一种基于车路协同的行人防碰撞系统和方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于车路协同的行人防碰撞系统和方法，所述系统包括车载模块、路侧模块、车路通信模块、中央处理模块、显示与控制模块。路侧模块与车载模块之间通过车路通信模块进行信息交互，二者的数据一起发送给中央处理模块，中央处理模块对多源信息进行融合与处理，发送指令给显示与控制模块执行防碰撞措施。本发明借助于车路协同方式获取更广范围更准确的行人信息，判定行人车辆碰撞风险，进而采取相应的防碰撞措施，达到安全、智能辅助驾驶的目的。
【专利说明】一种基于车路协同的行人防碰撞系统和方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及智能交通【技术领域】，尤其涉及一种基于车路协同的行人防碰撞系统和 方法。
【背景技术】
[0002] 由于我国的交通模式仍以混合交通模式为主，即在我国的道路上经常是行人、非 机动车、机动车混合出行，所以在我国车辆与行人和非机动车的碰撞是造成交通事故伤亡 的主要原因。国内外公开了一些行人防碰撞装置。
[0003] 国内公开了一种用于警示驾驶员的车路协同装置（中国专利号： 201020289870. 2)，该实用新型提供了一种用于在交叉口区域警示驾驶员以避免其驾驶车 辆撞上非机动车的车路协同装置，将道路上有非机动车穿行的信息直接提示给邻近车辆上 的驾驶员，让驾驶员提前做出反应。此装置只依靠路侧设备检测非机动车，检测范围有限， 且只将路侧设备的检测到的信息发送给车载端，未做到真正意义上的车路协同，而且没有 对行人坐标进行误差判别来优选坐标。国内公开了一种基于行人保护的车间协同预警装置 (中国专利号：201220621058. 4)，该实用新型提供了一种用人体感应器来检测前方行人， 然后将信息及时传递给驾驶员和后方车辆。此装置虽采用车间协同的方法来检测行人，但 在弯道、交叉口等复杂道路情况下仍有较大限制，但由于没有风险判别过程，发现行人后一 昧的报警会给驾驶员带来不必要的心理负担。国外公开了一套智能安全辅助驾驶装置（美 国专利号：US2010 10063649 AL)，该系统基于多摄像头采集车辆周围全方位影像，并通过图 像处理和安全阀值判断车辆安全状态，并通过预警模块发出预警，同时通过存储模块存储 识别的状态信息。此装置仅依靠车载设备来检测前方行人，行人检测能力十分有限，具体体 现在：①不能解决路口建筑/车辆遮挡问题；②不能应对复杂交通环境（多个行人）；③不 能应对不利光线和恶劣环境，同时车载设备过多，价格高昂，难以推广。
【发明内容】
[0004] 本发明要解决的技术问题在于针对现有技术中的缺陷，提供一种基于车路协同的 行人防碰撞系统和方法。
[0005] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
[0006] -种基于车路协同的行人防碰撞系统，它包括安装在车辆上的车载模块、设置在 路边的路侧模块、车路通信模块、中央处理模块、显示与控制模块；
[0007] 所述中央处理模块包括信息融合处理器、风险判别处理器、指令发送处理器，
[0008] 风险判别处理器用于判别行人-车辆是否会有碰撞危险；
[0009] 信息融合处理器用于对车载模块、路侧模块获取的行人信息的二次优选、局部道 路渠化信息重构及行人、车辆在同一局部道路地图上的位置匹配；指令发送处理器用于发 送指令给显示与控制模块来实施防碰撞措施；
[0010] 所述车载模块用于获取车辆状态信息、车辆操作信息、行人数量与位置信息； toon] 所述路侧模块用于获取局部道路渠化信息以及行人数量与位置信息；所述局部道 路为交叉口路和弯道；
[0012] 所述车路通信模块用于车载模块与路侧模块之间的信息交互；
[0013] 所述显示与控制模块用于根据指令进行碰撞风险提示和车辆辅助控制。
[0014] 按上述方案，所述车载模块包括本车状态检测装置、车载行人检测装置和车载信 息处理器；
[0015] 本车状态检测装置包括GPS模块、自车速度传感器、自车加速度传感器、制动踏板 传感器、加速踏板传感器和转向角度传感器；
[0016] 车载行人检测装置包括采用吸盘装置固定于前挡风玻璃上的车载双目摄像头， 双目摄像头分别布置在前挡风玻璃中心左右两边l〇cm处，其坚直方向距离驾驶台下表面 30cm ；
[0017] 车载信息处理器用于根据车载模块检测的信息获得车辆信息、行人特征信息、车 载车辆-行人相对坐标信息；
[0018] 还用于车载车辆-行人相对坐标信息和路侧车辆-行人相对坐标信息的优选。
[0019] 按上述方案，所述侧模块包括路侧行人检测装置和路侧信息处理器；
[0020] 路侧行人检测装置包括安装于路边的多个路侧摄像机；
[0021] 路侧信息处理器用于根据路侧模块检测的信息获得道路信息、行人特征信息和行 人坐标信息；
[0022] 还用于对路侧模块检测的行人坐标信息进行优选，并计算路侧车辆-行人相对坐 标信息。
[0023] 按上述方案，车路通信模块包括车载WIFI终端和路侧WIFI终端，车载模块与路侧 模块之间通过车载WIFI终端和路侧WIFI终端进行实时信息交互。
[0024] 按上述方案，显示与控制模块包括人机交互装置与辅助控制装置，人机交互装置 包括行车电脑显示屏、便携式VGA显示器、车载扬声器；辅助控制装置包括速度控制器、EVB 执行机构、座椅调整机构、安全带收缩机构和安全气囊机构。
[0025] -种使用上述系统基于车路协同的行人防碰撞方法，包括以下步骤：
[0026] 1)使用车载模块、路侧模块共同检测行人，，同时车载模块获取车辆状态信息、车 辆操作信息，路侧模块获取局部道路地图信息；所述局部道路为交叉口路和弯道；
[0027] 2)根据车载模块检测的信息获得车辆信息、行人特征信息、车载车辆-行人相对 坐标信息与数量信息；
[0028] 根据路侧模块检测的信息获得道路信息、行人特征信息和行人坐标信息、数量信 息，对路侧模块检测的行人坐标信息进行第一次优选，并计算路侧车辆-行人相对坐标信 肩、。
[0029] 车载模块、路侧模块通车路通信模块建立数据连接，进行车路间的信息交互；
[0030] 3)在中央处理模块的信息融合处理器上对车载模块和路侧模块获取的车载车 辆-行人相对坐标信息和路侧车辆-行人相对坐标信息进行二次优选以及行人、车辆在同 一个局部道路地图上的位置匹配；4)中央处理模块对多源信息进行融合与处理后，建立车 辆运动和行人运动信息数据库，发送风险参数给风险判别处理器对行人-车辆碰撞风险做 出判别，若判别后的风险参数超过安全值，则通过指令发送处理器发送相应指令给显示与 控制模块实施防碰撞措施。
[0031] 按上述方案，步骤2)中路侧模块计算路侧车辆-行人相对坐标信息采取如下步 骤：
[0032] a)通过路侧摄像机得到行人的像素坐标，由摄像机标定得到行人相对于路侧摄像 机光心的相对坐标，采用投影与三角变化的方法得到行人相对于路侧摄像机所在位置点的 绝对坐标；
[0033] b)车辆实时位置由GPS获得，通过GPS坐标到局部坐标系的转换得到车辆相对路 侧摄像机所在位置点的绝对坐标；
[0034] c)把行人、车辆相对路侧摄像机所在位置点的绝对坐标进行坐标矢量运算，得到 行人相对车辆的坐标。
[0035] 按上述方案，步骤2)中在路侧信息处理器上采用误差判别法来对行人信息进行 优选，具体如下：在有N个路侧摄像机检测到行人的情况下，得到N个相对于车辆的行人坐 标，分别为（X:，t) (X2, Y2)……（ΧΝ，ΥΝ)，以编号最小的路侧摄像机所得到的行人坐标为圆 心，建立一个半径为30cm的误差判别圆，若其他摄像机获取的行人坐标在此圆内或者圆周 上，则判定这几个路侧摄像机所获取的行人坐标为同一个行人的坐标，否则，便为不同行人 的坐标。
[0036] 按上述方案，步骤2)中在车载信息处理器上采用如下方法来优选行人信息：
[0037] 若只有车载模块检测到行人信息时，则采用车载模块所获取的行人信息；
[0038] 若只有路侧模块检测到行人信息时，则采用路侧模块所获取的行人信息；
[0039] 若车载模块、路侧模块均检测到行人且进行信息交互时，通过误差判别法来优选 行人信息：当两者获取的行人信息在误差范围内时，则判定为同一个行人，采用车载模块所 获取的行人信息；当两者获取的行人信息不在误差范围内时，则判定为两个不同的行人；
[0040] 是否在误差范围内具体判断方法如下：车载设备获取的行人坐标为（X*，Y*)，路 侧设备传输给车载设备的行人坐标为（x~，Y~)，以（X*，Y*)点为圆心，半径为30cm建立误 差判别圆，若（X~，Y~)在此圆内或圆上，则判定在误差范围内，这两个坐标对应的是同一个 行人，选用车载模块获取的（Χ*，Υ*)坐标；否则，则判定为车载模块与路侧模块检测到的为 两个不同的行人。
[0041] 按上述方案，所述步骤4)中行人-车辆碰撞风险判断时，采用距离车辆最近的行 人信息。
[0042] 按上述方案，所述路侧模块获取局部道路地图信息采用道路构造点渠化法，具体 如下：
[0043] 以编号最小的路侧摄像机所在位置点为原点，建立局部道路坐标系，从而确定其 他点的坐标，进而预先给定重要路段和设施的代码得到道路渠化信息并存储在路侧信息处 理器中，当车辆行驶至路侧WIFI终端发射范围内便发送给车载WIFI终端进而发送给信息 融合处理器以此来根据构造点代码快速重构渠化，实现局部道路地图的快速获取。
[0044] 具体代码规则如下：
[0045] 交叉口渠化代码规则：
[0046]
【权利要求】
1. 一种基于车路协同的行人防碰撞系统，它包括安装在车辆上的车载模块、设置在路 边的路侧模块、车路通信模块、中央处理模块、显示与控制模块； 所述中央处理模块包括信息融合处理器、风险判别处理器、指令发送处理器； 风险判别处理器用于判别行人-车辆是否会有碰撞危险； 信息融合处理器用于对车载模块、路侧模块获取的行人信息的二次优选、局部道路渠 化信息重构及行人、车辆在同一局部道路地图上的位置匹配； 指令发送处理器用于发送指令给显示与控制模块来实施防碰撞措施； 所述车载模块用于获取车辆状态信息、车辆操作信息、行人数量与位置信息； 所述路侧模块用于获取局部道路渠化信息以及行人数量与位置信息；其中，局部道路 为交叉口路和弯道； 所述车路通信模块用于车载模块与路侧模块之间的信息交互； 所述显示与控制模块用于根据指令进行碰撞风险提示和车辆辅助控制。
2. 根据权利要求1所述的防碰撞系统，其特征在于，所述车载模块包括本车状态检测 装置、车载行人检测装置和车载信息处理器； 本车状态检测装置包括GPS模块、自车速度传感器、自车加速度传感器、制动踏板传感 器、加速踏板传感器和转向角度传感器； 车载行人检测装置包括采用吸盘装置固定于前挡风玻璃上的车载双目摄像头，双目摄 像头分别布置在前挡风玻璃中心左右两边l〇cm处，其坚直方向距离驾驶台下表面30cm ; 车载信息处理器用于根据车载模块检测的信息获得车辆信息、行人特征信息、车载车 辆-行人相对坐标信息。
3. 根据权利要求1所述的防碰撞系统，其特征在于，所述路侧模块包括路侧行人检测 装置和路侧信息处理器； 路侧行人检测装置包括安装于路边的多个路侧摄像机； 路侧信息处理器用于根据路侧模块检测的信息获得道路信息、行人特征信息和行 人-摄像机相对坐标?目息； 还用于计算路侧车辆-行人相对坐标信息，并对路侧车辆-行人相对坐标信息进行一 次优选。
4. 根据权利要求1所述的防碰撞系统，其特征在于，所述车路通信模块包括车载WIFI 终端和路侧WIFI终端，车载模块与路侧模块之间通过车载WIFI终端和路侧WIFI终端进行 实时信息交互。
5. 根据权利要求1所述的防碰撞系统，其特征在于，所述显示与控制模块包括人机交 互装置与辅助控制装置，人机交互装置包括行车电脑显示屏、便携式VGA显示器、车载扬声 器；辅助控制装置包括速度控制器、EVB执行机构、座椅调整机构、安全带收缩机构和安全 气囊机构。
6. 根据权利要求1所述的防碰撞系统，其特征在于，所述信息融合处理器用于通过误 差判别法对车载车辆-行人相对坐标信息和路侧车辆-行人相对坐标信息的二次优选；具 体如下： 若只有车载模块检测到行人信息时，则采用车载模块所获取的行人信息； 若只有路侧模块检测到行人信息时，则采用路侧模块所传送的行人信息； 若车载模块、路侧模块均检测到行人且进行信息交互时，通过误差判别法来二次优选 行人信息：当两者获取的行人信息在误差范围内时，则判定为同一个行人，采用车载模块所 获取的行人信息；当两者获取的行人信息不在误差范围内时，则判定为两个不同的行人； 是否在误差范围内具体判断方法如下：车载设备获取的行人坐标为（X*，Y*)，路侧设 备传输给车载设备的行人坐标为（Χ~，γ~)，以（Χ*，γ*)点为圆心，半径为30cm建立误差判别 圆，若（X~，Y~)在此圆内或圆上，则判定在误差范围内，这两个坐标对应的是同一个行人， 选用车载模块获取的（X*，Υ*)坐标；否则，则判定为车载模块与路侧模块检测到的为两个 不同的行人。
7. -种使用权利要求1至6所述防碰撞系统的基于车路协同的行人防碰撞方法，包括 以下步骤： 1) 使用车载模块、路侧模块共同检测行人，同时车载模块获取车辆状态信息、车辆操作 信息，路侧模块获取局部道路地图信息；所述局部道路为交叉口路和弯道； 2) 根据车载模块检测的信息获得车辆信息、行人特征信息、车载车辆-行人相对坐标 信息与数量信息； 根据路侧模块检测的信息获得道路信息、行人特征信息和行人坐标信息、数量信息，计 算路侧车辆-行人相对坐标信息，并对路侧车辆-行人相对坐标信息进行一次优选； 车载模块、路侧模块通车路通信模块建立数据连接，进行车路间的信息交互； 3) 在中央处理模块的信息融合处理器上对车载模块和路侧模块获取的车载车辆-行 人相对坐标信息和路侧车辆-行人相对坐标信息进行二次优选以及行人、车辆在同一个局 部道路地图上的位置匹配； 4) 中央处理模块对多源信息进行融合与处理后，建立车辆运动和行人运动信息数据 库，发送风险参数给风险判别处理器对行人-车辆碰撞风险做出判别，若判别后的风险参 数超过安全值，则通过指令发送处理器发送相应指令给显示与控制模块实施防碰撞措施。
8. 根据权利要求7所述的防碰撞方法，其特征在于，步骤2)中路侧模块计算路侧车 辆-行人相对坐标信息采取如下步骤： a) 通过路侧摄像机得到行人的像素坐标，由摄像机标定得到行人相对于路侧摄像机光 心的相对坐标，采用投影与三角变化的方法得到行人相对于路侧摄像机所在位置点的绝对 坐标； b) 车辆实时位置由GPS获得，通过GPS坐标到局部坐标系的转换得到车辆相对路侧摄 像机所在位置点的绝对坐标； c) 把行人、车辆相对路侧摄像机所在位置点的绝对坐标进行坐标矢量运算，得到行人 相对车辆的坐标。
9. 根据权利要求7所述的防碰撞方法，其特征在于，步骤2)中在路侧信息处理器上采 用误差判别法来对行人信息进行第一次优选，具体如下：在有N个路侧摄像机检测到行人 的情况下，得到N个相对于车辆的行人坐标，分别为（Xpt) (X2，Y2)……（ΧΝ，ΥΝ)，以编号最 小的路侧摄像机所得到的行人坐标为圆心，建立一个半径为30cm的误差判别圆，若其他摄 像机获取的行人坐标在此圆内或者圆周上，则判定这几个路侧摄像机所获取的行人坐标为 同一个行人的坐标，否则，便为不同行人的坐标。
10. 根据权利要求7所述的防碰撞方法，其特征在于，步骤2)中在信息融合处理器上采 用如下方法来对行人信息进行二次优选： 若只有车载模块检测到行人信息时，则采用车载模块所获取的行人信息； 若只有路侧模块检测到行人信息时，则采用路侧模块所传送的行人信息； 若车载模块、路侧模块均检测到行人且进行信息交互时，通过误差判别法来二次优选 行人信息：当两者获取的行人信息在误差范围内时，则判定为同一个行人，采用车载模块所 获取的行人信息；当两者获取的行人信息不在误差范围内时，则判定为两个不同的行人； 是否在误差范围内具体判断方法如下：车载模块获取的行人坐标为（X*，Y*)，路侧模 块传输给车载模块的行人坐标为（Χ~，γ~)，以（Χ*，γ*)点为圆心，半径为30cm建立误差判别 圆，若（X~，Y~)在此圆内或圆上，则判定在误差范围内，这两个坐标对应的是同一个行人， 选用车载模块获取的（X*，Υ*)坐标；否则，则判定为车载模块与路侧模块检测到的为两个 不同的行人。
【文档编号】G08G1/16GK104217615SQ201410472328
【公开日】2014年12月17日 申请日期:2014年9月16日 优先权日:2014年9月16日
【发明者】吕能超, 旷权, 吴超仲, 张瑀, 王文友, 尹佳成, 秦润轩, 郭彦刚, 黄钢, 陈志军 申请人:武汉理工大学