CN113147733A - 雨雾沙尘天气汽车智能限速系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种雨雾沙尘天气汽车智能限速系统及方法，智能限速系统拍摄模块、图片处理模块、车身速度模块、智能限速控制器和纵向控制器，拍摄模块实时拍摄车辆行驶道路的图片，传递给图片处理模块，利用R‑CNN深度学习框架训练识别道路上的天气情况，以及能见度级别，通过智能限速控制器针对当下的能见度级别检索出预设的限速值，并对比当前实时车速信息，判断车辆是否超速，若超速，则控制纵向控制器动作，自动限制车辆在限速范围内安全行驶，并且通过人机交互模块，持续显示或语音提醒限速值和前方车距，使驾驶人自觉的安全驾驶，提高车辆在道路上行驶的安全性。

Description

雨雾沙尘天气汽车智能限速系统及方法
技术领域
本发明涉及汽车电控技术领域，具体涉及一种雨雾沙尘天气汽车智能限速系统及方法。
背景技术
据《中华人民共和国道路交通安全法实施条例》第五节高速公路的特别规定第八十一条机动车在高速公路上行驶，遇有雾、雨、雪、沙尘、冰雹等低能见度气象条件时，应当遵守下列规定：
(一)能见度小于200米时，开启雾灯、近光灯、示廓灯和前后位灯，车速不得超过每小时60公里，与同车道前车保持100米以上的距离；
(二)能见度小于100米时，开启雾灯、近光灯、示廓灯、前后位灯和危险报警闪光灯，车速不得超过每小时40公里，与同车道前车保持50米以上的距离；
(三)能见度小于50米时，开启雾灯、近光灯、示廓灯、前后位灯和危险报警闪光灯，车速不得超过每小时20公里，并从最近的出口尽快驶离高速公路。
遇有前款规定情形时，高速公路管理部门应当通过显示屏等方式发布速度限制、保持车距等提示信息。
目前，汽车的一些高级驾驶辅助系统会具有智能限速功能，在汽车行驶过程中利用传感器来感应周围的环境，收集数据，并结合导航地图数据，进行系统的运算与分析，从而预先让驾驶者察觉到可能发生的危险，有效增加汽车驾驶的舒适性和安全性。比较常用的有当距离前方车辆或其他物体较近时，主动制动，以及GPS实时测速，让司机可以通过观察显示屏来注意车速。如公告号为CN103832282A的中国发明专利，公开一种汽车智能限速系统及汽车限速方法，其摄像头可识别道路交通标识牌，并利用图像处理技术，提取道路交通标识信息；智能导航可实时提供当前道路信息、导航路线信息以及国家或地区的交通道路限速法规相关信息；车身传感器可实时提供车身信息；控制器内部建立有交通限速标识数据库，将导航与摄像头提供的信息进行处理，计算出适用于本车的限速信息，但是该技术无法主动感知高速道路上的实际雨雾沙尘等天气状况，无法根据天气情况作出限速决策，当遇到能见度较低的情况时，车辆只能在驾驶者的主观感觉下操控行进，由于人对环境条件状况的主观感觉不准确，且需要人自觉能动的进行减速操作，使恶劣天气行车存在较大的安全隐患。
发明内容
本发明的目的在于提供一种雨雾沙尘天气汽车智能限速系统及方法，本发明能实现主动感知高速道路上的天气状况和能见度，对车辆进行相应的限速提醒与控制。
为解决上述技术问题，本发明公开的一种雨雾沙尘天气汽车智能限速系统，包括拍摄模块、图片处理模块、车身速度模块、智能限速控制器和纵向控制器，其中：
所述拍摄模块预先进行摄像机标定，用于拍摄车辆当前行驶的道路图片；
所述图片处理模块的内部建立有不同能见度级别的雨天、雾天以及沙尘天气的道路图像样本数据库，用于对拍摄的道路图片利用R-CNN深度学习训练框架进行处理，识别出当前道路的天气情况，以及能见度级别；
所述车身速度模块用于实时采集当前车辆行驶速度信息；
所述智能限速控制器包括检索模块、判断模块和控制模块，所述检索模块用于存储预设的各个道路能见度级别相对应的车速限速值，并基于从所述图片处理模块接收到的能见度级别信号确定当前天气情况下的车速限速值；所述判断模块用于对比从所述车身速度模块接收到的当前车速信号和所述检索模块接收到的当前天气情况下的车速限速值来判定当前汽车是否超速；所述控制模块用于在接收到当前汽车超速信号时发出控制汽车减速的指令；
所述纵向控制器用于在接收到所述控制模块的控制汽车减速指令时使汽车减速。
在上述雨雾沙尘天气汽车智能限速系统中，图像处理模块通过R-CNN深度学习框架训练的方法，对车辆行驶的道路图片进行处理，可识别出车辆周围实时的天气状况，以及能见度级别，进而根据实时的能见度情况确定限速值，并自动将车速控制在限速范围内，从而提高车辆在雨雾沙尘等不良天气状况下的行驶安全性。
作为本发明的雨雾沙尘天气汽车智能限速系统一种改进，所述检索模块的输出端还设置有人机交互模块，所述人机交互模块包括车载多媒体、仪表以及扬声器，用于显示或者播报当前天气情况下的车速限速值。优选地，所述人机交互模块的输入端还设有雷达模块，所述雷达模块用于检测车辆与道路前方障碍物的距离，所述人机交互模块还用于显示或者播报车辆距前方障碍物的距离。利用人机交互模块的车载多媒体、仪表，来显示当前限速值和路障距离，以及通过扬声器播报限速值和路障距离，给驾驶人报警和提醒，使其自觉主动的安全驾驶，使汽车保持安全行驶速度前进。
作为本发明的雨雾沙尘天气汽车智能限速系统又一种改进，所述图片处理模块的输出端还连接有V2X共享模块，所述V2X共享模块用于将能见度级别共享给周围的DSRC设备和LTE-V设备，实现车辆对外界的能见度等道路信息交换与共享，提高整条道路车辆的行车安全性。
作为本发明的雨雾沙尘天气汽车智能限速系统另一种改进，所述纵向控制器包括电子稳定控制系统ESC、整车控制器VCU，以及其他电子控制单元ECU，通过多个控制元件直接控制车轮制动器或调节发动机扭矩，从而使汽车减速，在当前环境下的限速区间内行驶，并保持车身稳定，避免事故发生。
为解决上述技术问题，本发明公开的一种雨雾沙尘天气汽车智能限速方法，它包括如下步骤：
步骤1：拍摄模块预先完成摄像机标定，然后拍摄车辆当前行驶的道路图片；
步骤2：图片处理模块对拍摄的道路图片利用R-CNN深度学习训练框架进行处理，根据内部存储的不同能见度级别的雨天、雾天以及沙尘等天气状况的道路图像样本数据库，识别出当前道路的天气情况，以及能见度级别；
步骤3：车身速度模块实时采集当前车辆行驶速度信息；
步骤4：检索模块基于存储预设的各个道路能见度级别相对应的车速限速值，根据从所述图片处理模块接收到的能见度级别信号确定当前天气情况下的车速限速值；
步骤5：判断模块对比从所述车身速度模块接收到的当前车速信号和从所述检索模块接收到的当前天气情况下的车速限速值，来判定当前汽车是否超速；
步骤6：控制模块在接收到当前汽车已超速信号时发出控制汽车减速指令；
步骤7：纵向控制模块在接收道所述控制模块的控制汽车减速指令时动作，使汽车减速。
综上所述，本发明雨雾沙尘天气汽车智能限速系统和方法，能够科学准确的识别车辆周围的天气状况和能见度级别，并自动的对车速进行控制，使其在合理的限速范围内安全行驶，另外，能够进行限速提醒和前方车距提醒，提高了驾驶人的自觉能动性，使车辆行驶更加安全。
附图说明
图1为本发明的系统结构示意图；
图2为本发明的摄像模块摄像头距离标定流程图；
图3为本发明的摄像模块摄像头图像像素区域划分示意图；
图4为本发明的天气类别识别算法；
图5为本发明的能见度级别判定流程示意图；
图6为本发明的能见度信息共享流程示意图；
其中，1、拍摄模块；2、图片处理模块；3、车身速度模块；4、智能限速控制器；41、检索模块；42、判断模块；43、控制模块；5、纵向控制器；6、人机交互模块；7、雷达模块；8、V2X共享模块。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明：
如图1所示，本发明的一种雨雾沙尘天气汽车智能限速系统，包括拍摄模块1、图片处理模块2、车身速度模块3、智能限速控制器4和纵向控制器5，拍摄模块1的输出端与图片处理模块2的输入端连接，智能限速控制器3的输入端连接图片处理模块2和车声速度模块3，智能限速控制器3的输出端连接纵向控制器5。其中：
拍摄模块1用于拍摄车辆当前行驶的道路图片，拍摄模块1的摄像头预先通过传统摄像机标定法进行标定，标定的过程如图2所示，具体步骤如下，
a.摄像头采集前方道路图像；
b.在真实道路上标记出距离为D的点，比如200m；
c.标记D点在图像中的像素位置；
d.划分摄像头图像中像素的区域(图3)，比如划定边界4。
图片处理模块2用于对拍摄的道路图片利用R-CNN深度学习训练框架进行处理，识别出当前道路的天气情况，以及能见度级别。
识别天气情况的过程如图4所示，具体步骤如下：
a.选取n张雨雾沙尘等恶劣天气的高速道路图像，作为正样本；
b.选取n张正常天气下的高速道路图像，作为负样本；
c.使用R-CNN深度学习框架训练：
训练样本图像分类：大雨、浓雾、沙尘、其它，
样本图像分割：一张图像生成1k～2k各候选区域，
对每个候选区域，使用深度网络提取特征，
特征送入每一类的分类器，判别是否属于该类，比如有浓雾、无浓雾、有沙尘、无沙尘、其它；
d.获得高速公路雨雾沙尘等天气情况。
能见度级别判断过程如图5所示，具体步骤如下：
a.用摄像头采集前方道路图像，
b.识别道路上的雨雾沙尘天气，比如发送2，
c.判断雨雾沙尘在图像像素中的区域，比如在100＜D≤200m，
d.判断能见度级别，比如在3区，对应级别3级。能见度100＜V≤200m。
车身速度模块3用于实时采集当前车辆行驶速度信息，获取实时车速。
智能限速控制器4包括检索模块41、判断模块42和控制模块43，检索模块41基于存储预设的各个道路能见度级别相对应的车速限速值，根据从图片处理模块2接收到的能见度级别信号确定当前天气情况下的车速限速值；判断模块42对比从车身速度模块3接收到的当前车速信号和从检索模块41接收到的当前天气情况下的车速限速值，来判定当前汽车是否超速；控制模块43用于在接收到判断模块42当前汽车超速信号时发出控制汽车减速指令，若没有超速，则不会发出任何指令。
纵向控制器5连接在控制模块43的输出端，在接收到控制模块43的控制汽车减速指令时动作，使汽车减速。
进一步的，检索模块41的输出端还设置有人机交互模块6，人机交互模块6包括车载多媒体、仪表以及扬声器，用于显示或者播报当前天气情况下的车速限速值，将限速值持续的屏显或语音提醒给驾驶者，使其引起其足够的重视，自觉的保持在限速区间内安全驾驶，提高道路行车安全。
更进一步的，人机交互模块6的输入端还设有雷达模块7，雷达模块7用于检测车辆与道路前方障碍物的距离，人机交互模块6还用于显示或者播报车辆距前方障碍物的距离，当距离前车或者路障过近时，通过车载多媒体屏幕变红或者扬声器蜂鸣示警，避免发声碰撞事故。
其中，雷达模块7采用毫米波雷达，通过多普勒效应可以获得与前方障碍物的极坐标信息。将障碍物P的极坐标下的二维信息转换到直角坐标系中，雷达坐标系的X0O0Z0平面与世界坐标系的XOZ平面平行，两平面之间的距离为Y0，通过雷达可以得到前方车辆中心点投影到雷达扫射平面内的点P相对于雷达的距离R和角度α，确定P点在世界坐标系下的坐标值：横坐标值Xw、纵坐标值Yw、竖坐标值Zw，转换关系如下：
XW＝R sinα
YW＝-Y0
ZW＝-R cosα
也就获得了与前方障碍物的距离；
可选的，图片处理模块2的输出端还连接有V2X共享模块8，如图6所示，车辆获取了雨雾沙尘高速公路的能见度级别后，通过车载V2X发送给周围车辆、道路的DSRC设备或LTE-V设备，使更多的车辆按照规定限速行驶，进一步提高了雨雾沙尘天气时的行车安全。
可选的，纵向控制器5包括电子稳定控制系统ESC、整车控制器VCU，以及其他电子控制单元ECU，用于直接驱动汽车发动机油门缩小或制动器制动，使汽车减速。
车辆在道路上行驶的时候，通过拍摄模块1的车载高清摄像头获取道路图片，图片处理模块2对拍摄的道路图片执行R-CNN深度学习训练框架算法，识别当道路的天气情况，并检测实时能见度级别，然后通过车载V2X共享模块8向周围车辆共享能见度级别，判断模块42对比车身速度模块3的实时车速信息和检索模块41的输出当前限速信息，判断车辆是否超速，若超速则控制模块43向纵向控制器5发出限速指令，使车速降低到限速范围内，另外，使用毫米波雷达可以测量前车距离，再通过人机交互模块6将限速值和路障距离信息实时显示或播报出来，提醒驾驶人。
本发明一种利用上述系统的雨雾沙尘天气汽车智能限速方法，包括如下步骤：
步骤1：拍摄模块1预先完成摄像机标定，然后拍摄车辆当前行驶的道路图片；
步骤2：图片处理模块2对拍摄的道路图片利用R-CNN深度学习训练框架进行处理，根据内部存储的不同能见度级别的雨天、雾天以及沙尘等天气状况的道路图像样本数据库，识别出当前道路的天气情况，以及能见度级别；
步骤3：车身速度模块3实时采集当前车辆行驶速度信息；
步骤4：检索模块41基于存储预设的各个道路能见度级别相对应的车速限速值，根据从所述图片处理模块2接收到的能见度级别信号确定当前天气情况下的车速限速值；
步骤5：判断模块42对比从所述车身速度模块3接收到的当前车速信号和从所述检索模块41接收到的当前天气情况下的车速限速值，来判定当前汽车是否超速；
步骤6：控制模块43在接收到当前汽车已超速信号时发出控制汽车减速指令；
步骤7：纵向控制模块5在接收道所述控制模块43的控制汽车减速指令时动作，使汽车减速。
进一步的，在步骤4中，还包括通过人机交互模块6和雷达模块7，雷达模块7检测车辆与道路前方障碍物的距离，人机交互模块6显示或者播报当前天气情况下的车速限速值，以及车辆与道路前方障碍物的距离，时刻提醒驾驶者安全驾驶，起到一定的辅助作用。
在步骤4中，还包括通过V2X模块将当前道路的能见度级别共享给周围的DSRC设备和LTE-V设备，使更多的车辆获取准确的能见度信息，进一步提高了雨雾沙尘等恶劣天气时的行车安全。
本说明书未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (10)

1.一种雨雾沙尘天气汽车智能限速系统，其特征在于：包括拍摄模块(1)、图片处理模块(2)、车身速度模块(3)、智能限速控制器(4)和纵向控制器(5)，其中：
所述拍摄模块(1)预先进行摄像机标定，用于拍摄车辆当前行驶的道路图片；
所述图片处理模块(2)的内部建立有不同能见度级别的雨天、雾天以及沙尘天气的道路图像样本数据库，用于对拍摄的道路图片利用R-CNN深度学习训练框架进行处理，识别出当前道路的天气情况，以及能见度级别；
所述车身速度模块(3)用于实时采集当前车辆行驶速度信息；
所述智能限速控制器(4)包括检索模块(41)、判断模块(42)和控制模块(43)，所述检索模块(41)用于存储预设的各个道路能见度级别相对应的车速限速值，并基于从所述图片处理模块(2)接收到的能见度级别信号确定当前天气情况下的车速限速值；所述判断模块(42)用于对比从所述车身速度模块(3)接收到的当前车速信号和从所述检索模块(41)接收的当前天气情况下的车速限速值，并判定当前汽车是否超速；所述控制模块(43)用于在接收到当前汽车超速信号时发出控制汽车减速的指令；
所述纵向控制器(5)用于在接收道所述控制模块(43)的控制汽车减速指令时使汽车减速。
2.根据权利要求1所述的一种雨雾沙尘天气汽车智能限速系统，其特征在于：所述检索模块(41)的输出端还设置有人机交互模块(6)，所述人机交互模块(6)包括车载多媒体、仪表以及扬声器，用于显示或者播报当前天气情况下的车速限速值。
3.根据权利要求2所述的一种雨雾沙尘天气汽车智能限速系统，其特征在于：所述人机交互模块(6)的输入端还设有雷达模块(7)，所述雷达模块(7)用于检测车辆与道路前方障碍物的距离，所述人机交互模块(6)还用于显示或者播报车辆距前方障碍物的距离。
4.根据权利要求1所述的一种雨雾沙尘天气汽车智能限速系统，其特征在于：所述拍摄模块(1)采用传统摄像机标定方法进行标定。
5.根据权利要求1所述的一种雨雾沙尘天气汽车智能限速系统，其特征在于：所述图片处理模块(2)的输出端还连接有V2X共享模块(8)，所述V2X共享模块(8)用于将能见度级别共享给周围的DSRC设备和LTE-V设备。
6.根据权利要求1所述的一种雨雾沙尘天气汽车智能限速系统，其特征在于：所述纵向控制器(5)包括电子稳定控制系统ESC、整车控制器VCU，以及其他电子控制单元ECU。
7.一种利用权利要求5所述系统的雨雾沙尘天气汽车智能限速方法，包括如下步骤：
步骤1：拍摄模块(1)预先完成摄像机标定，然后拍摄车辆当前行驶的道路图片；
步骤2：图片处理模块(2)对拍摄的道路图片利用R-CNN深度学习训练框架进行处理，根据内部存储的不同能见度级别的雨天、雾天以及沙尘等天气状况的道路图像样本数据库，识别出当前道路的天气情况，以及能见度级别；
步骤3：车身速度模块(3)实时采集当前车辆行驶速度信息；
步骤4：检索模块(41)基于存储预设的各个道路能见度级别相对应的车速限速值，根据从所述图片处理模块(2)接收到的能见度级别信号确定当前天气情况下的车速限速值；
步骤5：判断模块(42)对比从所述车身速度模块(3)接收到的当前车速信号和从所述检索模块(41)接收到的当前天气情况下的车速限速值，来判定当前汽车是否超速；
步骤6：控制模块(43)在接收到当前汽车已超速信号时发出控制汽车减速指令；
步骤7：纵向控制模块(5)在接收到所述控制模块(43)的控制汽车减速指令时动作，使汽车减速。
8.根据权利要求7所述的一种雨雾沙尘天气汽车智能限速方法，其特征在于：在所述步骤4中，还包括通过人机交互模块(6)显示或者播报当前天气情况下的车速限速值。
9.根据权利要求8所述的一种雨雾沙尘天气汽车智能限速方法，其特征在于：在所述步骤4中，还包括通过雷达模块(7)检测车辆与道路前方障碍物的距离，并通过人机交互模块(6)显示或者播报车辆与道路前方障碍物的距离。
10.根据权利要求7所述的一种雨雾沙尘天气汽车智能限速方法，其特征在于，在所述步骤2中，还包括通过V2X模块将当前道路的能见度级别共享给周围的DSRC设备和LTE-V设备。
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