CN102542634A - 一种目标车辆行驶状态测量系统 - Google Patents

Abstract

一种安装在车辆上的目标车辆行驶状态测量系统，其特征在于：包括激光雷达传感器(1)，GNSS定位传感器(2)，网络通信端口(3)，串行通信端口(4)，计算机(5)；所述计算机(5)内安装了激光雷达通信模块(6)，GNSS定位传感器通信模块(7)，激光雷达数据预处理模块(8)，目标识别与跟踪模块(9)，GNSS定位数据预处理模块(10)，多传感器数据融合处理模块(11)，显示模块(12)；上述各个模块对激光雷达传感器(1)与GNSS定位传感器(2)采集的信息数据进行计算处理，得到目标车辆的实时行驶状态信息(17)，实现对目标车辆行驶状态的实时测量。

Description

一种目标车辆行驶状态测量系统

技术领域

本发明涉及车辆行驶状态监测领域，更具体地，涉及一种安装在车辆上，可以对本车附近目标车辆的行驶状态进行实时测量的系统。

背景技术

目前，现有的车辆行驶状态测量装置通常是安装在被测车辆内部，对被测车辆的行驶速度、方向、轨迹、里程进行采集、存储及分析，通常用于车辆的远程监控、智能控制等领域，这种装置通常由定位采集模块、无线通讯模块、中央处理器、存储设备等部分组成。申请号为200520082004.5的中国专利文献中即公开了这样的车辆行驶状态记录装置，这种装置采用GPS定位传感器采集车辆的行驶速度、位置、里程等信息，并将其进行存储和通过GPRS无线通讯模块发送到监控中心，便于相关部门进行监管和调度。但是，在某些车辆状态监测、车辆辅助驾驶、主动安全等应用领域，本车需获取周边目标车辆的行驶状态信息，而安装于目标车辆上的上述装置无法及时地将所测量的车辆行驶状态信息传递给本车。现有的目标识别与跟踪技术大都只能测量出目标车辆与本车的相对位置与相对速度，无法获取目标车辆的绝对位置与绝对速度。因而现有的车辆行驶状态测量装置具有功能局限性，不能很好地为车辆状态监测、车辆辅助驾驶与主动安全控制策略提供较充分的信息。

发明内容

本发明的目的就是要克服现有技术的不足，提供一种可以对目标车辆行驶状态进行实时测量的系统。

根据本发明的目标车辆行驶状态测量系统，其特征在于：包括激光雷达传感器，GNSS定位传感器，网络通信端口，串行通信端口，计算机；所述计算机内安装了激光雷达通信模块，GNSS定位传感器通信模块，激光雷达数据预处理模块，目标识别与跟踪模块，GNSS定位数据预处理模块，多传感器数据融合处理模块，显示模块；所述激光雷达通信模块通过网络通信端口将激光雷达扫描的道路交通环境信息采集到计算机中；所述激光雷达数据预处理模块对激光雷达扫描的道路交通环境信息进行初步处理，并将处理后的数据发送到目标识别与跟踪模块；所述目标识别与跟踪模块通过对数据进行计算处理，可以对目标车辆进行实时识别与跟踪，得到目标车辆与本车的相对位置信息；所述GNSS定位传感器通信模块通过串行通信端口将GNSS定位传感器获取的本车定位信息采集到计算机中；所述GNSS定位数据预处理模块对本车定位信息进行处理得到本车的经纬度坐标、速度、航向信息；所述多传感器数据融合处理模块对目标车辆与本车的相对位置信息和本车经纬度坐标、速度、航向信息进行融合计算处理，得到目标车辆的实时行驶状态信息，并将其发送到显示模块中进行显示，实现对目标车辆行驶状态的实时测量。

通过安装于本车上的这种系统，采用激光雷达对道路交通环境进行扫描，激光雷达发射的激光束扫描一个周期得到一帧扫描数据，这一帧扫描数据为扫描范围内的物体与激光雷达之间的距离点集合，这些距离点代表道路交通环境中的物体轮廓，将扫描得到的距离点数据发送给计算机进行处理，计算机根据这些距离点数据通过算法模型计算识别目标车辆，并对目标车辆进行跟踪，计算得出目标车辆与本车的相对位置信息；采用GNSS定位传感器采集本车的定位信息，并将采集到的定位信息数据发送给计算机进行处理，计算机通过计算处理得到本车的经纬度坐标、速度、航向等信息；多传感器数据融合处理模块根据一定的算法模型对目标车辆与本车的相对位置信息和本车的位置、速度、航向等信息进行融合计算，获得目标车辆的绝对位置、绝对速度、绝对航向等信息；从而实现对目标车辆行驶状态的实时测量，可为本车进行辅助驾驶与主动安全的控制策略提供信息输入。

优选的是，所述激光雷达传感器采用二维激光雷达传感器，将其安装在车体外侧，对车辆周边的道路交通环境进行扫描，且扫描平面与地面平行，扫描平面高度要满足与目标车辆相交的条件。

优选的是，所述GNSS定位传感器采用GPS定位传感器。

最优选的是，所述多传感器数据融合处理模块采用如下算法对目标车辆与本车的相对位置信息、本车的经纬度坐标、速度、航向信息进行融合计算处理：

当0°≤θ＜90°时，θ′＝θ，

当90°≤θ＜180°时，θ′＝180°-θ，

当130°≤θ＜270°时，θ′＝θ-180°，

当270°≤θ＜360°时，θ′＝360°-θ，

其中，θ为本车的航向角，由GNSS定位传感器获取，(x，y)为目标车辆与本车的相对位置坐标，由目标识别与跟踪模块获取，γ为目标车辆相对于本车的方位角，Δx和Δy分别为目标车辆相对于本车在经度方向和纬度方向上的距离增量；

目标车辆相对于本车在经度方向和纬度方向上的距离增量与目标车辆相对于本车的经纬度增量转换模型为：

$\left\{\begin{array}{c}\mathrm{\Δ\α}=F\left(\mathrm{\Δx}\right)=k\·\frac{1}{r_{\mathrm{latitude}}}\·\mathrm{\Δx}\\ \mathrm{\Δ\β}=F\left(\mathrm{\Δy}\right)=k\·\frac{1}{r_{\mathrm{longitude}}}\·\mathrm{\Δy}\end{array}\right.$

Δα为经度增量，Δβ为纬度增量，k为转换系数，k＝57.29578，r_latitude为车辆所在的纬度圆半径，r_longitude为车辆所在的经度圆半径；

结合由GNSS定位传感器获取的本车经纬度坐标计算得出目标车辆的经纬度坐标，进而得出目标车辆的实时行驶状态信息。

显而易见，本发明的目标车辆行驶状态测量系统实现了对目标车辆行驶状态的实时准确测量。该装置根据激光雷达的扫描数据识别与跟踪目标车辆，计算得出其与本车的相对位置信息，而且融合本车上的GNSS定位传感器信息还可进一步计算得出目标车辆的绝对位置、绝对速度与绝对航向信息，可以可靠地识别与跟踪目标车辆，准确地测量目标车辆的实时行驶状态，为车辆辅助驾驶与主动安全控制策略提供有效的信息输入。

附图说明

图1为本发明的一种目标车辆行驶状态测量系统的最佳实施例的示意图；

图2为图1所示的本发明的一种目标车辆行驶状态测量系统的实施例的多传感器数据融合处理模块的算法示意图。

附图1标记：

1.激光雷达传感器          10.GNSS定位数据预处理模块

2.GNSS定位传感器          11.多传感器数据融合处理模块

3.网络通信端口            12.显示模块

4.串行通信端口            13.道路交通环境信息

5.计算机                  14.目标车辆与本车的相对位置信息

6.激光雷达通信模块        15.本车GNSS定位信息

7.GNSS定位传感器通信模块  16.本车经纬度坐标、速度、航向信息

8.激光雷达数据预处理模块  17.目标车辆的实时行驶状态信息

9.目标识别与跟踪模块

附图2标记：

α为经度坐标，β为纬度坐标，o为固联在本车上的坐标系原点，X，Y分别为固联在本车上的坐标系的坐标轴，(x，y)表示目标车辆与本车的相对位置，是目标车辆在固联在本车上的坐标系的坐标，θ为本车的航向角，γ为目标车辆相对于本车的方位角。

具体实施方式

图1与图2所示为本发明的一最佳实施例。

如图1与图2所示，本发明的目标车辆行驶状态测量系统包括激光雷达传感器1，GNSS定位传感器2，网络通信端口3，串行通信端口4，计算机5；所述激光雷达传感器1安装在车体外侧，对道路交通环境进行扫描，且扫描平面与地面平行，扫描平面高度要满足与目标车辆相交的条件；所述计算机5内安装了激光雷达通信模块6，GNSS定位传感器通信模块7，激光雷达数据预处理模块8，目标识别与跟踪模块9，GNSS定位数据预处理模块10，多传感器数据融合处理模块11，显示模块12；所述激光雷达通信模块6通过网络通信端口3将激光雷达传感器1扫描的道路交通环境信息13采集到计算机5中，所述激光雷达数据预处理模块8对激光雷达传感器1扫描的道路交通环境信息13进行初步处理并将处理后的数据发送到目标识别与跟踪模块9，目标识别与跟踪模块9通过对数据进行计算处理可以对目标车辆进行实时的识别与跟踪，得到目标车辆与本车的相对位置信息14；所述GNSS定位传感器通信模块7通过串行通信端口4将GNSS定位传感器2获取的本车GNSS定位信息15采集到计算机5中，所述GNSS定位数据预处理模块10对本车GNSS定位信息15进行处理得到本车经纬度坐标与航向信息16；所述多传感器数据融合处理模块11对目标车辆与本车的相对位置信息14和本车经纬度坐标与航向信息16进行融合计算处理，得到目标车辆的实时行驶状态信息17，并将其发送到显示模块12中进行显示，实现对目标车辆行驶状态的实时测量。

本实施例的目标车辆行驶状态测量系统工作原理如下：

计算机接收并处理激光雷达传感器发送的道路交通环境信息和GNSS定位传感器发送的本车GNSS定位信息，计算机中的目标识别与跟踪模块根据激光雷达传感器发送的信息数据进行目标车辆的识别与跟踪，计算得出目标车辆与本车的相对位置信息；计算机中的GNSS定位数据预处理模块根据GNSS定位传感器发送的本车GNSS定位信息计算得出本车的位置、速度、航向等数据；多传感器数据融合处理模块根据目标车辆目标与本车的相对位置信息和本车的位置、速度、航向等数据进行计算处理得出目标车辆的实时行驶状态信息，实现对目标车辆行驶状态的实时测量。

上面结合附图对本发明的描述虽然有助于理解本发明，但本发明绝不限于此图示实施例。相反，在权利要求书所限定的范围内，可以对本发明做出各种改进和替换。

Claims (4)

1.一种安装在车辆上的目标车辆行驶状态测量系统，其特征在于：包括激光雷达传感器(1)，GNSS定位传感器(2)，网络通信端口(3)，串行通信端口(4)，计算机(5)；

所述计算机(5)内安装了激光雷达通信模块(6)，GNSS定位传感器通信模块(7)，激光雷达数据预处理模块(8)，目标识别与跟踪模块(9)，GNSS定位数据预处理模块(10)，多传感器数据融合处理模块(11)，显示模块(12)；

所述激光雷达通信模块(6)通过网络通信端口(3)将激光雷达传感器(1)扫描的道路交通环境信息(13)采集到计算机(5)中，所述激光雷达数据预处理模块(8)对激光雷达传感器(1)扫描的道路交通环境信息(13)进行初步处理并将处理后的数据发送到目标识别与跟踪模块(9)，目标识别与跟踪模块(9)通过对数据进行计算处理可以对目标车辆进行实时的识别与跟踪，得到目标车辆与本车的相对位置信息(14)；

所述GNSS定位传感器通信模块(7)通过串行通信端口(4)将GNSS定位传感器(2)获取的本车GNSS定位信息(15)采集到计算机(5)中，所述GNSS定位数据预处理模块(10)对本车GNSS定位信息(15)进行处理得到本车经纬度坐标、速度、航向信息(16)；

所述多传感器数据融合处理模块(11)对目标车辆与本车的相对位置信息(14)和本车经纬度坐标、速度、航向信息(16)进行融合计算处理，得到目标车辆的实时行驶状态信息(17)，并将其发送到显示模块(12)中进行显示，实现对目标车辆行驶状态的实时测量。

2.如权利要求1所述的目标车辆行驶状态测量系统，其特征在于：所述激光雷达传感器(1)采用二维激光雷达传感器，将其安装在车体外侧，对车辆周边道路交通环境进行扫描，且扫描平面与地面平行，扫描平面高度要满足与目标车辆相交的条件。

3.如权利要求1或2所述的目标车辆行驶状态测量系统，其特征在于：所述GNSS定位传感器(2)采用GPS定位传感器。

4.如权利要求1至3所述的目标车辆行驶状态测量系统，其特征在于：所述多传感器数据融合处理模块(11)采用如下算法对目标车辆与本车的相对位置信息(14)和本车经纬度坐标、速度、航向信息(16)进行融合计算处理：

当0°≤θ＜90°时，θ′＝θ，

当90°≤θ＜180°时，θ′＝180°-θ，

当180°≤θ＜270°时，θ′＝θ-180°，

当270°≤θ＜360°时，θ′＝360°-θ，

其中，θ为本车的航向角，由GNSS定位传感器(2)获取，(x，y)为目标车辆与本车的相对位置坐标，由目标识别与跟踪模块(9)获取，γ为目标车辆相对于本车的方位角，Δx和Δy分别为目标车辆相对于本车在经度方向和纬度方向上的距离增量；

目标车辆相对于本车在经度方向和纬度方向上的距离增量与目标车辆相对于本车的经纬度增量转换模型为：

$\left\{\begin{array}{c}\mathrm{\Δ\α}=F\left(\mathrm{\Δx}\right)=k\·\frac{1}{r_{\mathrm{latitude}}}\·\mathrm{\Δx}\\ \mathrm{\Δ\β}=F\left(\mathrm{\Δy}\right)=k\·\frac{1}{r_{\mathrm{longitude}}}\·\mathrm{\Δy}\end{array}\right.$

Δα为经度增量，Δβ为纬度增量，k为转换系数，k＝57.29578，r_latitude为车辆所在的纬度圆半径，r_longitude为车辆所在的经度圆半径；

结合由GNSS定位传感器(2)获取的本车经纬度坐标计算得出目标车辆的经纬度坐标，进而得出目标车辆的实时行驶状态信息(17)。

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