一种基于穿戴设备信号源的汽车盲区预警系统和方法与流程

本发明专利涉及一种汽车主动安全技术领域，特别涉及一种基于穿戴设备信号源的汽车盲区预警系统与方法。

背景技术：

随着汽车保有量的持续增长，导致道路拥挤，交通事故频繁发生。汽车在行驶过程中，由于人员流动频繁，大型客车或者货车的数量众多，以及城市道路规划及施工建设等原因，如果汽车在行驶过程中，四周存在大型车辆或者大型遮挡物，汽车的可视区域就会大大减小，无法得知障碍物的另一侧是否存在横向移动的行人，自行车，电动机，摩托车等，当这类人员突然从侧方出现，由于本车与窜出的人员安全距离太小，如果车速过大，极易造成严重的交通事故，俗称鬼探头。该类事故多发生于交叉路口，公交站台以及允许路内停车的路段，在这些路段中汽车可视区域极容易被遮挡。针对存在的这些交通安全隐患，如果能够提前预警行人和车辆，给其作出应急措施留出时间和空间，就可以有效降低道路上的事故率，保护人群，提高安全出行率。

发明专利申请“汽车环景成像系统”，公开日：2009年4月15，公开号：cn101409793a，公开了一种汽车环景成像系统，只是单纯对盲区进行检测，验证汽车是否存在盲区，无法获得障碍物的另一侧是否存在行人或骑行人员，无法保证行人，骑行人员以及汽车驾驶员都能获得安全预警。

技术实现要素：

基于以上背景，本发明的目的是减少由道路障碍物的遮挡从而导致汽车和行人以及骑行人员的可视区域减少，双方无法获得相对安全方位，无法提前采取躲避或者应急措施，所造成的交通事故。

本发明提出一种基于穿戴设备信号源的汽车盲区预警系统，其特征在于，该系统包括穿戴设备，车内信号屏蔽模块，车载数据实时采集模块，车载中央处理单元，车载后台数据库，车载预警模块，所述的车载中央处理单元与车载后台数据库进行实时通讯，车载中央处理单元输入端为车载数据实时采集模块，输出端为车载预警模块；

所述的穿戴设备内部设有三个单元：第一单元负责发射信号，发射的信号为无线微波信号；第二单元负责接收汽车反馈的预警微波信号；第三单元负责预警，在第二单元接收到汽车发出的反馈预警微波信号后，触发穿戴设备中的震动模块，对穿戴者进行预警提醒；

所述的车内信号屏蔽模块，安装于汽车内部车顶中央，对车内乘员的穿戴设备发出的微波信号进行屏蔽，防止本车以及周边车辆内部乘员身上的穿戴设备发射出的微波信号对车载数据实时采集模块产生干扰；

所述的车载数据实时采集模块有两个单元：第一单元为信号源采集模块，通过微波传感器接收穿戴设备发射出的微波信号；第二单元为环境图像采集模块，通过摄像头对汽车四周环境图像信息进行采集；所述的车载数据实时采集模块的采集范围为汽车四周50米范围内；

所述的车载中央处理单元对整个系统决策控制，与车载数据实时采集模块和车载后台数据库进行实时通讯，对采集的信号源数据信息和图像数据信息进行归类，筛选，输出决策，并向车载预警模块发出指令；

所述的车载预警模块包含两种功能：第一种功能，通过汽车内部的车载显示器显示汽车与信号源的相对方位，通过车载语音设备播报预警消息，负责提醒驾驶员及时采取安全措施；第二种功能，向穿戴设备发射反馈预警微波信号。

所述的车载数据实时采集模块第一单元采集的信号源数据信息为信号源与本车的相对方位以及信号源强度。

所述的车载后台数据库中穿戴者图像识别模型建立的方法步骤如下：

a1.采集训练样本：采集的训练样本存储在车载后台数据库中，训练样本为摄像头采集到的汽车四周环境图像数据信息，其中包含各种穿戴者的特征信息；

a2.提取图像数据特征：对采集到的图像数据提取穿戴者特征，所述穿戴者特征可分为各种行人特征，骑自行车、电动车以及摩托车人员的特征；

a3.建立模型：选取yolo模型对摄像头采集到图像数据进行训练，将穿戴者特征数据作为yolo模型的训练目标，所述的yolo模型，其输入层是汽车四周环境图像数据信息，输出层是符合穿戴者特征的图像数据信息。

一种基于穿戴设备信号源的汽车盲区预警方法，其特征在于，该系统包括穿戴设备、车内信号屏蔽模块，车载数据实时采集模块、车载中央处理单元、车载后台数据库、车载预警模块，该方法步骤如下：

b1.穿戴设备中的第一单元向四周50米范围内发射微波信号，当穿戴者位于车辆内部时，穿戴设备第一单元发射的微波信号会被车内信号屏蔽模块屏蔽掉；

b2.车载数据实时采集模块采集汽车四周50米范围内的信号源数据信息以及该范围内的环境图像数据信息，分别构成信号源数据信息组和环境图像数据信息组；

b3.车载中央处理单元通过三个步骤对采集到的信号源进行筛选：

第一步：通过微波在无障碍遮挡条件下的传播规律，根据采集到的信号源与车辆的相对距离，计算出该相对距离条件下无障碍遮挡的信号源强度数据，计算出的信号源强度数据与采集到的信号源强度数据进行对比，若采集到的信号源强度小于计算出来的信号源强度，则信号源可能被障碍物遮挡，若采集到的信号源强度等于计算出的信号源强度，则信号源没有被遮挡；

第二步：将摄像头在信号源方位上所采集到的环境图像数据输入车载后台数据库中训练好的yolo模型，如果输出的结果包含穿戴者特征，可以判定该信号源没有被障碍物遮挡，否则该信号源被障碍物遮挡，保留被障碍物遮挡的信号源数据信息，通过第二步进一步检验第一步判定的信号源数据信息是否被障碍物遮挡；

第三步：车载中央处理单元与车载数据实时采集模块进行通讯，判断经过第一步和第二步筛选后所保留的信号源是否与汽车处于相互趋近状态，如果趋近，则保留该信号源数据信息，否则删除，输出最终保留的信号源与汽车的相对方位；

b4.车载中央处理单元发出指令触发车载预警模块，通过车载显示器，显示汽车与信号源的相对方位，同步开启语音预警播报，提醒驾驶员采取安全措施，同时车载预警模块发射出反馈预警微波信号，穿戴设备中的第二单元在接收到汽车发出的反馈预警微波信号之后，穿戴设备中的第三单元触发穿戴设备中的震动模块，通过震动提醒行人或骑行人员采取安全措施。

所述的穿戴设备和车载预警模块中会提供结束预警选项，驾驶员和穿戴者接收到预警信息后作出安全举措，可以通过该选项结束正在执行的预警模块。

基于以上技术方案，本发明提出的穿戴设备信号源的汽车盲区预警系统与方法具备以下优势：

本发明根据无线微波频段的平面波特点，在穿戴设备原有功能的基础上增加了一个无线微波频段信号发射模块和反馈预警微波信号接收模块，结合穿戴设备原有的震动功能，能够对穿戴者进行预警震动提醒，同时该穿戴设备携带方便。

本发明的车载数据实时采集模块不仅能够接收到信号源数据信息同时还能通过摄像头采集汽车四周的环境图像数据，将采集的环境图像数据信息输入车载后台数据库中训练好的识别穿戴者图像特征的yolo模型。

本发明是通过信号分析和图像识别双重判断选出被障碍物遮挡的信号源数据信息，通过车载预警模块和穿戴设备分别对车辆和行人提供提前预警，更有利于保护双方，降低事故发生率。

本发明系统和方法是对智能穿戴设备和智能化汽车应用开发的一项推广，具有较宽广的发展前景。

附图说明

图1是本发明基于穿戴设备信号源的汽车盲区预警系统示意图。

图2是本发明中后台数据库yolo模型建立方法流程图。

图3是本发明中yolo模型对采集的图像数据识别流程图。

图4是本发明中存在车辆障碍物具体实例示意图。

图5是本发明中存在道路两侧障碍物具体实例示意图。

图6是本发明基于穿戴设备信号源的汽车盲区预警方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细描述。

如图1所示，是本发明基于穿戴设备信号源的汽车盲区预警系统示意图：

本发明提出的一种基于穿戴设备信号源的汽车盲区预警系统，其特征在于，该系统包括穿戴设备（1），车内信号屏蔽模块（2），车载数据实时采集模块（3），车载中央处理单元（4），车载后台数据库（5），车载预警模块（6），车载中央处理单元（4）与车载后台数据库（5）进行实时通讯，车载中央处理单元（4）输入端为车载数据实时采集模块（3），输出端为车载预警模块（6）。

本发明提出的一种基于穿戴设备信号源的汽车盲区预警系统，选取智能穿戴设备和汽车之间的信号数据以及图像数据交互的一种方式，可以作为一项开发出的应用程序存在于汽车和穿戴设备中，对用户达到危险预警的作用，其内部包括的模块作用如下：

穿戴设备（1）中包含三个单元：第一单元负责发射信号，发射信号为无线微波频段，选取通讯微波频道，微波通信使用的频率范围为3ghz～30ghz，第一单元负责发送穿戴者的位置，信号源能够覆盖的范围为50米；第二单元负责接收汽车反馈的预警微波信号；第三单元负责预警，在第二单元接收到汽车发出的反馈预警微波信号后，触发穿戴设备中的震动模块，对穿戴者进行预警提醒；

车内信号屏蔽模块（2），安装于汽车内部车顶中央，对车内乘员的穿戴设备发射出的微波信号进行屏蔽，防止本车以及周边车辆内部乘员身上的穿戴设备（1）发射出的微波信号对车载数据实时采集模块（3）产生干扰，保证车载数据实时采集模块（3）采集到的信号源数据信息来自行人或骑行人员佩戴的穿戴设备（1）；

车载数据实时采集模块（3）有两个单元，第一单元为信号源采集模块，通过微波传感器（7）接收穿戴设备（1）发射出的微波信号，微波传感器（7）位于汽车外侧车顶中央处，车载数据实时采集模块（3）第一单元通过微波传感器（7）所采集的信号源数据信息为信号源与本车的相对方位以及信号源强度；第二单元为环境图像采集模块，通过摄像头（8）对汽车四周环境图像信息进行采集，摄像头个数为四个，分布在车身四周，保证摄像头采集范围能够覆盖360°，第二单元是对应着第一单元采集的信号源方位的基础上采集环境图像数据，车载数据实时采集模块（3）的采集范围为汽车四周50米范围内；

车载中央处理单元（4）是整个系统的决策单元，对整个系统决策控制，车载中央处理单元（4）与汽车数据采集模块（3）和车载后台数据库（5）进行实时通讯，车载中央处理单元（4）对采集到信号源数据信息和图像数据信息进行归类和筛选以及输出决策，并向车载预警模块（6）发出指令；

车载预警模块（6）包含两种功能，第一种功能，通过汽车内部的车载显示器显示汽车与信号源的相对方位，通过车载语音设备播报预警消息，负责提醒驾驶员及时采取安全措施；第二种功能，向穿戴设备发射反馈预警微波信号。

如图2所示，上述车载后台数据库(5)中训练好的穿戴者图像识别模型建立的方法步骤如下：

a1.采集训练样本：采集的训练样本存储在车载后台数据库中，训练样本为摄像头采集到的汽车四周环境图像数据信息，其中包含各种穿戴者的特征信息；

a2.提取图像数据特征：对采集到的图像数据提取穿戴者特征，所述穿戴者特征可分为各种行人特征，骑自行车、电动车以及摩托车人员的特征；

a3.建立模型：选取yolo模型对摄像头采集到图像数据进行训练，将穿戴者特征数据作为yolo模型的训练目标，所述的yolo模型，其输入层是汽车四周环境图像数据信息，输出层是符合穿戴者特征的图像数据信息。

如图3所示，上述yolo模型中穿戴者图像识别流程如下：

s1.输入层为预先获取的图像数据信息集合，对图像数据进行归一化处理；

s2.卷积层对输入的图像数据进行特征提取，该特征包括：穿戴者为行人特征，行人图像数据信息集合包括各个年龄阶段的行人；穿戴者为骑行的人员特征，骑行人员图像数据信息集合包括骑自行车，骑电动车以及骑摩托车该类骑行人员的特征；

s3.池化层采用最大值池化操作，即选择的每个小块内穿戴者特征元素的最大值作为该块的特征值，采样层个块大小取7×7，保证穿戴者的特征更加准确，提高判别精度；

s4.输出层相当于分类器，最终输出的图像数据具有穿戴者特征。

如图4和图5所示,车辆在进行过程遇到盲区的2个具体实例，图中带有叉号的圆圈为删除的信号源，无叉号的圆圈为保留的信号源。

如图6所示，一种基于穿戴设备信号源的汽车盲区预警方法，结合图4和图5，该方法步骤如下：

b1.穿戴设备（1）中的第一单元向四周50米范围内发射微波信号，当穿戴者位于车辆内部时，穿戴设备第一单元发射的微波信号会被车内信号屏蔽模块屏蔽掉；

b2.车载数据实时采集模块采集汽车四周50米范围内的信号源数据信息以及该范围内的环境图像数据，暂时性存储在车载数据实时采集模块当中，分别构成信号源数据信息组(f1,f2,...,fm)和环境图像数据组(q1,q2,...,qm)；

b3.车载中央处理单元（4）通过三个步骤对采集到的信号源进行筛选：

第一步：通过微波在无障碍遮挡条件下的传播规律，根据采集到的信号源与车辆的相对距离d，计算出该相对距离d条件下无障碍遮挡的信号源强度p1，穿戴设备统一规定的发射功率为p,无障碍遮挡条件下信号源损耗功率计算公式如下:，其中f代表穿戴设备的工作频率，计算出的信号源强度数据p1与采集到的信号源强度数据p2进行对比，若采集到的信号源强度p2小于计算出来的信号源强度p1，则信号源可能被障碍物遮挡，若采集到的信号源强度p2等于计算出的信号源强度p1，则信号源没有被遮挡；

第二步：将摄像头（8）在信号源方位上所采集到的环境图像数据输入进车载后台数据库（5）中训练好的yolo模型，如果输出的结果包含穿戴者特征，可以判定类信号源没有被障碍物遮挡，否则该信号源被障碍物遮挡，保留被障碍物遮挡的信号源数据信息，通过第二步进一步检验第一步判定的信号源数据信息是否被障碍物遮挡；

第三步：车载中央处理单元（4）与车载数据实时采集模块（3）进行通讯，判断经过第一步和第二步筛选后所保留的信号源是否与汽车处于相互趋近状态，如果趋近，则保留该信号源数据信息，否则删除，输出最终保留的信号源与汽车的相对方位信息

b4.车载中央处理单元（4）发出指令触发车载预警模块（6），通过车载显示器，显示汽车与信号源的相对方位，同步开启语音预警播报，提醒驾驶员采取安全措施，同时车载预警模块（6）发射出反馈预警微波信号，穿戴设备（1）中的第二单元在接收到汽车发出的反馈预警微波信号之后，穿戴设备（1）中的第三单元触发穿戴设备中的震动模块，通过震动提醒行人或骑行人员采取安全措施。

上述穿戴设备（1）和汽车的预警模块（6）中会提供结束预警选项，穿戴设备中的功能按键可以提供结束预警选项，车载显示器可以提供结束预警选项触屏按钮，驾驶员和穿戴者接收到预警信息后作出安全举措，安全举措包括：驾驶员降低车速，刹车制动，穿戴者停下观察四周情况后进行避让等，当驾驶员或者穿戴者确认安全后可以通过该选项结束正在执行的预警模块，该功能一般适应于汽车停在路边等人或者汽车位于停车场但没有熄火的情况下。

本发明根据无线微波频段的平面波特点，在穿戴设备原有功能的基础上增加了一个无线微波频段信号发射模块和反馈预警微波信号接收模块，结合穿戴设备原有的震动功能，能够对穿戴者进行预警震动提醒，同时该穿戴设备携带方便。

本发明的车载数据实时采集模块不仅能够接收到信号源数据信息同时还能通过摄像头采集汽车四周的环境图像数据，将采集到的环境图像数据输入进车载后台数据库中训练好的识别穿戴者图像特征的yolo模型。

本发明是通过信号分析和图像识别的双重判断选出被障碍物遮挡的信号源数据信息，通过车载预警模块和穿戴设备对车辆和行人都提供提前预警，更有利于保护两者双方，降低事故发生率和死亡率。

本发明方法和系统是对智能穿戴设备和智能化汽车应用开发的一项推广，具有较宽广的发展前景。