一種非接觸式無人駕駛車輛行駛狀態(tài)測量系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種非接觸式無人駕駛車輛行駛狀態(tài)監(jiān)控測量系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括無人駕駛車輛及設(shè)置在所述無人駕駛車輛后部的功放型遠(yuǎn)距離電子標(biāo)簽，所述無人駕駛車輛的有人駕駛車輛，設(shè)置在所述有人駕駛車輛上的毫米波雷達(dá)、航向傳感器、GPS接收器、攝像機、功放型遠(yuǎn)距離電子標(biāo)簽讀卡器、無人駕駛車輛行駛狀態(tài)測量裝置、視頻圖像記錄裝置、綜合信息顯示裝置、和無線圖像發(fā)射裝置，以及位于遠(yuǎn)程的終端接收與顯示裝置。該系統(tǒng)通過非接觸方式實時測量得到前方無人駕駛車輛行駛狀態(tài)參數(shù)，并實時繪制無人駕駛車輛速度曲線和位置曲線；通過攝像機實時獲取并保存前方無人駕駛車輛行駛時的圖像，對于無人駕駛車輛跨壓車道線的視頻即時單獨保存，方便后續(xù)查找觀看。
【專利說明】一種非接觸式無人駕駛車輛行駛狀態(tài)測量系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及無人駕駛車輛行駛狀態(tài)測量系統(tǒng)【技術(shù)領(lǐng)域】，具體地涉及一種非接觸式無人駕駛車輛行駛狀態(tài)測量系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]對無人駕駛車輛在復(fù)雜環(huán)境下智能行為的監(jiān)控及對其行駛狀態(tài)參數(shù)(如速度、行駛位置)的測量，是實現(xiàn)對無人駕駛車輛環(huán)境感知、行為決策等關(guān)鍵技術(shù)研究水平進(jìn)行科學(xué)評價的前提條件。
[0003]為保證監(jiān)控測量準(zhǔn)確有效且可靠實用，必須設(shè)計一種無人駕駛車輛行駛狀態(tài)監(jiān)控測量系統(tǒng)，實現(xiàn)對無人駕駛車輛的準(zhǔn)確監(jiān)控測量。
[0004]無人駕駛車輛本身一般都安裝有GPS、慣性導(dǎo)航系統(tǒng)、里程計等，可以獲取無人駕駛車輛自身的位置和速度信息，所以，現(xiàn)有的無人駕駛車輛行駛狀態(tài)測量系統(tǒng)有的就是采用一種方法:要求無人駕駛車輛在運行時，將速度和位置等信息實時保存下來，測試結(jié)束后，將數(shù)據(jù)繪制成曲線。這種方法存在的問題是，它無法在無人駕駛車輛運行過程中實時地進(jìn)行觀看相應(yīng)曲線。
[0005]另外一些方法是，設(shè)計一輛有人駕駛的車輛跟馳在無人駕駛車輛后面，在有人駕駛的車輛上安裝有激光雷達(dá)和GPS接收器，通過激光雷達(dá)獲取有人駕駛車輛與無人駕駛車輛之間的位置關(guān)系，通過GPS接收器獲取有人駕駛車輛的速度和位置信息，綜合二者推算出無人駕駛車輛的速度和位置信息。這種方法的問題在于，激光雷達(dá)測距的范圍有限(例如某款6萬元的激光雷達(dá)，其有效測距范圍僅為45米左右)。而對于低反射率材質(zhì)，如黑色車輛，其有效范圍更低，僅能保證20-30米測距范圍。而實際上無人駕駛車輛在高速行進(jìn)時，為了保持安全車距，有人駕駛車輛與無人駕駛車輛的間距往往超過上述激光雷達(dá)的測距范圍。
[0006]針對上述各種方法的不足，本實用新型提出一種非接觸式的無人駕駛車輛行駛狀態(tài)測量系統(tǒng)。它采用有人駕駛車輛跟馳的方案，在有人駕駛的車輛上安裝毫米波雷達(dá)和GPS接收器；毫米波雷達(dá)比激光雷達(dá)工作距離遠(yuǎn)，可達(dá)150米，且可直接獲取無人駕駛車輛與有人車輛的相對速度信息(而激光雷達(dá)獲取的速度信息系推算得到)。
[0007]通過毫米波雷達(dá)獲取有人駕駛車輛與無人駕駛車輛之間的位置關(guān)系，通過GPS接收器獲取有人駕駛車輛的速度和位置信息，綜合二者推算出無人駕駛車輛的速度和位置信息。此外，通過功放型遠(yuǎn)距離電子標(biāo)簽標(biāo)識前方無人駕駛車輛，并與毫米波雷達(dá)檢測結(jié)果進(jìn)行匹配，得到無人駕駛車輛準(zhǔn)確位置。并通過攝像機實時獲取并保存前方無人駕駛車輛行駛時的圖像，結(jié)合車道線檢測結(jié)果，判斷無人駕駛車輛是否跨壓車道線；當(dāng)檢測到無人駕駛車輛跨壓車道線時，自動將跨壓車道線的視頻單獨保存，方便后續(xù)查找觀看。將無人駕駛車輛視頻圖像與速度曲線、位置曲線綜合顯示在同一個屏幕中顯示，并通過無線圖像傳輸系統(tǒng)傳輸?shù)浇K端監(jiān)控室，供終端工作人員實時監(jiān)控。實用新型內(nèi)容
[0008]為了達(dá)到上述目標(biāo)，本實用新型提出的無人駕駛車輛行駛狀態(tài)測量系統(tǒng)包括無人駕駛車輛及設(shè)置在所述無人駕駛車輛后部的功放型遠(yuǎn)距離電子標(biāo)簽，跟馳所述無人駕駛車輛的有人駕駛車輛，設(shè)置在所述有人駕駛車輛上的無人駕駛車輛行駛狀態(tài)測量裝置、視頻圖像記錄裝置、綜合信息顯示裝置、和無線圖像發(fā)射裝置，以及終端接收與顯示裝置。
[0009]具體地，該無人駕駛車輛行駛狀態(tài)監(jiān)控測量系統(tǒng)，包括無人駕駛車輛及設(shè)置在所述無人駕駛車輛上的功放型遠(yuǎn)距離電子標(biāo)簽，跟馳所述無人駕駛車輛的有人駕駛車輛，設(shè)置在所述有人駕駛車輛上的雷達(dá)、航向傳感器、GPS接收器、GPS天線、攝像機、功放型遠(yuǎn)距離電子標(biāo)簽讀卡器、行駛狀態(tài)測量計算機、視頻圖像記錄計算機、綜合信息顯示計算機、無線圖像發(fā)射裝置和車載供電裝置，以及位于遠(yuǎn)程的終端接收與顯示裝置；
[0010]所述攝像機經(jīng)過視頻分配器、視頻采集卡分別與所述行駛狀態(tài)測量計算機、視頻圖像記錄計算機、綜合信息顯示計算機相連；
[0011 ] 所述功放型遠(yuǎn)距離電子標(biāo)簽向所述功放型遠(yuǎn)距離電子標(biāo)簽讀卡器發(fā)送用于標(biāo)識所述無人駕駛車輛的編碼信號；
[0012]所述雷達(dá)用于檢測所述無人駕駛車輛與所述有人駕駛車輛之間的橫向距離、縱向距離以及相對速度；
[0013]所述航向傳感器用于檢測所述有人駕駛車輛的航向角；
[0014]所述GPS接收器接收所述有人駕駛車輛的經(jīng)度、緯度、海拔高度、速度信息；
[0015]所述行駛狀態(tài)測量計算機接收所述無人駕駛車輛與所述有人駕駛車輛之間的橫向距離、縱向距離以及相對速度，所述有人駕駛車輛的航向角，以及所述有人駕駛車輛的經(jīng)度、緯度、海拔高度、速度信息，并輸出無人駕駛車輛的速度和位置信息；
[0016]所述綜合信息顯示計算機通過所述無人駕駛車輛的速度和位置信息，并實時輸出所述無人駕駛車輛的速度曲線、位置曲線，并將所述速度曲線、位置曲線與所述無人駕駛車輛行駛時的視頻圖像在所述綜合信息顯示計算機的屏幕中顯示；
[0017]所述無線圖像發(fā)射裝置將所述綜合信息顯示計算機屏幕中顯示的信息發(fā)送至所述終端接收與顯示裝置。
[0018]所述GPS接收器通過所述GPS天線，接收所述有人駕駛車輛的經(jīng)度、緯度、海拔高
度、速度信息。
[0019]所述無線圖像發(fā)射裝置包括無線圖像發(fā)射機、視頻數(shù)模轉(zhuǎn)換器，所述視頻數(shù)模轉(zhuǎn)換器的一端與所述綜合信息顯示計算機相連，另一端與所述無線圖像發(fā)射機相連。
[0020]所述視頻圖像記錄計算機通過攝像機接收并保存所述無人駕駛車輛行駛時的視頻圖像，并能夠?qū)崿F(xiàn)判斷所述無人駕駛車輛是否跨壓車道線；當(dāng)檢測到所述無人駕駛車輛跨壓車道線時，自動將跨壓車道線的視頻單獨保存的功能。
[0021 ] 所述功放型遠(yuǎn)距離電子標(biāo)簽安裝在所述無人駕駛車輛的后部。
[0022]所述雷達(dá)安裝在所述有人駕駛車輛的前端下部。
[0023]所述攝像機安裝在所述有人駕駛車輛的前端頂部，且所述攝像機為數(shù)字?jǐn)z像機。
[0024]所述終端接收與顯示裝置包括無線圖像接收機、接收機天線、視頻網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器、Internet網(wǎng)絡(luò)路由器、終端顯示計算機。所述無線圖像接收機放置于室內(nèi)，所述接收機天線放置于房頂上，通過線纜與所述無線圖像接收機相連。無線圖像接收機通過視頻線與視頻網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器相連，視頻網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器通過網(wǎng)線與Internet網(wǎng)絡(luò)路由器相連。
[0025]車載供電裝置由大容量鉛酸蓄電池、4個電流保險盒、4個開關(guān)和相應(yīng)線纜組成。分別為無人駕駛車輛行駛狀態(tài)測量裝置、視頻圖像記錄裝置、綜合信息顯示裝置、車載無線圖像發(fā)射裝置等4個裝置供電，4個電流保險盒、4個開關(guān)為每個裝置各提供一個。
[0026]通過功放型遠(yuǎn)距離電子標(biāo)簽標(biāo)識前方無人駕駛車輛，并與毫米波雷達(dá)檢測結(jié)果進(jìn)行匹配，得到無人駕駛車輛準(zhǔn)確位置，進(jìn)而結(jié)合有人駕駛車輛GPS信息推算得到無人駕駛車輛的速度和信息，實現(xiàn)對無人駕駛車輛行駛狀態(tài)的自動化測量。
[0027]通過攝像機實時獲取并保存前方無人駕駛車輛行駛時的視頻圖像，結(jié)合車道線檢測結(jié)果，判斷無人駕駛車輛是否跨壓車道線；當(dāng)檢測到無人駕駛車輛跨壓車道線時，自動將跨壓車道線的視頻單獨保存。
[0028]本系統(tǒng)通過引入視頻網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器，將接收到的無線視頻實時存放在服務(wù)器中，這樣在全球任何地方與路由器建立了物理聯(lián)系的任何一臺計算機都可以通過訪問服務(wù)器地址來實時瀏覽到無人駕駛車輛的實時畫面及行駛速度和位置曲線。
[0029]該系統(tǒng)具有的功能是通過非接觸方式實時測量得到前方無人駕駛車輛行駛狀態(tài)參數(shù)，如位置和速度，并實時繪制無人駕駛車輛速度曲線和位置曲線；通過攝像機實時獲取并保存前方無人駕駛車輛行駛時的圖像，對于無人駕駛車輛跨壓車道線的視頻即時單獨保存，方便后續(xù)查找觀看；將無人駕駛車輛視頻圖像與速度曲線、位置曲線綜合顯示在同一個屏幕中顯示，并通過無線圖像傳輸裝置傳輸?shù)浇K端監(jiān)控室中的終端接收與顯示裝置，供終端工作人員實時監(jiān)控。
[0030]應(yīng)用本實用新型，可以取得以下有益效果:
[0031]采用本實用新型提出的無人駕駛車輛行駛狀態(tài)測量系統(tǒng)可以實現(xiàn)非接觸式的測量，不會對被測試無人駕駛車輛產(chǎn)生任何干擾。
[0032]本系統(tǒng)中采用毫米波雷達(dá)，比激光雷達(dá)成本要低，且檢測距離遠(yuǎn)，不需要計算即可直接獲取準(zhǔn)確的相對速度。
[0033]本實用新型使用功放型遠(yuǎn)距離電子標(biāo)簽，可以實現(xiàn)100米以上的測距。
[0034]本系統(tǒng)采取電子標(biāo)簽初步確定無人駕駛車輛所在位置，計算出感興趣區(qū)域。在感興趣區(qū)域內(nèi)，提取毫米波雷達(dá)檢測結(jié)果，得到無人駕駛車輛的準(zhǔn)確位置，進(jìn)而結(jié)合測試車輛GPS信息推算得到無人駕駛車輛的速度和信息，實現(xiàn)對無人駕駛車輛行駛狀態(tài)的自動化測量。
[0035]通過攝像機實時獲取并保存前方無人駕駛車輛行駛時的圖像，結(jié)合車道線檢測結(jié)果，判斷無人駕駛車輛是否跨壓車道線，當(dāng)檢測到無人駕駛車輛跨壓車道線時，自動將跨壓車道線的視頻單獨保存，方便后續(xù)查看。
[0036]將無人駕駛車輛視頻圖像與速度曲線、位置曲線綜合顯示在同一個屏幕中顯示，并通過無線圖像傳輸裝置傳輸?shù)浇K端監(jiān)控室，供終端工作人員實時監(jiān)控。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0037]下列附圖在此作為本實用新型的一部分以便于理解，附圖中:
[0038]圖1為本實用新型中無人駕駛車輛行駛狀態(tài)測量系統(tǒng)的整體框圖；
[0039]圖2為本實用新型中無人駕駛車輛行駛狀態(tài)測量系統(tǒng)各裝置部件的實際位置布置不意圖；
[0040]圖3為本實用新型中計算機及數(shù)據(jù)連接裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0041]圖4為本實用新型中無線圖像發(fā)射裝置的示意圖；
[0042]圖5為本實用新型中終端接收與顯示裝置的示意圖；
[0043]圖6為本實用新型中車載供電裝置的示意圖；
[0044]圖7為本實用新型中無人駕駛車輛行駛狀態(tài)測量系統(tǒng)的計算機程序界面；
[0045]圖8為本實用新型中感興趣區(qū)域確定方法的示意圖；
[0046]圖9為本實用新型中雷達(dá)坐標(biāo)系的示意圖；
[0047]圖10為本實用新型中圖像坐標(biāo)系的示意圖；
[0048]圖11為本實用新型中視頻圖像記錄裝置的計算機程序界面；
[0049]圖12為本實用新型中綜合信息顯示裝置的計算機程序界面；
[0050]圖13為本實用新型中無人駕駛車輛行駛狀態(tài)測量系統(tǒng)的工作流程圖。
【具體實施方式】
[0051]在下文的描述中，給出了大量具體的細(xì)節(jié)以便提供對本實用新型更為徹底的理解。然而，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言顯而易見的是，本實用新型可以無需一個或多個這些細(xì)節(jié)而得以實施。在其他的例子中，為了避免與本實用新型發(fā)生混淆，對于本領(lǐng)域公知的一些技術(shù)特征未進(jìn)行描述。下面結(jié)合附圖，說明本實用新型的實施方式。
[0052]在下文的描述中，給出了大量具體的細(xì)節(jié)以便提供對本實用新型更為徹底的理解。然而，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言顯而易見的是，本實用新型可以無需一個或多個這些細(xì)節(jié)而得以實施。在其他的例子中，為了避免與本實用新型發(fā)生混淆，對于本領(lǐng)域公知的一些技術(shù)特征未進(jìn)行描述。下面結(jié)合附圖，說明本實用新型的實施方式。
[0053]如圖1-圖3所示，本實用新型提出的無人駕駛車輛行駛狀態(tài)測量系統(tǒng)包括無人駕駛車輛8及設(shè)置在無人駕駛車輛8后部的功放型遠(yuǎn)距離電子標(biāo)簽111，跟馳無人駕駛車輛8的有人駕駛車輛101，設(shè)置在有人駕駛車輛101上的無人駕駛車輛行駛狀態(tài)測量裝置1、視頻圖像記錄裝置2、綜合信息顯示裝置3、和無線圖像發(fā)射裝置4和車載供電裝置6，以及可設(shè)置在終端監(jiān)控室中的遠(yuǎn)程終端接收與顯示裝置5。
[0054]如圖1所示，無人駕駛車輛行駛狀態(tài)測量裝置I的計算結(jié)果輸出至視頻圖像記錄裝置2和綜合信息顯示裝置3，綜合信息顯示裝置3的顯示結(jié)果輸出到無線圖像發(fā)射裝置4，無線圖像發(fā)射裝置4通過無線方式將顯示結(jié)果發(fā)送到遠(yuǎn)程終端接收與顯示裝置5。車載供電裝置6為無人駕駛車輛行駛狀態(tài)測量裝置1、視頻圖像記錄裝置2、綜合信息顯示裝置3和無線圖像發(fā)射裝置4供電。
[0055]如圖2-圖3所示，在本實用新型所提出的無人駕駛車輛行駛狀態(tài)測量系統(tǒng)中，有人駕駛車輛101上設(shè)置有毫米波雷達(dá)102、航向傳感器120、攝像機105、GPS天線104、無線圖像發(fā)射機401、發(fā)射機天線402、、車載供電裝置6、計算機及數(shù)據(jù)連接裝置7、功放型遠(yuǎn)距離電子標(biāo)簽讀卡器109。
[0056]如圖2所示，毫米波雷達(dá)102安裝在有人駕駛車輛101的前端下部，攝像機105安裝在有人駕駛車輛的前端頂部，GPS天線104放置在有人駕駛車輛頂部偏前任意位置，發(fā)射機天線402放置在有人駕駛車輛頂部偏后任意位置。無線圖像發(fā)射機401及車載供電裝置6放于車廂內(nèi)后部位置。計算機及數(shù)據(jù)連接裝置7放于車廂內(nèi)駕駛室后的機柜內(nèi)。
[0057]如圖3所示，計算機及數(shù)據(jù)連接裝置7包括視頻分配器701、視頻采集卡205、視頻采集卡303、視頻采集卡702、行駛狀態(tài)測量計算機106、視頻圖像記錄計算機203、綜合信息顯示計算機302、網(wǎng)線107、網(wǎng)線204、網(wǎng)線301、HUB集線器108、功放型遠(yuǎn)距離電子標(biāo)簽讀卡器109、GPS接收器103、航向傳感器120、視頻數(shù)模轉(zhuǎn)換器403。攝像機105拍攝的視頻圖像經(jīng)視頻分配器701分配后，再分別經(jīng)視頻采集卡702、視頻采集卡205、視頻采集卡303與行駛狀態(tài)測量計算機106、視頻圖像記錄計算機203、綜合信息顯示計算機302相連。視頻數(shù)模轉(zhuǎn)換器403的一端與綜合信息顯示計算機302的顯示器接口相連。該攝像機105既可以是數(shù)字?jǐn)z像機，也可以是模擬攝像機。
[0058]網(wǎng)線107的一端與HUB集線器108相連，另一端與行駛狀態(tài)測量計算機106相連。網(wǎng)線204的一端與HUB集線器108相連，另一端與視頻圖像記錄計算機203相連。網(wǎng)線301一端與HUB集線器108相連，另一端與綜合信息顯示計算機302相連。功放型遠(yuǎn)距離電子標(biāo)簽讀卡器109、GPS接收器103、航向傳感器120分別通過各自的線纜與行駛狀態(tài)測量計算機106相連。
[0059]如圖2-圖3所示，無人駕駛車輛行駛狀態(tài)測量裝置I由有人駕駛車輛101、毫米波雷達(dá)102、GPS接收器103、GPS天線104、攝像機105、視頻分配器701、視頻采集卡702、網(wǎng)線107、HUB集線器108、功放型遠(yuǎn)距離電子標(biāo)簽讀卡器109、功放型遠(yuǎn)距離電子標(biāo)簽111、行駛狀態(tài)測量計算機106組成。毫米波雷達(dá)102安裝在有人駕駛車輛101的前端下部，攝像機105安裝在有人駕駛車輛101的前端頂部，GPS接收器103、航向傳感器120和行駛狀態(tài)測量計算機106安裝在有人駕駛車輛101內(nèi)部后艙位置，HUB集線器108放置于車內(nèi)行駛狀態(tài)測量計算機106旁邊，GPS天線104放置在有人駕駛車輛101后端頂部。網(wǎng)線107的一端與HUB集線器108相連，另一端與行駛狀態(tài)測量計算機106相連。功放型遠(yuǎn)距離電子標(biāo)簽讀卡器109放于有人駕駛車輛101的適當(dāng)位置。
[0060]如圖2-3所示，視頻圖像記錄裝置2由攝像機105、視頻分配器701、視頻采集卡205、視頻圖像記錄計算機203組成。攝像機105通過視頻分配器701、視頻采集卡205與視頻圖像記錄計算機203相連。網(wǎng)線204的一端與HUB集線器108相連,另一端與視頻圖像記錄計算機203相連。
[0061]視頻圖像記錄計算機203的程序界面如圖11所示。
[0062]單擊圖11界面中的“打開圖像”，在上部界面中將顯示攝像機105獲取的前方圖像。在“車號”編輯框中輸入當(dāng)前被測試無人駕駛車輛的車號num，并單擊“開始保存”，此時在視頻圖像記錄計算機203的磁盤上將開始記錄并保存視頻文件，當(dāng)測試結(jié)束時，單擊“結(jié)束保存”，此時在視頻圖像記錄計算機203的磁盤上將顯示文件名為“num.avi”的視頻文件。在測試開始時，同時單擊“計數(shù)開始”按鈕，在“顯示時間”編輯框中將出現(xiàn)時間，其格式為hh-mm-ss，初始值為00-00-00。在測試過程中，后臺程序一直經(jīng)由HUB集線器108讀取來自行駛狀態(tài)測量計算機106的跨壓車道線標(biāo)志，如果標(biāo)志是10，說明無人駕駛車輛8跨壓左車道線，假設(shè)此時“顯示時間”編輯框中顯示為“00-28-54”，后臺程序?qū)⒆詣荧@取該時間，此時在視頻圖像記錄計算機203的磁盤上將開始記錄并保存無人駕駛車輛8本次跨壓車道線視頻文件，當(dāng)無人駕駛車輛8回到本車道時，即讀取到來自行駛狀態(tài)測量計算機106的跨壓車道線標(biāo)志變?yōu)?0，此時后臺程序?qū)⒔Y(jié)束本次保存。此時在視頻圖像記錄計算機203的磁盤上將顯示文件名為“00-28-54-left, avi”的無人駕駛車輛8本次跨壓車道線視頻文件。類似地，如果標(biāo)志是01，說明無人駕駛車輛8跨壓右車道線，則在視頻圖像記錄計算機203的磁盤上將顯示文件名為“00-28-54-right, avi”的無人駕駛車輛8本次跨壓右車道線視頻文件。
[0063]測試結(jié)束后，在視頻圖像記錄計算機203的磁盤上文件名為“num.avi”的視頻文件即為本次測試中無人駕駛車輛的全過程視頻；在視頻圖像記錄計算機203的磁盤上文件名為類似于“00-28-54-left, avi”的所有視頻文件均為本次測試過程中無人駕駛車輛8跨壓車道線的視頻，這樣不需要從“num.avi”的視頻文件中進(jìn)行查找，即可快速找到跨壓車道線的視頻，而且由于文件名中含有時間信息，可以方便地統(tǒng)計出跨壓車道線的時間長度。
[0064]如圖2-3所示，綜合信息顯示裝置3由攝像機105、視頻分配器701、視頻采集卡303、綜合信息顯示計算機302組成。網(wǎng)線301 —端與HUB集線器108相連，另一端與綜合信息顯示計算機302相連。綜合信息顯示計算機302安裝在有人駕駛車輛101內(nèi)部后艙位置。攝像機105通過視頻分配器701、視頻采集卡303與綜合信息顯示計算機302相連。
[0065]綜合信息顯示計算機302的程序界面如圖12所示。
[0066]界面左側(cè)為攝像機105實時獲取的無人駕駛車輛視頻圖像信息，與圖11界面中上部圖像一樣。右側(cè)界面分別為無人駕駛車輛位置曲線、速度曲線，由行駛狀態(tài)測量計算機106通過網(wǎng)線301將計算的位置(e3，n3)和速度v3實時傳輸過來，在圖中實時繪制而成。繪制的過程如下:第一個位置傳來時，在圖中標(biāo)出來；第二個位置傳來時，也在圖中標(biāo)出來，把兩位置用直線相連，依此類推。速度的曲線也是一樣。
[0067]系統(tǒng)工作后，綜合信息顯示計算機302程序界面的實時內(nèi)容將由無線圖像發(fā)射機401發(fā)射出去。
[0068]如圖4所示，無線圖像發(fā)射裝置4由無線圖像發(fā)射機401、發(fā)射機天線402、視頻數(shù)模轉(zhuǎn)換器403組成。無線圖像發(fā)射機401安裝在有人駕駛車輛101內(nèi)部后艙。發(fā)射機天線402放置在有人駕駛車輛101頂端后部，通過線纜與無線圖像發(fā)射機401相連。視頻數(shù)模轉(zhuǎn)換器403的VGA接口 一端與綜合信息顯示計算機302的顯示器接口相連，另一端S端子與無線圖像發(fā)射機401相連。系統(tǒng)工作后，綜合信息顯示計算機302程序界面的實時內(nèi)容將由無線圖像發(fā)射機401發(fā)射出去。
[0069]如圖5所示，可設(shè)置在終端監(jiān)控室中的遠(yuǎn)程終端接收與顯示裝置5由無線圖像接收機501、接收機天線502、視頻線503、大屏幕顯示器504、視頻網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器505、Internet網(wǎng)絡(luò)路由器506、終端顯示計算機507組成。無線圖像接收機501放置于室內(nèi)，接收機天線502放置于房頂上，通過線纜與無線圖像接收機501相連。視頻線503 —端與無線圖像接收機501的視頻輸出口相連，另一端與視頻網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器505的視頻輸入口相連。視頻網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器505通過網(wǎng)線與Internet網(wǎng)絡(luò)路由器506相連。終端顯示計算機507通過另一根網(wǎng)線與Internet網(wǎng)絡(luò)路由器506的任一網(wǎng)線接口相連。終端顯示計算機507的VGA顯示器接口與大屏幕顯示器504相連。
[0070]根據(jù)Internet網(wǎng)絡(luò)路由器506的配置設(shè)置好視頻網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器505的IP地址、子網(wǎng)掩碼、網(wǎng)關(guān)地址、DNS服務(wù)器地址等參數(shù)。
[0071]系統(tǒng)工作后，綜合信息顯示計算機302程序界面的實時內(nèi)容將經(jīng)無線圖像發(fā)射機401發(fā)射出去、經(jīng)無線圖像接收機501接收，并將視頻圖像輸入到視頻網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器505，在終端顯示計算機507中訪問視頻網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器505的IP地址，即可瀏覽到遠(yuǎn)程無人駕駛車輛的實時畫面及行駛速度和位置曲線，同時在大屏幕顯示器實時顯示出來，達(dá)到遠(yuǎn)程實時監(jiān)控的效果。
[0072]如果Internet網(wǎng)絡(luò)路由器506與公網(wǎng)相連,貝U在全球任何地方與Internet網(wǎng)絡(luò)路由器506建立了物理聯(lián)系任何一臺計算機都可以通過訪問視頻網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器505的IP地址來實時瀏覽到無人駕駛車輛的實時畫面及行駛速度和位置曲線。
[0073]如圖6所示，車載供電裝置6由大容量鉛酸蓄電池601、4個電流保險盒602、603、604,605,4個開關(guān)606、607、608、609和相應(yīng)線纜組成。分別為無人駕駛車輛行駛狀態(tài)測量裝置1、視頻圖像記錄裝置2、綜合信息顯示裝置3、車載無線圖像發(fā)射裝置4等4個裝置供電，4個電流保險盒、4個開關(guān)為每個裝置各提供一個。
[0074]下面結(jié)合圖7-13，說明本實用新型提出的無人駕駛車輛行駛狀態(tài)測量系統(tǒng)的工作流程。
[0075]本實用新型提出的無人駕駛車輛行駛狀態(tài)測量系統(tǒng)具有的功能是通過非接觸方式實時測量得到前方無人駕駛車輛行駛狀態(tài)參數(shù)，如位置和速度，并實時繪制無人駕駛車輛速度曲線和位置曲線；通過攝像機實時獲取并保存前方無人駕駛車輛行駛時的圖像，對于無人駕駛車輛跨壓車道線的視頻即時單獨保存，方便后續(xù)查找觀看；將無人駕駛車輛視頻圖像與速度曲線、位置曲線綜合顯示在同一個屏幕中顯示，并通過無線圖像傳輸裝置至位于終端監(jiān)控室中的遠(yuǎn)程終端接收與顯示裝置，供終端工作人員實時監(jiān)控。
[0076]上電后，功放型遠(yuǎn)距離電子標(biāo)簽111不斷向外發(fā)出無線信號，能夠傳很遠(yuǎn)的距離(最大300米)，該無線信號帶有編碼，每個電子標(biāo)簽的編碼是唯一的。功放型遠(yuǎn)距離電子標(biāo)簽讀卡器109接收到無線信號后進(jìn)行解碼，然后將解碼信息發(fā)送給行駛狀態(tài)測量計算機106，上述解碼信息包括電子標(biāo)簽111的唯一編碼以及它與電子標(biāo)簽讀卡器109的距離。
[0077]有人駕駛車輛101跟馳在被測試的無人駕駛車輛8后方，與無人駕駛車輛8保持30 - 120米的距離。毫米波雷達(dá)102可輸出8個檢測目標(biāo)、水平方位角探測范圍15°、檢測距離最大為150米，每個目標(biāo)返回4個值，分別為目標(biāo)序號、目標(biāo)與毫米波雷達(dá)之間的橫向距離、縱向距離、相對速度；它的數(shù)據(jù)輸出接口為CAN總線形式，通過CAN轉(zhuǎn)USB轉(zhuǎn)換器與行駛狀態(tài)測量計算機106相連。航向傳感器120可檢測有人駕駛車輛101的航向角Θ。GPS接收器103通過GPS天線104，可獲取有人駕駛車輛101的經(jīng)度、緯度、海拔高度、速度，通過RS232串口與行駛狀態(tài)測量計算機106相連。攝像機105用來獲取前方無人駕駛車輛的圖像信息，它的數(shù)據(jù)輸出為1394火線，通過視頻分配器701、視頻采集卡702與行駛狀態(tài)測量計算機106相連。行駛狀態(tài)測量計算機106的程序界面如圖7所示。
[0078]單擊“系統(tǒng)開始工作”，后臺程序依次完成以下工作(在整個測試過程中，這些工作是不斷循環(huán)進(jìn)行的，直到測試結(jié)束):
[0079](I)行駛狀態(tài)測量計算機106獲取由功放型遠(yuǎn)距離電子標(biāo)簽讀卡器109發(fā)送來的解碼信息，包括電子標(biāo)簽111的唯一編碼以及它與電子標(biāo)簽讀卡器109的距離。
[0080]由于電子標(biāo)簽111放置于無人駕駛車輛8上，電子標(biāo)簽讀卡器109放于有人駕駛車輛101上，因此可初步得到兩車的距離R。
[0081](2)確定感興趣區(qū)域，即無人駕駛車輛所在的大致范圍
[0082]如圖8所示，由于電子標(biāo)簽111檢測距離有誤差，假設(shè)誤差為正負(fù)5米，以有人駕駛車輛101 (圖8中圓心位置的方框)作為圓心，分別以(R + 5)、(R — 5)為半徑畫出2個圓，直線21、23、24、26分別為三條車道的車道線。直線22是車道線23向外偏移一個車寬(如2米)后的直線；直線25是車道線24向外偏移一個車寬(如2米)后的直線。由于無人駕駛車輛8 (圖8中斜線區(qū)域中的方框)可能跨壓車道線行駛，所以在本車道線寬度范圍內(nèi)向外擴展了一個車道寬度。
[0083]則最小圓、最大圓與直線22、25構(gòu)成的區(qū)域即為感興趣區(qū)域，如圖8中斜線所示，從而可確定無人駕駛車輛所在的大致范圍。
[0084]( 3)毫米波雷達(dá)檢測目標(biāo)，并將目標(biāo)融合到圖像中
[0085]本實用新型中毫米波雷達(dá)102可以檢測到前方8個目標(biāo)，可以得到每個目標(biāo)與毫米波雷達(dá)102之間的橫向距離和縱向距離，即圖9中X，y方向的距離。由于毫米波雷達(dá)102的水平視場角為15度，所以這8個目標(biāo)一定分布在圖9中的兩條虛線夾角范圍內(nèi)。以毫米波雷達(dá)102為原點，可以建立圖9所示x-y坐標(biāo)系，即雷達(dá)坐標(biāo)系。用毫米波雷達(dá)102檢測到的每個目標(biāo)的橫向距離和縱向距離即是在這個坐標(biāo)系下(單位為米)。而用視覺獲得的圖像，是在圖10中所示的圖像坐標(biāo)系下，以分辯率為800*600為例，即表示圖像的寬度(圖10中的u方向)為800像素，高度(圖9中的V方向)為600像素。圖像坐標(biāo)系的單位為像素。為了把毫米波雷達(dá)102檢測到的目標(biāo)顯示在圖像坐標(biāo)系中，需要進(jìn)行坐標(biāo)系和單位的轉(zhuǎn)換，這個過程稱為融合。
[0086]融合的過程是本領(lǐng)域公知的，下面簡單介紹本實用新型中圖像融合的主要原理。
[0087]毫米波雷達(dá)檢測點可以通過相關(guān)轉(zhuǎn)換關(guān)系直接投影到圖像像素坐標(biāo)系上，轉(zhuǎn)換關(guān)系如下所示:
[0088]Pc= φ (P1- Δ) (I)
[0089]這里P。是3維空間中點P在圖像坐標(biāo)系中的點,P1則是點P在毫米波雷達(dá)坐標(biāo)系中的點。Λ是平移向量；Φ是從攝像機坐標(biāo)系到毫米波雷達(dá)坐標(biāo)系的旋轉(zhuǎn)矩陣。通過不同位置的多個特征點建立方程，最后通過線性方程組求解，可獲得旋轉(zhuǎn)矩陣和平移向量。
[0090]通過不同位置的多個特征點建立約束方程，最后通過線性方程組求解，可獲得旋轉(zhuǎn)矩陣和平移向量。
[0091]當(dāng)毫米波雷達(dá)102與攝像機105在有人駕駛車輛101上安裝好以后，以上參數(shù)的求取，只需要進(jìn)行一次。系統(tǒng)工作時，每次毫米波雷達(dá)102檢測到目標(biāo)后，用公式(I)即可實用計算出其在圖像坐標(biāo)系中的點，即可在圖像中實時顯示。融合后的結(jié)果就是在圖像中標(biāo)出毫米波雷達(dá)檢測到的8個目標(biāo)。如圖7中所示。
[0092](4)毫米波雷達(dá)102檢測到8個目標(biāo)后，對每個目標(biāo)會自動編號，從nl — n8，在nl-n8中找到帶有電子標(biāo)簽111編碼信息的那個目標(biāo)，即為無人駕駛車輛8。在上面所述的感興趣區(qū)域中找到無人駕駛車輛8后，將該目標(biāo)序號m (圖7中是n3)，賦值給η。
[0093](5)讀取毫米波雷達(dá)102檢測目標(biāo)序號為η的目標(biāo)與有人駕駛車輛101的橫向距離、縱向距離、相對速度，并與GPS數(shù)據(jù)綜合進(jìn)行計算，可獲得無人駕駛車輛8的速度與位置。
[0094]首先將有人駕駛車輛實時獲取的GPS輸出的ECEF (地心地固坐標(biāo)系Earth-Centered, Earth-Fixed)坐標(biāo)系統(tǒng)下的諱度(λ )、經(jīng)度(^ )和高度(h),轉(zhuǎn)化成平面坐標(biāo)系 UTM (Universal Transverse Mercartor Grid System,通用橫墨卡托格網(wǎng)系統(tǒng)下)下的坐標(biāo)(e，n)。
[0095]假設(shè)有人駕駛車輛在整個測試剛開始時，計算得到的平面坐標(biāo)為(eO，nO)。
[0096]又，假設(shè)計算得到的有人駕駛車輛在某一時刻根據(jù)獲取的GPS值計算得到的平面坐標(biāo)為(el，nl)，相對于大地的速度為vl，以及由航向傳感器120獲取航向角Θ ;另外，根據(jù)毫米波雷達(dá)得到的有人駕駛車輛與無人駕駛車輛的縱向距離為x2，相對速度為v2，則可求得無人駕駛車輛相對于起點的位置信息，用坐標(biāo)表示為:
[0097]e3=el_e0+x2cos Θ ；
[0098]n3=nl-n0+x2sin θ ；
[0099]無人駕駛車輛相對于大地的速度為:
[0100]v3=vl+v2;
[0101](6)車道線檢測及判斷
[0102]運用機器視覺圖象處理進(jìn)行車道線檢測及判斷；即根據(jù)左右車道線在圖像中的位置以及無人駕駛車輛在圖像中的位置可以判斷無人駕駛車輛是否跨壓車道線，并向視頻圖像記錄計算機203發(fā)送標(biāo)志位，跨壓左車道線發(fā)送標(biāo)志位10、跨壓右車道線時發(fā)送標(biāo)志位
01、未跨壓時發(fā)送標(biāo)志位00。
[0103]上述機器視覺圖象處理技術(shù)為本領(lǐng)域內(nèi)公知的技術(shù)，這里不再詳細(xì)描述，下面僅給出其中的一種處理算法，即分為以下步驟:
[0104]A、獲取輸入圖像，采用3X3模板的中值濾波對圖像濾波；
[0105]B、用sobel算子進(jìn)行邊緣檢測；
[0106]C、使用閾值T對圖值二值化，閾值T求取方法如下:
[0107]計算出圖像中像素的最大閾值Zh和最小閾值Π ；
[0108]求取Zh和Zl的平均值TO ；
[0109]以TO為界，求取圖像中閾值小于TO的像素閾值平均值Z0，再求取閾值大于TO的像素閾值平均值Zb ；
[0110]求取ZO和Zb的平均值作為該幀圖像中動態(tài)窗口圖像的閾值T。
[0111]D、直線擬合
[0112]使用Hough變換(本領(lǐng)域中公知的一種方法)對車道標(biāo)志線進(jìn)行直線擬合，進(jìn)而確定車道標(biāo)志線。
[0113]其中，需要說明的一點是，由于上文中所檢測到的目標(biāo)實際上是無人駕駛車輛上電子標(biāo)簽所代表的點，而無人駕駛車輛是有一定寬度的，為了更精確的判斷是否跨壓車道線。具體判斷時，可以根據(jù)電子標(biāo)簽在無人駕駛車輛上的具體位置，考慮電子標(biāo)簽距無人駕駛車輛最左側(cè)或最右側(cè)的距離，在進(jìn)行跨壓車道線判斷時，將上述距離加以修正。這種修正對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說同樣是顯而易見的，在此不再贅述。
[0114]下面結(jié)合圖13詳細(xì)說明系統(tǒng)的工作流程
[0115]步驟一，系統(tǒng)上電。
[0116]步驟二，通過攝像機獲取無人駕駛車輛行駛圖像信息；
[0117]步驟三，行駛狀態(tài)測量計算機106通過usb接口獲取由功放型遠(yuǎn)距離電子標(biāo)簽讀卡器109發(fā)送來的解碼信息，包括電子標(biāo)簽111的唯一編碼以及它與109的距離。由于電子標(biāo)簽111放置于無人駕駛車輛8上，讀卡器109放于有人駕駛車輛上，因此可初步得到兩車的距離R。根據(jù)兩車的距離R及電子標(biāo)簽測量誤差，可確定無人駕駛車輛所在的大致范圍。
[0118]步驟四，毫米波雷達(dá)檢測目標(biāo)。
[0119]步驟五，將毫米波雷達(dá)檢測的目標(biāo)融合到無人駕駛車輛行駛圖像中。
[0120]步驟六，在無人駕駛車輛所在的大致范圍中找到毫米波雷達(dá)所檢測到的帶有電子標(biāo)簽編碼的那一個目標(biāo)，即為無人駕駛車輛。
[0121]步驟七，將該目標(biāo)序號m，賦值給η。
[0122]步驟八，讀取毫米波雷達(dá)檢測目標(biāo)序號為η的目標(biāo)與有人駕駛車輛的橫向距離、縱向距離、相對速度；
[0123]步驟九，將毫米波雷達(dá)檢測的上述信息結(jié)合航向角及GPS數(shù)據(jù)進(jìn)行融合計算，獲得無人駕駛車輛的速度與位置。
[0124]步驟十，利用機器視覺圖象處理進(jìn)行車道線檢測及判斷；根據(jù)左右車道線在圖像中的位置以及無人駕駛車輛在圖像中的位置判斷無人駕駛車輛是否跨壓車道線。
[0125]步驟十一，向視頻圖像記錄計算機203發(fā)送無人駕駛車輛是否跨壓車道線標(biāo)志位；向綜合信息顯示計算機302發(fā)送計算得到的無人駕駛車輛位置和速度。在測試過程中，視頻圖像記錄計算機203的后臺程序一直經(jīng)由HUB集線器108讀取來自行駛狀態(tài)測量計算機106的跨壓車道線標(biāo)志，根據(jù)標(biāo)志確定是否啟動跨壓車道線保存程序。
[0126]步驟十二，如果判斷出無人駕駛車輛跨壓車道線，則啟動跨壓車道線保存程序。如上文所述，例如如果標(biāo)志是10，說明無人駕駛車輛8跨壓左車道線，假設(shè)此時“顯示時間”編輯框中顯示為“00-28-54”，后臺程序?qū)⒆詣荧@取該時間，此時在視頻圖像記錄計算機203的磁盤上將開始記錄并保存無人駕駛車輛8本次跨壓車道線視頻文件，當(dāng)無人駕駛車輛8回到本車道時，即讀取到來自行駛狀態(tài)測量計算機106的跨壓車道線標(biāo)志變?yōu)?0，此時后臺程序?qū)⒔Y(jié)束本次保存。
[0127]步驟十三，綜合信息顯示計算機302 —直經(jīng)由HUB集線器108讀取來自行駛狀態(tài)測量計算機106的計算的無人駕駛車輛位置(e3，n3)和速度ν3，并在實時繪制出無人駕駛車輛的位置曲線和速度曲線。
[0128]步驟十四，系統(tǒng)工作后，綜合信息顯示計算機302程序界面的實時內(nèi)容經(jīng)無線圖像發(fā)射機401發(fā)射出去、經(jīng)無線圖像接收機501接收，并將視頻圖像輸入到視頻網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器505。 [0129]在終端顯示計算機507中訪問視頻網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器505的IP地址，即可瀏覽到遠(yuǎn)程無人駕駛車輛的實時畫面及行駛速度和位置曲線，同時在大屏幕顯示器實時顯示出來，達(dá)到遠(yuǎn)程實時監(jiān)控的效果。
[0130]本實用新型已經(jīng)通過上述實施例進(jìn)行了說明，但應(yīng)當(dāng)理解的是，上述實施例只是用于舉例和說明的目的，而非意在將本實用新型限制于所描述的實施例范圍內(nèi)。此外本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的是，本實用新型并不局限于上述實施例，根據(jù)本實用新型的教導(dǎo)還可以做出更多種的變型和修改，這些變型和修改均落在本實用新型所要求保護的范圍以內(nèi)。本實用新型的保護范圍由附屬的權(quán)利要求書及其等效范圍所界定。
【權(quán)利要求】
1.一種無人駕駛車輛行駛狀態(tài)監(jiān)控測量系統(tǒng)，其包括無人駕駛車輛及設(shè)置在所述無人駕駛車輛上的功放型遠(yuǎn)距離電子標(biāo)簽，跟馳所述無人駕駛車輛的有人駕駛車輛，設(shè)置在所述有人駕駛車輛上的雷達(dá)、航向傳感器、GPS接收器、GPS天線、攝像機、功放型遠(yuǎn)距離電子標(biāo)簽讀卡器、行駛狀態(tài)測量計算機、視頻圖像記錄計算機、綜合信息顯示計算機、無線圖像發(fā)射裝置和車載供電裝置，以及位于遠(yuǎn)程的終端接收與顯示裝置； 其特征在于:所述攝像機經(jīng)過視頻分配器、視頻采集卡分別與所述行駛狀態(tài)測量計算機、視頻圖像記錄計算機、綜合信息顯示計算機相連； 所述功放型遠(yuǎn)距離電子標(biāo)簽向所述功放型遠(yuǎn)距離電子標(biāo)簽讀卡器發(fā)送用于標(biāo)識所述無人駕駛車輛的編碼信號； 所述雷達(dá)、航向傳感器、GPS接收器與行駛狀態(tài)測量計算機連接，其中，所述雷達(dá)將無人駕駛車輛與所述有人駕駛車輛之間的橫向距離、縱向距離以及相對速度數(shù)據(jù)發(fā)送給行駛狀態(tài)測量計算機，所述航向傳感器將有人駕駛車輛的航向角數(shù)據(jù)發(fā)送給行駛狀態(tài)測量計算機，所述GPS接收器將有人駕駛車輛的經(jīng)度、緯度、海拔高度、速度信息數(shù)據(jù)發(fā)送給行駛狀態(tài)測量計算機； 所述綜合信息顯示計算機與無線圖像發(fā)射裝置連接， 其中，所述無線圖像發(fā)射裝置將所述綜合信息顯示計算機屏幕中顯示的信息發(fā)送至所述遠(yuǎn)程終端接收與顯示裝置。
2.如權(quán)利要求1所述的無人駕駛車輛行駛狀態(tài)監(jiān)控測量系統(tǒng)，其特征在于:所述GPS接收器設(shè)有GPS天線，獲取所述有人駕駛車輛的經(jīng)度、緯度、海拔高度、速度信息。
3.如權(quán)利要求1或2所述的無人駕駛車輛行駛狀態(tài)監(jiān)控測量系統(tǒng)，其特征在于:所述無線圖像發(fā)射裝置包括無線圖像發(fā)射機、視頻數(shù)模轉(zhuǎn)換器，所述視頻數(shù)模轉(zhuǎn)換器的一端與所述綜合信息顯示計算機相連，另一端與所述無線圖像發(fā)射機相連。
4.如權(quán)利要求1所述的無人駕駛車輛行駛狀態(tài)監(jiān)控測量系統(tǒng)，其特征在于:所述功放型遠(yuǎn)距離電子標(biāo)簽安裝在所述無人駕駛車輛的后部。
5.如權(quán)利要求1或4所述的無人駕駛車輛行駛狀態(tài)監(jiān)控測量系統(tǒng)，其特征在于:所述雷達(dá)安裝在所述有人駕駛車輛的前端下部。
6.如權(quán)利要求1所述的無人駕駛車輛行駛狀態(tài)監(jiān)控測量系統(tǒng)，其特征在于:所述攝像機安裝在所述有人駕駛車輛的前端頂部，且所述攝像機為數(shù)字?jǐn)z像機。
7.如權(quán)利要求1或2所述的無人駕駛車輛行駛狀態(tài)監(jiān)控測量系統(tǒng)，其特征在于:所述遠(yuǎn)程終端接收與顯示裝置包括無線圖像接收機、視頻網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器、終端顯示計算機；所述無線圖像接收機與視頻網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器相連，所述視頻網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器與所述終端顯示計算機通過網(wǎng)絡(luò)相連。
【文檔編號】G07C5/08GK203480561SQ201320175244
【公開日】2014年3月12日 申請日期:2013年4月9日 優(yōu)先權(quán)日:2013年4月9日
【發(fā)明者】熊光明, 李勇, 陳慧巖 申請人:北京理工大學(xué)