專利名稱：一種非接觸式無人駕駛車輛行駛狀態測量系統及測量方法
技術領域：
本發明涉及無人駕駛車輛行駛狀態測量系統技術領域，具體地涉及一種非接觸式無人駕駛車輛行駛狀態測量系統及測量方法。
背景技術：
對無人駕駛車輛在復雜環境下智能行為的監控及對其行駛狀態參數(如速度、行駛位置)的測量，是實現對無人駕駛車輛環境感知、行為決策等關鍵技術研究水平進行科學評價的前提條件。為保證監控測量準確有效且可靠實用，必須設計一種無人駕駛車輛行駛狀態監控測量系統，實現對無人駕駛車輛的準確監控測量。無人駕駛車輛本身一般都安裝有GPS、慣性導航系統、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，現有的無人駕駛車輛行駛狀態測量系統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，測試結束后，將數據繪制成曲線。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行觀看相應曲線。另外一些方法是，設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和GPS接收器，通過激光雷達獲取有人駕駛車輛與無人駕駛車輛之間的位置關系，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，激光雷達測距的范圍有限，例如某款6萬元的激光雷達，其有效測距范圍僅為45米左右。而對于低反射率材質，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的測距范圍。針對上述各種方法的不足，本發明提出一種非接觸式的無人駕駛車輛行駛狀態測量系統。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和GPS接收器；同等價位的毫米波雷達比激光雷達工作距離遠，可達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(而激光雷達獲取的速度信息系推算得到)。通過毫米波雷達獲取有人駕駛車輛與無人駕駛車輛之間的位置關系，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，通過功放型遠距離電子標簽標識前方無人駕駛車輛，并與毫米波雷達檢測結果進行匹配，得到無人駕駛車輛準確位置。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，結合車道線檢測結果，判斷無人駕駛車輛是否跨壓車道線；當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傳輸到終端監控室，供終端工作人員實時監控。
發明內容
為了達到上述目標，本發明提出的無人駕駛車輛行駛狀態監控測量系統，其包括無人駕駛車輛及設置在所述無人駕駛車輛上的功放型遠距離電子標簽，跟馳所述無人駕駛車輛的有人駕駛車輛，設置在所述有人駕駛車輛上的毫米波雷達、航向傳感器、GPS接收器、攝像機、功放型遠距離電子標簽讀卡器、無人駕駛車輛行駛狀態測量裝置、視頻圖像記錄裝置、綜合信息顯示裝置；其中，所述攝像機獲取所述無人駕駛車輛行駛時的視頻圖像信息；所述功放型遠距離電子標簽向所述功放型遠距離電子標簽讀卡器發送用于標識所述無人駕駛車輛的編碼信息；所述毫米波雷達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；所述航向傳感器用于檢測所述有人駕駛車輛的航向角；所述GPS接收器獲取所述有人駕駛車輛的經度、緯度、海拔高度、速度信息；所述無人駕駛車輛行駛狀態測量裝置通過所述編碼信息，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度、緯度、海拔高度、速度信息，推算得到所述無人駕駛車輛的速度和位置信息；所述視頻圖像記錄裝置實時保存所述無人駕駛車輛行駛時的視頻圖像信息，并判斷所述無人駕駛車輛是否跨壓車道線；當判斷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圖像信息單獨保存；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實時繪制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信息在所述綜合信息顯示計算機的屏幕中顯示。所述攝像機經過視頻分配器、視頻采集卡分別與所述無人駕駛車輛行駛狀態測量裝置、視頻圖像記錄裝置、綜合信息顯示裝置相連；所述功放型遠距離電子標簽安裝在所述無人駕駛車輛的后部；所述毫米波雷達安裝在所述有人駕駛車輛的前端下部；所述攝像機安裝在所述有人駕駛車輛的前端頂部，且所述攝像機為數字攝像機。所述無人駕駛車輛行駛狀態監控測量系統還包括設置在所述有人駕駛車輛上的無線圖像發射裝置，以及位于遠程的終端接收與顯示裝置；所述無線圖像發射裝置將所述綜合信息顯示計算機屏幕中顯示的信息無線發送至所述終端接收與顯示裝置。所述無線圖像發射裝置包括無線圖像發射機、視頻數模轉換器，所述視頻數模轉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射機相連。其中，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、視頻網絡服務器、Internet網絡路由器、終端顯示計算機。所述無線圖像接收機放置于室內，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絡服務器相連，視頻網絡服務器通過網線與Internet網絡路由器相連。車載供電裝置由大容量鉛酸蓄電池、4個電流保險盒、4個開關和相應線纜組成。分別為無人駕駛車輛行駛狀態測量裝置、視頻圖像記錄裝置、綜合信息顯示裝置、車載無線圖像發射裝置等4個裝置供電，4個電流保險盒、4個開關為每個裝置各提供一個。通過功放型遠距離電子標簽標識前方無人駕駛車輛，并與毫米波雷達檢測結果進行匹配，得到無人駕駛車輛準確位置，進而結合有人駕駛車輛GPS信息推算得到無人駕駛車輛的速度和信息，實現對無人駕駛車輛行駛狀態的自動化測量。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，結合車道線檢測結果，判斷無人駕駛車輛是否跨壓車道線；當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。本系統通過引入視頻網絡服務器，將接收到的無線視頻實時存放在服務器中，這樣在全球任何地方與路由器建立了物理聯系的任何一臺計算機都可以通過訪問服務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。該系統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參數，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到終端監控室中的終端接收與顯示裝置，供終端工作人員實時監控。本發明提出的無人駕駛車輛行駛狀態監控測量方法包括如下步驟:步驟一，系統上電。步驟二，通過攝像機獲取所述無人駕駛車輛的視頻圖像信息；步驟三，所述無人駕駛車輛行駛狀態測量裝置通過所述功放型遠距離電子標簽讀卡器獲取所述功放型遠距離電子標簽發送的編碼信息，所述編碼信息包括所述功放型遠距離電子標簽的編碼以及所述功放型遠距離電子標簽與所述功放型遠距離電子標簽讀卡器之間的距離，確定無人駕駛車輛所在的大致范圍；步驟四，所述毫米波雷達檢測目標；步驟五，將所述毫米波雷達檢測的目標融合到所述無人駕駛車輛的視頻圖像信息中；步驟六，在所述大致范圍中找到所述毫米波雷達所檢測到的帶有所述編碼的那一個目標；步驟七，通過所述雷達檢測所述帶有編碼的目標與所述有人駕駛車輛之間的橫向距離、縱向距離、相對速度；通過所述航向傳感器獲取所所述有人駕駛車輛的航向角；步驟八，所述無人駕駛車輛行駛狀態測量裝置利用所述橫向距離、縱向距離、相對速度、航向角以及所述GPS接收器所獲取的所述有人駕駛車輛的經度、緯度、海拔高度、速度信息進行融合計算，獲得所述無人駕駛車輛的速度與位置；步驟九，所述視頻圖像記錄裝置利用機器視覺圖象處理進行車道線檢測及判斷；根據左右車道線在所述視頻圖像信息中的位置以及所述無人駕駛車輛在所述視頻圖像信息中的位置判斷所述無人駕駛車輛是否跨壓所述左右車道線；步驟十，當所述無人駕駛車輛跨壓所述左右車道線時，向所述視頻圖像記錄裝置發送跨壓車道線標志，所述視頻圖像記錄裝置自動開始保存所述無人駕駛車輛跨壓所述左右車道線的視頻圖像信息；
步驟十一、將所述無人駕駛車輛的速度和位置信息發送至所述綜合信息顯示裝置，所述綜合信息顯示裝置繪制所述無人駕駛車輛的速度曲線和位置曲線；步驟十二、所述綜合信息顯示裝置將所述無人駕駛車輛的視頻圖像信息與所述速度曲線和位置曲線綜合顯示在同一個屏幕中，并通過所述無線圖像傳輸裝置將所述屏幕中顯示的信息發送至所述終端接收與顯示裝置。此外，當所述無人駕駛車輛返回原來所在車道，即再次跨壓所述左右車道線時，向所述視頻圖像記錄裝置再次發送跨壓車道線標志，所述視頻圖像記錄裝置結束所述無人駕駛車輛跨壓所述左右車道線的視頻圖像信息的保存。應用本發明，可以取得以下有益效果:采用本發明提出的無人駕駛車輛行駛狀態測量系統可以實現非接觸式的測量，不會對被測試無人駕駛車輛產生任何干擾。本系統中采用毫米波雷達，比激光雷達成本要低，且檢測距離遠，不需要計算即可直接獲取準確的相對速度。本發明使用功放型遠距離電子標簽，可以實現100米以上的測距。本系統采取電子標簽初步確定無人駕駛車輛所在位置，計算出感興趣區域。在感興趣區域內，提取毫米波雷達檢測結果，得到無人駕駛車輛的準確位置，進而結合有人駕駛車輛GPS信息推算得到無人駕駛車輛的速度和信息，實現對無人駕駛車輛行駛狀態的自動化測量。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，結合車道線檢測結果，判斷無人駕駛車輛是否跨壓車道線，當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，方便后續查看。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到終端監控室，供終端工作人員實時監控。
下列附圖在此作為本發明的一部分以便于理解，附圖中:圖1為本發明中無人駕駛車輛行駛狀態測量系統的整體框圖；圖2為本發明中無人駕駛車輛行駛狀態測量系統各裝置部件的實際位置布置示意圖；圖3為本發明中計算機及數據連接裝置的結構示意圖；圖4為本發明中無線圖像發射裝置的示意圖；圖5為本發明中終端接收與顯示裝置的示意圖；圖6為本發明中車載供電裝置的示意圖；圖7為本發明中無人駕駛車輛行駛狀態測量系統的計算機程序界面；圖8為本發明中感興趣區域確定方法的示意圖；圖9為本發明中雷達坐標系的示意圖；圖10為本發明中圖像坐標系的示意圖；圖11為本發明中視頻圖像記錄裝置的計算機程序界面；圖12為本發明中綜合信息顯示裝置的計算機程序界面；
圖13為本發明中無人駕駛車輛行駛狀態測量系統的工作流程圖。
具體實施例方式在下文的描述中，給出了大量具體的細節以便提供對本發明更為徹底的理解。然而，對于本領域技術人員而言顯而易見的是，本發明可以無需一個或多個這些細節而得以實施。在其他的例子中，為了避免與本發明發生混淆，對于本領域公知的一些技術特征未進行描述。下面結合附圖，說明本發明的實施方式。如圖1-圖3所示，本發明提出的無人駕駛車輛行駛狀態測量系統包括無人駕駛車輛8及設置在無人駕駛車輛8后部的功放型遠距離電子標簽111，跟馳無人駕駛車輛8的有人駕駛車輛101，設置在有人駕駛車輛101上的無人駕駛車輛行駛狀態測量裝置1、視頻圖像記錄裝置2、綜合信息顯示裝置3、和無線圖像發射裝置4和車載供電裝置6，以及可設置在終端監控室中的遠程終端接收與顯示裝置5。如圖1所示，無人駕駛車輛行駛狀態測量裝置I的計算結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的顯示結果輸出到無線圖像發射裝置4，無線圖像發射裝置4通過無線方式將顯示結果發送到遠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和無線圖像發射裝置4供電。如圖2-圖3所示，在本發明所提出的無人駕駛車輛行駛狀態測量系統中，有人駕駛車輛101上設置有毫米波雷達102、航向傳感器120、攝像機105、GPS天線104、無線圖像發射機401、發射機天線402、、車載供電裝置6、計算機及數據連接裝置7、功放型遠距離電子標簽讀卡器109。如圖2所示，毫米波雷達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。無線圖像發射機401及車載供電裝置6放于車廂內后部位置。計算機及數據連接裝置7放于車廂內駕駛室后的機柜內。如圖3所示，計算機及數據連接裝置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、網線107、網線204、網線301、HUB集線器108、功放型遠距離電子標簽讀卡器109、GPS接收器103、航向傳感器120、視頻數模轉換器403。攝像機105拍攝的視頻圖像經視頻分配器701分配后，再分別經視頻采集卡702、視頻采集卡205、視頻采集卡303與行駛狀態測量計算機106、視頻圖像記錄計算機203、綜合信息顯示計算機302相連。視頻數模轉換器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既可以是數字攝像機，也可以是模擬攝像機。網線107的一端與HUB集線器108相連，另一端與行駛狀態測量計算機106相連。網線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。功放型遠距離電子標簽讀卡器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測量計算機106相連。如圖2-圖3所示，無人駕駛車輛行駛狀態測量裝置I由有人駕駛車輛101、毫米波雷達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、網線107、HUB集線器108、功放型遠距離電子標簽讀卡器109、功放型遠距離電子標簽111、行駛狀態測量計算機106組成。毫米波雷達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和行駛狀態測量計算機106安裝在有人駕駛車輛101內部后艙位置，HUB集線器108放置于車內行駛狀態測量計算機106旁邊，GPS天線104放置在有人駕駛車輛101后端頂部。網線107的一端與HUB集線器108相連，另一端與行駛狀態測量計算機106相連。功放型遠距離電子標簽讀卡器109放于有人駕駛車輛101的適當位置。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。視頻圖像記錄計算機203的程序界面如圖11所示。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，當測試結束時，單擊“結束保存”，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“計數開始”按鈕，在“顯示時間”編輯框中將出現時間，其格式為hh-mm-ss，初始值為00-00-00。在測試過程中，后臺程序一直經由HUB集線器108讀取來自行駛狀態測量計算機106的跨壓車道線標志，如果標志是10，說明無人駕駛車輛8跨壓左車道線，假設此時“顯示時間”編輯框中顯示為“00-28-54”，后臺程序將自動獲取該時間，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，當無人駕駛車輛8回到本車道時，即讀取到來自行駛狀態測量計算機106的跨壓車道線標志變為00，此時后臺程序將結束本次保存。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。測試結束后，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，可以方便地統計出跨壓車道線的時間長度。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。綜合信息顯示計算機302的程序界面如圖12所示。界面左側為攝像機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。右側界面分別為無人駕駛車輛位置曲線、速度曲線，由行駛狀態測量計算機106通過網線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，在圖中標出來；第二個位置傳來時，也在圖中標出來，把兩位置用直線相連，依此類推。速度的曲線也是一樣。系統工作后，綜合信息顯示計算機302程序界面的實時內容將由無線圖像發射機401發射出去。如圖4所示，無線圖像發射裝置4由無線圖像發射機401、發射機天線402、視頻數模轉換器403組成。無線圖像發射機401安裝在有人駕駛車輛101內部后艙。發射機天線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射機401相連。視頻數模轉換器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端子與無線圖像發射機401相連。系統工作后，綜合信息顯示計算機302程序界面的實時內容將由無線圖像發射機401發射出去。如圖5所示，可設置在終端監控室中的遠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、視頻網絡服務器505、Internet網絡路由器506、終端顯示計算機507組成。無線圖像接收機501放置于室內，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，另一端與視頻網絡服務器505的視頻輸入口相連。視頻網絡服務器505通過網線與Internet網絡路由器506相連。終端顯示計算機507通過另一根網線與Internet網絡路由器506的任一網線接口相連。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。根據Internet網絡路由器506的配置設置好視頻網絡服務器505的IP地址、子網掩碼、網關地址、DNS服務器地址等參數。系統工作后，綜合信息顯示計算機302程序界面的實時內容將經無線圖像發射機401發射出去、經無線圖像接收機501接收，并將視頻圖像輸入到視頻網絡服務器505，在終端顯示計算機507中訪問視頻網絡服務器505的IP地址，即可瀏覽到遠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，達到遠程實時監控的效果。如果Internet網絡路由器506與公網相連,貝U在全球任何地方與Internet網絡路由器506建立了物理聯系任何一臺計算機都可以通過訪問視頻網絡服務器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。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606、607、608、609和相應線纜組成。分別為無人駕駛車輛行駛狀態測量裝置1、視頻圖像記錄裝置2、綜合信息顯示裝置3、車載無線圖像發射裝置4等4個裝置供電，4個電流保險盒、4個開關為每個裝置各提供一個。下面結合圖7-13，說明本發明提出的無人駕駛車輛行駛狀態測量系統的工作流程。本發明提出的無人駕駛車輛行駛狀態測量系統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參數，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控室中的遠程終端接收與顯示裝置，供終端工作人員實時監控。上電后，功放型遠距離電子標簽111不斷向外發出無線信號，能夠傳很遠的距離(最大300米)，該無線信號帶有編碼，每個電子標簽的編碼是唯一的。功放型遠距離電子標簽讀卡器109接收到無線信號后進行解碼，然后將解碼信息發送給行駛狀態測量計算機106，上述解碼信息包括電子標簽111的唯一編碼以及它與電子標簽讀卡器109的距離。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102可輸出8個檢測目標、水平方位角探測范圍15°、檢測距離最大為150米，每個目標返回4個值，分別為目標序號、目標與毫米波雷達之間的橫向距離、縱向距離、相對速度；它的數據輸出接口為CAN總線形式，通過CAN轉USB轉換器與行駛狀態測量計算機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的經度、緯度、海拔高度、速度，通過RS232串口與行駛狀態測量計算機106相連。攝像機105用來獲取前方無人駕駛車輛的圖像信息，它的數據輸出為1394火線，通過視頻分配器701、視頻采集卡702與行駛狀態測量計算機106相連。行駛狀態測量計算機106的程序界面如圖7所示。單擊“系統開始工作”，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進行的，直到測試結束):(I)行駛狀態測量計算機106獲取由功放型遠距離電子標簽讀卡器109發送來的解碼信息，包括電子標簽111的唯一編碼以及它與電子標簽讀卡器109的距離。由于電子標簽111放置于無人駕駛車輛8上，電子標簽讀卡器109放于有人駕駛車輛101上，因此可初步得到兩車的距離R。(2)確定感興趣區域，即無人駕駛車輛所在的大致范圍如圖8所示，由于電子標簽111檢測距離有誤差，假設誤差為正負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向外擴展了一個車道寬度。則最小圓、最大圓與直線22、25構成的區域即為感興趣區域，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。( 3)毫米波雷達檢測目標，并將目標融合到圖像中本發明中毫米波雷達102可以檢測到前方8個目標，可以得到每個目標與毫米波雷達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102的水平視場角為15度，所以這8個目標一定分布在圖9中的兩條虛線夾角范圍內。以毫米波雷達102為原點，可以建立圖9所示x-y坐標系，即雷達坐標系。用毫米波雷達102檢測到的每個目標的橫向距離和縱向距離即是在這個坐標系下(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。圖像坐標系的單位為像素。為了把毫米波雷達102檢測到的目標顯示在圖像坐標系中，需要進行坐標系和單位的轉換，這個過程稱為融合。融合的過程是本領域公知的，下面簡單介紹本發明中圖像融合的主要原理。毫米波雷達檢測點可以通過相關轉換關系直接投影到圖像像素坐標系上，轉換關系如下所示:Pc = Φ (P1- Δ) (I)這里P。是3維空間中點P在圖像坐標系中的點,P1則是點P在毫米波雷達坐標系中的點。Λ是平移向量；Φ是從攝像機坐標系到毫米波雷達坐標系的旋轉矩陣。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，可獲得旋轉矩陣和平移向量。。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，可獲得旋轉矩陣和平移向量。當毫米波雷達102與攝像機105在有人駕駛車輛101上安裝好以后，以上參數的求取，只需要進行一次。系統工作時，每次毫米波雷達102檢測到目標后，用公式(I)即可實用計算出其在圖像坐標系中的點，即可在圖像中實時顯示。融合后的結果就是在圖像中標出毫米波雷達檢測到的8個目標。如圖7中所示。(4)毫米波雷達102檢測到8個目標后，對每個目標會自動編號，從nl — n8，在nl-n8中找到帶有電子標簽111編碼信息的那個目標，即為無人駕駛車輛8。在上面所述的感興趣區域中找到無人駕駛車輛8后，將該目標序號m (圖7中是n3)，賦值給η。(5)讀取毫米波雷達102檢測目標序號為η的目標與有人駕駛車輛101的橫向距離、縱向距離、相對速度，并與GPS數據綜合進行計算，可獲得無人駕駛車輛8的速度與位置。首先將有人駕駛車輛實時獲取的GPS輸出的ECEF (地心地固坐標系Earth-Centered, Earth-Fixed)坐標系統下的諱度(λ )、經度(P)和高度(h),轉化成平面坐標系 UTM (Universal Transverse Mercartor Grid System,通用橫墨卡托格網系統下)下的坐標(e，n)。假設有人駕駛車輛在整個測試剛開始時，計算得到的平面坐標為(eO，n0)。又，假設計算得到的有人駕駛車輛在某一時刻根據獲取的GPS值計算得到的平面坐標為(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，根據毫米波雷達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，用坐標表示為:e3=el-e0+x2cos Θ ；n3=nl-n0+x2sin θ ；無人駕駛車輛相對于大地的速度為:v3=vl+v2;(6)車道線檢測及判斷運用機器視覺圖象處理進行車道線檢測及判斷；即根據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發送標志位，跨壓左車道線發送標志位10、跨壓右車道線時發送標志位
01、未跨壓時發送標志位00。
上述機器視覺圖象處理技術為本領域內公知的技術，這里不再詳細描述，下面僅給出其中的一種處理算法，即分為以下步驟:A、獲取輸入圖像，采用3X3模板的中值濾波對圖像濾波；B、用sobel算子進行邊緣檢測；C、使用閾值T對圖值二值化，閾值T求取方法如下:計算出圖像中像素的最大閾值Zh和最小閾值Π ；求取Zh和Zl的平均值TO ；
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 ；求取ZO和Zb的平均值作為該幀圖像中動態窗口圖像的閾值T。D、直線擬合使用Hough變換對車道標志線進行直線擬合。進而確定車道標志線。(本領域中公知的一種方法)其中，需要說明的一點是，由于上文中毫米波雷達所檢測到的目標實際上是無人駕駛車輛上電子標簽所代表的點，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，可以根據電子標簽在無人駕駛車輛上的具體位置，考慮電子標簽距無人駕駛車輛最左側或最右側的距離，在進行跨壓車道線判斷時，將上述距離加以修正。這種修正對于本領域技術人員來說同樣是顯而易見的，在此不再贅述。下面結合圖13詳細說明系統的工作流程步驟一，系統上電。步驟二，通過攝像機獲取無人駕駛車輛行駛圖像信息；步驟三，行駛狀態測量計算機106通過usb接口獲取由功放型遠距離電子標簽讀卡器109發送來的解碼信息，包括電子標簽111的唯一編碼以及它與109的距離。由于電子標簽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。根據兩車的距離R及電子標簽測量誤差，可確定無人駕駛車輛所在的大致范圍。步驟四，毫米波雷達檢測目標。步驟五，將毫米波雷達檢測的目標融合到無人駕駛車輛行駛圖像中。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所檢測到的帶有電子標簽編碼的那一個目標，即為無人駕駛車輛。步驟七，將該目標序號m，賦值給η。步驟八，讀取毫米波雷達檢測目標序號為η的目標與有人駕駛車輛的橫向距離、縱向距離、相對速度；步驟九，將毫米波雷達檢測的上述信息結合航向角及GPS數據進行融合計算，獲得無人駕駛車輛的速度與位置。步驟十，利用機器視覺圖象處理進行車道線檢測及判斷；根據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。步驟i^一，向視頻圖像記錄計算機203發送無人駕駛車輛是否跨壓車道線標志位；向綜合信息顯示計算機302發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的后臺程序一直經由HUB集線器108讀取來自行駛狀態測量計算機106的跨壓車道線標志，根據標志確定是否啟動跨壓車道線保存程序。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，例如如果標志是10，說明無人駕駛車輛8跨壓左車道線，假設此時“顯示時間”編輯框中顯示為“00-28-54”，后臺程序將自動獲取該時間，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，當無人駕駛車輛8回到本車道時，即讀取到來自行駛狀態測量計算機106的跨壓車道線標志變為00，此時后臺程序將結束本次保存。步驟十三，綜合信息顯示計算機302 —直經由HUB集線器108讀取來自行駛狀態測量計算機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。步驟十四，系統工作后，綜合信息顯示計算機302程序界面的實時內容經無線圖像發射機401發射出去、經無線圖像接收機501接收，并將視頻圖像輸入到視頻網絡服務器505。在終端顯示計算機507中訪問視頻網絡服務器505的IP地址，即可瀏覽到遠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，達到遠程實時監控的效果。本發明已經通過上述實施例進行了說明，但應當理解的是，上述實施例只是用于舉例和說明的目的，而非意在將本發明限制于所描述的實施例范圍內。此外本領域技術人員可以理解的是，本發明并不局限于上述實施例，根據本發明的教導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發明所要求保護的范圍以內。本發明的保護范圍由附屬的權利要求書及其等效范圍所界定。
權利要求
1.一種無人駕駛車輛行駛狀態監控測量系統，其包括無人駕駛車輛及設置在所述無人駕駛車輛上的功放型遠距離電子標簽，跟馳所述無人駕駛車輛的有人駕駛車輛，設置在所述有人駕駛車輛上的雷達、航向傳感器、GPS接收器、攝像機、功放型遠距離電子標簽讀卡器、無人駕駛車輛行駛狀態測量裝置、視頻圖像記錄裝置、綜合信息顯示裝置；其中， 所述攝像機獲取所述無人駕駛車輛行駛時的視頻圖像信息； 所述功放型遠距離電子標簽向所述功放型遠距離電子標簽讀卡器發送用于標識所述無人駕駛車輛的編碼信息； 所述雷達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； 所述航向傳感器用于檢測所述有人駕駛車輛的航向角； 所述GPS接收器獲取所述有人駕駛車輛的經度、緯度、海拔高度、速度信息； 所述無人駕駛車輛行駛狀態測量裝置通過所述編碼信息，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度、緯度、海拔高度、速度信息，推算得到所述無人駕駛車輛的速度和位置信息； 所述視頻圖像記錄裝置實時保存所述無人駕駛車輛行駛時的視頻圖像信息，并判斷所述無人駕駛車輛是否跨壓車道線；當判斷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圖像信息單獨保存； 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實時繪制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信息在所述綜合信息顯示計算機的屏幕中顯示。
2.如權利要求1所述的無人駕駛車輛行駛狀態監控測量系統，其特征在于: 所述攝像機經過視頻分配器、視頻采集卡分別與所述無人駕駛車輛行駛狀態測量裝置、視頻圖像記錄裝置、綜合信息顯示裝置相連；
3.如權利要求1或2所述的無人駕駛車輛行駛狀態監控測量系統，其特征在于: 所述功放型遠距離電子標簽安裝在所述無人駕駛車輛的后部；所述雷達安裝在所述有人駕駛車輛的前端下部；所述攝像機安裝在所述有人駕駛車輛的前端頂部，且所述攝像機為數字攝像機。
4.如權利要求1或2所述的無人駕駛車輛行駛狀態監控測量系統，其特征在于: 所述無人駕駛車輛行駛狀態監控測量系統還包括設置在所述有人駕駛車輛上的無線圖像發射裝置，以及位于遠程的終端接收與顯示裝置；所述無線圖像發射裝置將所述綜合信息顯示計算機屏幕中顯示的信息無線發送至所述終端接收與顯示裝置。
5.如權利要求4所述的無人駕駛車輛行駛狀態監控測量系統，其特征在于: 所述無線圖像發射裝置包括無線圖像發射機、視頻數模轉換器，所述視頻數模轉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射機相連。
6.一種采用權利要求1所述無人駕駛車輛行駛狀態監控測量系統的無人駕駛車輛行駛狀態監控測量方法，包括如下步驟: 步驟一,系統上電。
步驟二，通過攝像機獲取所述無人駕駛車輛的視頻圖像信息；步驟三，所述無人駕駛車輛行駛狀態測量裝置通過所述功放型遠距離電子標簽讀卡器獲取所述功放型遠距離電子標簽發送的編碼信息，所述編碼信息包括所述功放型遠距離電子標簽的編碼以及所述功放型遠距離電子標簽與所述功放型遠距離電子標簽讀卡器之間的距離，確定無人駕駛車輛所在的大致范圍； 步驟四，所述雷達檢測目標； 步驟五，將所述雷達檢測的目標融合到所述無人駕駛車輛的視頻圖像信息中； 步驟六，在所述大致范圍中找到所述雷達所檢測到的帶有所述編碼的那一個目標；步驟七，通過所述雷達檢測所述帶有編碼的目標與所述有人駕駛車輛之間的橫向距離、縱向距離、相對速度；通過所述航向傳感器獲取所所述有人駕駛車輛的航向角； 步驟八，所述無人駕駛車輛行駛狀態測量裝置利用所述橫向距離、縱向距離、相對速度、航向角以及所述GPS接收器所獲取的所述有人駕駛車輛的經度、緯度、海拔高度、速度信息進行融合計算，獲得所述無人駕駛車輛的速度與位置； 步驟九，所述視頻圖像記錄裝置利用機器視覺圖象處理進行車道線檢測及判斷；根據左右車道線在所述視頻圖像信息中的位置以及所述無人駕駛車輛在所述視頻圖像信息中的位置判斷所述無人駕駛車輛是否跨壓所述左右車道線； 步驟十，當所述無人駕駛車輛跨壓所述左右車道線時，向所述視頻圖像記錄裝置發送跨壓車道線標志，所述視頻圖像記錄裝置自動開始保存所述無人駕駛車輛跨壓所述左右車道線的視頻圖像信息； 步驟十一、將所述無人駕駛車輛的速度和位置信息發送至所述綜合信息顯示裝置，所述綜合信息顯示裝置繪制所述無人駕駛車輛的速度曲線和位置曲線； 步驟十二、所述綜合信息顯示裝置將所述無人駕駛車輛的視頻圖像信息與所述速度曲線和位置曲線綜合顯示在同一個屏幕中，并通過所述無線圖像傳輸裝置將所述屏幕中顯示的信息發送至所述終端接收與顯示裝置。
7.如權利要求6所述的無人駕駛車輛行駛狀態監控測量方法，其特征在于: 當所述無人駕駛車輛返回原來所在車道，即再次跨壓所述左右車道線時，向所述視頻圖像記錄裝置再次發送跨壓車道線標志，所述視頻圖像記錄裝置結束所述無人駕駛車輛跨壓所述左右車道線的視頻圖像信息的保存。
全文摘要
一種非接觸式無人駕駛車輛行駛狀態監控測量系統及測量方法，該系統包括無人駕駛車輛及設置在所述無人駕駛車輛后部的功放型遠距離電子標簽，所述無人駕駛車輛的有人駕駛車輛，設置在所述有人駕駛車輛上的毫米波雷達、航向傳感器、GPS接收器、攝像機、功放型遠距離電子標簽讀卡器、無人駕駛車輛行駛狀態測量裝置、視頻圖像記錄裝置、綜合信息顯示裝置、和無線圖像發射裝置，以及位于遠程的終端接收與顯示裝置。該方法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參數，如軌跡和速度，并實時繪制無人駕駛車輛速度曲線和軌跡曲線。
文檔編號G01S17/50GK103150786SQ20131012083
公開日2013年6月12日 申請日期2013年4月9日 優先權日2013年4月9日
發明者熊光明, 龔建偉, 劉鵬, 李勇, 陳慧巖 申請人:北京理工大學