一種車輛駐車開門事故預警系統設計及實現*

張立，李博

一種車輛駐車開門事故預警系統設計及實現*

張立1，李博2

（1.浙江經貿職業技術學院應用工程系，浙江 杭州 310018； 2.杭州微光電子股份有限公司，浙江 杭州 310018）

為了減少家用轎車駐車期間開門引起的交通事故概率，文章設計一款車門防撞預警系統。該系統首先通過陀螺儀確定汽車處于駐車狀態，然后利用多普勒雷達對車輛附近的移動目標進行監測，一旦發現移動目標進入設定的閥值距離，開啟攝像頭獲取移動目標的具體信息，該信息一方面被傳輸到車輛顯示屏提醒車主決策，另一方面與雷達信號進行冗余處理，以及時鎖止車門。通過對眾泰汽車某型號車輛的標定和實測分析，該系統能夠有效識別車輛周邊的移動目標，在車主的決策支持下，該系統能夠有效解決車輛駐車期間的開門事故問題，具有一定的應用前景。

駐車；開門事故；預警；視頻圖像；雷達

引言

汽車駐車開門交通事故作為近年來新產生的交通事故類型之一，由于其高發性和復雜性，該類事故給市民造成了嚴重的人身傷害和極大的出行困擾。據交警部門統計，2019年國慶節期間7天杭州市就發生了98起汽車停車開門事故。因此，當汽車處于駐車狀態時，如果存在一種汽車輔助安全駕駛裝置可以實時監控并自動識別周圍環境，在車上人員準備開門下車前，系統能夠根據相對距離進行判斷，發現可能會發生危險情形時，立即提醒車上乘員，同時以一定方式提醒后方兩輪車輛或行人，無疑可以彌補車上人員的視覺不足，更可以大大減少停車開門事故，有力地保護道路環境中的行人、兩輪車駕駛人等弱勢群體，降低其人身傷亡和財產損失。文獻提出了一種基于環視圖像的車輛開門碰撞預警方法，可以有效實現對汽車開門時人視線盲區內存在的威脅的預警，辨識率約99.3%，誤檢率低于1%[1]。文獻采用多普勒雷達實現移動目標探測和測速，并利用目標識別技術實現開門預警，測試結果表明，該系統在報警區域內的預警率可達到97%左右[2]。文獻采用連續波毫米波雷達實時檢測接近車輛后方報警區域的運動目標，并利用目標識別技術實現開門預警，測試結果表明，該系統的平均預警率可以達到95.5%左右[3]。上述文獻利用了目前的主流技術來實現開門預警，但卻忽略了車主的主動視覺判斷因素。本研究采用將雷達監測與視頻圖像檢測相結合的方式來鎖定移動目標，然后依靠車主的主動視覺來最終判斷能否開門。經過試驗測試結果表明，該系統有效解決車輛駐車期間的開門事故問題。

1 系統框架

該預警系統組成框架如圖1所示。它主要包括多普勒雷達測速模塊、陀螺儀傳感器、圖像視頻識別模塊、STM32系列單片機系統、報警和語音提醒顯示以及門禁鎖止系統等。系統的工作原理是：單片機系統正常工作的狀態下，首先由陀螺儀傳感器檢測車輛是否處于駐車狀態，在駐車狀態下，多普勒雷達測速模塊開啟，不斷檢測車輛附近的移動目標。一旦發現移動目標靠近，圖像視頻識別模塊立刻對移動目標進行識別，一方面將識別信息傳送到車主顯示屏供車主確定決策，另一方面將識別信息傳送給單片機系統，單片機系統綜合雷達信息和識別信息作出是否進行門禁鎖止的指令，并發出報警聲音和語音提醒顯示。當車主決策確定移動目標無害時，由車主解鎖門禁系統。

圖1 預警系統組成框架

2 系統軟硬件實現

2.1 系統硬件設計

該預警系統的多普勒雷達測速模塊的硬件組成框圖如圖2所示。

圖2 雷達測速模塊硬件組成框圖

當系統通過電源端口供電開始工作后，復位芯片使系統初始化，多普勒雷達檢測信號經過中頻處理之后，經模擬數字轉換器轉換成數字信號傳送給可編程邏輯器件X2S100E，可編程邏輯器件將采集到的信號進行處理，在滿足采集的信號在設定的最大信號與最小信號之間的范圍的條件下，通過控制端口檢測車輛是否處于駐車狀態，一旦確定車輛處于駐車狀態，可編程邏輯器件通過CAN總線通信告知STM32單片機系統有移動目標的出現。當采集的信號超出設定的最小信號時，通過輸出端口給門禁鎖止模塊發送信號，從而控制門禁信號。系統程序設計最終生成二進制文件，通過程序下載端口下載到程序存儲器中。看門狗芯片能有效地保護系統的穩定運行。

陀螺儀傳感器主要采用MPU6050微處理器的三軸加速度傳感器。當汽車處于駐車狀態時，傳感器將此信號采集給MPU6050微處理器，該處理器與雷達測速模塊的控制端口相連，通過控制端口告知可編程邏輯器件汽車是否處于駐車狀態。

圖3 時空特征信息圖

圖像視頻識別模塊主要基于時空特征信息圖作為預警系統的圖像識別決策特征[1]。該時空特征信息圖融合了當前幀和以往多幀圖片上的特定掃描線的信息圖像矩陣，如圖3所示。在圖中一條掃描線可以形成一個時空信息圖，左半部分是運動物體，右半部分是靜止物體，從圖中可知運動物體的速度快慢與時空信息圖中的斜率是相關的。圖4顯示了車輛坐標中掃描線的設置。該圖像視頻識別模塊采用車載環視系統的魚眼攝像頭來采集車輛四周的圖像信息。

圖4 車輛附近坐標掃描線

STM32系列單片機主要采用了STM32F103C8T6主控芯片，該芯片內部資源豐富，接口眾多，可以勝任預警系統的需求，如該芯片通過USB接口觸發報警信號和語音提醒模塊，如圖5所示。

圖5 STM32系列單片機

2.2 軟件設計

該預警系統的部分軟件設計流程圖如圖6所示。在系統正常工作后，當車輛判斷處于駐車狀態時，啟動雷達測速模塊，實時檢測進入雷達測速范圍的信號，一旦滿足雷達認定移動物體的條件，一方面雷達測速模塊通過相應的通信協議通知單片機，另一方面先行鎖止門禁系統。只有在單片機啟動圖像視頻識別模塊并在車主的決策支持下，才會出現由車主自行解除門禁鎖止的狀態。

圖6 系統部分軟件流程圖

3 試驗分析

該預警系統安裝在眾泰某型號汽車之后開展了一系列試驗測試。圖7顯示了汽車駐車狀態下，當有行人進入雷達測速范圍時，圖像視頻識別模塊可以迅速地捕捉到行人并給車主提供顯示決策。車主只有對圖像視頻識別模塊的信息進行決策后才可能控制門禁系統，保證了行人的安全。表1顯示了該預警系統識別不同的移動目標的情況。從表中可知，雷達測速模塊對汽車等目標的感應距離最遠，對行人的感應距離最近，這可能與行人的移動速度比較慢有關；圖像視頻識別模塊由于是在雷達測速模塊啟動之后才工作，所以它的識別距離相對雷達要近一些，摩托車和電動自行車由于目標小且速度快反而識別難度大。經過50次的反復試驗，證實了在這種模擬環境下，由于雷達地先行鎖止門禁系統的處理，而后再由車主主動決策門禁解除的方式保證了預警系統的可靠預警。

圖7 預警系統試驗測試圖

表1 不同移動目標的預警識別情況

4 結論

該預警系統采用了雷達和圖像檢測相結合的方法，開展了相關的軟硬件設計和開發。經過在眾泰某型號汽車上的實測分析，發現針對不同的移動目標，盡管不同的檢測方法的響應范圍不一致，但由于雷達地先行鎖止門禁系統以及車主的主動決策，從而使該預警系統最終都能夠實現可靠的預警。本系統的測試環境可能沒有考慮到一些極端情形以及系統的成本不菲等因素，這都是下一步需要改進努力的方向。

[1] 王旱霖,趙翔,王春香等.一種基于環視圖像的車輛開門碰撞預警方法[J].華中科技大學學報(自然科學版),2015,43(10):43-47.

[2] 王陸林,劉貴如.基于多普勒雷達的車輛開門預警系統[J].山東交通學院學報,2015,23(4):8-12.

[3] 劉貴如,周鳴爭,陳效華.基于連續波毫米波雷達的車輛開門防撞預警技術[J].江蘇大學學報,2015,36(6):634-638.

Design and Realization of an Early Warning System for Vehicle Parking and Door Opening Accidents*

Zhang Li1, Li Bo2

( 1.Department of Application & Engineering, Zhejiang Economic & Trade Polytechnical, Zhejiang Hangzhou 310018; 2.Hangzhou Micro Optoelectronics Co., Ltd., Zhejiang Hangzhou 310018 )

In order to reduce the probability of traffic accidents caused by door opening of family cars during parking, this paper designs a door collision warning system. The system first determines that the car is in a parked state through the gyroscope, and then uses Doppler radar to monitor the moving target near the vehicle. Once the moving target is found to enter the set threshold distance, the camera is turned on to obtain the specific information of the moving target. On the one hand, the information is transmitted to the vehicle display screen to remind the owner of the decision; on the other hand, it is redundantly processed with the radar signal to lock the door in time. Through the calibration and actual measurement analysis of a certain model of Zotye Automobile, the system can effectively identify the moving targets around the vehicle. With the decision support of the owner, the system can effectively solve the problem of door opening accidents during parking of the vehicle, and has certain application prospects.

Parking; Door opening accident; Early warning; Video image; Radar

10.16638/j.cnki.1671-7988.2021.04.018

U463.67

B

1671-7988(2021)04-60-03

U463.67

B

1671-7988(2021)04-60-03

張立，就職于浙江經貿職業技術學院應用工程系。

本論文為浙江省教育廳2019年一般科研項目資助，項目編號為Y2019 42953。