車道偏離預(yù)警系統(tǒng)的研究背景及國內(nèi)外發(fā)展分析

安全輔助駕駛（SafetyDrivingAssist，簡稱SDA）是當(dāng)前國際智能交通系統(tǒng)研究的重要內(nèi)容，它主要解決交通安全的問題，對于困擾運輸領(lǐng)域的交通堵塞及環(huán)境污染兩個問題也有緩解作用?；诖?，世界上很多國家都在加強車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道偏離預(yù)警，前方障礙物探測，以及駕駛員狀態(tài)監(jiān)測等方面。近20年來，車道偏離預(yù)警系統(tǒng)作為安全輔助駕駛研究領(lǐng)域的一個組成部分，已經(jīng)受到越來越多的關(guān)注，很多國家都投入大量的人力、物力和財力進行系統(tǒng)研發(fā)。

車道偏離預(yù)警系統(tǒng)研究背景

根據(jù)（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%是跟車道偏離有關(guān)的，同時車道偏離也被看成車輛側(cè)翻事故的主要原因。 AssitWare網(wǎng)站的分析結(jié)果認為：23%的汽車駕駛員一個月內(nèi)至少在轉(zhuǎn)向盤上睡著一次；66%的卡車駕駛員自己在駕駛過程中打瞌睡；28%的卡車駕駛員在一個月內(nèi)有在轉(zhuǎn)向盤上睡著的經(jīng)歷。四個駕駛員中就有一個駕駛員經(jīng)歷過車道偏離引起的傷亡事故。

根據(jù)（美國）國家公路交通安全管理局的定義，車道偏離預(yù)警系統(tǒng)是指一種通過報警的方式輔助駕駛員避免或者減少車道偏離事故的系統(tǒng)。一個車道偏離預(yù)警系統(tǒng)不會試圖控制車輛以防止可能發(fā)生的碰撞事故。美國國家公路交通安全管理局開展的“采用智能車輛道路系統(tǒng)對策的道路偏離避撞警告項目”研究將車輛偏離預(yù)警系統(tǒng)分為“縱向”和“橫向”車道偏離警告兩個主要功能。縱向車道偏離警告系統(tǒng)主要用于預(yù)防那種由于車速太快或方向失控引起的車道偏離碰撞，橫向車道偏離警告系統(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)向操作而引起的車道偏離碰撞。

車道偏離預(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)——攝像頭安裝在車輛側(cè)面，斜指向車道；

前視系統(tǒng)——攝像頭安裝在車輛前部，斜指向前方的車道。

無論是側(cè)視系統(tǒng)還是前視系統(tǒng)，都由道路和車輛狀態(tài)感知、車道偏離評價算法和信號顯示界面三個基本模塊組成。系統(tǒng)首先通過狀態(tài)感知模塊感知道路幾何特征和車輛的動態(tài)參數(shù)，然后由車道偏離評價算法對車道偏離的可能性進行評價，必要的時候通過信號顯示界面向駕駛員報警。

國外車道偏離預(yù)警系統(tǒng)

1.AURORA系統(tǒng)

該系統(tǒng)由美國卡內(nèi)基梅隆大學(xué)機器人學(xué)院子1997年開發(fā)成功。該系統(tǒng)由帶廣角鏡頭的彩色攝像機、數(shù)字轉(zhuǎn)換器和一個便攜SunSparc工作站等組成。該系統(tǒng)通過安裝在車輛一側(cè)的視野大約為1.5m-1.6m區(qū)域的俯視彩色攝像機檢測車輛旁邊的車道標識，通過數(shù)字轉(zhuǎn)換器采集攝像機的視頻輸出并在一個便攜 SunSparc工作站上進行處理，處理速度為60Hz。

2.AutoVue系統(tǒng)

該系統(tǒng)由前DaimlerChrysler公司和美國的Iteris公司聯(lián)合開發(fā)。該系統(tǒng)主要由一個安裝在汽車內(nèi)風(fēng)窗玻璃后部的攝像機、兩個立體音箱、一個小顯示設(shè)備和控制單元等組成。

該系統(tǒng)工作原理是通過實時監(jiān)測本車在當(dāng)前車道中的位置，計算本車到車道標識線距離，然后與設(shè)定的報警距離相比較，判斷是否進行預(yù)警。當(dāng)檢測到將要發(fā)生車道偏離時，它將發(fā)出一種類似于車輛在隆聲帶上行駛時發(fā)出的隆隆作響的聲音來提醒駕駛員修正車輛位置。目前，AutoVue系統(tǒng)已經(jīng)在歐洲的多種貨車上作為一個選件進行了裝備。

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)窗玻璃上的單個攝像機監(jiān)測車道標識線，測量和監(jiān)控本車與道路邊界的距離。該系統(tǒng)的車道偏離警告模塊通過檢測道路邊界，計算車輛相對于車道的位置和車輛的側(cè)向運動，預(yù)測車輛將橫越車道標識的時間，當(dāng)該時間低于設(shè)定值時，系統(tǒng)觸發(fā)視覺警告和聲音警告，以使駕駛員對不同的危險狀態(tài)做出適當(dāng)?shù)姆磻?yīng)而減少意外事故的發(fā)生。該系統(tǒng)在有意識的車道偏離、制動和沒有道路標識等情況下能對警告的產(chǎn)生進行了抑制。

4.DSS系統(tǒng)（DriverSupportSystem）

該系統(tǒng)由日本三菱汽車公司于1998年提出，并于1999年秋季應(yīng)用于模型車上。該系統(tǒng)由一個安裝在汽車后視鏡內(nèi)的小型CCD攝像機、一些檢測車輛狀態(tài)和駕駛員操作行為的傳感器以及視覺和聽覺警告裝置組成。該系統(tǒng)利用由CCD攝像機獲得的車輛前方的車道標識線、其他傳感器獲得的車輛狀態(tài)數(shù)據(jù)和駕駛員的操作行為等信息，判斷車輛是否已經(jīng)開始偏離其車道。如有必要，系統(tǒng)將利用視覺警告信息、聽覺警告信息以及振動轉(zhuǎn)向盤來提醒駕駛員小心駕駛車輛。

國內(nèi)車道偏離預(yù)警系統(tǒng)

1.JLUVA-1系統(tǒng)

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

系統(tǒng)利用安裝在汽車后視鏡位置處的CCD攝像機采集汽車前方的道路圖像，通過圖像處理獲得汽車在當(dāng)前車道中位置參數(shù)，當(dāng)一旦檢測到汽車距離自身車道白線過近有可能偏入鄰近車道而且司機并沒有打轉(zhuǎn)向燈時，該系統(tǒng)就會發(fā)出警告信息提醒司機注意糾正這種無意識的車道偏離，從而盡可能地減少車道偏離事故的發(fā)生。

2.基于DSP技術(shù)的嵌入式車道偏離報警系統(tǒng)

該系統(tǒng)由東南大學(xué)開發(fā)，是基于單目視覺的前視系統(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)通過車載攝像頭采集被跟蹤車道線的模擬視頻信號，經(jīng)解碼生成數(shù)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(shù)字視頻信號進行車道特征值的提取，最后將處理后的視頻信號送編碼及數(shù)/模轉(zhuǎn)換電路輸出顯示。

車道偏離預(yù)警系統(tǒng)的研究主要集中在基于視覺的車道偏離預(yù)警系統(tǒng)上。但是，從現(xiàn)有的技術(shù)水平來看，影響基于視覺的車道偏離預(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，這是所有基于視覺系統(tǒng)目前面臨的一個主要難題。目前，研究各種魯棒性強、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道偏離評價算法是所有基于視覺的車道偏離預(yù)警系統(tǒng)的發(fā)展趨勢。

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