基于交通路锥识别的车辆安全引导方法

摘要

本发明公开了一种基于交通路锥识别的车辆安全引导方法。本发明基于车载激光雷达和车辆加速度传感器的信息，通过对原始三维空间坐标位置信息、车辆行驶速度、加速度信息进行预处理、筛选，结合交通路锥特定外形特征，对车辆行驶前方交通路锥进行识别，结合车辆相对交通路锥位置，进行车辆处于交通路锥引导路段的安全行驶区域划分，并计算出引导路线。

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于交通路锥识别的车辆安全引导方法

背景技术

目前中国汽车产业“新三化”的发展已成为趋势，车辆智能化越来越受到业界的重视，其中有关道路目标的识别也日益丰富，主体重心都放在车辆识别、行人识别，而对于施工路段等特殊条件，具备自动驾驶功能的车辆多采取保守的方式，将行驶交给驾驶员控制。

交通路锥的识别并生成安全区域，是对车辆智能化的重要补充。目前特斯拉于2019年公开更新的辅助驾驶系统中，通过摄像头成功识别部分交通路锥，但目前只是测试，且无法有效识别。特斯拉表示，有关交通路锥的安全区域划分仍是重要研究方向。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是：提供一种基于交通路锥识别的车辆安全引导方法，补充车辆自动驾驶能力。

本发明解决其技术问题采用以下的技术方案：

本发明提供的基于交通路锥的车辆安全引导方法，如下：

(1)基于交通路锥外形特征的交通路锥识别：

将基于车载激光雷达和车辆加速度传感器的信息，通过对原始三维空间坐标位置信息、车辆行驶速度、加速度信息进行预处理、筛选后，结合交通路锥特定外形特征，对车辆行驶前方交通路锥进行识别；

(2)计算引导出车辆安全行驶区域；

在完成对车辆行驶前方交通路锥进行识别后，结合车辆相对交通路锥位置，进行车辆处于交通路锥引导路段的安全行驶区域划分，并生成交通路锥引导路线。

上述方法步骤(1)中，对原始三维空间信息进行适应车辆姿态的坐标系转换后，再对坐标系转换后的信息进行栅格化处理、预设阈值的信息预筛选，然后结合交通路锥特定外形特征，进行交通路锥识别，得到交通路锥有效位置坐标。

上述方法中，可以利用车载激光雷达相对车辆质心的角度信息，结合车辆加速度传感器采集的车辆行驶速度、车辆加速度信息，对车载激光雷达采集的原始三维空间位置信息进行适应车辆姿态的坐标系转换，计算公式为：

P

P

R

P

上述公式中P

上述方法中，可以对坐标系转换后的数据点的进行密度聚类分组，将每组数据中第k帧有效坐标投影到车辆坐标系的YZ面，将YZ面划分为m×n个，l×l的矩形，(y

上述方法中，可以对筛选后的坐标信息进行处理，获得该组第k帧的两组YOZ平面上的近似曲线方程，计算公式为：

f

同理可得f

上述公式中，y

上述方法中，可以利用YOZ平面上的近似曲线方程，对每组第k帧后四帧有效数据取均值，其计算方法为：

同理得到

上述公式中，a

上述方法中，在得到均值后，对数据与交通路锥外形特征进参数化比较，其计算方法为：

s

上述公式中，s

上述方法步骤(2)中，根据车辆自身所处车道位置，利用已处理的交通路锥信息，得出车辆在不同车道行驶下的安全行驶区域，分为两种状况处理：

状况1，车辆不处于交通路锥车道，车辆保持原车道行驶；

状况2，当车辆处于交通路锥车道，计算安全行驶区域，其计算公式为：

k

f

上述公式中，x

本发明提供的方法，由包括车载激光雷达、车辆加速度传感器、图像显示器和若干接口电路组成的系统实现。

所述的若干接口电路，包括车载激光雷达信号接收电路、车辆加速度传感器接收电路、信号转换器电路、微处理器运行电路、图像传感器接收电路、电源电路，其中：车载激光雷达信号接收电路和车辆加速度传感器接收电路将接收的电信号传递给信号转换器电路，将电信号转换为数字信号后输入微处理器运行电路，利用微处理器处理计算后，输出给图像传感器接收电路，图像传感器对处理后的数据进行灰度图像显示。

本发明与现有技术相比具有以下主要优点：

1.提供了一种交通路锥的识别方法，结合了车载激光雷达数据和交通路锥外形特征，增加了车辆的加速度信息，提高了识别交通路锥的准确性。

2.提供了一种基于交通路锥识别的车辆安全区域划分方法，增加了车辆的车道信息，从而可以更好地划分车辆的安全区域。

3.实现了安全区域划分：首先对车载激光雷达原始三维空间位置信息进行适应汽车姿态的坐标系转换，进一步对数据进行密度聚类分组，将每组数据中有效坐标投影到车辆坐标系的纵向平面，对每帧数据进行计算，进一步处理每组坐标数据，通过对各组之间的信息充分比较，并筛选有效信息后均值化，再结合车辆自身相对交通路锥的车道位置，分处于交通路锥车道与不处于交通路锥车辆两类进行各自的安全区域划分。

附图说明

图1为本发明的一种基于交通路锥识别的车辆安全引导方法的流程图。

图2为本发明的一种基于交通路锥识别的车辆安全引导方法的示意图。

具体实施方式

本发明公开了一种基于交通路锥识别的车辆安全引导方法。本发明基于车载激光雷达和车辆加速度传感器的信息，通过对原始三维空间坐标位置信息、车辆行驶速度、加速度信息进行预处理、筛选，结合交通路锥特定外形特征，对车辆行驶前方交通路锥进行识别，结合车辆相对交通路锥位置，进行车辆处于交通路锥引导路段的安全行驶区域划分，并计算出引导路线。

为使本发明更通俗易懂并便于理解其目的与优点，接下来将结合实施案例与附图对本发明进行进一步解释与说明，但不限定本发明。

本发明提供的基于交通路锥识别的车辆安全引导方法，如图1所示，是由包括车载激光雷达，车辆加速度传感器，图像显示器和若干接口电路组成的系统实现的。

所述的车载激光雷达通过购置雷达的安装支架安装在车顶上，其安装位置通过对实验场地固定物体的绝对位置与测量位置比较进行校对，以获得其相对车辆质心的角度，将角度信息通过对应的接口电路传至车辆ECU，用于将原始三维坐标位置转换至车辆质心。

所述的车辆加速度传感器，安装在车辆质心附近位置，通过安装多个不同角度加速度传感器数据进行比较，从而对其安装位置进行校对，将测得的车辆各方向加速度信息通过对应的接口电路传至车辆ECU，用于将预处理坐标信息进行适应车辆姿态的坐标系转换。

所述的图像显示器，由车辆ECU将处理后的车辆安全区域和引导路线，通过输出电路将信号传入图像显示器，用于显示车辆安全区域和引导路线。

所述的若干接口电路，包括车载激光雷达信号接收电路、车辆加速度传感器接收电路、信号转换器电路、微处理器运行电路、图像传感器接收电路、电源电路，其中：车载激光雷达信号接收电路和车辆加速度传感器接收电路将接收的电信号传递给信号转换器电路，将电信号转换为数字信号后输入微处理器运行电路，利用微处理器处理计算后，输出给图像传感器接收电路，图像传感器对处理后的数据进行灰度图像显示。

本发明提供的基于交通路锥识别的车辆安全引导方法，具体是：基于车载激光雷达采集的原始三维空间坐标位置信息和车辆加速度传感器采集的车辆行驶速度、加速度信息，对原始三维空间信息进行适应车辆姿态的坐标系转换，再对转换后信息，进行栅格化处理、预设阈值的信息预筛选，再结合交通路锥特定外形特征，进行交通路锥识别，得到交通路锥有效位置坐标，再结合车辆相对交通路锥位置，进行车辆处于交通路锥引导路段的安全行驶区域划分，并生成交通路锥引导路线。

上述方法中，采用以下方法进行适应车辆姿态的坐标系转换：对车载激光雷达的安装进行定位，将获取到的原始三维空间坐标位置转换至车辆质心坐标系，接着结合车辆加速度传感器采集的车辆行驶速度、加速度信息，将转换到质心坐标系的坐标信息进行适应车辆姿态的坐标系转换，从而大大减少后续计算中的复杂程度，所述坐标系转换的计算公式为：

P

P

R

P

上述公式中：P

上述方法中，采用以下方法对预处理后的信息进行密度聚类分组：接着对转换后的数据点的进行密度聚类分组，每组数据大致为单个交通路锥的点集，再对每组数据进行栅格化处理、预设阈值操作，将每组数据中第k帧有效坐标投影到车辆坐标系的YZ面，将YZ面划分为m×n个，边长l×l的矩形，(y

所述近似曲线方程的计算公式为：

f

同理可得f

上述公式中：y

接着对每组第k帧后四帧有效数据取均值，目的是提高准确性，为后续数据的筛选做铺垫，具体计算方法为：

同理得到

上述公式中，a

在得到均值后，对数据与交通路锥外形特征进参数化比较，其计算方法为：

s

上述公式中，s

接着根据车辆自身相对交通路锥所处车道进行分类，利用已处理的交通路锥信息，得出车辆在不同车道行驶下的安全行驶区域，可分为两种状况处理：

状况1，车辆不处于交通路锥车道，车辆保持原车道行驶。

状况2，车辆当车辆处于交通路锥车道，计算安全行驶区域，其计算公式为：

k

f

上述公式中，x