一種帶有電子水平儀的車道監控方法

2023-06-12 10:46:26

一種帶有電子水平儀的車道監控方法
【專利摘要】一種帶有電子水平儀的車道監控方法，一種用於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據的光學傳感器。第一車道模型響應於在光學數據中的檢測到的車道標識線存儲在電子存儲器中。電子水平儀系統追蹤車輛位置並響應於該位置提供車行道數據。第二車道模型響應於車行道數據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。當在光學數據中檢測到車道標識線時，輸出選擇器選擇第一車道模型，並且如果在光學數據中未檢測到車道標識線並且置信級高於預先確定的等級，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控方法

【技術領域】
[0001] 本發明總體上涉及對車行道車道相對於車輛的位置的監控，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] 自動車道檢測和監控對支持諸如車道偏離報警系統或車道保持輔助系統這樣的 各種駕駛員輔助系統來說是有用的。用於傳統車道檢測系統中的主要傳感器是基於視覺 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徵 這樣的車道標記，然後估計車道內的車輛橫向位置、車道寬度，以及相對於車道的車輛航向 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 被汙物覆蓋。有很多其它導致光學系統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。當光學系統找不到車 道時，車道偏離報警/車道保持輔助系統就會失效，所以就不會基於不準確或缺失信息採 取行動。
[0004] 估計或補充缺失的車道標記以便提高整個系統的可用性是可取的。在追蹤多條車 道邊界並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，當基於照相機的系統不能夠產生有效輸出時，仍會發生各種情況。
[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並將該位置與代 表車行道的數字地圖相關聯。地理坐標典型地是用車輛中的車載GPS接收單元和/或基於 慣性傳感器輸出的航位推算系統來測量的。除了當前位置，這些系統也可以提供瞬時車速 和航向角。
[0006] 關於國家大部分道路的地圖資料庫已經建立，這使得確定車輛的車道部署在理論 上是可行的。關於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字地圖資料庫 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)。在典型的系統中，車行道由很多路段（也被稱為連結）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誌、車道數目、道路功能分類（如高速公路、坡道、幹線）、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目，但是由於必須表示的數據量顯著增加，地圖資料庫典 型地不會直接表示各個車道的坐標。反而，連結代表典型地對應於車行道的中心線的一維 路線。甚至在數字地圖資料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 統的個別位置的錯誤和間斷可用性的問題限制了這些系統的可靠性。因此，基於光學照相 機的車道監控系統通常比基於GPS的更受偏愛。


【發明內容】

[0008] 本發明採用基於光學的系統作為主要檢測器，並在光學數據不可用時使用地理定 位系統作為備份數據源，其中，通過使用源自在光學數據可用的時候的偏移調整來增強地 理定位數據的有效性。
[0009] 在本發明的一個方面，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 車行道的光學數據的光學傳感器。第一車道模型響應於在光學數據中檢測到的車道標識而 存儲在電子存儲器中。電子水平儀系統追蹤車輛的位置並響應於該位置提供車行道數據。 第二車道模型響應於車行道數據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。當在光學數據中檢測到車道標識時，輸出選擇 器選擇第一車道模型，並且如果未在光學數據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是展示帶有基於光學的車道檢測系統的車輛的框圖。
[0011] 圖2是展示來自數字地圖資料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 間的關係。
[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是展示本發明的一個優選裝置的框圖。
[0016] 圖7是展示本發明的一個優選方法的流程圖。

【具體實施方式】
[0017] 現在參照圖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包括耦接到車道監控模塊15的照相機系統14,車道監控模塊15可 以包括用於檢測諸如車道線12和道路邊緣13這樣的的車道標記的模式識別器，以便監控 車輛10相對於檢測到的車道的位置。關於車輛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（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（LDW) 16會產生駕駛員警報。另一 種依靠車道位置信息的駕駛員輔助系統是自適應巡航控制系統，其中目標車輛選擇通過使 用EH和基於照相機的車道信息得以改進。通常，駕駛員輔助系統響應於根據檢測到的車道 報告主車輛和周圍車輛的位置的自動產生的車道模型來控制駕駛員輔助參數（如警告或 調整車輛設置速度的產生）。
[0018] 在本發明中，在數字地圖資料庫中所表示的路段被用於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具有根據東西緯線20和南北經線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在數字地圖資料庫中表示為在大量連續的點23之間的多個段，或由代 表道路形狀的數學方程式表示。對於路線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。針對本發明的目的，在連續的點23之間產生一系列插值點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的位置是根據預先確定的間距 (如大約一米）產生的並根據鄰近點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關於路線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位於坐標（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 步具有表示為相對於正北方向測量的角度Φ ΕΗ的航向方向。航向角ΦΕΗ可以根據以下公式 導出：
[0022]

【權利要求】
1. 一種用於在帶有車道標識線的車行道上運行的車輛的裝置，其特徵在於，包含： 提供車行道的光學數據的光學傳感器； 第一車道模型，該第一車道模型響應於在光學數據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，該電子水平儀系統追蹤車輛的位置並響應於該位置提供車行道數 據； 第二車道模型，該第二車道模型響應於車行道數據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，當在光學數據中檢測到車道標識線時，輸出選擇器選擇第一車道模型，並 且如果在光學數據中未檢測到車道標識線並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. 如權利要求1所述的裝置，其特徵在於，進一步包含控制駕駛員輔助參數的駕駛員 輔助系統，其中駕駛員輔助系統f禹接到輸出選擇器上，並響應於由輸出選擇器所輸出的模 型調整輔助參數。
3. 如權利要求1所述的裝置，其特徵在於，電子水平儀系統包括將車行道表示為沿著 路線的多個段的地圖資料庫，其中第二車道模型根據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. 如權利要求3所述的裝置，其特徵在於，電子水平儀系統由GPS導航系統組成。
5. 如權利要求3所述的裝置，其特徵在於，電子水平儀系統由航位推算系統組成。
6. -種用於檢測車行道上的車輛的車道位置的方法，其特徵在於，包含以下步驟： 基於光學傳感器數據保持第一車道模型； 基於監控的車輛位置和地圖資料庫保持第二車道模型； 評估模型的相似性； 響應於在光學傳感器數據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. 如權利要求6所述方法，其特徵在於，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，並且其中該方法包含以下步 驟： 從地圖資料庫中獲取代表車行道的路線； 確定路線上最接近車輛的點； 響應於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. 如權利要求7所述的方法，其特徵在於，評估相似性的步驟包含： 監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並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. 如權利要求7所述的方法，其特徵在於，評估相似性的步驟包含： 監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於第一閾值並且如果方差小於第二閾值，則增 加相似性計數；以及 如果相似性計數超過第三閾值，則檢測超過預先確定的相似性的相似性。
10. 如權利要求6所述的方法，其特徵在於，使用模式識別來保持第一車道模型，以確 定在光學傳感器數據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 優先權日:2013年6月20日
【發明者】彼得·G·約, 託馬斯·E·皮盧蒂, 馬特·Y·魯普, 多裡安·傑克·斯佩羅, 布萊恩·沃爾斯基 申請人:福特全球技術公司