國內外車(chē)道偏離預警系統發(fā)展概述

安全輔助駕駛(SafetyDrivingAssist，簡(jiǎn)稱(chēng)SDA)是當前國際智能交通系統研究的重要內容，它主要解決交通安全的問(wèn)題，對于困擾運輸領(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?；诖?，世界上很多國家都在加強車(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)道偏離預警，前方障礙物探測，以及駕駛員狀態(tài)監測等方面。近20年來(lái)，車(chē)道偏離預警系統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，很多國家都投入大量的人力、物力和財力進(jìn)行系統研發(fā)。

車(chē)道偏離預警系統研究背景

根據(美國)聯(lián)邦公路局的估計，美國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)輛側翻事故的主要原因。 AssitWare網(wǎng)站的分析結果認為：23%的汽車(chē)駕駛員一個(gè)月內至少在轉向盤(pán)上睡著(zhù)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)月內有在轉向盤(pán)上睡著(zhù)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(美國)國家公路交通安全管理局的定義，車(chē)道偏離預警系統是指一種通過(guò)報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。一個(gè)車(chē)道偏離預警系統不會(huì )試圖控制車(chē)輛以防止可能發(fā)生的碰撞事故。美國國家公路交通安全管理局開(kāi)展的“采用智能車(chē)輛道路系統對策的道路偏離避撞警告項目”研究將車(chē)輛偏離預警系統分為“縱向”和“橫向”車(chē)道偏離警告兩個(gè)主要功能?？v向車(chē)道偏離警告系統主要用于預防那種由于車(chē)速太快或方向失控引起的車(chē)道偏離碰撞，橫向車(chē)道偏離警告系統主要用于預防由于駕駛員注意力不集中以及駕駛員放棄轉向操作而引起的車(chē)道偏離碰撞。

車(chē)道偏離預警系統已經(jīng)商業(yè)化使用的產(chǎn)品都是基于視覺(jué)的系統，根據攝像頭安裝位置不同，可以將系統分為：

側視系統——攝像頭安裝在車(chē)輛側面，斜指向車(chē)道;

前視系統——攝像頭安裝在車(chē)輛前部，斜指向前方的車(chē)道。

無(wú)論是側視系統還是前視系統，都由道路和車(chē)輛狀態(tài)感知、車(chē)道偏離評價(jià)算法和信號顯示界面三個(gè)基本模塊組成。系統首先通過(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，然后由車(chē)道偏離評價(jià)算法對車(chē)道偏離的可能性進(jìn)行評價(jià)，必要的時(shí)候通過(guò)信號顯示界面向駕駛員報警。

國外車(chē)道偏離預警系統

1.AURORA系統

該系統由美國卡內基梅隆大學(xué)機器人學(xué)院子1997年開(kāi)發(fā)成功。該系統由帶廣角鏡頭的彩色攝像機、數字轉換器和一個(gè)便攜SunSparc工作站等組成。該系統通過(guò)安裝在車(chē)輛一側的視野大約為1.5m-1.6m區域的俯視彩色攝像機檢測車(chē)輛旁邊的車(chē)道標識，通過(guò)數字轉換器采集攝像機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

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

該系統工作原理是通過(guò)實(shí)時(shí)監測本車(chē)在當前車(chē)道中的位置，計算本車(chē)到車(chē)道標識線(xiàn)距離，然后與設定的報警距離相比較，判斷是否進(jìn)行預警。當檢測到將要發(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

該系統由總部設在荷蘭的Mobileye公司研制。該系統利用安裝在前風(fēng)窗玻璃上的單個(gè)攝像機監測車(chē)道標識線(xiàn)，測量和監控本車(chē)與道路邊界的距離。該系統的車(chē)道偏離警告模塊通過(guò)檢測道路邊界，計算車(chē)輛相對于車(chē)道的位置和車(chē)輛的側向運動(dòng)，預測車(chē)輛將橫越車(chē)道標識的時(shí)間，當該時(shí)間低于設定值時(shí)，系統觸發(fā)視覺(jué)警告和聲音警告，以使駕駛員對不同的危險狀態(tài)做出適當的反應而減少意外事故的發(fā)生。該系統在有意識的車(chē)道偏離、制動(dòng)和沒(méi)有道路標識等情況下能對警告的產(chǎn)生進(jìn)行了抑制。

4.DSS系統(DriverSupportSystem)

該系統由日本三菱汽車(chē)公司于1998年提出，并于1999年秋季應用于模型車(chē)上。該系統由一個(gè)安裝在汽車(chē)后視鏡內的小型CCD攝像機、一些檢測車(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。該系統利用由CCD攝像機獲得的車(chē)輛前方的車(chē)道標識線(xiàn)、其他傳感器獲得的車(chē)輛狀態(tài)數據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，系統將利用視覺(jué)警告信息、聽(tīng)覺(jué)警告信息以及振動(dòng)轉向盤(pán)來(lái)提醒駕駛員小心駕駛車(chē)輛。

國內車(chē)道偏離預警系統

1.JLUVA-1系統

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

系統利用安裝在汽車(chē)后視鏡位置處的CCD攝像機采集汽車(chē)前方的道路圖像，通過(guò)圖像處理獲得汽車(chē)在當前車(chē)道中位置參數，當一旦檢測到汽車(chē)距離自身車(chē)道白線(xiàn)過(guò)近有可能偏入鄰近車(chē)道而且司機并沒(méi)有打轉向燈時(shí)，該系統就會(huì )發(fā)出警告信息提醒司機注意糾正這種無(wú)意識的車(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)道偏離報警系統

該系統由東南大學(xué)開(kāi)發(fā)，是基于單目視覺(jué)的前視系統，由模/數轉化及解碼電路模塊、緩沖電路模塊、媒體處理器DSP電路模塊、編碼及數/模轉換電路模塊等模塊組成。該系統通過(guò)車(chē)載攝像頭采集被跟蹤車(chē)道線(xiàn)的模擬視頻信號，經(jīng)解碼生成數字信號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數字視頻信號進(jìn)行車(chē)道特征值的提取，最后將處理后的視頻信號送編碼及數/模轉換電路輸出顯示。

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