CN108981740B - 一种低能见度条件下的盲驾导航系统及其方法 - Google Patents

一种低能见度条件下的盲驾导航系统及其方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种低能见度条件下的盲驾导航系统及其方法，涉及汽车导航技术领域，针对大雾、夜间、急弯等条件下能见度低、行车视距小、车辆易驶出车行道边线、易冲撞路侧护栏和人行道等交通安全问题，以行驶道路已有的平面、纵断面、横断面设计数据资料为基础构建道路线形三维计算模型，结合车辆行驶过程中车载实时高精度GPS定位数据，构建一种基于驾驶人视点的前方观察路段道路车行道边线透视图生成方法，并通过抬头显示HUD设备将该透视图实时投射于驾驶人前方固定位置的投影面上，实现驾驶人观察视角下透视图成像与实际道路边线重叠的效果，从而弥补驾驶人在雾天、夜间等不良条件下视觉信息采集的不足，起到为驾驶人行车导航的作用。

Description

一种低能见度条件下的盲驾导航系统及其方法
技术领域
本发明涉及汽车导航技术领域，特别是涉及一种低能见度条件下的盲驾导航系统及其方法。
背景技术
不良天气是导致交通事故重要的原因之一。尤其是在雾天、暴雨、夜间等条件下，行驶环境可视性变差，能见度降低，视距变短，驾驶人生理心理紧张加剧，通过视觉获得的道路信息容易存在缺失或偏差。当道路的线形特征发生变化时，驾驶人对前方道路走向的判断和相应的操作往往出现失误，容易发生车辆追尾、碰撞路侧护栏、偏离路线冲出车行道等交通事故，酿成严重后果。据统计，每年雾天交通事故占道路事故总数的15％左右，死亡率占到47％以上；70％左右的驾驶员进入雾区时心理过度紧张，85％左右的驾驶员在雾天开车感到疲劳。因此如何改善雾天等低能见度环境下的行车条件以及提高驾驶员对道路信息的感知能力，亟需开发针对雾天的安全驾驶保障措施或安全辅助驾驶技术，提高雾天行车安全性。
目前，除临时关闭高速公路取消通行外，针对雾天条件下降低或预防交通事故的技术措施主要有两大类：基于道路设施的智能诱导系统和基于车载的安全辅助驾驶系统。
基于道路设施的智能诱导系统通过采用监控、探测、通信、计算、显示及控制中心等多种设施构建高速公路雾区智能电子诱导系统，对进入雾区范围的车辆在流量管理、速度控制、车距控制等方面实行智能管控和诱导。该系统存在的问题是工程造价及维护成本昂贵，一般仅针对重要的高速公路雾区多发路段，难以全面铺开建设。
基于车载的安全辅助驾驶系统是近年来迅速发展的新技术，其核心思想是利用各种传感器辅助增强驾驶人的感知能力，利用红外热像仪、CCD、激光雷达、毫米波雷达等各种传感器探测驾驶员前方道路环境和周围车辆信息，并以图像形式实时提供给驾驶人，增强驾驶人对行车环境的感知能力。目前主要有基于红外热成像的夜视辅助驾驶技术、基于毫米波雷达或激光雷达的周边车辆信息探测技术、基于单目红外相机的图像去雾技术等。目前，以上基于单一传感器的技术都不能很好地兼顾系统的准确性、可靠性与环境适应性的要求，离实际应用还存在较大的差距；同时对于多传感器融合方面，由于各种设备复杂，成本高昂，其研究与应用还有待进一步深入探索与发展，短时间内该技术的优势还难以充分显现。
发明内容
本发明实施例提供了一种低能见度条件下的盲驾导航系统及其方法，可以解决现有技术中存在的问题。
本发明提供了一种低能见度条件下的盲驾导航系统，该系统包括数据存储模块、GPS定位模块、控制处理模块和抬头显示模块，所述数据存储模块中预先存储有路网中各道路的平纵横数据，用以构建道路线形三维计算模型的数据库；所述GPS定位模块接收全球卫星定位系统发送的定位信号，输出高精度的点位坐标到所述控制处理模块；所述控制处理模块接收点位坐标，从所述数据存储模块中调用当前位置对应的道路线形三维计算模型，计算驾驶员前方一定范围内道路车行道的边线特征点坐标，并经过坐标转换，实时生成并输出透视图至所述抬头显示模块；所述抬头显示模块接收透视图并利用HUD将透视图实时投射在前方距离驾驶员一定距离的投影面上。
本发明还提供了一种低能见度条件下的盲驾导航方法，该方法包括以下步骤：
使用存储的道路平纵横数据构建道路线形三维计算模型的数据库；
使用GPS定位数据和数据库中的道路线形三维计算模型确定驾驶员当前视点在地方坐标系中的坐标(x0,y0,h0)；
根据驾驶员当前视点在地方坐标系中的坐标(x0,y0,h0)和数据库中当前位置对应的道路线形三维计算模型确定驾驶员前方观察路段车行道边线上特征点在地方坐标系中的三维坐标(x,y,z)；
根据驾驶员当前视点在地方坐标系中的坐标(x0,y0,h0)和车行道边线上特征点在地方坐标系中的三维坐标(x,y,z)实时动态生成观察路段道路透视图；
通过HUD实时动态显示道路透视图。
本发明实施例中的一种低能见度条件下的盲驾导航系统及其方法具有以下有益效果：
1)本发明以行驶道路的平纵横数据构建道路线形空间三维模型，结合高精度GPS定位数据确定驾驶人与道路的空间位置关系，从而实时生成基于驾驶人视点位置的前方观察路段走向透视图，并根据HUD投影面位置与驾驶人视点之间的距离精确控制透视图大小和成像位置，最终达到从驾驶人的视角观察道路线形透视图与实际道路边线重叠的效果。本发明构建的导航系统提供的视觉信息有利于驾驶员对前方观察路段线形走向的掌握，防止车辆冲撞路侧护栏、驶出车行道发生碰撞事故。可以用于雾天、夜间、暗弯等能见度低或视距不良的环境下。
2)本发明以目前已经得到广泛应用的HUD技术为基础，投射出具有色彩的透视曲线，对前方真实的线路走向在低能见度条件下实现了视觉增强。本发明提供的方法技术简单可行，对低能见度条件下的汽车安全驾驶具有良好的辅助作用，有益地保障了汽车驾驶安全。
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是本发明实施例提供的一种低能见度条件下的盲驾导航系统的功能模块图；
图2是本发明实施例提供的一种低能见度条件下的盲驾导航方法的流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
参照图1，本发明实施例提供了一种低能见度条件下的盲驾导航系统，该系统包括数据存储模块、GPS定位模块、控制处理模块、抬头显示模块和电源控制模块，所述数据存储模块中预先存储有路网中各道路的平纵横数据，用以构建道路线形三维计算模型的数据库；所述GPS定位模块接收全球卫星定位系统发送的定位信号，输出高精度的点位坐标到所述控制处理模块；所述控制处理模块接收点位坐标，从所述数据存储模块中调用当前位置对应的道路线形三维计算模型，计算驾驶员前方一定范围内道路车行道的边线特征点坐标，并经过坐标转换，实时生成并输出透视图至所述抬头显示模块；所述抬头显示模块接收透视图并利用HUD将透视图实时投射在前方距离驾驶员一定距离的投影面上；所述电源控制模块为所述数据存储模块、GPS定位模块、控制处理模块、和抬头显示模块提供12V电源。
基于相同的发明构思，本发明实施例还提供了一种低能见度条件下的盲驾导航方法，如图2所示，该方法的实施参考上述系统的实施，重复之处不再赘述。所述方法包括以下步骤：
步骤一：使用存储的道路平纵横数据构建道路线形三维计算模型的数据库，该步骤具体包括：
(1)搜集或采集整理道路的几何线形数据资料；
(2)构建道路中心线上任意点的三维坐标计算模型；
(3)构建道路车行道上任意点的三维坐标计算模型。
步骤二：使用GPS定位数据和数据库中的道路线形三维计算模型确定驾驶员当前视点在地方坐标系中的坐标(x0,y0,h0)，该步骤具体包括：
(1)根据车载GPS定位数据确定驾驶员当前视点的平面坐标(x0,y0)；
(2)由当前视点的平面坐标(x0,y0)和数据库中当前位置对应的道路线形三维计算模型反算当前视点对应的道路里程桩号s0和支距w0，支距w0即为视点到道路中心线的平面距离；
(3)根据道路里程桩号s0和支距w0确定驾驶员视点的标高h0。
步骤三：根据驾驶员当前视点在地方坐标系中的坐标(x0,y0,h0)和数据库中当前位置对应的道路线形三维计算模型确定驾驶员前方观察路段车行道边线上特征点在地方坐标系中的三维坐标(x,y,z)。
步骤四：根据驾驶员当前视点在地方坐标系中的坐标(x0,y0,h0)和车行道边线上特征点在地方坐标系中的三维坐标(x,y,z)实时动态生成观察路段道路透视图，该步骤具体包括：
(1)将车行道边线上特征点在地方坐标系中的坐标(x,y,z)转换为视轴三维直角坐标(Xe,Ye,Ze)，该步骤包括：
1)构建视轴三维直角坐标系(Xe,Ye,Ze)；
2)由当前视点在地方坐标系中的坐标(x0,y0,h0)计算当前主点对应的地方坐标(xs,ys,zs)；
3)根据当前主点对应的地方坐标(xs,ys,zs)确定地方坐标系与视轴坐标系两个三维坐标系之间的转换参数；
4)使用上述确定的转换参数将车行道边线上特征点在地方坐标系中的坐标(x,y,z)转换为视轴三维直角坐标(Xe,Ye,Ze)。
(2)将视轴三维直角坐标(Xe,Ye,Ze)转换为投影面平面直角坐标(xc,yc)；
(3)将投影面平面直角坐标(xc,yc)投影到HUD显示屏的几何空间(x’p,y’p)中，转换为图像坐标(xp,yp)，多个点的图像坐标相连组成道路透视图。
步骤五：通过HUD实时动态显示道路透视图。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (5)

1.一种低能见度条件下的盲驾导航系统，其特征在于，该系统包括数据存储模块、GPS定位模块、控制处理模块和抬头显示模块，所述数据存储模块中预先存储有路网中各道路的平纵横数据，用以构建道路线形三维计算模型的数据库；所述GPS定位模块接收全球卫星定位系统发送的定位信号，输出高精度的点位坐标到所述控制处理模块，所述高精度的点位坐标为驾驶员当前视点的平面坐标(x0,y0)；所述控制处理模块接收驾驶员当前视点的平面坐标(x0,y0)，从所述数据存储模块中调用当前位置对应的道路线形三维计算模型，由当前视点的平面坐标(x0,y0)和数据库中当前位置对应的道路线形三维计算模型反算当前视点对应的道路里程桩号s0和支距w0，支距w0即为视点到道路中心线的平面距离，根据道路里程桩号s0和支距w0确定驾驶员视点的标高h0，确定驾驶员当前视点在地方坐标系中的坐标(x0,y0,h0)，将车行道边线上特征点在地方坐标系中的坐标(x,y,z)转换为视轴三维直角坐标(Xe,Ye,Ze)，将视轴三维直角坐标(Xe,Ye,Ze)转换为投影面平面直角坐标(xc,yc)，将投影面平面直角坐标(xc,yc)投影到HUD显示屏的几何空间(x’p,y’p)中，转换为图像坐标(xp,yp)，确定驾驶员前方观察路段车行道边线上特征点在地方坐标系中的三维坐标(x,y,z)，根据驾驶员当前视点在地方坐标系中的坐标(x0,y0,h0)和车行道边线上特征点在地方坐标系中的三维坐标(x,y,z)实时动态生成观察路段道路透视图，实时生成并输出透视图至所述抬头显示模块；所述抬头显示模块接收透视图并利用HUD将透视图实时投射在前方距离驾驶员一定距离的投影面上。
2.如权利要求1所述的低能见度条件下的盲驾导航系统，其特征在于，所述系统还包括电源控制模块，该电源控制模块为所述数据存储模块、GPS定位模块、控制处理模块、和抬头显示模块提供12V电源。
3.一种低能见度条件下的盲驾导航方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
使用存储的道路平纵横数据构建道路线形三维计算模型的数据库；
根据车载GPS定位数据确定驾驶员当前视点的平面坐标(x0,y0)，由当前视点的平面坐标(x0,y0)和数据库中当前位置对应的道路线形三维计算模型反算当前视点对应的道路里程桩号s0和支距w0，支距w0即为视点到道路中心线的平面距离，根据道路里程桩号s0和支距w0确定驾驶员视点的标高h0，确定驾驶员当前视点在地方坐标系中的坐标(x0,y0,h0)；
将车行道边线上特征点在地方坐标系中的坐标(x,y,z)转换为视轴三维直角坐标(Xe,Ye,Ze)，将视轴三维直角坐标(Xe,Ye,Ze)转换为投影面平面直角坐标(xc,yc)，将投影面平面直角坐标(xc,yc)投影到HUD显示屏的几何空间(x’p,y’p)中，转换为图像坐标(xp,yp)，确定驾驶员前方观察路段车行道边线上特征点在地方坐标系中的三维坐标(x,y,z)；
根据驾驶员当前视点在地方坐标系中的坐标(x0,y0,h0)和车行道边线上特征点在地方坐标系中的三维坐标(x,y,z)实时动态生成观察路段道路透视图；
通过HUD实时动态显示道路透视图。
4.如权利要求3所述的低能见度条件下的盲驾导航方法，其特征在于，步骤使用存储的道路平纵横数据构建道路线形三维计算模型的数据库具体包括：
(1)搜集或采集整理道路的几何线形数据资料；
(2)构建道路中心线上任意点的三维坐标计算模型；
(3)构建道路车行道上任意点的三维坐标计算模型。
5.如权利要求3所述的低能见度条件下的盲驾导航方法，其特征在于，步骤将车行道边线上特征点在地方坐标系中的坐标(x,y,z)转换为视轴三维直角坐标(Xe,Ye,Ze)具体包括：
1)构建视轴三维直角坐标系(Xe,Ye,Ze)；
2)由当前视点在地方坐标系中的坐标(x0,y0,h0)计算当前主点对应的地方坐标(xs,ys,zs)；
3)根据当前主点对应的地方坐标(xs,ys,zs)确定地方坐标系与视轴坐标系两个三维坐标系之间的转换参数；
4)使用上述确定的转换参数将车行道边线上特征点在地方坐标系中的坐标(x,y,z)转换为视轴三维直角坐标(Xe,Ye,Ze)。
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