一種帶有電子水平儀的車道監(jiān)控方法
【專利摘要】一種帶有電子水平儀的車道監(jiān)控方法，一種用于在具有車道標識線的車行道上運行的車輛的裝置包括提供車行道的光學數(shù)據(jù)的光學傳感器。第一車道模型響應于在光學數(shù)據(jù)中的檢測到的車道標識線存儲在電子存儲器中。電子水平儀系統(tǒng)追蹤車輛位置并響應于該位置提供車行道數(shù)據(jù)。第二車道模型響應于車行道數(shù)據(jù)存儲在電子存儲器中。置信度檢查器將第一和第二車道模型之間的差異與閾值做比較以便確定置信級。當在光學數(shù)據(jù)中檢測到車道標識線時，輸出選擇器選擇第一車道模型，并且如果在光學數(shù)據(jù)中未檢測到車道標識線并且置信級高于預先確定的等級，則選擇第二車道模型。
【專利說明】一種帶有電子水平儀的車道監(jiān)控方法

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明總體上涉及對車行道車道相對于車輛的位置的監(jiān)控，以及更具體地，涉及 在當無光學標識符的時候的改進的車道檢測。

【背景技術】
[0002] 自動車道檢測和監(jiān)控對支持諸如車道偏離報警系統(tǒng)或車道保持輔助系統(tǒng)這樣的 各種駕駛員輔助系統(tǒng)來說是有用的。用于傳統(tǒng)車道檢測系統(tǒng)中的主要傳感器是基于視覺 的，例如，光學照相機。車道檢測算法檢測諸如對應道路邊緣的畫上的車道線或表面特征 這樣的車道標記，然后估計車道內(nèi)的車輛橫向位置、車道寬度，以及相對于車道的車輛航向 角。
[0003] 當前在車道檢測算法中使用的圖像處理技術是足夠先進的，可以檢測多各種條件 下的各種車道標記和道路邊緣。然而，道路表面的車道標記仍然難以檢測。它們會磨損或 被污物覆蓋。有很多其它導致光學系統(tǒng)不能檢測車道位置的可能的障礙物，例如影子、天 橋、雨、雪。在這些情況下，會在對被追蹤的車道的表示中形成空白。當光學系統(tǒng)找不到車 道時，車道偏離報警/車道保持輔助系統(tǒng)就會失效，所以就不會基于不準確或缺失信息采 取行動。
[0004] 估計或補充缺失的車道標記以便提高整個系統(tǒng)的可用性是可取的。在追蹤多條車 道邊界并且一條邊界的標記暫時消失時，在距檢測到的邊界固定偏移距離處重建缺失邊界 是眾所周知的。然而，當基于照相機的系統(tǒng)不能夠產(chǎn)生有效輸出時，仍會發(fā)生各種情況。
[0005] 車道追蹤的另一種可能性是通過使用地理定位來確定車輛位置并將該位置與代 表車行道的數(shù)字地圖相關聯(lián)。地理坐標典型地是用車輛中的車載GPS接收單元和/或基于 慣性傳感器輸出的航位推算系統(tǒng)來測量的。除了當前位置，這些系統(tǒng)也可以提供瞬時車速 和航向角。
[0006] 關于國家大部分道路的地圖數(shù)據(jù)庫已經(jīng)建立，這使得確定車輛的車道部署在理論 上是可行的。關于在車輛的匹配坐標處的車行道的幾何與屬性信息可以從數(shù)字地圖數(shù)據(jù)庫 中查找。對車輛周圍的該道路信息的收集被稱為電子水平儀（Electronic Horizon,簡稱 EH)。在典型的系統(tǒng)中，車行道由很多路段（也被稱為鏈接）組成，為這些路段限定道路 幾何與屬性信息。路段的幾何信息包括經(jīng)度、緯度、海拔、水平曲率和沿著道路的坡度。道 路屬性信息可能包括道路標志、車道數(shù)目、道路功能分類（如高速公路、坡道、干線）、車道 標記類型、鋪設/未鋪設以及有分車帶/無分車帶。
[0007] 雖然可以表示車道的數(shù)目，但是由于必須表示的數(shù)據(jù)量顯著增加，地圖數(shù)據(jù)庫典 型地不會直接表示各個車道的坐標。反而，鏈接代表典型地對應于車行道的中心線的一維 路線。甚至在數(shù)字地圖數(shù)據(jù)庫直接表示給定車行道的實際車道邊界的情況下，地理定位系 統(tǒng)的個別位置的錯誤和間斷可用性的問題限制了這些系統(tǒng)的可靠性。因此，基于光學照相 機的車道監(jiān)控系統(tǒng)通常比基于GPS的更受偏愛。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本發(fā)明采用基于光學的系統(tǒng)作為主要檢測器，并在光學數(shù)據(jù)不可用時使用地理定 位系統(tǒng)作為備份數(shù)據(jù)源，其中，通過使用源自在光學數(shù)據(jù)可用的時候的偏移調(diào)整來增強地 理定位數(shù)據(jù)的有效性。
[0009] 在本發(fā)明的一個方面，在帶有車道標識線的車行道上運行的車輛的裝置包含提供 車行道的光學數(shù)據(jù)的光學傳感器。第一車道模型響應于在光學數(shù)據(jù)中檢測到的車道標識而 存儲在電子存儲器中。電子水平儀系統(tǒng)追蹤車輛的位置并響應于該位置提供車行道數(shù)據(jù)。 第二車道模型響應于車行道數(shù)據(jù)而存儲在電子存儲器中。置信檢驗器將第一和第二車道模 型間的差異與閾值作比較以便確定置信級。當在光學數(shù)據(jù)中檢測到車道標識時，輸出選擇 器選擇第一車道模型，并且如果未在光學數(shù)據(jù)中檢測到車道標識且置信級比預先確定的級 別高，則選擇第二車道模型。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0010] 圖1是展示帶有基于光學的車道檢測系統(tǒng)的車輛的框圖。
[0011] 圖2是展示來自數(shù)字地圖數(shù)據(jù)庫的車輛和車行道的路線的相對位置的示意圖。
[0012] 圖3展示了車輛位置與路線之間的最短距離的推導。
[0013] 圖4展示了由光學系統(tǒng)主動檢測到的車道邊界與使用地理定位所確定的路線之 間的關系。
[0014] 圖5展示了與光學檢測到的車道相一致的路線的移位。
[0015] 圖6是展示本發(fā)明的一個優(yōu)選裝置的框圖。
[0016] 圖7是展示本發(fā)明的一個優(yōu)選方法的流程圖。

【具體實施方式】
[0017] 現(xiàn)在參照圖1，車輛10在以畫上的車道線12和道路邊緣13為邊界的車道中沿車 行道11移動。車輛10包括耦接到車道監(jiān)控模塊15的照相機系統(tǒng)14,車道監(jiān)控模塊15可 以包括用于檢測諸如車道線12和道路邊緣13這樣的的車道標記的模式識別器，以便監(jiān)控 車輛10相對于檢測到的車道的位置。關于車輛10的相對位置以及車輛10周圍檢測到的 車道的邊緣的信息提供給車輛偏離報警系統(tǒng)（lane departure warning system, LDW) 16, 在車輛10開始駛出其車道的情況下，車輛偏離報警系統(tǒng)（LDW) 16會產(chǎn)生駕駛員警報。另一 種依靠車道位置信息的駕駛員輔助系統(tǒng)是自適應巡航控制系統(tǒng)，其中目標車輛選擇通過使 用EH和基于照相機的車道信息得以改進。通常，駕駛員輔助系統(tǒng)響應于根據(jù)檢測到的車道 報告主車輛和周圍車輛的位置的自動產(chǎn)生的車道模型來控制駕駛員輔助參數(shù)（如警告或 調(diào)整車輛設置速度的產(chǎn)生）。
[0018] 在本發(fā)明中，在數(shù)字地圖數(shù)據(jù)庫中所表示的路段被用于獲得二級車道追蹤模型， 可以在主要的、源自光學的車道模型不可用的時候使用二級車道追蹤模型。如圖2所示，車 輛10具有根據(jù)東西緯線20和南北經(jīng)線21的瞬時地理坐標。車輛10正行駛在帶有路線22 的車行道上，路線22在數(shù)字地圖數(shù)據(jù)庫中表示為在大量連續(xù)的點23之間的多個段，或由代 表道路形狀的數(shù)學方程式表示。對于路線22上的每一個點，各自的點處的車行道曲率與點 的地理坐標一起存儲。針對本發(fā)明的目的，在連續(xù)的點23之間產(chǎn)生一系列插值點24-26以 便獲得所表示的路線的期望精確度水平是可取的。點24-26的位置是根據(jù)預先確定的間距 (如大約一米）產(chǎn)生的并根據(jù)鄰近點23處的曲率計算的。在點24-26中的每個點之間，路 線遵循直線，以便使如下所述的計算更容易。
[0019] 為了確定車輛10關于路線22的相對位置，如圖3所示確定路線22上最靠近車輛 10的點。車輛10位于坐標（x〇, y〇)(例如通過GPS單元獲得）處，路線22上最接近的（由 內(nèi)插值計算得出）兩個點27和28的坐標分別為（Xi， yi)和（Xj，yj)。以預先確定的間距p 分隔點27和28。根據(jù)如下公式確定距離dEH :
[0020] dEH = ((Xj-Xi) · (Y0-Y1) - (X0-Xi) * (ΥΓΥ?))/ρ·
[0021] 距離dEH給出了車輛10和源自地圖的路線22之間的橫向偏移距離，雖然路線22 不對應任何特定的車道邊界，但是也應當與所有車道平行。點27和28之間的路線22進一 步具有表示為相對于正北方向測量的角度Φ ΕΗ的航向方向。航向角ΦΕΗ可以根據(jù)以下公式 導出：
[0022]

【權(quán)利要求】
1. 一種用于在帶有車道標識線的車行道上運行的車輛的裝置，其特征在于，包含： 提供車行道的光學數(shù)據(jù)的光學傳感器； 第一車道模型，該第一車道模型響應于在光學數(shù)據(jù)中的檢測到的車道標識線存儲在電 子存儲器中； 電子水平儀系統(tǒng)，該電子水平儀系統(tǒng)追蹤車輛的位置并響應于該位置提供車行道數(shù) 據(jù)； 第二車道模型，該第二車道模型響應于車行道數(shù)據(jù)存儲在電子存儲器中； 置信度檢查器，該置信度檢查器將第一和第二車道模型之間的差異與閾值進行比較， 以便確定置信級；以及 輸出選擇器，當在光學數(shù)據(jù)中檢測到車道標識線時，輸出選擇器選擇第一車道模型，并 且如果在光學數(shù)據(jù)中未檢測到車道標識線并且置信級比預先確定的等級高，則輸出選擇器 選擇第二車道模型。
2. 如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，進一步包含控制駕駛員輔助參數(shù)的駕駛員 輔助系統(tǒng)，其中駕駛員輔助系統(tǒng)f禹接到輸出選擇器上，并響應于由輸出選擇器所輸出的模 型調(diào)整輔助參數(shù)。
3. 如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，電子水平儀系統(tǒng)包括將車行道表示為沿著 路線的多個段的地圖數(shù)據(jù)庫，其中第二車道模型根據(jù)路線與第一車道模型之間的距離，通 過橫向移位生成虛擬車道邊界。
4. 如權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在于，電子水平儀系統(tǒng)由GPS導航系統(tǒng)組成。
5. 如權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在于，電子水平儀系統(tǒng)由航位推算系統(tǒng)組成。
6. -種用于檢測車行道上的車輛的車道位置的方法，其特征在于，包含以下步驟： 基于光學傳感器數(shù)據(jù)保持第一車道模型； 基于監(jiān)控的車輛位置和地圖數(shù)據(jù)庫保持第二車道模型； 評估模型的相似性； 響應于在光學傳感器數(shù)據(jù)中是否檢測到車道標識線以及相似性是否超過預先確定的 相似性，選擇主動車道模型。
7. 如權(quán)利要求6所述方法，其特征在于，第一車道模型包括車道航向和車道標識線 偏移距離，其中第二車道模型包括路線航向和虛擬偏移距離，并且其中該方法包含以下步 驟： 從地圖數(shù)據(jù)庫中獲取代表車行道的路線； 確定路線上最接近車輛的點； 響應于最接近的點處的線路的方向確定路線航向； 確定在車輛和最接近的點之間的橫向偏移距離； 根據(jù)路線的橫向偏移距離和第一車道模型的車道標識線偏移距離之間的差值，通過移 動路線來確定虛擬偏移距離。
8. 如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，評估相似性的步驟包含： 監(jiān)控多個時間樣本的橫向偏移距離和車道標識線偏移之間的差值； 確定多個監(jiān)控的差值之間的方差；以及 如果路線航向和車道航向之間的差值比第一閾值小并且如果方差比第二閾值小，則檢 測超過預先確定的相似性的相似性。
9. 如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，評估相似性的步驟包含： 監(jiān)測多個時間樣本的橫向偏移距離和車道標識線偏移之間的差值； 確定多個監(jiān)控的差值之間的方差； 如果路線航向和車道航向之間的差值小于第一閾值并且如果方差小于第二閾值，則增 加相似性計數(shù)；以及 如果相似性計數(shù)超過第三閾值，則檢測超過預先確定的相似性的相似性。
10. 如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，使用模式識別來保持第一車道模型，以確 定在光學傳感器數(shù)據(jù)中的包括畫上的車道線和道路邊緣的車道標識線。
【文檔編號】B60W40/06GK104240536SQ201410269967
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年6月17日 優(yōu)先權(quán)日:2013年6月20日
【發(fā)明者】彼得·G·約, 托馬斯·E·皮盧蒂, 馬特·Y·魯普, 多里安·杰克·斯佩羅, 布萊恩·沃爾斯基 申請人:福特全球技術公司