國(guó)內(nèi)外車(chē)道偏離預(yù)警系統(tǒng)發(fā)展概述

安全輔助駕駛(SafetyDrivingAssist，簡(jiǎn)稱(chēng)SDA)是當(dāng)前國(guó)際智能交通系統(tǒng)研究的重要內(nèi)容，它主要解決交通安全的問(wèn)題，對(duì)于困擾運(yùn)輸領(lǐng)域的交通堵塞及環(huán)境污染兩個(gè)問(wèn)題也有緩解作用。基于此，世界上很多國(guó)家都在加強(qiáng)車(chē)輛安全輔助駕駛技術(shù)領(lǐng)域的研究。關(guān)于安全輔助駕駛技術(shù)的研究主要集中在車(chē)道偏離預(yù)警，前方障礙物探測(cè)，以及駕駛員狀態(tài)監(jiān)測(cè)等方面。近20年來(lái)，車(chē)道偏離預(yù)警系統(tǒng)作為安全輔助駕駛研究領(lǐng)域的一個(gè)組成部分，已經(jīng)受到越來(lái)越多的關(guān)注，很多國(guó)家都投入大量的人力、物力和財(cái)力進(jìn)行系統(tǒng)研發(fā)。

車(chē)道偏離預(yù)警系統(tǒng)研究背景

根據(jù)(美國(guó))聯(lián)邦公路局的估計(jì)，美國(guó)2002年所有致命的交通事故中44%是跟車(chē)道偏離有關(guān)的，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。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。

根據(jù)(美國(guó))國(guó)家公路交通安全管理局的定義，車(chē)道偏離預(yù)警系統(tǒng)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。美國(guó)國(guó)家公路交通安全管理局開(kāi)展的“采用智能車(chē)輛道路系統(tǒng)對(duì)策的道路偏離避撞警告項(xiàng)目”研究將車(chē)輛偏離預(yù)警系統(tǒng)分為“縱向”和“橫向”車(chē)道偏離警告兩個(gè)主要功能?？v向車(chē)道偏離警告系統(tǒng)主要用于預(yù)防那種由于車(chē)速太快或方向失控引起的車(chē)道偏離碰撞，橫向車(chē)道偏離警告系統(tǒng)主要用于預(yù)防由于駕駛員注意力不集中以及駕駛員放棄轉(zhuǎn)向操作而引起的車(chē)道偏離碰撞。

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;

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。

無(wú)論是側(cè)視系統(tǒng)還是前視系統(tǒng)，都由道路和車(chē)輛狀態(tài)感知、車(chē)道偏離評(píng)價(jià)算法和信號(hào)顯示界面三個(gè)基本模塊組成。系統(tǒng)首先通過(guò)狀態(tài)感知模塊感知道路幾何特征和車(chē)輛的動(dòng)態(tài)參數(shù)，然后由車(chē)道偏離評(píng)價(jià)算法對(duì)車(chē)道偏離的可能性進(jìn)行評(píng)價(jià)，必要的時(shí)候通過(guò)信號(hào)顯示界面向駕駛員報(bào)警。

國(guó)外車(chē)道偏離預(yù)警系統(tǒng)

1.AURORA系統(tǒng)

該系統(tǒng)由美國(guó)卡內(nèi)基梅隆大學(xué)機(jī)器人學(xué)院子1997年開(kāi)發(fā)成功。該系統(tǒng)由帶廣角鏡頭的彩色攝像機(jī)、數(shù)字轉(zhuǎn)換器和一個(gè)便攜SunSparc工作站等組成。該系統(tǒng)通過(guò)安裝在車(chē)輛一側(cè)的視野大約為1.5m-1.6m區(qū)域的俯視彩色攝像機(jī)檢測(cè)車(chē)輛旁邊的車(chē)道標(biāo)識(shí)，通過(guò)數(shù)字轉(zhuǎn)換器采集攝像機(jī)的視頻輸出并在一個(gè)便攜 SunSparc工作站上進(jìn)行處理，處理速度為60Hz。

2.AutoVue系統(tǒng)

該系統(tǒng)由前DaimlerChrysler公司和美國(guó)的Iteris公司聯(lián)合開(kāi)發(fā)。該系統(tǒng)主要由一個(gè)安裝在汽車(chē)內(nèi)風(fēng)窗玻璃后部的攝像機(jī)、兩個(gè)立體音箱、一個(gè)小顯示設(shè)備和控制單元等組成。

該系統(tǒng)工作原理是通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)本車(chē)在當(dāng)前車(chē)道中的位置，計(jì)算本車(chē)到車(chē)道標(biāo)識(shí)線(xiàn)距離，然后與設(shè)定的報(bào)警距離相比較，判斷是否進(jìn)行預(yù)警。當(dāng)檢測(cè)到將要發(fā)生車(chē)道偏離時(shí)，它將發(fā)出一種類(lèi)似于車(chē)輛在隆聲帶上行駛時(shí)發(fā)出的隆隆作響的聲音來(lái)提醒駕駛員修正車(chē)輛位置。目前，AutoVue系統(tǒng)已經(jīng)在歐洲的多種貨車(chē)上作為一個(gè)選件進(jìn)行了裝備。

3.Mobileye_AWS系統(tǒng)

該系統(tǒng)由總部設(shè)在荷蘭的Mobileye公司研制。該系統(tǒng)利用安裝在前風(fēng)窗玻璃上的單個(gè)攝像機(jī)監(jiān)測(cè)車(chē)道標(biāo)識(shí)線(xiàn)，測(cè)量和監(jiān)控本車(chē)與道路邊界的距離。該系統(tǒng)的車(chē)道偏離警告模塊通過(guò)檢測(cè)道路邊界，計(jì)算車(chē)輛相對(duì)于車(chē)道的位置和車(chē)輛的側(cè)向運(yùn)動(dòng)，預(yù)測(cè)車(chē)輛將橫越車(chē)道標(biāo)識(shí)的時(shí)間，當(dāng)該時(shí)間低于設(shè)定值時(shí)，系統(tǒng)觸發(fā)視覺(jué)警告和聲音警告，以使駕駛員對(duì)不同的危險(xiǎn)狀態(tài)做出適當(dāng)?shù)姆磻?yīng)而減少意外事故的發(fā)生。該系統(tǒng)在有意識(shí)的車(chē)道偏離、制動(dòng)和沒(méi)有道路標(biāo)識(shí)等情況下能對(duì)警告的產(chǎn)生進(jìn)行了抑制。

4.DSS系統(tǒng)(DriverSupportSystem)

該系統(tǒng)由日本三菱汽車(chē)公司于1998年提出，并于1999年秋季應(yīng)用于模型車(chē)上。該系統(tǒng)由一個(gè)安裝在汽車(chē)后視鏡內(nèi)的小型CCD攝像機(jī)、一些檢測(cè)車(chē)輛狀態(tài)和駕駛員操作行為的傳感器以及視覺(jué)和聽(tīng)覺(jué)警告裝置組成。該系統(tǒng)利用由CCD攝像機(jī)獲得的車(chē)輛前方的車(chē)道標(biāo)識(shí)線(xiàn)、其他傳感器獲得的車(chē)輛狀態(tài)數(shù)據(jù)和駕駛員的操作行為等信息，判斷車(chē)輛是否已經(jīng)開(kāi)始偏離其車(chē)道。如有必要，系統(tǒng)將利用視覺(jué)警告信息、聽(tīng)覺(jué)警告信息以及振動(dòng)轉(zhuǎn)向盤(pán)來(lái)提醒駕駛員小心駕駛車(chē)輛。

國(guó)內(nèi)車(chē)道偏離預(yù)警系統(tǒng)

1.JLUVA-1系統(tǒng)

該系統(tǒng)由吉林大學(xué)智能車(chē)輛課題組開(kāi)發(fā)。該系統(tǒng)是基于單目視覺(jué)的前視系統(tǒng)，主要由車(chē)載電源、嵌入式微機(jī)、顯示設(shè)備、黑白CCD攝像機(jī)、數(shù)據(jù)線(xiàn)、音箱以及圖像采集卡等組成。

系統(tǒng)利用安裝在汽車(chē)后視鏡位置處的CCD攝像機(jī)采集汽車(chē)前方的道路圖像，通過(guò)圖像處理獲得汽車(chē)在當(dāng)前車(chē)道中位置參數(shù)，當(dāng)一旦檢測(cè)到汽車(chē)距離自身車(chē)道白線(xiàn)過(guò)近有可能偏入鄰近車(chē)道而且司機(jī)并沒(méi)有打轉(zhuǎn)向燈時(shí)，該系統(tǒng)就會(huì)發(fā)出警告信息提醒司機(jī)注意糾正這種無(wú)意識(shí)的車(chē)道偏離，從而盡可能地減少車(chē)道偏離事故的發(fā)生。

2.基于DSP技術(shù)的嵌入式車(chē)道偏離報(bào)警系統(tǒng)

該系統(tǒng)由東南大學(xué)開(kāi)發(fā)，是基于單目視覺(jué)的前視系統(tǒng)，由模/數(shù)轉(zhuǎn)化及解碼電路模塊、緩沖電路模塊、媒體處理器DSP電路模塊、編碼及數(shù)/模轉(zhuǎn)換電路模塊等模塊組成。該系統(tǒng)通過(guò)車(chē)載攝像頭采集被跟蹤車(chē)道線(xiàn)的模擬視頻信號(hào)，經(jīng)解碼生成數(shù)字信號(hào)碼流緩沖后送到高速媒體處理器DSP的視頻接口，然后再由視頻處理模塊對(duì)數(shù)字視頻信號(hào)進(jìn)行車(chē)道特征值的提取，最后將處理后的視頻信號(hào)送編碼及數(shù)/模轉(zhuǎn)換電路輸出顯示。

車(chē)道偏離預(yù)警系統(tǒng)的研究主要集中在基于視覺(jué)的車(chē)道偏離預(yù)警系統(tǒng)上。但是，從現(xiàn)有的技術(shù)水平來(lái)看，影響基于視覺(jué)的車(chē)道偏離預(yù)警系統(tǒng)可靠性的最主要因素是系統(tǒng)應(yīng)用的天氣條件以及光照變化的影響，這是所有基于視覺(jué)系統(tǒng)目前面臨的一個(gè)主要難題。目前，研究各種魯棒性強(qiáng)、能適應(yīng)各種天氣條件、克服光照變化以及陰影條件的影響的車(chē)道偏離評(píng)價(jià)算法是所有基于視覺(jué)的車(chē)道偏離預(yù)警系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)。