多傳感器信息融合技術(shù)在智能駕駛系統中的應用

　　摘 要: 介紹了當今國際上流行的幾種智能駕駛系統，并分析了采用單一傳感器的駕駛系統中存在的問(wèn)題，給出了信息融合技術(shù)的原理和結構。討論了多傳感器信息融合技術(shù)在智能駕駛系統(ITS)中的應用算法及其有待進(jìn)一步解決的問(wèn)題。

　　關(guān)鍵詞: 貝葉斯估計 信息融合 障礙探測 智能駕駛

　　隨著(zhù)傳感器技術(shù)、信息處理技術(shù)、測量技術(shù)與計算機技術(shù)的發(fā)展，智能駕駛系統(輔助駕駛系統―無(wú)人駕駛系統)也得到了飛速的發(fā)展。消費者越來(lái)越注重駕駛的安全性與舒適性，這就要求傳感器能識別在同一車(chē)道上前方行駛的汽車(chē)，并能在有障礙時(shí)提醒駕駛員或者自動(dòng)改變汽車(chē)狀態(tài)，以避免事故的發(fā)生。國際上各大汽車(chē)公司也都致力于這方面的研究，并開(kāi)發(fā)了一系列安全駕駛系統，如碰撞報警系統(CW)、偏向報警系統(LDW)和智能巡游系統(ICC)等。國內在這些方面也有一定的研究，但與國外相比仍存在較大的差距。本文將主要討論多傳感器信息融合技術(shù)在智能駕駛系統(ITS)中的應用。

1 ICC/CW和LDW系統中存在的問(wèn)題

1.1 ICC/CW系統中的誤識別問(wèn)題

　　ICC/CW系統中經(jīng)常使用單一波束傳感器。這類(lèi)傳感器利用非常狹窄的波束寬度測定前方的車(chē)輛，對于彎曲道路(見(jiàn)圖1(a))，前方車(chē)輛很容易駛出傳感器的測量范圍，這將引起智能巡游系統誤加速。如果前方車(chē)輛減速或在拐彎處另一輛汽車(chē)駛入本車(chē)道，碰撞報警系統將不能在安全停車(chē)范圍內給出響應而容易產(chǎn)生碰撞。類(lèi)似地，當彎曲度延伸時(shí)(見(jiàn)圖1(b))，雷達系統易把鄰近道路的車(chē)輛或路邊的防護欄誤認為是障礙而給出報警。當道路不平坦時(shí)，雷達傳感器前方的道路是斜向上，小丘或土堆也可能被誤認為是障礙，這些都降低了系統的穩定性?，F在有一些濾波算法可以處理這些問(wèn)題[6]并取得了一定效果，但不能徹底解決。

1.2 LDW系統中存在的場(chǎng)景識別問(wèn)題

　　LDW系統中同樣存在公共駕駛區場(chǎng)景識別問(wèn)題。LDW系統依賴(lài)于一側的攝像機(經(jīng)常僅能測道路上相鄰車(chē)輛的位置)，很難區分彎曲的道路和做到多樣的個(gè)人駕駛模式。LDW系統利用一個(gè)前向攝像機探測車(chē)輛前方道路的地理狀況，這對于遠距離測量存在著(zhù)精確性的問(wèn)題，所有這些都影響了TLC(Time-to-Line-Crossing)測量的準確性?，F常用死區識別和駕駛信息修訂法進(jìn)行處理，但并不能給出任何先驗知識去識別故障。

2 多傳感器信息融合技術(shù)在ITS系統中的應用

　　針對以上系統存在的一些問(wèn)題，研究者們紛紛引入了多傳感器信息融合技術(shù)，并提出了不同的融合算法?；谝曈X(jué)系統的傳感器可以提供大量的場(chǎng)景信息，其它傳感器(如雷達或激光等)可以測定距離、范圍等信息，對兩方面的信息融合處理后能夠給出更可靠的識別信息。融合技術(shù)可以采用 Beaurais 等人于1999年提出的CLARK算法(Combined Likelihood Adding Radar)[3]和Institude Neuroinformatik提出的ICDA(Integrative Coupling of Different Algorithms)[4]算法等方法實(shí)現。

2.1 傳感器的選擇

　　識別障礙的首要問(wèn)題是傳感器的選擇，下面對幾種傳感器的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行說(shuō)明(見(jiàn)表1)。探測障礙的最簡(jiǎn)單的方法是使用超聲波傳感器，它是利用向目標發(fā)射超聲波脈沖，計算其往返時(shí)間來(lái)判定距離的。該方法被廣泛應用于移動(dòng)機器人的研究上。其優(yōu)點(diǎn)是價(jià)格便宜，易于使用，且在10m以?xún)饶芙o出精確的測量。不過(guò)在ITS系統中除了上文提到的場(chǎng)景限制外，還有以下問(wèn)題。首先因其只能在10m以?xún)扔行褂?，所以并不適合ITS系統。另外超聲波傳感器的工作原理基于聲速，即使可以使之測達100m遠，但其更新頻率為2Hz，而且還有可能在傳輸中受到其它信號的干擾，所以在CW/ICC系統中使用是不實(shí)際的。

　　視覺(jué)傳感器在CW系統中使用得非常廣泛。其優(yōu)點(diǎn)是尺寸小，價(jià)格合理，在一定的寬度和視覺(jué)域內可以測定多個(gè)目標，并且可以利用測量的圖像根據外形和大小對目標進(jìn)行分類(lèi)。但是算法復雜，處理速度慢。

　　雷達傳感器在軍事和航空領(lǐng)域已經(jīng)使用了幾十年。主要優(yōu)點(diǎn)是可以魯棒地探測到障礙而不受天氣或燈光條件限制。近十年來(lái)隨著(zhù)尺寸及價(jià)格的降低，在汽車(chē)行業(yè)開(kāi)始被使用。但是仍存在性?xún)r(jià)比的問(wèn)題。