)就會(huì)發(fā)揮其功能從而避免了事故的發(fā)生。,1）轉(zhuǎn)向燈,識(shí)別簡(jiǎn)單,優(yōu)點(diǎn)：,4、有意識(shí)轉(zhuǎn)向與無(wú)意識(shí)轉(zhuǎn)向的辨識(shí)？,成本

7、低,糾正駕駛員的不規(guī)則駕駛行為,穩(wěn)定性好,過(guò)度依賴(lài)轉(zhuǎn)向燈導(dǎo)致人為因素影響較大,缺點(diǎn)：,2）車(chē)速,4、有意識(shí)轉(zhuǎn)向與無(wú)意識(shí)轉(zhuǎn)向的辨識(shí)？,設(shè)計(jì)依據(jù)主要有以下幾個(gè)原因：,第一，車(chē)輛在市區(qū)范圍內(nèi)，車(chē)速超過(guò)限定值的幾率非常小。市區(qū)范圍內(nèi)的頻繁變道和停車(chē)都使系統(tǒng)的適用范圍受到較大限制。,第二，低速下車(chē)輛的危險(xiǎn)性較低，系統(tǒng)的使用性及預(yù)警性不能很好地發(fā)揮。,其他實(shí)現(xiàn)辨識(shí)的方法？,4、有意識(shí)轉(zhuǎn)向與無(wú)意識(shí)轉(zhuǎn)向的辨識(shí)？,準(zhǔn)確測(cè)量測(cè)量轉(zhuǎn)向器受到的作用力來(lái)判斷駕駛員的意圖較困難！,駕駛員的駕駛狀態(tài)進(jìn)行如下分析： 測(cè)正常行駛時(shí)駕駛員施加在方向盤(pán)上的力，那么人手搭載在方向盤(pán)上本身就有了一個(gè)壓力，而且有的司機(jī)在駕駛時(shí)轉(zhuǎn)彎時(shí)用手

8、掌撮轉(zhuǎn)方向盤(pán)，不是緊握方向盤(pán)的旋轉(zhuǎn)；另外，還要區(qū)分司機(jī)是用兩只手握還是一支手握，因?yàn)閮芍皇趾鸵恢皇值奈樟隙ú灰粯印?3）轉(zhuǎn)向器中軸的扭矩M（構(gòu)想）,4、有意識(shí)轉(zhuǎn)向與無(wú)意識(shí)轉(zhuǎn)向的辨識(shí)？,F,F,M=F*R,R,我們分析了正常駕駛狀態(tài)、疲勞狀態(tài)、注意力不集中三種情況下駕駛員對(duì)轉(zhuǎn)向器的作用情況。大多數(shù)情況下，轉(zhuǎn)向器中軸的扭矩M存在一個(gè)臨界值，當(dāng)轉(zhuǎn)向器中軸所受扭矩大于限定值時(shí)，為駕駛員的主動(dòng)轉(zhuǎn)向（有意識(shí)轉(zhuǎn)向）。反之，則為無(wú)意識(shí)轉(zhuǎn)向，將激活車(chē)道偏離預(yù)警系統(tǒng)。,4、有意識(shí)轉(zhuǎn)向與無(wú)意識(shí)轉(zhuǎn)向的辨識(shí)？,3）轉(zhuǎn)向器中軸的扭矩M（構(gòu)想）,那么，轉(zhuǎn)向器的角度和角加速度能否作為觸發(fā)因素呢？,4、有意識(shí)轉(zhuǎn)向與無(wú)意識(shí)轉(zhuǎn)向

9、的辨識(shí)？,轉(zhuǎn)向器的角度,在不同情況下，轉(zhuǎn)向器的轉(zhuǎn)動(dòng)角度都是不確定的。我們幾乎不可能找到一個(gè)確定的值作為系統(tǒng)觸發(fā)的臨界值。,4、有意識(shí)轉(zhuǎn)向與無(wú)意識(shí)轉(zhuǎn)向的辨識(shí)？,經(jīng)過(guò)同樣的彎道，車(chē)速較低時(shí)轉(zhuǎn)向器轉(zhuǎn)角一般遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于車(chē)速較高時(shí)的轉(zhuǎn)向器轉(zhuǎn)角。尤其是在車(chē)速相當(dāng)高時(shí)，轉(zhuǎn)向器轉(zhuǎn)角一般都非常小，轉(zhuǎn)向器的角度也較小。低速時(shí)，轉(zhuǎn)向器的角度大多數(shù)情況下又很大。這些不確定因素都導(dǎo)致轉(zhuǎn)向器角度不能簡(jiǎn)單的作為車(chē)道偏離預(yù)警系統(tǒng)的觸發(fā)條件。,4、有意識(shí)轉(zhuǎn)向與無(wú)意識(shí)轉(zhuǎn)向的辨識(shí)？,4）轉(zhuǎn)向器的角加速度（構(gòu)想）,由于轉(zhuǎn)向器的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J為定值，因此扭矩M與角加速度成正比。也就是說(shuō)轉(zhuǎn)向器的角加速度能夠作為系統(tǒng)的觸發(fā)條件。,M=J*,4、有

10、意識(shí)轉(zhuǎn)向與無(wú)意識(shí)轉(zhuǎn)向的辨識(shí)？,4）轉(zhuǎn)向器的角加速度（構(gòu)想）,注：這里所說(shuō)的轉(zhuǎn)向器中軸的扭矩M和轉(zhuǎn)向器的角加速度都是指瞬時(shí)值。,4、有意識(shí)轉(zhuǎn)向與無(wú)意識(shí)轉(zhuǎn)向的辨識(shí)？,5）駕駛員狀態(tài)監(jiān)控（構(gòu)想）,駕駛員的狀態(tài)監(jiān)控主要是指在疲勞駕駛、注意力不集中的駕駛環(huán)境下對(duì)車(chē)道偏離預(yù)警系統(tǒng)觸發(fā)與否進(jìn)行控制。,檢測(cè)車(chē)輛橫向位置的系統(tǒng)基本上可以分為兩類(lèi)：,基于道路基礎(chǔ)構(gòu)造的系統(tǒng),5、系統(tǒng)發(fā)出警示的判斷方法和計(jì)算方法？,絕大部分的車(chē)道偏離預(yù)警系統(tǒng)都將車(chē)輛在車(chē)道內(nèi)的橫向位置作為計(jì)算警告發(fā)生與否的一個(gè)基礎(chǔ)。,基于車(chē)輛的系統(tǒng),基于道路基礎(chǔ)構(gòu)造的系統(tǒng),5、系統(tǒng)發(fā)出警示的判斷方法和計(jì)算方法？,基于道路基礎(chǔ)構(gòu)造的車(chē)道偏離預(yù)警系統(tǒng)用來(lái)

11、檢測(cè)車(chē)輛橫向位置，需要對(duì)現(xiàn)有道路進(jìn)行改造。,最典型的道路改造方式就是使用埋在道路下的鐵磁體標(biāo)記（通常為磁鐵或電線），這種方法對(duì)車(chē)輛橫向位置的估計(jì)精度能達(dá)到幾個(gè)厘米，但這種方法最大的缺陷是道路改造耗資巨大。,RRS,TLC,5、系統(tǒng)發(fā)出警示的判斷方法和計(jì)算方法？,基于車(chē)輛的系統(tǒng),該類(lèi)系統(tǒng)主要是利用機(jī)器視覺(jué)或紅外傳感器檢測(cè)車(chē)道標(biāo)識(shí)的位置，按照傳感器的安裝方式可分為俯視系統(tǒng)和前視系統(tǒng)。,基于車(chē)輛的俯視系統(tǒng)其優(yōu)勢(shì)就是在結(jié)構(gòu)化道路上效率高并簡(jiǎn)單易行，并有可能取得更高的定位精度。其不利的因素是只能在結(jié)構(gòu)化道路上使用。,系統(tǒng)的預(yù)警算法：,5、系統(tǒng)發(fā)出警示的判斷方法和計(jì)算方法？,系統(tǒng)的預(yù)警算法：,車(chē)輛位置參數(shù)

12、滿足上式并且0時(shí)，為車(chē)道偏離預(yù)警時(shí)刻，方向偏向左。,5、系統(tǒng)發(fā)出警示的判斷方法和計(jì)算方法？,車(chē)輛位置參數(shù)滿足上式并且0時(shí)，為車(chē)道偏離預(yù)警時(shí)刻，方向偏向右。,截至2011年6月底，全國(guó)機(jī)動(dòng)車(chē)總保有量達(dá)2.17億輛。其中，汽車(chē)9846萬(wàn)輛，摩托車(chē)1.02億輛。截至6月底，全國(guó)私家車(chē)保有量達(dá)7206萬(wàn)輛，占汽車(chē)保有量的73.2%，比2010年底上升1.21個(gè)百分點(diǎn)。,四、車(chē)道偏離預(yù)警系統(tǒng)的發(fā)展和拓展,四、車(chē)道偏離預(yù)警系統(tǒng)的發(fā)展和拓展,1、由輔助提醒逐漸加入主動(dòng)轉(zhuǎn)向,2、車(chē)道預(yù)警系統(tǒng)的硬件利用將不斷擴(kuò)展,四、車(chē)道偏離預(yù)警系統(tǒng)的發(fā)展和拓展,大眾變道輔助系統(tǒng)（Lane Assist），即車(chē)道偏離預(yù)警系統(tǒng)，最早在2008年便開(kāi)始應(yīng)用于Passat和Passat CC(對(duì)應(yīng)國(guó)內(nèi)的一汽大眾CC)車(chē)型，目前在大眾旗下很多車(chē)型都有配置這種系統(tǒng)，如新輝騰、奧迪A4、A5、A6、A8、Q7等等，,1、由輔助提醒逐漸加入主動(dòng)轉(zhuǎn)向,四、車(chē)道偏離預(yù)警系統(tǒng)的發(fā)展和拓展,駕駛者可以通過(guò)適當(dāng)增加控制力，