CN103448628A - 一种用于接入车联网的工程车安全装置及系统 - Google Patents

Abstract

一种用于接入车联网的工程车安全装置及系统。所述装置包括障碍物探测模块、全景模块及主控模块，所述障碍物探测模块与全景模块分别连接所述主控模块，所述障碍物探测模块，用于采集工程车左右后方的障碍物数据，并进行处理后发送预警信息到主控模块。所述全景模块，用于采集工程车左右后方图像，并形成全景图像后发送给主控模块。所述主控模块，用于采集工程车前方的图像及工程车的行车信息，还用于切换工程车前方图像及全景图像。所述系统包括主控装置、电源、晶振、存储器、报警器、操作界面、通信器及记录仪。所述主控装置，包括障碍物探测模块、全景模块及主控模块，所述障碍物探测模块与全景模块分别连接所述主控模块。

Description

一种用于接入车联网的工程车安全装置及系统

技术领域

本发明涉及车联网中汽车主动安全技术领域，尤其涉及一种用于接入车联网的工程车安全装置及系统。

背景技术

随着通信和计算机技术的快速发展，使工程车经营管理的数字化革命成为可能。建立高效的工程车车联网系统，可以实现工程车辆的安全性和高效管理。工程车车联网以工程车为信息节点，集成多元传感器，建立M2M互联，实现感知与通讯的无缝对接，保证集卡运行安全，并接入工程车运营公司的管理系统、道路监控系统、交通管理系统、保险系统、道路医疗救援等系统组成一个强大的工程车车联网。工程车车联网要实现一个重要目标是保证工程车辆的智能主动安全驾驶，主动安全旨在能够预知可能的交通事故危险，使驾驶员能够提前采取措施来规避交通事故。

一般的各种工程车辆的外型结构较为庞大、异形，由于上述特殊的结构及工作环境，驾驶员操作时会存在一定的视觉盲区，稍有疏忽或失误就极易产生碰撞，对生产机人身安全都会造成巨大的隐患。在实践过程中，驾驶操作员往往仅根据经验来降低碰撞频率，或者需要另一配合人员指挥来避免碰撞的发生。不管采用哪种方式，对驾驶操作员来讲，始终没有真正排除视觉盲区，仍然存在操作不方便、施工速度慢及易发生碰撞危险等问题。例如，工程车辆中的拖挂式集装箱卡车车身较长，车头车身总长达16m，驾驶员仅仅靠汽车的前后视镜观测车辆周围环境，并不能得到全面的车辆周围环境信息。

于现有技术中，申请号为201210526010.X的发明专利公开了一种电力工程车辆行驶安全的方法及装置，仅应用在电力工程作业车辆领域。其在车辆右外侧视镜壳体上设置一个侧视摄像头，将侧视摄像头视频输出信号与原有倒车摄像头视频输出信号对应并接后与导航仪的视频信号输入端连接；并通过开关切换侧视摄像头和倒车摄像头视频输出信号实现了在驾驶员位置上对车辆右侧侧方位外部环境的可视化，消除车辆驾驶过程中驾驶员的视觉盲区，确保电力工程车辆在行驶过程中的安全性。申请号为201110433781.X的发明专利公开了一种工程车辆及其电控转向系统的安全控制方法与装置，用以解决现有技术中对于转向模式开关的操作不合理则容易影响工程车辆行驶的问题。该方法包括：记录工程车辆当前的转向控制模式；在工程车辆的工况发生改变时，将工程车辆此时的转向控制模式与记录的转向控制模式进行比较并根据比较结果以及改变的工况确定此时采用的转向控制模式。申请号为201120335358.1的实用新型专利公开了一种工程车辆安全监控系统，其包括现场级单元和控制级单元，该现场级单元包括依次电连接的探测模块、第一中央处理模块及无线发射模块，探测模块设置在工程车辆的视线盲区和/或防范区处；控制级单元包括依次电连接的无线接收模块、第二中央处理模块及报警模块，还包括人机交互界面，该人机交互界面设置在工程车辆的操作室内，其与上述第二中央处理模块为双向电连接。申请号为201220110394.2的实用新型专利公开了一种工程车辆自动运行安全警示灯，包括车载电源和油阀，还包括继电器、警示灯、感应块和接近开关，油阀通过操作连杆连接感应块，感应块对应接近开关，接近开关、车载电源和继电器串联连接，接近开关与继电器的第一常开触点并联，继电器的第二常开触点与警示灯串联后并入车载电源。申请号为201120182503的实用新型专利公开了一种监视系统，包括一摄像装置，摄像装置包括一壳体、壳体上的摄像头，还包括一显示器，壳体上设有至少两个摄像头，至少两个摄像头的朝向方向不同，至少两个摄像头的信号输出端分别连接一微型处理器系统，微型处理器系统连接显示器。由于采用上述技术方案，该实用新型能全方位的监控汽车周围环境，便于驾驶员直观、全面查看路面情况。

上述已公开的专利中，均存在不同缺点。申请号为201210526010.X的专利提供的方案仅能提供车辆右侧及后侧的视频图像。有如下问题：首先，不能为司机提供车辆左方的图像，且图像没有经过任何处理，无法使司机对车辆周围的环境有一个全方位的了解。其次，没有主动的障碍物靠近的预警信息，司机长期盯着图像会产生疲劳感。最后，夜间行车的时候，不能提供清晰的图像。申请号为201110433781.X的专利，仅在工程车辆转弯时计算避免发生侧翻的转弯半径，避免卡车发生侧翻。由于不能提供转弯时车辆周围场景，因而当车辆周围存在行人或车辆时，无法保证安全。申请号为201120335358.1的专利，仅采用雷达探测器来探测驾驶员视觉盲区的障碍物，无法提供车辆四周的图像视频，当听到雷达报警时，驾驶员仍然无法定位障碍物，还需将该信号无线传输的后台服务器，由后台控制人员指挥驾驶员动作，时间周期长，工作效率低下，存在人力成本的浪费。申请号为201220110394.2的专利仅提供一颗警示灯指示在工程车辆工作状态，无法为司机消除视觉盲区，特别是当司机在行进时，无法为司机提供操作警示。申请号为201120182503的专利，采用四个摄像头安装于车辆四周，提供汽车车辆周围全方位的图像信息。但该方案仅能应用于汽车，无法适应结构多变的工程车。只能提供汽车周围的图像信息，无法进行主动的障碍物探测及预警，并且该方案不能应用于车联网。

鉴于上述原因，需要提供一种在工程车辆运行时，为驾驶员提供全天候的车辆四周图像信息的工程车安全系统。它应该能够实现主动障碍物探测及预警，为驾驶人员真正排除视觉盲区，为其快速操作提供依据，从而提高施工速度保证安全，避免碰撞危险。并且在此基础上，将车辆相关信息接入车联网，为工程车的合理管理及调度提供决策依据。

发明内容

本发明提供一种用于接入车联网的工程车安全装置，包括障碍物探测模块、全景模块及主控模块，所述障碍物探测模块与全景模块分别连接所述主控模块，所述障碍物探测模块，用于采集工程车左右后方的障碍物数据，并进行处理后发送预警信息到主控模块。所述全景模块，用于采集工程车左右后方图像，并形成全景图像后发送给主控模块。所述主控模块，用于采集工程车前方的图像及工程车的行车信息，还用于切换工程车前方图像及全景图像。

优选的，障碍物探测模块包括第一探测器及第一处理器，所述第一探测器连接第一处理器，第一探测器采集工程车左右后方的障碍物数据传送给第一处理器，所述第一处理器判断是否发送预警信息到主控模块。

优选的，全景模块包括第二探测器及第二处理器，第二探测器连接第二处理器，所述主控模块包括第三探测器、第四探测器及主处理器，所述主处理器分别连接第三探测器及第四探测器，第三探测器采集工程车前方图像，第四探测器采集工程车行车信息。

优选的，第一探测器使用超声波探测，第二探测器及第三探测器为红外热成像摄像头。

优选的，当工程车左转、右转或倒车时，主控模块启动障碍物探测模块开始采集工程车左右后方的障碍物数据。

优选的，全景模块将采集的工程车左右后方图像解复用后作图像畸变校正，并转换为俯视图后合成全景图像，调整图像亮度后发送给主控模块。

本发明还提供一种用于接入车联网的工程车安全系统，包括主控装置、电源、晶振、存储器、报警器、操作界面、通信器及记录仪，所述主控装置分别连接所述电源、时钟、存储器、报警器、操作界面、通信器及记录仪，所述主控装置，包括障碍物探测模块、全景模块及主控模块，所述障碍物探测模块与全景模块分别连接所述主控模块。

优选的，报警器根据主控装置提供的预警信息，及预设的报警级别发出相应报警。

优选的，通信器将主控装置采集的全景图像发送到车联网服务器，并接收车联网服务器提供的信息。

优选的，当主控装置中的障碍物探测模块发送预警信息时，记录仪记录工程车四周的图像信息及车辆行驶状态信息。

根据本发明提供的用于接入车联网的工程车安全装置及系统，通过障碍物探测模块采集工程车左右后方的障碍物数据，进行处理后发送预警信息到主控模块，可在车辆倒车或左右转时，起到障碍物警示作用。全景模块获取工程车左右后方全景图像发给主控模块，主控模块将其与自身采集的工程车前方图像组合，向驾驶员展示。可对工程车四周全方位图像做出全面监控，从而提供安全保障。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明较佳实施例提供的用于接入车联网的工程车安全装置结构示意图；

图2是本发明较佳实施例提供的第一至第四探测器分布位置示意图；

图3是本发明较佳实施例提供的第二探测器图像采集范围示意图；

图4是本发明较佳实施例提供的用于接入车联网的工程车安全系统结构示意图。

具体实施方式

下文中将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

图1是本发明较佳实施例提供的用于接入车联网的工程车安全装置结构示意图。

如图1所示，本发明较佳实施例提供的用于接入车联网的工程车安全装置包括障碍物探测模块1、全景模块2及主控模块3，障碍物探测模块1与全景模块2分别连接主控模块3。障碍物探测模块1，用于采集工程车左右后方的障碍物数据，并进行处理后发送预警信息到主控模块3。全景模块2，用于采集工程车左右后方图像，并形成全景图像后发送给主控模块3。主控模块3，用于采集工程车前方的图像及工程车的行车信息，还用于切换工程车前方图像及全景图像。

障碍物探测模块1包括第一探测器11及第一处理器12，第一探测器11连接第一处理器12，第一探测器11采集工程车左右后方的障碍物数据传送给第一处理器12，第一处理器12判断是否发送预警信息到主控模块3。全景模块2包括第二探测器21及第二处理器22，第二探测器21连接第二处理器22。主控模块3包括第三探测器31、第四探测器32及主处理器33，主处理器33分别连接第三探测器31及第四探测器32，第三探测器31采集工程车前方图像，第四探测器32采集工程车行车信息。

图2是本发明较佳实施例提供的第一至第四探测器分布位置示意图。如图2所示，于本实施例中，第一探测器有12个，其中4个分布于车辆的左后侧，4个分布于车辆的右后侧，4个分布于车辆的后侧。第二探测器有3个，分别分布于车辆的左、右及后侧。图3是本发明较佳实施例提供的第二探测器图像采集范围示意图。如图3所示，第二探测器图像采集范围包括车辆的左、右及后侧。第三探测器位于车辆前侧，第四探测器位于驾驶室内。于其它实施例中，可根据需要设置第一及第二探测器的个数，对此本发明不作限定。

于此，第一探测器使用超声波探测，第二探测器及第三探测器为红外热成像摄像头。具体而言，当工程车左转、右转或倒车时，主控模块启动障碍物探测模块中的第一探测器开始采集工程车左右后方的障碍物数据，障碍物探测模块对所采集的数据进行A/D转换、解码、距离判断后输出预警信息到主控模块。

第二探测器为广角的鱼眼摄像头。广角摄像头为视角大于180°的CCD（Charge-coupled Device，电荷耦合元件）或者CMOS（Complementary MetalOxide Semiconductor，互补金属氧化物半导体）的摄像头，具备主动红外功能，负责拍摄车辆左右后方的环境图像。第三探测器为红外热成像摄像头，在夜间也能清晰成像，拍摄车辆前方的图像信息。第四探测器为逻辑电路模块，负责采集车辆本身的行车信息，如车辆的左转行进、右转行进、倒车及前进状态。

本实施例中，工程车安全装置上电后，全景模块及主控模块开始运行。全景模块中的第二处理器接收第二探测器采集的工程车左右后方的图像数据，进行解复用后作图像畸变校正，并转换为俯视图后合成全景图像，调整图像亮度后发送给主控模块。

具体地，第二探测器采集的视频图像为YUV格式，编解码模块可采用TVP5158，接口可以为S端子视频格式输入或者复合视频图像接口。所述TVP5158对车辆左右后方的三路复合视频信号进行数字化和编解码，并进行多路复用像素交错和线路交错模式，复合成一路视频输出。对图像进行处理时，事先标定好各个摄像头的内参及畸变参数，将这些参数存储到存储器中，根据这些参数将四个摄像头拍摄的图像分别进行畸变校正处理，然后进行IPM变换、全景合成、图像亮度调整处理，得到车辆四周360°环境图像。

其中，图像畸变校正、IPM变换、全景合成、图像亮度调整实现过程分别如下。

图像畸变校正。由于宽视角视觉信息传感器采集到的图像近似于鱼眼图像，图像边缘畸变严重，故需要进行畸变校正：首先进行摄像镜头标定，求取视觉传感器的内外参数；接下来根据摄像镜头的标定结果消除图像畸变。

IPM变换。IPM变换的目的在于将校正后的视图转变为俯视视图。IPM变换时采用放射变换原理，将透视图像平面变换到俯视图像平面。仿射变换矩阵由地面标定物在透视图像中与俯视图像中的坐标变换关系确定，本发明在求取其变换关系时，采用优化算法来寻求最近关系参数。

全景合成。于本实施例中，将左右后方三幅变换后的图像按照IPM变换关系进行变换，并对各个摄像头的覆盖范围进行限制，即可实现全景的合成。设定每个摄像头拍摄图像在全景图像中的显示范围，采用查找表的形式，将每幅IPM变换后的俯视图像对应的像素值映射到全景图，即可得到最后的拼接图像。于其它实施例中，也可采用其它技术对多幅图像进行全景合成，然而本发明对此不作限定。

图像亮度调整。因为不同摄像头曝光的程度不同，则每个图像的亮度表现不一致，会出现整体拼接图像亮度不一致，图像拼缝明显等问题。因此对相邻两个摄像头拍摄的图像间的亮度进行进行调整，本发明采用图像Z变换对图像亮度进行匹配调整。

图4是本发明较佳实施例提供的用于接入车联网的工程车安全系统结构示意图。如图4所示，本发明较佳实施例提供的用于接入车联网的工程车安全系统包括主控装置10、电源20、时钟30、存储器40、报警器50、操作界面60、通信器70及记录仪80，所述主控装置10分别连接所述电源20、时钟30、存储器40、报警器50、操作界面60、通信器70及记录仪80。结合图1与图4，所述主控装置即为本发明提供的工程车安全装置，它包括障碍物探测模块、全景模块及主控模块，所述障碍物探测模块与全景模块分别连接所述主控模块。

具体而言，本发明较佳实施例提供的用于接入车联网的工程车安全系统中，以主控装置为核心，协调存储器、报警器、操作界面、通信器及记录仪正常工作，完成系统功能。所述主控装置已在上文作相关介绍，下面对其它模块作出说明。

存储器主要包括DDR2、Flash等存储介质，DDR2可作为图像缓冲区、存储程序代码及其他数据，还可存储自启动程序。

报警器根据主控装置提供的预警信息，及预设的报警级别发出相应报警。于本实施例中，报警器根据不同的危险程度发出三级预警信息。报警信息以语音和蜂鸣器声响形式展现，具体为：障碍物距离车身1.5m～3m为最低级报警，蜂鸣器响声频率为0.5HZ，障碍物距离车身1m～1.4m为二级报警，蜂鸣器响声频率为1HZ，小于1m为一级报警，蜂鸣器将长鸣。于其它实施例中，可根据需要另行设定报警级别，对此本发明不作限定。

操作界面为整个系统提供显示功能，并为司机提供交互界面。该部分包括驾驶员控制部分和显示屏（为液晶屏或触摸屏）。当按下控制按键时，主控装置控制显示屏在车辆全景画面与前方画面之间切换。所述驾驶员控制部分为驾驶员参与控制系统的显示内容提供接口，为按键或触摸形式。于本实施例中，显示屏与主控装置中的主控模块间接口采用复合视频接口SVHS。

通信器将主控装置采集的全景图像发送到车联网服务器，并接收车联网服务器提供的信息。具体地，通信器通过视频图像接口以及控制线接口，将车辆周围360°全景图像发送到车联网服务器进行存储和处理，同时提供与车联网之间的信息通信。于本实施例中，视频图像接口为S端子或者复合视频接口，控制线接口为I2C总线、SPI总线。

记录仪提供工程车现场信息记录功能。当主控装置中的障碍物探测模块发送预警信息时，记录仪记录工程车四周的图像信息及车辆行驶状态信息，以备后期查看以及事故定责。本系统时钟采用晶振，包括有源晶振和无源晶振。

综上所述，根据本发明较佳实施例提供的用于接入车联网的工程车安全装置及系统，采用了主动红外图像传感技术，为驾驶员提供全天候的车辆四周的全方位的图像信息。并且在全景的基础上，采用超声波传感技术实现主动障碍物检测及预警，使驾驶人员无须在危险区域运行时紧盯图像画面，只需在预警时关注全景。同时前方的摄像头为热成像摄像头，弥补司机在夜间运行时，遇到对面车辆强光对射、浓雾等视野不良的安全问题。相比传统行车记录仪，本发明提供的系统仅在车辆存在相撞危险时记录车辆四周场景，无需全天记录，节约了存储空间。此外，本发明提供的系统具备车联网终端接口，可实现车-车、车-路及车-网相连，后续扩展性强，可适应车联网发展需求，便于车辆享受车联网便捷创新服务。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种用于接入车联网的工程车安全装置，其特征在于，包括障碍物探测模块、全景模块及主控模块，所述障碍物探测模块与全景模块分别连接所述主控模块，

所述障碍物探测模块，用于采集工程车左右后方的障碍物数据，并进行处理后发送预警信息到主控模块；

所述全景模块，用于采集工程车左右后方图像，并形成全景图像后发送给主控模块；

所述主控模块，用于采集工程车前方的图像及工程车的行车信息，还用于切换工程车前方图像及全景图像。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述障碍物探测模块包括第一探测器及第一处理器，所述第一探测器连接第一处理器，第一探测器采集工程车左右后方的障碍物数据传送给第一处理器，所述第一处理器判断是否发送预警信息到主控模块。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述全景模块包括第二探测器及第二处理器，第二探测器连接第二处理器，所述主控模块包括第三探测器、第四探测器及主处理器，所述主处理器分别连接第三探测器及第四探测器，第三探测器采集工程车前方图像，第四探测器采集工程车行车信息。

4.根据权利要求1～3任一项所述的装置，其特征在于，第一探测器使用超声波探测，第二探测器及第三探测器为红外热成像摄像头。

5.根据权利要求1～3任一项所述的装置，其特征在于，当工程车左转、右转或倒车时，主控模块启动障碍物探测模块开始采集工程车左右后方的障碍物数据。

6.根据权利要求1～3任一项所述的装置，其特征在于，全景模块将采集的工程车左右后方图像解复用后作图像畸变校正，并转换为俯视图后合成全景图像，调整图像亮度后发送给主控模块。

7.一种用于接入车联网的工程车安全系统，其特征在于，包括主控装置、电源、时钟、存储器、报警器、操作界面、通信器及记录仪，所述主控装置分别连接所述电源、时钟、存储器、报警器、操作界面、通信器及记录仪，

所述主控装置，包括障碍物探测模块、全景模块及主控模块，所述障碍物探测模块与全景模块分别连接所述主控模块。

8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，报警器根据主控装置提供的预警信息，及预设的报警级别发出相应报警。

9.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，通信器将主控装置采集的全景图像发送到车联网服务器，并接收车联网服务器提供的信息。

10.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，当主控装置中的障碍物探测模块发送预警信息时，记录仪记录工程车四周的图像信息及车辆行驶状态信息。

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