基于磁导航的汽车智能报警预测系统及其方法

申请号 CN201710523665.4 申请日 2017-08-15 公开(公告)号 CN107380163A 公开(公告)日 2017-11-24
申请人 上海电气自动化设计研究所有限公司; 发明人 黄艋;
摘要 本 发明 基于磁导航的 汽车 智能报警预测系统及其方法,涉及磁导航智能识别技术领域。其由磁钉 导航系统 (1),综合 监控系统 (2),自动驾驶系统(3),通信系统(4)及主控制系统(5)以无线网络方式连接构成。其步骤:捕获图像信息;预处理;道路检测,自动调整无人驾驶汽车方向,保持无人驾驶汽车在车道的中间 位置 ;障碍物识别;通过 超 声波 测距,计算车辆与障碍物之间距离,若大于安全距离,继续捕获图像信息;若小于安全距离,计算本车速度、 加速 度,报警并自动调整车速,继续捕获图像信息。本发明准确进行道路检测,判断前进方向;对范围内障碍物进行识别;智能处理与分析障碍物,进行报警避让;对整个系统进行综合监控,实现安全行车调度。
权利要求

1.一种基于磁导航的汽车智能识别报警预测系统,其特征在于,由磁钉导航系统(1),综合监控系统(2),自动驾驶系统
(3),通信系统(4)及主控制系统(5)以无线网络方式连接构成。
2.如权利要求书1所述的基于磁导航的汽车智能识别报警预测系统,其特征在于,所述磁钉导航系统(1)在道路的前方和侧方,按照一定的排列方式、一定的间距埋设在行驶的路面上的磁钉组成。
3.如权利要求书1所述的基于磁导航的汽车智能识别报警预测系统,其特征在于,所述综合监控系统(2),由车联网通信系统,包括车辆和中央控制室之间无线通讯,控制室通过无线传输向车辆下达特殊指令,建立车网判断通信系统组成,为实时监控车辆的运行状态,从而监控车辆状态、对障碍物进行操作处理,最终实现相关系统之间的信息共享和协调互助,实现统一用户界面的传输网络。
4.如权利要求书1所述的基于磁导航的汽车智能识别报警预测系统,其特征在于,所述自动驾驶系统(3),由道路信息采集,障碍物识别,辅助定位组成。
5.如权利要求书1所述的基于磁导航的汽车智能识别报警预测系统,其特征在于,所述通信系统(4)由传输系统、专用有线调度、无线车辆调度、闭路电视监控、车站广播、时钟、光纤在线监测、UPS不间断电源系统组成。
6.如权利要求书1所述的基于磁导航的汽车智能识别报警预测系统,其特征在于,所述自动驾驶系统(3)还包括计算机连子系统、车辆自动防护子系统、车辆自动监控子系统、车辆自动运行子系统。
7.如权利要求书1所述的基于磁导航的汽车智能识别报警预测系统,其特征在于,所述主控制系统(5)由信息采集模、图像信息处理模块、控制模块和磁感应模块及红外传感器组成;
所述信息采集模块的环境感知系统,通过CCD相机采集到视频信号,经过视频解码芯片解码成数字信号然后送入中央处理器
中央处理器通过检测视频传感器的信号来适时地启动声波传感器、激光雷达,得到这些传感器的输出值;
视频传感器的摄像头,一方面用来对道路标志线识别和跟踪,并生成视觉道路标志线图,另一方面提供位置感知信息,弥补GPS微观上的缺陷,此外还对激光和雷达不能测到的障碍物进行弥补识别;
所述图像信息处理模块,中央处理器对采集到的视频信号进行分析和处理;通过分析得到的信息检测道路、识别障碍物;如果确定有障碍物,中央处理器读取超声波传感器、激光雷达的输出值,对这些传感器的输出值检测量化,得到距离等数值;
所述控制模块,中央处理器对传感器信号进行分析后,如果确定前方有障碍物,并且本车与障碍物之间的距离小于安全距离,则将这些信息送入控制模块,控制模块结合本车的速度、加速度、转向自动调整无人驾驶汽车的车速,并进行报警,从而实现自动避障;
所述磁感应模块,通过在地面下方埋入导线,并通以一定频率的交变电流,从而在导线周围产生一个同心圆磁场,与装在汽车上的感应线圈通过感应电磁信号的变化来调整车的运行方向;
所述红外传感器,为车辆测速、探测定位系统中,确保准确性,采用不受电磁干扰的漫反射,工作范围可调,且响应速度快,状态只有遮挡和不遮挡,不受行车速度影响,准确性比较高,而且安装方便、成本较低的用红外线为介质的测量系统。
8.如权利要求4所述的基于磁导航的汽车智能识别报警预测系统,其特征在于,所述的所述道路信息采集,包括位于车辆前方视觉传感器的俯视摄像头;
俯视摄像头一旁凸出来的部分道路前方80m范围内车辆和行人的“气息”的激光雷达测距仪;
车辆左右两侧安装的超声传感器;
安装在车辆底部感知地面磁性物体的磁传感器
通过无线传输向车辆内部分体计算机下达特殊命令,对行人和障碍物进行预警与避让的位于远处的中央控制室。
9.如权利要求4所述的基于磁导航的汽车智能识别报警预测系统,其特征在于,所述障碍物识别,以磁导航汽车为基础,对其在自动驾驶过程中遇到的障碍物进行信息识别与处理,通过安装在车辆前端的视频传感器采集的图像序列对视频动态图像信息进行目标提取,并通过激光雷达测距仪和超声波传感器判断障碍物的距离。
10.基于磁导航的汽车智能识别报警预测系统方法,其特征在于,包括步骤:
A捕获图像信息;
B预处理;
C道路检测,自动调整无人驾驶汽车方向,保持无人驾驶汽车在车道的中间位置;
D障碍物识别;
E通过超声波测距,计算车辆与障碍物之间距离,
若大于安全距离,继续捕获图像信息;
若小于安全距离,计算本车速度、加速度,报警并自动调整车速,继续捕获图像信息。

说明书全文

基于磁导航的汽车智能报警预测系统及其方法

技术领域

[0001] 本发明涉及磁导航智能识别技术领域,具体指一种能够提高操作的实效性、安全性和精确性的汽车障碍物智能识别的报警预测系统及其方法。

背景技术

[0002] 目前市场上使用防撞报警预测系统大部分是人工判断操作的,会因为人的反应速度、疲劳情况、环境复杂等因素产生操作失误,引发安全事故。而且磁钉导航系统会因路面情况造成磁感应模不准,对行车安全造成影响。近些年,尽管世界各大国都致于开发安全可靠的汽车障碍物识别与处理系统,但是真正能投入到市场的实用性装置还没有多少,而采用视觉的方法进行智能障碍物识别的装置更是少之又少。要想理想地降低交通事故率还是一个漫长的过程,大力研制汽车障碍物识别与处理系统等主动安全驾驶辅助装置,对解决交通安全、提高运输能力、降低恶性交通事故发生率、减少生命财产损失及提高社会经济效益来说具有极大的现实意义和广阔的应用前景。因此,研究对于中国自主的无人驾驶汽车障碍物识别与处理系统无论是在理论研究还是实际应用上都具有较大的价值。

发明内容

[0003] 本发明的目的在于克服现有技术存在的缺失和不足,提供一种提高操作实效性、精确性和安全性,尽量减少交通事故人员伤亡和节省相关巨额费用的建立道路前方和侧方的障碍物判断报警方法以及车网判断的通信系统、自动停车辅助定位系统。
[0004] 本发明基于磁导航的汽车智能识别报警预测系统,其特点在于,由磁钉导航系统,综合监控系统,自动驾驶系统,通信系统及主控制系统以无线网络方式连接构成。
[0005] 所述磁钉导航系统,在道路的前方和侧方,按照一定的排列方式、一定的间距埋设在行驶的路面上的磁钉组成。
[0006] 所述综合监控系统,由车联网通信系统,包括车辆和中央控制室之间无线通讯,控制室通过无线传输向车辆下达特殊指令,建立车网判断通信系统组成,为实时监控车辆的运行状态,从而监控车辆状态、对障碍物进行操作处理,最终实现相关系统之间的信息共享和协调互助,实现统一用户界面的传输网络。
[0007] 所述自动驾驶系统,由道路信息采集,障碍物识别,辅助定位组成。
[0008] 所述通信系统,由传输系统、专用有线调度、无线车辆调度、闭路电视监控、车站广播、时钟、光纤在线监测、UPS不间断电源系统组成。
[0009] 所述主控制系统,由信息采集模块、图像信息处理模块、控制模块和磁感应模块及红外传感器组成;
[0010] 所述信息采集模块的环境感知系统,通过CCD相机采集到视频信号,经过视频解码芯片解码成数字信号然后送入中央处理器
[0011] 中央处理器通过检测视频传感器的信号来适时地启动声波传感器、激光雷达,得到这些传感器的输出值;
[0012] 视频传感器的摄像头,一方面用来对道路标志线识别和跟踪,并生成视觉道路标志线图,另一方面提供位置感知信息,弥补GPS微观上的缺陷,此外还对激光和雷达不能测到的障碍物进行弥补识别;
[0013] 所述图像信息处理模块,中央处理器对采集到的视频信号进行分析和处理;通过分析得到的信息检测道路、识别障碍物;如果确定有障碍物,中央处理器读取超声波传感器、激光雷达的输出值,对这些传感器的输出值检测量化,得到距离等数值;
[0014] 所述控制模块,中央处理器对传感器信号进行分析后,如果确定前方有障碍物,并且本车与障碍物之间的距离小于安全距离,则将这些信息送入控制模块,控制模块结合本车的速度、加速度、转向自动调整无人驾驶汽车的车速,并进行报警,从而实现自动避障;
[0015] 所述磁感应模块,通过在地面下方埋入导线,并通以一定频率的交变电流,从而在导线周围产生一个同心圆磁场,与装在汽车上的感应线圈通过感应电磁信号的变化来调整车的运行方向;
[0016] 所述红外传感器,为车辆测速、探测定位系统中,确保准确性,采用不受电磁干扰的漫反射,工作范围可调,且响应速度快,状态只有遮挡和不遮挡,不受行车速度影响,准确性比较高,而且安装方便、成本较低的用红外线为介质的测量系统。
[0017] 本发明基于磁导航的汽车智能识别报警预测系统方法,包括步骤::
[0018] A捕获图像信息;
[0019] B预处理;
[0020] C道路检测,自动调整无人驾驶汽车方向,保持无人驾驶汽车在车道的中间位置;
[0021] D障碍物识别;
[0022] E通过超声波测距,计算车辆与障碍物之间距离,
[0023] 若大于安全距离,继续捕获图像信息;
[0024] 若小于安全距离,计算本车速度、加速度,报警并自动调整车速,继续捕获图像信息。
[0025] 如上所述,本发明基于磁钉导航系统:利用电磁感应原理,通过在地面下方埋入磁钉,在车体上安装磁传感器,把磁钉作为信号源,使用车载磁导航传感器来检测磁钉的信号,通过检测信号的处理来控制车辆的运行。
[0026] 通过综合监控系统:即建立车联网通信系统,并实时监控车辆的运行状态,最终实现相关系统之间的信息共享和协调互助,车辆和中央控制室之间无线通讯,控制室可以通过无线传输向车辆下达特殊指令,建立车网判断通信系统,实现统一用户界面,从而监控车辆状态、对障碍物进行操作处理。
[0027] 结合自动驾驶系统。在车辆中安装了分体式计算机、图像处理及识别设备、显示和报警装置,通过汇聚摄像头、激光雷达、超声传感器和磁传感器所得到的信息来进行前方和侧方的障碍物判断报警。具体的设备和技术有:(1)摄像头及图像处理技术:准确识别地面,获取图像序列,从而判断前进方向;(2)激光雷达测距设备和技术:感应前方80米范围的车辆和行人;(3)智能处理和分析设备:由分体式计算机、图像处理及识别设备、显示和报警装置组成,通过汇聚摄像头、激光雷达、超声波传感器和磁传感器所得到的信息来避开周围车辆和行人;(4)中央控制监控和调度处理技术:通过无线传输向车辆下达特殊指令。
[0028] 此外,因为磁感应模块对路面要求很高,不可避免的会发生故障,针对这一点,本发明采用了无线射频(RFID)技术和红外技术,配合闭路电视监控(CCTV)系统,可以克服以上提到的环境影响因素,对车辆进行准确定位和记录,使工作人员了解车辆位置、运行轨迹,为后续的车辆行车调度控制提供依据。附图说明
[0029] 图1为本发明基于磁导航的汽车智能识别报警预测系统框图
[0030] 图2为本发明实施例车联网通信系统示意图;
[0031] 图3为本发明实施例方法流程框图。

具体实施方式

[0032] 以下结合附图和实施例对本发明作进一步的描述
[0033] 一种基于磁导航的汽车智能识别报警预测系统,其特征在于,由磁钉导航系统1,综合监控系统2,自动驾驶系统3,通信系统4及主控制系统5以无线网络方式连接构成。
[0034] 所述磁钉导航系统1在道路的前方和侧方,按照一定的排列方式、一定的间距埋设在行驶的路面上的磁钉组成。
[0035] 所述综合监控系统2,由车联网通信系统,包括车辆和中央控制室之间无线通讯,控制室通过无线传输向车辆下达特殊指令,建立车网判断通信系统组成,为实时监控车辆的运行状态,从而监控车辆状态、对障碍物进行操作处理,最终实现相关系统之间的信息共享和协调互助,实现统一用户界面的传输网络。
[0036] 所述自动驾驶系统3,由道路信息采集,障碍物识别,辅助定位组成。
[0037] 所述通信系统4由传输系统、专用有线调度、无线车辆调度、闭路电视监控、车站广播、时钟、光纤在线监测、UPS不间断电源系统组成。
[0038] 其中,采用了DRF1602C1型ZigBee模块作为磁导航的无线通信单元,这是一款RS232转ZigBee无线数据透明传输的通信模块。ZigBee与蓝牙类似,是一种新兴的短距离无线技术。它基于IEEE802.15.4标准的低功耗个域网协议,具有距离短、复杂度低、自组织性强、功耗和数据传输速率低以及成本低等优点。主要适合用于远程控制和自动控制领域,应用范围广。研究中所采用的ZigBee模块主芯片采用了美国TI公司的最新一代的ZigBeeSOC芯片CC2530F256,内置256K的Flash,它的无线频率为2.4GHz,基于ZigBee2007/PRO无线协议,传输距离为400m,足够覆盖磁导航车辆的应用环境。该模块具有自动组网功能,当所有模块上电后即自动组网,而网络内的模块如掉电,则网络具有自动修复功能,利用该模块用户通过串口即可在任一节点间进行数据传播且数据传输透明,用户在使用时不需要考虑ZigBee协议,如同使用普通串口线一样即可使用该无线模块。
[0039] 所述自动驾驶系统3还包括计算机连子系统、车辆自动防护子系统、车辆自动监控子系统、车辆自动运行子系统。
[0040] 所述主控制系统5由信息采集模块、图像信息处理模块、控制模块和磁感应模块及红外传感器组成;
[0041] 所述信息采集模块的环境感知系统,通过CCD相机采集到视频信号,经过视频解码芯片解码成数字信号然后送入中央处理器;
[0042] 中央处理器通过检测视频传感器的信号来适时地启动超声波传感器、激光雷达,得到这些传感器的输出值;
[0043] 视频传感器的摄像头,一方面用来对道路标志线识别和跟踪,并生成视觉道路标志线图,另一方面提供位置感知信息,弥补GPS微观上的缺陷,此外还对激光和雷达不能测到的障碍物进行弥补识别;
[0044] 所述图像信息处理模块,中央处理器对采集到的视频信号进行
[0045] 分析和处理;通过分析得到的信息检测道路、识别障碍物;如果确定有障碍物,中央处理器读取超声波传感器、激光雷达的输出值,对这些传感器的输出值检测量化,得到距离等数值;
[0046] 所述控制模块,中央处理器对传感器信号进行分析后,如果确定前方有障碍物,并且本车与障碍物之间的距离小于安全距离,则将这些信息送入控制模块,控制模块结合本车的速度、加速度、转向角自动调整无人驾驶汽车的车速,并进行报警,从而实现自动避障;
[0047] 所述磁感应模块,通过在地面下方埋入导线,并通以一定频率的交变电流,从而在导线周围产生一个同心圆磁场,与装在汽车上的感应线圈通过感应电磁信号的变化来调整车的运行方向;
[0048] 所述红外传感器,为车辆测速、探测定位系统中,确保准确性,采用不受电磁干扰的漫反射,工作范围可调,且响应速度快,状态只有遮挡和不遮挡,不受行车速度影响,准确性比较高,而且安装方便、成本较低的用红外线为介质的测量系统。
[0049] 在本发明中利用无线射频(RFID)技术和红外技术,配合闭路电视监控(CCTV)系统,可以克服以上提到的环境影响因素,对车辆进行准确定位和记录,使工作人员了解车辆位置、运行轨迹,为后续的车辆行车调度控制提供依据。
[0050] RFID是英文Radio Frequency Identification的缩写,即无线射频识别技术。它是一种非接触式自动识别技术,通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据。当标签进入阅读器射频磁场时,标签被激发产生感应电流,将标签中储存的信息发射到阅读器中,阅读器通过解码系统识别标签,并将识别信息进一步传递到计算机信息处理系统进行分析处理和深入应用。
[0051] 所述的所述道路信息采集,包括位于车辆前方视觉传感器的俯视摄像头;
[0052] 俯视摄像头一旁凸出来的部分道路前方80m范围内车辆和行人的“气息”的激光雷达测距仪;
[0053] 车辆左右两侧安装的超声传感器;
[0054] 安装在车辆底部感知地面磁性物体的磁传感器;
[0055] 通过无线传输向车辆内部分体计算机下达特殊命令,对行人和障碍物进行预警与避让的位于远处的中央控制室。
[0056] 所述障碍物识别,以磁导航汽车为基础,对其在自动驾驶过程中遇到的障碍物进行信息识别与处理,通过安装在车辆前端的视频传感器采集的图像序列对视频动态图像信息进行目标提取,并通过激光雷达测距仪和超声波传感器判断障碍物的距离。
[0057] 基于磁导航的汽车智能识别报警预测系统方法(如附图3所示),其包括步骤:
[0058] A捕获图像信息;
[0059] B预处理;
[0060] C道路检测,自动调整无人驾驶汽车方向,保持无人驾驶汽车在车道的中间位置;
[0061] D障碍物识别;
[0062] E通过超声波测距,计算车辆与障碍物之间距离,
[0063] 若大于安全距离,继续捕获图像信息;
[0064] 若小于安全距离,计算本车速度、加速度,报警并自动调整车速,继续捕获图像信息。
[0065] 本发明关键技术就是对障碍物的识别,要做到动态的识别车行包络线内(车道内)一切障碍物,包括异常地形,坑、凹槽、物体、行人等。系统组成:CCD摄像头、图像处理及识别装置、激光雷达、超声波传感器、红外传感器、磁传感器、视频解码芯片、报警装置等。技术上通过CCD相机对道路信息进行采集,找出图像灰度级别,再统计原始图像灰度级别的像素,计算直方图序列,利用灰度变换函数计算灰度值,确定灰度变化关系,统计变换后的灰度图像,计算变换后的直方图序列。然后利用霍夫(Hough)变换、最小二乘法拟合等方法,提取车道信息、车道的包络线,对车辆前方路面区域重建,形成障碍物框,并对障碍物初步检测、定位。
[0066] 本发明达到了:能够准确地进行道路检测,获取图像序列,判断前进方向;对范围内的障碍物进行识别;智能处理与分析障碍物,从而进行报警并避让;对整个系统进行综合监控,实现安全的行车调度。
[0067] 综上所述,为了提高无人驾驶汽车对道路环境的适应能力,实现其自主在道路上快速而稳定的运动,必须选择合适的传感器。本发明以TMS320F2812DSP芯片为核心,通过检测基于视觉的传感器(CCD模拟摄像头)的信号来适时地启动车轮转速传感器、加速度传感器、超声波传感器等,对这些传感器输出值进行检测量化,得到距离、速度、加速度等值。通过合理的计算,把这些变量因素组合在一起,对各种数据进行修正补偿,得出比较精确的结果。最终将这些感知信息融合交由控制系统,对当前车辆的行驶行为进行调整和控制,从而达到无人驾驶的目的。
[0068] 障碍物车辆的检测方法主要借助于主动传感器如基于雷达的、基于激光的、基于磁导航的、基于视频的传感器。
[0069] 基于雷达的传感器向空中发射特定波长微波,车辆经过时反射微波到雷达接收装置,实现车辆检测,其能检测至少150m远的目标。它的最大的优点就是在检测障碍物时对环境的变化有很强的鲁棒性,不受雨雾霾等天气因素的影响和杂音、污染等环境因素的影响,能够提高系统的可靠性。但目前的毫米波雷达系统都比较庞大而且过于昂贵而未能投入广泛使用。
[0070] 基于激光的传感器通过高频率发射和接收电磁波,检测车辆,其价格相对雷达便宜,但在雨雪等恶劣天气下不能很好的工作。
[0071] 磁导航是目前比较成熟可靠的方案,其最大的优点是不受天气等自然条件影响,即使沙或者大雪埋没路面也一样有效。另外,通过变换磁极朝向进行编码,可以向车辆传输道路特性信息,诸如位置、方向、曲率半径、下一个道路出口位置等等。但是磁导航方法需要在道路上提前埋入一定的导航设备(如磁钉或者电线)。
[0072] 基于视觉传感器的无人驾驶汽车障碍物信息识别与处理系统有其无可比拟的优势,它不用与道路和别的车辆进行交流,就可以获得比较完整的路况和车辆信息,而且成本低对环境又不会造成污染。基于视觉的障碍物检测技术是利用安装于车辆上的视频传感器(摄像机),实时获取交通场景信息,利用模式识别技术、图像处理技术等来实现车辆检测。基于视频传感器相比于其他传感器有如下优点:a.设备易于安装和调试,方便移植;b.能够提供大量信息。一半的传感器受到技术方面和检测范围的限制,不能检测多种交通参数,而视频检测则可以利用摄像机拍摄范围广的特点,能够获取较多的交通参数;c.基于视觉的检测技术还能够区分具体的目标,如行人、自行车、障碍物等;d.可以重现历史场景,摄像机获取的图像可以被后台记录存储起来,可以随时调用视频数据。正是由于视频传感器的不可比拟的优越性,因此适用于本发明的应用,在智能交通系统中也得到了广泛的应用。
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