一種考慮駕駛分心狀態(tài)的車道偏離報警方法及系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種考慮駕駛分心狀態(tài)的車道偏離報警方法，利用車輛行駛軌跡及駕駛員操縱信息，判斷駕駛員當前是否處于分心駕駛狀態(tài)；根據(jù)分心駕駛的檢測結果，提供有區(qū)別的報警策略，當未檢測到駕駛分心時，推遲車道偏離報警時機。一種實現(xiàn)所述方法的車道偏離報警系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括環(huán)境感知單元、操縱信息單元、數(shù)據(jù)處理單元、分心檢測單元、道路虛擬單元及報警決策單元。從環(huán)境感知、操縱信息單元獲得車輛偏航角、方向盤轉速信號，經數(shù)據(jù)處理后得到相應標準差統(tǒng)計數(shù)據(jù)，進行駕駛分心檢測。報警決策單元進行報警決策，并判斷是否抑制當前報警信號。本發(fā)明能夠給分心駕駛員提供及時的車道偏離報警，同時避免對專注的駕駛員頻繁誤報警，減少對駕駛員的干擾。
【專利說明】一種考慮駕駛分心狀態(tài)的車道偏離報警方法及系統(tǒng)
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于車輛控制【技術領域】，涉及車輛輔助駕駛裝置，特別是車輛偏離報警裝置。
【背景技術】
[0002]在高速公路上行駛的汽車，駕駛員由于打電話、調節(jié)收音機等引起的注意力不集中，會導致車輛偏離當前行駛車道，駛入相鄰車道或者沖出道路，造成交通事故。
[0003]為了避免由于單車道路偏離(SVRD, Single Vehicle Road Departure)而引發(fā)交通事故，車道偏離報警系統(tǒng)被廣泛的應用。LDWS通過感知系統(tǒng)獲得車輛在當前車道中的相對位姿，根據(jù)特定的報警決策算法判斷車輛是否發(fā)生或將要發(fā)生道路偏離，并通過報警裝置對駕駛員進行預警。
[0004]在人一車一路系統(tǒng)中，現(xiàn)有的車道偏離報警系統(tǒng)缺少對駕駛員這一重要環(huán)節(jié)的考慮，產生的問題在于，難以解決預警時間和誤警率之間的矛盾。預警時間決定著駕駛員聽到報警后有多少時間反應并糾正車輛運行方向。由于預警時間的存在，系統(tǒng)會在某些駕駛員的正常駕駛情況下(例如當靠近道路邊緣駕駛或變換車道時)觸發(fā)報警器，這樣的報警對于專注的駕駛員是不必要的，甚至是有干擾性的，屬于誤報警。頻繁的誤報警會使駕駛員產生厭煩感，甚至失去對車道偏離報警系統(tǒng)的信任而關閉系統(tǒng)。
[0005]由于以上原因，有必要在現(xiàn)有的車道偏離報警系統(tǒng)中增加考慮駕駛員的分心狀態(tài)。常見的駕駛員分心檢測方法有兩種，一種是使用車內攝像頭監(jiān)測駕駛員的面部朝向或眼睛注視區(qū)域，另一種是利用駕駛操作信息分析駕駛員當前狀態(tài)?？紤]到實車中復雜的光線條件，使用機器視覺的方法較第二種方法更難獲得穩(wěn)定的檢測結果。

【發(fā)明內容】

[0006]本發(fā)明的目的在于提供一種考慮駕駛分心狀態(tài)的車道偏離報警系統(tǒng)。該系統(tǒng)能夠結合車輛行駛軌跡以及駕駛員操作信息，辨別駕駛員是否出現(xiàn)駕駛分心狀態(tài)。根據(jù)分心駕駛檢測結果，提供有區(qū)別的車道偏離報警策略，保證給分心駕駛員提供及時的車道偏離報警，同時避免對專注的駕駛員頻繁誤報警，降低對駕駛員干擾。
[0007]為達到以上目的，本發(fā)明所采用的解決方案是:
[0008]一種考慮駕駛分心狀態(tài)的車道偏離報警方法，利用車輛行駛軌跡及駕駛員操縱信息，判斷駕駛員當前是否處于分心駕駛狀態(tài)；根據(jù)分心駕駛的檢測結果，提供有區(qū)別的報警策略，當未檢測到駕駛分心時，推遲車道偏離報警時機。
[0009]進一步，先建立兩個基于高斯混合隱馬爾可夫模型的駕駛狀態(tài)模型，即專注駕駛與分心駕駛的模型；模型建立后，對于一組未知駕駛狀態(tài)的數(shù)據(jù)，兩個狀態(tài)模型計算未知駕駛數(shù)據(jù)屬于該模型的概率，取概率較大的模型表征的駕駛狀態(tài)為判別結果，即實現(xiàn)了駕駛員分心狀態(tài)的檢測。
[0010]訓練模型使用Baum-Welch算法,計算概率使用前向-后向算法。[0011]進行分心檢測所使用的信號類型為車輛偏航角標準差Θ' std和方向盤轉速標準
差 ω std。
[0012]所述分心檢測所使用的信號類型的獲得方法為:
[0013]I)通過車道偏離報警系統(tǒng)前置攝像頭以及CAN總線信息，獲得車輛偏航角Θ以及方向盤轉速ω信號，兩信號類型的集合稱為數(shù)據(jù)集D，即D={0，ω}；
[0014]2)在系統(tǒng)初始階段的Tini秒時間內，統(tǒng)計數(shù)據(jù)集D在O-Tini秒之間數(shù)據(jù)的均值和標準差，作為基準集V =,,,)}:
[0015]3)根據(jù)基準集V，對Tini秒之后每一采樣時刻數(shù)據(jù)集D中的信號類型進行標準化處理，獲得標準化數(shù)據(jù)集S={ Θ '，ω ' }；
[0016]4)對標準化數(shù)據(jù)集S每Tstd秒內的數(shù)據(jù)進行標準差統(tǒng)計處理，得到特征數(shù)據(jù)集
F={ 9 ； std, ? ' stdl ；
[0017]5)在駕駛過程中，可根據(jù)當前駕駛數(shù)據(jù)，實時更新基準集V。
[0018]根據(jù)駕駛分心檢測結果，在實際道路線外側設置可變的虛擬道路線，報警決策算法以虛擬道路線作為車道邊界，判斷是否進行車道偏離報警。
[0019]當檢測到駕駛 分心時，設置左右兩側虛擬量Aw=O,虛擬道路線與實際道路線重合；當未檢測到駕駛分心時，根據(jù)車輛偏位均值及偏位標準差信息計算虛擬量Aw。
[0020]根據(jù)駕駛員對轉向燈、制動踏板、加速踏板的操作抑制當前報警信號。
[0021]實現(xiàn)上述方法的車道偏離報警系統(tǒng)，包括:
[0022]環(huán)境感知單元，用于獲取車道寬度以及車輛在當前車道中相對位姿信息；
[0023]操縱信息單元，用于獲取車速信號、方向盤轉速信號、轉向燈信號、制動踏板位置、加速踏板位置信號；
[0024]數(shù)據(jù)處理單元，對環(huán)境感知單元、操縱信息單元獲取的部分數(shù)據(jù)類型進行標準化處理及統(tǒng)計處理；
[0025]分心檢測單元，根據(jù)數(shù)據(jù)處理單元的輸出，檢測駕駛員是否處于分心狀態(tài)；
[0026]道路虛擬單元，根據(jù)環(huán)境感知單元獲得的當前車道信息，以及駕駛員分心狀態(tài)，決定虛擬道路線位置；
[0027]報警決策單元，根據(jù)虛擬道路線位置，環(huán)境感知單元及操縱信息單元獲取的信息，決定是否向駕駛員提供報警。
[0028]進一步:所述的分心檢測單元包含兩個基于高斯混合隱馬爾可夫模型離線建立的駕駛狀態(tài)模型，即專注駕駛模型和分心駕駛模型；
[0029]或，所述的道路虛擬單元，當檢測到駕駛分心時，設置左右兩側虛擬量Aw=O,虛擬道路線與實際道路線重合；當未檢測到駕駛分心時，根據(jù)車輛偏位均值及偏位標準差信息計算虛擬量Δ w ；
[0030]或，所述報警決策單元設置有報警抑制機制，根據(jù)駕駛員對轉向燈、制動踏板、加速踏板的操作抑制當前報警信號。
[0031]由于采用了以上技術方案，本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明在現(xiàn)有的車道偏離報警系統(tǒng)上增加了駕駛分心檢測功能，該功能的實現(xiàn)不需要加裝傳感器，僅利用車道偏離報警系統(tǒng)能夠提供的信號類型。根據(jù)駕駛分心的檢測結果，實時調整車道偏離報警系統(tǒng)的系統(tǒng)參數(shù)，降低系統(tǒng)的誤報警率?！緦＠綀D】

【附圖說明】
[0032]圖1是本發(fā)明車道偏離報警系統(tǒng)的系統(tǒng)框圖。
[0033]圖2是數(shù)據(jù)處理單元的數(shù)據(jù)處理過程示意圖。
[0034]圖3是帶有虛擬道路線的車道偏離示意圖。
【具體實施方式】
[0035]以下結合附圖所示實施例對本發(fā)明作進一步的說明。
[0036]1.駕駛狀態(tài)模型建立
[0037]為了實現(xiàn)駕駛員分心的實時檢測，需要先離線建立專注駕駛與分心駕駛的模型。這里分心駕駛的產生，是由于駕駛員進行某種與駕駛無關的任務(如使用手機，調節(jié)收音機，設置GPS)，自覺或不自覺的將注意力從主要駕駛任務上轉移開的情況。
[0038](I)數(shù)據(jù)采集
[0039]本發(fā)明利用駕駛模擬器采集專注駕駛與分心駕駛兩種情況下的駕駛數(shù)據(jù)。駕駛員在駕駛模擬器上可以利用方向盤、加速踏板和制動踏板，根據(jù)動畫顯示的虛擬道路場景和車輛運動狀態(tài)，對虛擬車輛進行操縱。虛擬道路采用高速公路常見平面線型，直道、緩和曲線和圓弧，車道寬3.75m，駕駛員行駛速度不低于60km/h。進行專注駕駛數(shù)據(jù)采集時，駕駛員不受外界干擾；進行分心駕駛數(shù)據(jù)采集時，駕駛員被要求在駕駛同時，完成規(guī)定的第二任務，以分散注意力。實驗中第二任務包括:a)短信閱讀，駕駛員收到一條短信并朗讀其內容山)短信回復，駕駛員回復 短信；c)尋找聯(lián)系人，駕駛員從通訊錄中找到指定聯(lián)系人(實驗前向駕駛員詢問得到)，并完成撥號。
[0040]實驗中采集的數(shù)據(jù)集D包含兩種信號類型:偏航角(Θ)，表示車輛行駛方向與道路中心線夾角；方向盤轉速(ω)。
[0041]D= { θ , ω}(I)
[0042](2)標準化處理與統(tǒng)計處理
[0043]數(shù)據(jù)處理的過程如圖2所示。不同信號量綱不同，數(shù)值范圍相差較大，并且同種信號類型的數(shù)值在不同駕駛員之間也存在一定差異，因此首先對采集到的數(shù)據(jù)進行z-score標準化處理。對于一位駕駛員的一次駕駛數(shù)據(jù)，采集得到的任一信號類型X(X e { Θ，ω})，在時刻t的數(shù)據(jù)Xt進行標準化之后得到的數(shù)據(jù)為，
' Xt-X
[0044]Xt = ――(2)
[0045]其中，X.σ χ分別表示該駕駛員該段駕駛數(shù)據(jù)整體的均值和標準差。但是，該數(shù)據(jù)必須在駕駛結束后才能獲得，實際中無法在線獲得，因此這里采用駕駛初始階段Tini秒(本實施例選擇Tini=60)時間內數(shù)據(jù)的均值Am?與標準差Ox ini代替。標準化的公式，
[0046]Θ； =(3)

crOJni
[0047]ω; =Mt(4)

σω _ini
[0048]標準化后的數(shù)據(jù)Θ' t，co' t組成了標準化數(shù)據(jù)集:[0049]
【權利要求】
1.一種考慮駕駛分心狀態(tài)的車道偏離報警方法，其特征在于:利用車輛行駛軌跡及駕駛員操縱信息，判斷駕駛員當前是否處于分心駕駛狀態(tài)；根據(jù)分心駕駛的檢測結果，提供有區(qū)別的報警策略，當未檢測到駕駛分心時，推遲車道偏離報警時機。
2.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于:先建立兩個基于高斯混合隱馬爾可夫模型的駕駛狀態(tài)模型，即專注駕駛與分心駕駛的模型；模型建立后，對于一組未知駕駛狀態(tài)的數(shù)據(jù)，兩個狀態(tài)模型計算未知駕駛數(shù)據(jù)屬于該模型的概率，取概率較大的模型表征的駕駛狀態(tài)為判別結果，即實現(xiàn)了駕駛員分心狀態(tài)的檢測。
3.根據(jù)權利要求2所述的方法,其特征在于:訓練模型使用Baum-Welch算法,計算概率使用前向-后向算法。
4.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于:進行分心檢測所使用的信號類型為車輛偏航角標準差Θ ' std和方向盤轉速標準差ω ' Std °
5.根據(jù)權利要求4所述的方法，其特征在于:所述分心檢測所使用的信號類型的獲得方法為: 1)通過車道偏離報警系統(tǒng)前置攝像頭以及CAN總線信息，獲得車輛偏航角Θ以及方向盤轉速ω信號，兩信號類型的集合稱為數(shù)據(jù)集D，即D={0，ω}； 2)在系統(tǒng)初始階段的Tini秒時間內，統(tǒng)計數(shù)據(jù)集D在O-Tini秒之間數(shù)據(jù)的均值和標準差，作為基準集V = {(1兒_而),問如，叫_如)}; 3)根據(jù)基準集V，對Tini秒之后每一采樣時刻數(shù)據(jù)集D中的信號類型進行標準化處理，獲得標準化數(shù)據(jù)集S={0 '，ω' }; 4)對標準化數(shù)據(jù)集S每Tstd秒內的數(shù)據(jù)進行標準差統(tǒng)計處理，得到特征數(shù)據(jù)集F={ 9 ； std, ? ' stdl ； 5)在駕駛過程中，可根據(jù)當前駕駛數(shù)據(jù)，實時更新基準集V。
6.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于:根據(jù)駕駛分心檢測結果，在實際道路線外側設置可變的虛擬道路線，報警決策算法以虛擬道路線作為車道邊界，判斷是否進行車道偏尚報警。
7.根據(jù)權利要求6所述的方法，其特征在于:當檢測到駕駛分心時，設置左右兩側虛擬量Aw=O,虛擬道路線與實際道路線重合；當未檢測到駕駛分心時，根據(jù)車輛偏位均值及偏位標準差信息計算虛擬量Aw。
8.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于:根據(jù)駕駛員對轉向燈、制動踏板、加速踏板的操作抑制當前報警信號。
9.實現(xiàn)權利要求1-8中任一所述方法的車道偏離報警系統(tǒng)，其特征在于:包括: 環(huán)境感知單元，用于獲取車道寬度以及車輛在當前車道中相對位姿信息； 操縱信息單元，用于獲取車速信號、方向盤轉速信號、轉向燈信號、制動踏板位置、加速踏板位置信號； 數(shù)據(jù)處理單元，對環(huán)境感知單元、操縱信息單元獲取的部分數(shù)據(jù)類型進行標準化處理及統(tǒng)計處理； 分心檢測單元，根據(jù)數(shù)據(jù)處理單元的輸出，檢測駕駛員是否處于分心狀態(tài)； 道路虛擬單元，根據(jù)環(huán)境感知單元獲得的當前車道信息，以及駕駛員分心狀態(tài)，決定虛擬道路線位置； 報警決策單元，根據(jù)虛擬道路線位置，環(huán)境感知單元及操縱信息單元獲取的信息，決定是否向駕駛員提供報警。
10.根據(jù)權利要求9所述的車道偏離報警系統(tǒng)，其特征在于:所述的分心檢測單元包含兩個基于高斯混合隱馬爾可夫模型離線建立的駕駛狀態(tài)模型，即專注駕駛模型和分心駕駛模型； 或，所述的道路虛擬單元，當檢測到駕駛分心時，設置左右兩側虛擬量AW=0，虛擬道路線與實際道路線重合；當未檢測到駕駛分心時，根據(jù)車輛偏位均值及偏位標準差信息計算虛擬量Δ w ； 或，所述報警決策單元設置有報警抑制機制，根據(jù)駕駛員對轉向燈、制動踏板、加速踏板的操作抑制當前報警信號； 優(yōu)選的，所述報警決策單元包含TLC計算子模塊、報警抑制兩個子模塊； 在TLC計算子模塊中，TLC算法基于車輛運動學，計算車輛即將偏離出車道邊線的時間，
【文檔編號】B60W40/08GK103661375SQ201310601675
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年11月25日 優(yōu)先權日:2013年11月25日
【發(fā)明者】陳慧, 王加 申請人:同濟大學