缩微智能车以及应用缩微智能车进行测试的方法

缩微智能车以及应用缩微智能车进行测试的方法
【专利摘要】本发明涉及缩微智能车以及应用缩微智能车进行测试的方法；缩微智能车包括主板、摄像头，控制板，电机、舵机和传感器组；所述控制板包括初始化模块、红绿灯检测模块、交通标志检测模块、地面标志检测模块、速度控制模块、方向控制模块、寻线模块、障碍物检测模块和与前述各个模块均连接的数据传输模块；测试方法包括如下步骤，先建立三维立体交通沙盘测试平台采集缩微智能车运行数据，其次构建远程监控管理系统对采集的数据进行分析，然后对车辆运行进行有效的监管和提供综合服务。缩微智能车的造价低，真实道路多车测试环境容易构建，测试实验安全，不会受法律等非技术方面约束。
【专利说明】缩微智能车以及应用缩微智能车进行测试的方法

【技术领域】
[0001] 本发明涉及智能交通领域，具体指缩微智能车以及应用缩微智能车进行测试的方 法。

【背景技术】
[0002] 目前，我国交通问题日益严重，由于汽车增长过快，道路相对不足，交通拥堵、交通 事故、环境污染等交通问题已成为经济发展的瓶颈。智能车辆驾驶系统的研究，将能实现有 效减轻驾驶员的负担，减少驾驶员疲劳驾驶的现象，有利于提高交通安全，同时，配合城市 交通控制系统，合理分配交通流，实现交通顺畅。
[0003] 现在，国外许多发达国家为了解决交通问题，都已投入了大量的资金和人力进行 道路功能和车辆智能化的研究。从国内外智能驾驶研究情况来看，目前的研究大多只局限 于某些技术细节，自主驾驶的实验环境也相对简单，没有在真实道路多车环境中成功测试 的报道。在真实道路交通环境中进行实验面临一定的困难，首先，面临社会安全方面的问 题，虽然可以通过大量的防护措施保证车辆和人员的安全，但对于自主驾驶这样一个复杂 的系统，并不能完全排除其中潜在错误和危险，尤其在初期的实验过程中，可能面临着较高 的安全风险；其次，在目前的交通法规中对智能车没有相关的规定，如果由于自主驾驶程序 的错误导致交通事故，相关研究机构将可能面临法律上的风险；第三，由于需要大量的精密 设备，智能车的整体造价通常比较高，高额的成本和维护费用是大多数的研究机构难以承 受的，因此限制了规模实验的进行。


【发明内容】

[0004] 针对现有技术存在的上述问题，本发明提供一种缩微智能车以及应用该缩微智能 车进行测试的方法，本发明的目的是：解决目前利用真车进行试验安全风险高、试验成本 高，并且不能模拟真实道路交通多车环境进行实验的技术问题。
[0005] 为实现上述目的，本发明采用如下方案：一种缩微智能车，包括主板、摄像头，控 制板，电机、舵机和传感器组；所述控制板具有四个信号输出端和一个信号输入端；所述主 板具有两个信号输入端和一个输出端；所述控制板的第一个信号输出端与主板的一个信 号输入端连接，控制板的信号输入端与主板的信号输出端连接；控制板的第二个信号输出 端与电机的控制信号输入端连接，控制板的第三个信号输出端与传感器组的信号输出端连 接，控制板的第四个信号输出端与舵机的控制信号输入端连接；所述主板的另一个信号输 入端与摄像头的视频信号输出端连接；所述控制板包括对所有模块中参数初始化的初始化 模块、检测红绿灯的红绿灯检测模块、识别与判断交通标志的交通标志检测模块、识别缩微 智能车所处车道地面标志及做出相应反应行为的地面标志检测模块、检测和控制缩微智能 车行驶速度的速度控制模块、控制缩微智能车行驶方向的方向控制模块、检测车道线的寻 线模块和对前方出现的障碍物进行识别并做出相应处理的障碍物检测模块，与前述各个功 能模块均连接的数据传输模块。
[0006] 进一步地：所述摄像头采用罗技摄像头，主板采用高端嵌入式x86主板，控制板采 用DFR0003型号的Arduino控制板。为了提高处理速度，减少环境干扰等因素，软件构架红 绿灯检测模块中设置感兴趣区域。
[0007] 应用上述缩微智能车进行测试的方法，包括以下步骤： 步骤1 :构建三维立体交通沙盘测试平台，缩微智能车通过无线通信将获取的信息连 接到所述三维立体交通沙盘测试平台； 步骤2:构建远程监控管理系统，缩微智能车与远程监控管理系统保持连接，所述远程 管理系统实时监控缩微智能车的运行状态，并根据不同的功能需求对缩微智能车属性信息 和静、动态信息进行提取、利用和监管。
[0008] 作为优化，所述步骤1中，三维立体交通沙盘测试平台与实际交通环境的微缩比 例为1:12。
[0009] 相对于现有技术的优点： (1)在三维立体交通沙盘测试平台上进行试验，由于实验环境相对封闭，而且缩微智 能车基本不存在安全方面的问题，因此自主驾驶实验不会受到法律法规等非技术方面的约 束，并且实验场地和环境容易调整，可以方便地进行多种不同环境下的实验。
[0010] (2)相对于真车，缩微智能车的结构简单，造价低廉，真实道路交通环境中多车测 试容易构建。

【专利附图】

【附图说明】
[0011] 图1为缩微智能车的结构示意图。
[0012] 图2为控制板的结构示意图。

【具体实施方式】
[0013] 下面对本发明作进一步详细说明。
[0014] 实施例1 : 一种缩微智能车，包括主板、摄像头，控制板，电机、舵机和传感器组；所 述控制板具有四个信号输出端和一个信号输入端；所述主板具有两个信号输入端和一个输 出端；所述控制板的第一个信号输出端与主板的一个信号输入端连接，控制板的信号输入 端与主板的信号输出端连接；控制板的第二个信号输出端与电机的控制信号输入端连接， 控制板的第三个信号输出端与传感器组的信号输出端连接，控制板的第四个信号输出端与 舵机的控制信号输入端连接；所述主板的另一个信号输入端与摄像头的视频信号输出端连 接；所述控制板包括对所有模块中参数初始化的初始化模块、检测红绿灯的红绿灯检测 模块、识别与判断交通标志的交通标志检测模块、识别缩微智能车所处车道地面标志及做 出相应反应行为的地面标志检测模块、检测和控制缩微智能车行驶速度的速度控制模块、 控制缩微智能车行驶方向的方向控制模块、检测车道线的寻线模块和对前方出现的障碍物 进行识别并做出相应处理的障碍物检测模块，与前述各个功能模块均连接的数据传输模 块。
[0015] 基于缩微智能车机械性能的考虑，缩微智能摄像头采用罗技摄像头，主板采用高 端嵌入式x86主板，控制板采用DFR0003型号的Arduino控制板。为了提高处理速度，减少 环境干扰等因素，软件构架红绿灯检测模块中设置感兴趣区域。
[0016] 缩微智能车设计包括，设备选型，基于缩微智能车机械性能的考虑，缩微智能车底 盘选用HPI cup racer底盘(带马达和舵机)，控制板采用DFR0003型号的Arduino控制板， 摄像头采用罗技摄像头； 电源设计，采用12V锂电池给主板供电，采用8V锂电池给电机供电，摄像头、Arduino均 由主板供电； 缩微智能车接口设计 X86主板上目前有4路usb接口，2路com串口。
[0017] 2路USB接口接摄像头； 1路USB接口接无线网卡； 1路USB接口接Arduino控制板； 缩微智能车静、动态环境感知模块的创建以及相关实现算法的设计。
[0018] 初始化模块，定义模块标识为：Initilize. c。该模块可实现的功能是：对所有模 块中参数的初始化，包括摄像头属性，投影矩阵，电机速度，舵机的方向等等。
[0019] 寻线模块，模块标识为Line_Tracker. c。在整个缩微智能车软件架构中，对车道 线的检测是相当关键的步骤，如不能成功检测车道线，剩余的工作将无法进行下去。在具体 算法实现上主要是：当摄像头获取图片之后，首先对图片进行灰度转换及二值化处理，采用 Canny函数对所得的二值化图像进行边缘检测。其次调用霍夫找线函数进行找线，找到了图 像中的许多线，有些是想要的，有些是不想要的，为了得到车道线，就必须要进行条件筛选， 条件筛选包括对车道线的距离、斜率的限制等等。找到车道线以后，为了方便后续缩微智能 车换道，此时需要根据车道线左右是否存在绿地的条件来确定所处车道。
[0020] 障碍物检测模块，模块标识为ObstaCle_det eCt. c。该模块可实现在模拟交通环境 下对前方出现的障碍物进行识别以及做出相应的处理。具体主要通过对障碍物距缩微智能 车的距离、障碍物的颜色、尺寸、面积等特征进行处理，可分为以下步骤： 1、 从摄像头获取图片后，在图片的处理过程中需要选择合适的颜色空间，这是为了能 避免光线影响，可以将RGB格式转换为HSV格式来进行处理， 2、 对采集的图片进行灰度转换、二值化处理、寻找轮廓、条件筛选等一系列操作，便能 实现对障碍物的识别，从而给出策略指挥缩微智能车将作何操作，包括停止或换道。
[0021] 红绿灯检测模块，模块标识为TrafficLight_deteCt. c。在实际交通环境中，遵循交 通规则是必不可少的功能。具体实现过程如下：当缩微智能车行驶至十字路口模式下时，首 先判断是否存在停止线，若存在，才开始检测红绿灯。在红绿灯的检测过程中，由于摄像头 与红绿灯的高度均是固定的，为了提高处理速度，减少环境干扰等因素，因此采用设置感兴 趣区域。读取区域内像素点RGB值并与特定的红绿灯RGB值进行比较，当满足条件时，可设 置该区域为目标区域，其次进行条件筛选(包括像素点的个数，所占比例等等）时，当所有条 件均满足，则判断为红灯或绿灯。
[0022] 交通标志检测模块，模块标识为TrafficSigrudetect. c。交通标志类型包括直行， 禁止直行，右转，禁止右转，左转，禁止左转六种类型，缩微智能车通过该模块实现对以上交 通标志的识别与判断。检测所获取的图片中某个像素点及其周围连通域是否存在红色像素 点，若存在，则设置为目标区域，在该目标区域内，搜索黑色像素点，并且框出包含黑色像素 的连通区域的最小矩形，通过尺寸调整函数将矩形大小调整为7*5大小的矩形，提取特征 信息后，与模板进行匹配。便可得出交通标志的类型，从而缩微智能车将执行相应的操作。
[0023] 地面标志检测模块，模块标识为LandMarks_deteCt. c。实现缩微智能车对所处车 道地面标志的识别及反应行为，如直走右转标志，车辆可随机演示直走、右转。整个算法的 实现过程为： (获取图片=> 图像灰度转换及二值化处理寻找轮廓=> 条件筛选=> 特征提 取=!>模板匹配） 实施例2 :实施例1中的缩微智能车搭建好后，运行缩微智能车，通过将缩微智能车与 服务器的TCP连接起来，实现对缩微智能车的监控管理，还需要通过无线网络将缩微智能 车与监控器(服务器）连接起来，实时监控缩微智能车的运行状态。
[0024] 缩微智能车测试方法，包括以下步骤：步骤1 :构建三维立体交通沙盘测试平台， 缩微智能车通过无线通信将获取的信息连接到所述三维立体交通沙盘测试平台，三维立体 交通沙盘测试平台与实际立体交通的缩微比为1:16,模拟实际交通环境，研究复杂道路环 境下智能汽车驾驶行为。
[0025] 步骤2:构建远程监控管理系统，缩微智能车与远程监控管理系统保持连接，所述 远程管理系统实时监控缩微智能车的运行状态，并根据不同的功能需求对缩微智能车属性 信息和静、动态信息进行提取、利用和监管。
[0026] 本发明针对城市交通特点，利用仿真技术，在三维立体交通沙盘仿真测试平台上 复现现实交通运行状况，或虚拟出未来交通运行的状况，使得我们能够低成本、低危险地显 现已发生或未发生的交通事件，对其特征和规律进行研究，为司机提供了控制车辆和预防 危险情况的驾驶辅助手段，提升驾驶人员的车辆控制能力，预防交通事故和保护行人安全。
[0027] 基于机器视觉的缩微智能车在实现对障碍物、交红绿灯、交通标志等的识别中从 而达到无人驾驶的目的，都要通过机器视觉来进行实现。机器视觉就是用机器代替人眼来 做测量和判断。机器视觉系统是指通过机器视觉产品将被摄取目标转换成图像信号，传送 给专用的图像处理系统，根据像素分布和亮度、颜色等信息，转变成数字化信号；图像系统 对这些信号进行各种运算来抽取目标的特征，进而根据判别的结果来控制现场的设备动 作。本发明采用罗技COMS摄像头。
[0028] 本发明不局限于此实施方式，以本发明思想为基础的相关实现总成均在本发明的 保护范围内。
【权利要求】
1. 一种缩微智能车，其特征在于：包括主板、摄像头，控制板，电机、舵机和传感器组； 所述控制板具有四个信号输出端和一个信号输入端；所述主板具有两个信号输入端和 一个输出端； 所述控制板的第一个信号输出端与主板的一个信号输入端连接，控制板的信号输入端 与主板的信号输出端连接；控制板的第二个信号输出端与电机的控制信号输入端连接，控 制板的第三个信号输出端与传感器组的信号输出端连接，控制板的第四个信号输出端与舵 机的控制信号输入端连接； 所述主板的另一个信号输入端与摄像头的视频信号输出端连接； 所述控制板包括对所有模块中参数初始化的初始化模块、检测红绿灯的红绿灯检测模 块、识别与判断交通标志的交通标志检测模块、识别缩微智能车所处车道地面标志及做出 相应反应行为的地面标志检测模块、检测和控制缩微智能车行驶速度的速度控制模块、控 制缩微智能车行驶方向的方向控制模块、检测车道线的寻线模块和对前方出现的障碍物进 行识别并做出相应处理的障碍物检测模块，与前述各个功能模块均连接的数据传输模块。
2. 根据权利要求1所述的缩微智能车，其特征在于：所述主板采用高端嵌入式x86主 板。
3. 根据权利要求1所述的缩微智能车，其特征在于：所述控制板采用DFR0003型号的 Arduino控制板。
4. 根据权利要求1所述缩微智能车进行测试的方法，其特征在于：包括以下步骤： 步骤1 :构建三维立体交通沙盘测试平台，缩微智能车通过无线通信将获取的信息连 接到所述三维立体交通沙盘测试平台； 步骤2:构建远程监控管理系统，缩微智能车与远程监控管理系统保持连接，所述远程 管理系统实时监控缩微智能车的运行状态，并根据不同的功能需求对缩微智能车属性信息 和静、动态信息进行提取、利用和监管。
5. 根据权利要求4所述应用缩微智能车进行测试的方法，其特征在于：所述步骤1中， 三维立体交通沙盘测试平台与实际交通环境的微缩比例为1:12。
【文档编号】G05D1/02GK104407612SQ201410548331
【公开日】2015年3月11日 申请日期:2014年10月16日 优先权日:2014年10月16日
【发明者】邓方兰 申请人:重庆市合川区何茗机械加工厂