CN105675006A - 一种道路偏离检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种道路偏离监控方法，包括：通过定位模块获取汽车的行驶状态数据；将所述行驶状态数据与高精度电子地图中的道路数据相比较，确定汽车所行驶的道路中与所述当前位置点最相匹配的道路点；获取方向盘转角数据；根据所述方向盘转角数据，结合汽车的内外转向传动比因子、前后轮轴距，确定汽车即将行驶的预测轨迹；预测汽车在所述预测轨迹上行驶预设距离后所处的预测位置点；确定所述高精度电子地图的道路中与所述预测位置点最相匹配的预测道路点；根据第一偏差与第二偏差的差分是否超出预设阀值，确定汽车是否偏离道路。本发明技术方案，相比于传统技术，不再依赖于图像视觉技术，从而避免光线等环境影响，提高检测及预警的准确度。

Description

一种道路偏离检测方法

技术领域

本发明涉及车载电子技术领域，特别是涉及一种道路偏离检测方法。

背景技术

汽车工业的发展给人们的出行带来了极大的便利。在汽车普及的过程中，如何提高汽车的行车安全，是汽车工业发展的一个永恒主题。

在驾车过程中，有一类安全风险为驾驶员因各种原因偏离计划的行驶路线，撞向旁边行驶的车辆或路边的物体，从而酿成事故。所以，汽车所集成的车载电子系统应当具备检测汽车是否偏离道路的功能。当前，已经存在一些具备此功能的电子系统，主要是基于图像视觉技术。例如，通过安装在车辆前方的摄像头采集前方图像，进一步识别出图像中的车道线等环境信息，再将汽车的行驶状态与车道线相比较，确定两者的关系，从而判断车辆是否会偏离道路。这类方式依赖与图像技术，容易由于车道线不清晰、光线环境不佳等从而影响正常检测及预警准确度。

发明内容

基于此，有必要提供一种道路偏离检测方法，相比于传统技术，不再依赖于图像视觉技术，从而避免光线等环境影响，提高检测及预警的准确度。

一种道路偏离检测方法，所述方法包括：

获取汽车的行驶状态数据，所述行驶状态数据至少包括汽车当前位置点处于地理坐标系上的坐标以及航向角；

将所述行驶状态数据与高精度电子地图中的道路数据相比较，确定汽车所行驶的道路中与所述当前位置点最相匹配的道路点；所述道路数据至少包括所包含的各个道路点对应的坐标及切线方向角；

获取方向盘转角数据；

根据所述方向盘转角数据，结合汽车的内外转向传动比因子、前后轮轴距，确定汽车即将行驶的预测轨迹；

预测汽车在所述预测轨迹上行驶预设距离后所处的预测位置点；

确定所述高精度电子地图的道路中与所述预测位置点最相匹配的预测道路点；

根据第一偏差与第二偏差的差分是否超出预设阀值，确定汽车是否偏离道路；所述第一偏差为所述当前位置点与最相匹配的道路点的偏差，所述第二偏差为所述预测位置点与最相匹配的所述预测道路点的偏差。

在一个实施例中，所述将所述行驶状态数据与高精度电子地图中的道路数据相比较，确定汽车所行驶的道路中与所述当前位置点最相匹配的道路点的步骤，包括：依次执行第一策略和第二策略，确定与所述当前位置点最相匹配的道路点；

所述第一策略包括：从高精度电子地图的道路数据中筛选出满足下列公式的待选道路点；

|P_c-P_r|＜D_drift，且|Q_c-Q_r|＜Q_drift；

其中，P_c为当前位置点的坐标，在地理坐标系中记为(X_c，Y_c)；P_r为道路数据中的道路点的坐标，记为(X_r，Y_r)；Q_c为航向角；Q_r为道路点的切线方向角；D_drift为距离偏差极限阀值；Q_drift为角度偏差极限阀值；

所述第二策略包括：从待选道路点中计算出距离及角度融合偏差最小的道路点作为所述当前位置点最相匹配的道路点；

所述距离及角度融合偏差为α|P_c-P_r|+β|Q_c-Q_r|，其中，α、β为融合权重因子。

在一个实施例中，在所述根据所述方向盘转角数据，结合汽车的内外转向传动比因子、前后轮轴距，确定汽车即将行驶的预测轨迹的步骤中，所述方法包括：

以下列公式，根据方向盘转角数据ω_st，结合汽车的内外传动比因子ρ_inner、ρ_outter，计算汽车前轮的内转角ω_inner和外转角ω_outter：

ω_inner＝ρ_innerω_st，

ω_outter＝ρ_outterω_st；

以下列公式，根据所述内转角ω_inner和所述外转角ω_outter，及前后轮轴距L，计算转弯半径R：

R＝(L·ctgω_inner+L·ctgω_outter)/2；

根据所述转弯半径，结合汽车的行驶状态数据及所述高精度电子地图，确定所述预测轨迹。

在一个实施例中，所述预测汽车在所述预测轨迹上行驶预设距离后所处的预测位置点的步骤，包括：

以Q_c方向为y轴正方向，建立临时坐标系，按照下列公式计算汽车在预测轨迹上行驶预设距离S后的临时坐标系横向偏移ΔX和纵向偏移ΔY：

$\mathrm{\Δ}X=2R{\left(sin\frac{S}{2R}\right)}^2,$

$\mathrm{\Δ}Y=2R\·sin\frac{S}{2R}\·cos\frac{S}{2R};$

将临时坐标系逆向旋转Q_c，按照下列公式计算地理坐标系上的横向偏移ΔX_c和纵向偏移ΔY_c：

ΔX_c＝ΔX·cos(-Q_c)-ΔY·sin(-Q_c)，

ΔY_c＝ΔX·sin(-Q_c)+ΔY·cos(-Q_c)；

按照下列公式，确定所述预测位置点的坐标P_c′，记为(X_c′，Y_c′)：

X_c′＝X_c+ΔX_c，

Y_c′＝Y_c+ΔY_c。

在一个实施例中，所述确定所述高精度电子地图的道路中与所述预测位置点最相匹配的预测道路点的步骤，包括：

依次执行所述第一策略和所述第二策略，确定道路数据中与所述预测位置点最相匹配的预测道路点。

在一个实施例中，所述方法还包括以下列方式计算所述第一偏差d、所述第二偏差d′，以及两者的差分Δd：

d＝X_r·cos(Q_c)-Y_r·sin(Q_c)，

d′＝X_r′·cos(Q_c)-Y_r′·sin(Q_c)，

Δd＝|d′-d|。

在一个实施例中，所述方法还包括：在所述差分超出预设阀值时，进行汽车偏离道路的预警提醒。

在一个实施例中，所述方法还包括：在预警提醒前检测汽车的速度是否高于预设值，若是，才进行预警提醒。

上述道路偏离检测方法，是利用汽车的行驶状态数据，结合高精度电子地图，并获取汽车方向盘转角数据，对汽车即将行驶的轨迹进行预测，利用差分分析技术检测汽车是否偏离行驶的道路，相比于传统技术，不再依赖于图像视觉技术，避免传统技术中易受天气、光线等环境影响而产生检测不准确的问题，实现全天候的主动式驾驶道路偏离检测。

附图说明

图1为一个实施例中的道路偏离检测方法的流程示意图；

图2为一个实施例中的道路偏离检测系统的示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

参见图1，在一个实施例中提供了一种道路偏离检测方法(简称为方法)。该方法可以但不限于适用于例如图2中的车载电子系统。该系统包括微处理模块201、定位模块202、惯性测量组件203、方向盘转角传感器204、输出模块205。各部分说明如下：

微处理模块201例如可以是MCU，具有计算和分析功能，可以获取定位模块202、惯性测量组件203、方向盘转角传感器204的数据，并可获取到高精度电子地图数据(可预先存储在存储器中，或远程从车辆网服务器下载)，从而进行计算，得到汽车是否偏离道路的结果。

定位模块202，可以是GPS定位模块、北斗定位模块或者双模定位模块，包含了能接收卫星信号并进行处理的芯片，可以解算出汽车当前位置在地理坐标系上的坐标、航向角等等。

惯性测量组件203，可包括陀螺仪、速度信号采集模块等，可获取到汽车实时的速度、相对转动角速度等信息。

方向盘转角传感器204，一般可安装在方向盘转轴上，通过汽车总线(可以但不限于为CAN汽车总线)将汽车方向盘的旋转角度传输给微处理模块。

输出模块205，可以包括显示屏、LED灯、音箱等等，可以将微处理模分析计算的结果进行显示，并在检测到汽车偏离到道路后进行声、光等形式的预警提醒。

本实施例所提供的方法，包括：

步骤101，获取汽车的行驶状态数据。

具体的，本步骤所述的行驶状态数据至少包括汽车当前位置点处于地理坐标系上的坐标以及航向角。

可选的，本实施例获取汽车的行驶状态数据，可以仅仅通过定位模块202来获取，定位模块202可以包含诸如GPS、北斗、伽利略等纯卫星定位芯片，从而获取汽车的当前位置点处于地理坐标系上的坐标及航向角。

作为一种优选方案，可以参照中国专利号201210102079.X，名称为《一种卫星惯性导航方法》的专利申请，在图2中将定位模块202、惯性测量组件203和微处理模块201相结合，即使用定位模块获得汽车的卫星定位信息，使用惯性测量组件获得汽车的速度信息和相对转动角速度，再通过微处理模块201进行计算，得到高精度的汽车的经纬度坐标数据和行驶方向数据等。具体原理已在相关专利进行公开，在此不再赘述。

步骤102，将行驶状态数据与高精度电子地图中的道路数据相比较，确定汽车所行驶的道路中与所述当前位置点最相匹配的道路点。

具体的，本步骤中所述的高精度电子地图，属于电子数据文件，可以通过高精度的地图数据采集手段取得，所指的高精度例如可以达到米级或亚米级精度。为本实施例的计算考量，高精度电子地图中的道路可视为平面中的一段曲线，该曲线中包含了各个道路点(在亚米级或更高的精度条件下，可取道路中间的点作为道路点来建模)，各个道路点至少具有坐标、切线方向角属性，此外还可具有对应的道路弧度、道路宽度、车道数等属性。由此，本步骤中高精度电子地图中的道路数据至少包括所包含的各个道路点对应的坐标及切线方向角。

作为一种优选方案，具体在本步骤中，依次执行第一策略和第二策略，确定与当前位置点最相匹配的道路点。

所述的第一策略包括：从高精度电子地图的道路数据中筛选出满足下列公式的待选道路点；

|P_c-P_r|＜D_drift，且|Q_c-Q_r|＜Q_drift；

其中，P_c为当前位置点的坐标，在地理坐标系中记为(X_c，Y_c)；P_r为道路数据中的道路点的坐标，记为(X_r，Y_r)；Q_c为航向角；Q_r为道路点的切线方向角；D_drift为距离偏差极限阀值；Q_drift为角度偏差极限阀值；

所述的第二策略包括：从待选道路点中计算出距离及角度融合偏差最小的道路点作为所述当前位置点最相匹配的道路点；

具体的距离及角度融合偏差的计算公式为α|P_c-P_r|+β|Q_c-Q_r|，其中，α、β为融合权重因子，具体数值可视需要而预先设定，例如α设为0.4，β设为0.6等等。

步骤103，获取方向盘转角数据。

步骤104，根据方向盘转角数据，结合汽车的内外转向传动比因子、前后轮轴距，确定汽车即将行驶的预测轨迹。

优选的，本步骤包括：

以下列公式，根据方向盘转角数据ω_st，结合汽车的内外传动比因子ρ_inner、ρ_outter，计算汽车前轮的内转角ω_inner和外转角ω_outter：

ω_inner＝ρ_innerω_st，

ω_outter＝ρ_outterω_st；

以下列公式，根据内转角ω_inner和外转角ω_outter，及前后轮轴距L，计算转弯半径R：

R＝(L·ctgω_inner+L·ctgω_outter)/2；

根据转弯半径，结合汽车的行驶状态数据及高精度电子地图，确定所述的预测轨迹。

步骤105，预测汽车在预测轨迹上行驶预设距离后所处的预测位置点。

具体在一个可选方案中，本步骤中所述预测汽车在所述预测轨迹上行驶预设距离后所处的预测位置点的步骤，包括：

以Q_c方向为y轴正方向，建立临时坐标系，按照下列公式计算汽车在预测轨迹上行驶预设距离S(比如通常取值为60米)后的临时坐标系横向偏移ΔX和纵向偏移ΔY：

$\mathrm{\Δ}X=2R{\left(sin\frac{S}{2R}\right)}^2,$

$\mathrm{\Δ}Y=2R\·\sin \frac{S}{2R}\·cos\frac{S}{2R};$

将临时坐标系逆向旋转Q_c，按照下列公式计算地理坐标系上的横向偏移ΔX_c和纵向偏移ΔY_c：

ΔX_c＝ΔX·cos(-Q_c)-ΔY·sin(-Q_c)，

ΔY_c＝ΔX·sin(-Q_c)+ΔY·cos(-Q_c)；

按照下列公式，确定所述预测位置点的坐标P_c′，记为(X_c′，Y_c′)：

X_c′＝X_c+ΔX_c，

Y_c′＝Y_c+ΔY_c。

步骤106，确定高精度电子地图的道路中与预测位置点最相匹配的预测道路点。

本步骤原理与步骤102中所述的匹配原理相类似，具体为：依次执行所述第一策略和所述第二策略，确定道路数据中与所述预测位置点最相匹配的预测道路点。所述第一策略和第二策略中所涉及的公式可参见步骤102。

步骤107，根据第一偏差与第二偏差的差分是否超出预设阀值，确定汽车是否偏离道路。

具体的，本步骤所述的第一偏差为当前位置点与最相匹配的道路点的偏差，所述的第二偏差为预测位置点与最相匹配的预测道路点的偏差。本步骤并不采取直接计算坐标点间距离的方式，而是严格计算与车辆行驶轨迹切线方向上的投影距离，已达到准确判定行驶偏离的目的。具体以下列方式计算第一偏差d、第二偏差d′，以及两者的差分Δd：

d＝X_r·cos(Q_c)-Y_r·sin(Q_c)，

d′＝X_r′·cos(Q_c)-Y_r′·sin(Q_c)，

Δd＝|d′-d|。

本步骤在计算得到差分Δd后，将差分Δd与预设阀值W(经验值可取值为0.2～0.3米)相比，若超出，则认为检测结果是检测到汽车偏离了道路。

在一个实施例中，本方法还包括在差分超出预设阀值时，进行汽车偏离道路的预警提醒，预警提醒的形式可以是文字、图像或者声音等等，在此并不限定。可选的，还可以在预警提醒前检测汽车的速度是否高于预设值(如40km/h)，若是，才进行预警提醒。

上述实施例中的道路偏离检测方法，是利用汽车的行驶状态数据，结合高精度电子地图，并获取汽车方向盘转角数据，对汽车即将行驶的轨迹进行预测，利用差分分析技术检测汽车是否偏离行驶的道路，相比于传统技术，不再依赖于图像视觉技术，避免传统技术中易受天气、光线等环境影响而产生检测不准确的问题，实现全天候的主动式驾驶道路偏离检测。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (8)

1.一种道路偏离检测方法，其特征在于，所述方法包括：

获取汽车的行驶状态数据，所述行驶状态数据至少包括汽车当前位置点处于地理坐标系上的坐标以及航向角；

将所述行驶状态数据与高精度电子地图中的道路数据相比较，确定汽车所行驶的道路中与所述当前位置点最相匹配的道路点；所述道路数据至少包括所包含的各个道路点对应的坐标及切线方向角；

获取方向盘转角数据；

根据所述方向盘转角数据，结合汽车的内外转向传动比因子、前后轮轴距，确定汽车即将行驶的预测轨迹；

预测汽车在所述预测轨迹上行驶预设距离后所处的预测位置点；

确定所述高精度电子地图的道路中与所述预测位置点最相匹配的预测道路点；

根据第一偏差与第二偏差的差分是否超出预设阀值，确定汽车是否偏离道路；所述第一偏差为所述当前位置点与最相匹配的道路点的偏差，所述第二偏差为所述预测位置点与最相匹配的所述预测道路点的偏差。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将所述行驶状态数据与高精度电子地图中的道路数据相比较，确定汽车所行驶的道路中与所述当前位置点最相匹配的道路点的步骤，包括：依次执行第一策略和第二策略，确定与所述当前位置点最相匹配的道路点；

所述第一策略包括：从高精度电子地图的道路数据中筛选出满足下列公式的待选道路点；

|P_c-P_r|＜D_drift，且|Q_c-Q_r|＜Q_drift；

其中，P_c为当前位置点的坐标，在地理坐标系中记为(X_c，Y_c)；P_r为道路数据中的道路点的坐标，记为(X_r，Y_r)；Q_c为航向角；Q_r为道路点的切线方向角；D_drift为距离偏差极限阀值；Q_drift为角度偏差极限阀值；

所述第二策略包括：从待选道路点中计算出距离及角度融合偏差最小的道路点作为所述当前位置点最相匹配的道路点；

所述距离及角度融合偏差为α|P_c-P_r|+β|Q_c-Q_r|，其中，α、β为融合权重因子。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在所述根据所述方向盘转角数据，结合汽车的内外转向传动比因子、前后轮轴距，确定汽车即将行驶的预测轨迹的步骤中，所述方法包括：

以下列公式，根据方向盘转角数据ω_st，结合汽车的内外传动比因子ρ_inner、ρ_outter，计算汽车前轮的内转角ω_inner和外转角ω_outter：

ω_inner＝ρ_innerω_st，

ω_outter＝ρ_outterω_st；

以下列公式，根据所述内转角ω_inner和所述外转角ω_outter，及前后轮轴距L，计算转弯半径R：

R＝(L·ctgω_inner+L·ctgω_outter)/2；

根据所述转弯半径，结合汽车的行驶状态数据及所述高精度电子地图，确定所述预测轨迹。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述预测汽车在所述预测轨迹上行驶预设距离后所处的预测位置点的步骤，包括：

以Q_c方向为y轴正方向，建立临时坐标系，按照下列公式计算汽车在预测轨迹上行驶预设距离S后的临时坐标系横向偏移ΔX和纵向偏移ΔY：

$\mathrm{\Δ}X=2R{\left(\sin \frac{S}{2R}\right)}^2,$

$\mathrm{\Δ}Y=2R\·sin\frac{S}{2R}\·cos\frac{S}{2R};$

将临时坐标系逆向旋转Q_c，按照下列公式计算地理坐标系上的横向偏移ΔX_c和纵向偏移ΔY_c：

ΔX_c＝ΔX·cos(-Q_c)-ΔY·sin(-Q_c)，

ΔY_c＝ΔX·sin(-Q_c)+ΔY·cos(-Q_c)；

按照下列公式，确定所述预测位置点的坐标P_c′，记为(X_c′，Y_c′)：

X_c′＝X_c+ΔX_c，

Y_c′＝Y_c+ΔY_c。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述确定所述高精度电子地图的道路中与所述预测位置点最相匹配的预测道路点的步骤，包括：

依次执行所述第一策略和所述第二策略，确定道路数据中与所述预测位置点最相匹配的预测道路点。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述方法还包括以下列方式计算所述第一偏差d、所述第二偏差d′，以及两者的差分Δd：

d＝X_r·cos(Q_c)-Y_r·sin(Q_c)，

d′＝X_r′·cos(Q_c)-Y′_r·sin(Q_c)，

Δd＝|d′-d|。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：在所述差分超出预设阀值时，进行汽车偏离道路的预警提醒。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：在预警提醒前检测汽车的速度是否高于预设值，若是，才进行预警提醒。