車道偏離預警系統的研究

孫德鑫

合肥工業大學 安徽省合肥市 230009

1 行車安全系統概念和車道偏離預警系統的出現

在研究領域證明，車道偏離系統可以有效的提高司機在駕駛的安全性。國外最早開始關于關于汽車安全的技術研究始于1980年，智能車系統的研究機構分屬各個大學和國家安全部門，比如附屬美國國防部下的高級研究計劃局DARPA，德國的聯邦大學等。20世紀90年代中后期，美國、日本、德國等發達國家在對車道偏離預警系統進行集中研究中，并聯合車企在資金人力物力上大規模的實驗，并在汽車上進行運用。

在車輛的俯視系統中最具代表性的就屬Aurora系統，他的原理是利用攝像機俯視拍攝來識別車道標志，并且該系統結構簡單、運行效率高、精度高的特點，但他的缺點也十分明顯，適用性不強，只適用于結構化的道路。日本三菱公司的DSS系統，它利用攝像頭獲取車道圖像信息，配合其汽車的他傳感器獲取車輛狀態數據和駕駛者的行為操作來判斷預警信息。以此方式來幫助駕駛員規避風險。這個系統最有特色之處是駕駛者可以靠視覺、聽覺以及震動轉向盤等多種方式輔助操作，并且不會擾亂正常駕駛。有著“永不疲倦的第三只眼”之稱的以色列公司Mobileye研制的AWS系統、能夠在遇到行車危險時在碰撞前2.7秒做出反應提醒駕駛者。

2 國內車道偏離預警系統運用及現狀

在國內的車道偏離系統的研究現狀，由于中國前期的經濟實力和基礎設施水平的局限，目前在該領域的研究跟發達國家有不小的差距，目前只在高校和研究所里有進行相關技術的研究工作，比較具有代表性的有吉林大學的JLUVA-1系統，它是基于單目視覺系統的車輛前視系統，能夠初步實現對車輛行駛道路的識別，車道標線提取和行車路徑的確定等，此外國內的系統還有東南大學的DSP的嵌入式車道偏離報警系統和清華大學THMR系列智能汽車中的車道偏離識別系統等。國內的系統發展在性能上有很大的提高，但在產品化開發中仍有大量的工作需要去完善，這些系統尚未研制成熟，也難以投入商業化使用。

國內的車道偏離預警系統運用主要是在汽車高速路段行駛的情況下，其前提是高速公路在車道標線標識比較規范，而高速公路上長時間高速度的行車駕駛使車輛在駕駛過程中出現疲勞駕駛從而使危險性增大。另外，高速公路在車輛事故的事故率一直較高，這種情況也顯示出我國當前需要研發一套適合自己的車道偏離系統的重要性。

3 車道偏離預警系統的具體實施方式

車道偏離預警系統如圖1所示。該系統在流程圖的實施過程中可以被分為五個部分：

圖1 流程圖

（1）當系統開啟，攝像頭會時刻對車輛正前方進行實時錄像，從視頻流中讀取車道的路況圖像信息。（2）隨后系統對采集到的車道線信息進行特征進行分析，對圖像預處理得到它的特征點后進行邊緣檢測，再根據特征點選擇適當的算法對曲線進行擬合，最終會得到完整的車道線。（3）系統在對目標圖像前期預處理之后就要開始對其進行車道標線識別。（4）在前期對目標圖像處理步驟，根據采集的圖像信息來完成車道偏離的判斷，有兩種方法：一類是根據道路場景來感知判斷車道是否偏離，二類是在車輛行駛過程中車得道線夾角的變化來進行判斷車道的偏離。然后系統會根據最終檢測出的車道線方程來得出車道直線與水平方向直線的夾角的度數，來判定車輛的車道內行駛是否正常。（5）最后，就是判斷出汽車是否在原有車道內行駛的情況，如果汽車超出偏離車道這時候系統就給駕駛者發出警告的信號。

4 車道偏離預警系統的相關技術

車道標線的識別技術在車道偏離預警系統中是較為重要的一項技術，同時關于的他的特征研究。原理是安在汽車的前置攝像頭通過一定的傾斜角度來拍攝路面，在采取的的路面信息中系統用拋物線模型來描述車道標線的幾何形狀。這時候系統也會通過檢測選取它認為有用的信息，這里也可以成為她感興趣的信息，這個信息就是除了路面信息系統會把汽車前車蓋，天空綠化帶之類的進行選取，這樣對非信息路面的減少可以提高準確率，同時減少處理數據量來提升系統處理的速度。

系統在應對不同的光照條件的影響，在光度強度較弱時攝像機產生的噪點下系統會有一個平滑處理的功能，對改善圖像中所出現的暗紋不清晰等問題，其原理是根據系統中設置的中值，在系統判斷接受圖像是否為噪聲的時候進行替換。另外，在車道線特征的檢測上，主要是根據路面顏色的所反映的不同顏色值來處理，在我國，車道線的顏色主要有白色和黃色為主，路面的顏色一般為深灰色和灰色之間，由于車道線的灰度值在大多數情況下都是高于路面的的，就是的車道偏離系統可以根據系統的灰度圖中劃出車道線。如圖2所示。

5 汽車智能安全技術的發展趨勢

如今隨著人工智能技術和互聯網的進一步發展，車道偏離預警系統逐漸成為人工汽車智能系統的一部分，安全變為變為汽車系統中的一個部分，智能汽車不單單在局限于對道路的判定，而是對整個汽車行車的駕駛環境、路面車輛信息和智能代價方向發展，汽車也變為更加舒適、安全、高效、便利的方向發展。

圖2 車道標線的識別與追蹤示意

其中最大的方向就是智能系統無人駕駛技術的研究已趨于成熟，可以預見的是，該技術的發展會將人們的雙手從汽車手中解放出來，大大提高人們工作的效率，國家最近在汽車戰略上也對無人駕駛技術的扶持，各種無人車的技術，包括去年劃分的雄安新區，也是為建造一座全新的現代生態城打下基礎，給無人駕駛技術試航，國內互聯網巨頭也紛紛進入該領域，可以預見的是，在未來不久，無人駕駛技術就會投入應用而行車安全問題也會得到解決。