车辆安全辅助驾驶技术浅析

& TRANSPORTATION RAFFIC 2008.12146 车辆安全辅助驾驶技术浅析 □ 聂 尧 ( 山东科技大学，青岛 266510) 摘 要：论述了安全辅助驾驶技术发达国家的研究现状、主要研究内容、安全辅助驾驶系统的应 用和存在的问题及发展趋势。安全辅助驾驶技术包括车道偏离预警与保持、前方车辆探测及安全车距 保持、行人检测、驾驶员行为监测、车辆运动控制与通讯等。 关键词：智能交通系统；安全辅助驾驶；车道偏离预警；车间通讯 中图分类号：U495 文献标识码：A 文章编号：1671-3400(2008)12-0146-03 The Brief Analysis of the Vehicle Safety Driving Assistant Technology NIE Yao (Shandong University of Science and Technology, Qingdao 266510, China) 收稿日期：2008-09-08 作者简介：聂尧（1983-），女，山东科技大学硕士研究生，主 要研究方向 :城市交通规划、交通管理及智能交通等。 Abstract: The present research status of the developed country, the main research content, safety driving assistant system's application and the questions and progress on safety driving assistant technology are discussed.The safety drivingassistant technology includes lane departure warning, preceding vehicle detection and safe distance maintaining between vehicles, pedestrian detection, driver behavior monitoring, vehicle motion control and inter-vehicle communications. Key words: Intelligent Transport Systems; Safetys driving assistant; Lane departure warning; Inter-vehicle communication 0 引言 随着公路交通特别是高速公路交通的飞速发展，交 通事故尤其是恶性交通事故呈不断上升趋势，交通安全 越来越受到广泛关注。因此，研究车辆安全辅助驾驶技术， 为汽车提供安全辅助驾驶功能，从而为减少常规车辆因 驾驶员主观因素造成的交通事故提供智能技术保障 [1] 。 1 发达国家安全辅助驾驶研究发展动态 安全辅助驾驶研究近几年在世界各国都得到了普遍 的重视，而且各个国家都根据本国的实际情况，对安全 辅助驾驶研究的内容及目标也做了不同的规定。 日本人认为，司机的人为局限性及操作失误是造成 交通事故的主要原因。只有完全排除司机的人为因素， 才能彻底根除交通事故的隐患。所以，日本人研究安全 辅助驾驶 (SDA) 的最终目的是实现无人驾驶。日本于 1989 年开始定位研究安全辅助驾驶，他们的研究方向为： 自动高速公路系统和高级安全汽车。 德国人研究安全辅助驾驶的目的，仅仅是增加司机 驾车的有效性和可靠性，从而减轻司机的工作负担，减 少因司机的失误而造成的交通事故。所以，他们将安全 辅助驾驶系统仅看作是司机的一个有效及可靠的工具。 德国的安全辅助驾驶研究包括 5 个方面的内容：自适应 巡航控制系统、向前行进控制系统、导航系统、交通信 息通道系统和紧急呼救系统。 美国人认为，美国 90% 的交通事故是因为司机的人 交 通 安 全 万方数据 & TRANSPORTATION RAFFIC 2008.12 147 为因素引发的；而交通拥挤是造成交通事故的另一个致 命因素。所以，他们决定以全自动高速公路上的无人驾 驶车队来解决交通安全的问题。 日本人的最新研究成果表明，安全辅助驾驶系统的 信息技术和控制技术，可以使在交通事故中死亡的人数 减少 40%，可以使由司机引发的人为交通事故明显减少， 可以使车流更加通畅，由此而带来的经济效益是每一年 挽回115亿美元的经济损失。美国人的最新研究成果表明， 安全辅助驾驶系统的控制技术和自适应巡航技术，可以 使美国的交通事故减少 90%，可以在现有的道路上 2 倍 甚至 3 倍地增加车流量，还可以大大地降低空气的拖曳 力，可以增加 20%~25% 的燃油经济性，, 减少 20%~25% 的废气排放，从而大大地减缓了交通拥挤，并且被动地 保护了我们的环境 [2]。 2 安全辅助驾驶技术的主要研究内容 安全辅助驾驶技术主要目的是提高汽车行驶的安全 性，通过安装在车辆及道路上的各种传感器掌握本车、 道路以及周围车辆的状况等信息，为驾驶员提供劝告或 预警信号 , 并在一定的条件下能对车辆实施控制。安全辅 助驾驶技术的研究主要包括以下几个部分：车辆偏离预 警与保持、车辆周围障碍物检测、驾驶员状态检测、车 辆运动控制与通讯等 [3]。 2.1 车道偏离预警与保持 车道偏离预警与保持是利用机器视觉传感器、激光 传感器或埋设于路面下的磁钉，使车辆始终在车道线内 运行，防止车辆因为驶离当前行驶车道而导致交通事故 的发生，提高了行车安全性。检测车辆外部环境，通过 摄像机传送图像信息，通过大规模图像分析并行处 理体系 PAPRICA 来解释图像，并将分析结果告知驾驶员， 可实现辅助驾驶功能 [4]。目前，车道偏离报警系统多采 用单目摄像机探测道路标线图像，为增加系统检测道路 标线的可靠性，日本汽车研究所 ITS 中心探索利用双目 CCD 摄像机和实时差分 GPS 系统检测运行车辆偏离道路 标线情况。在国内，车道偏离报警系统尚处于研究阶段 [5]。 2.2 车辆周围障碍物检测 车辆周围障碍物包括车辆、行人以及道路周围设施 等。通过机器视觉、红外线以及激光等传感器能感知车 辆周围这些障碍物的存在，并实时跟踪，在危险时刻还 可以警告驾驶员采取避障措施 [6]。 （1）本车前后方车辆的检测。为避免车辆因安全车 距不足导致追尾碰撞等恶性交通事故的发生，前方车辆 的检测跟踪也是一种提高安全性的重要研究方向。利用 各种传感器信息对前方车辆和车距的实时有效检测，当 发现安全车距不足时，及时向驾驶员发出声音警示，促 使其采取必要措施保持安全车距，避免发生追尾碰撞等 事故。目前，在许多文献中提出了多种关于前方车辆检 测和跟踪的方法，所采用的传感器主要有机器视觉、红 外线和激光雷达等传感器。 （2）行人的检测。通过统计资料分析，在整个交通 事故中，关于车辆碰撞行人的事故数量仅次于车辆间相 撞的事故数量。行人检测技术是安全辅助驾驶领域中备 受关注的前沿方向，特别是在城市交通环境中，行人检 测能警告驾驶员可能与车辆邻近的障碍物尤其是行人发 生碰撞。道路行人检测采用以下 2 种方式：车载行人检 测系统与道路行人检测系统。车载行人检测系统多通过 红外摄像机实现，欧洲的 ADAS 项目采用该方式。道路 行人检测系统是通过安放在人行通道路口的传感器，如 红外摄像机、超声传感器、压力传感器、雷达检测道路 中的行人与车辆，并将道路中行人信息发送到将通过该 路段的车辆上，日本的 ASV 项目采用该方式。目前，行 人自动检测系统尚处于研发中，运用图像处理技术自动 检测行人 ( 包括行人图像定位、跟踪 ) 研究受到许多研究 人员的关注。 2.3 驾驶员状态监测 近期的研究主要在于监控和分析驾驶员状态、 先进车辆和良好的用户信息交互界面，以便学习、控制 甚至是模拟驾驶员行为。高级的驾驶员辅助系统应该能 确保驾驶员反应恰当而且安全。由于疲劳驾驶是重大交 通事故主要原因，国内外研究机构纷纷开展该领域的研 究。在欧洲的 e-Safety 项目中，开发了 AWAKE 驾驶诊 断系统。该系统利用视觉传感器和方向盘操纵力传感器 实时获取驾驶员信息，并利用人工智能算法判断驾驶员 的状态 ( 清醒、可能打瞌睡、打瞌睡 )。当驾驶员处于疲 劳状态时，通过声音、光线、振动等刺激驾驶员，使其 恢复清醒状态。在国内，也有多家研究单位开展驾驶疲 劳的研究。有的利用机器视觉的方法对驾驶员的眼睛特 征进行实时跟踪，从而判断驾驶员的精神状态；有的从 心理和生理的角度入手，分析驾驶疲劳的特征；有的用 脑电仪驾驶员的脑电情况，得到了驾驶员在正常状 态和疲劳状态下驾驶时的脑电数据和波形，用驾驶员驾 驶时的脑电特征量来评价其疲劳程度。 2.4 车辆运动控制与通讯 无线网络和移动通讯技术的发展是提高车辆与道路 设施通讯安全和效率的主要手段，多车协作通讯驾驶概 念是新近提出的解决交通拥挤的有效手段。 交叉路口碰撞事故也是公路交通事故的一个重要部 分，因此，路边交通设施辅助驾驶员也是最近的研究热点。 一种可能的解决方法就是给驾驶员及时提供即将发生碰 撞事故的警令。单车运动控制研究主要集中在保证驾驶 交 通 安 全 万方数据 & TRANSPORTATION RAFFIC 2008.12148 安全，日渐拥挤的交通使得多车运动控制成为一个重要 研究方向。最新的研究将多车通讯协作控制技术扩展到 道路交叉路口控制，这是一个比换道和并道更为复杂的 问题。 3 安全辅助驾驶系统的应用 3.1 在轿车上的应用 安全辅助驾驶系统若要应用于轿车之上，须具有极 高的可靠性，所以相对来说，在这方面新技术应用较慢， 各种复杂系统的实施还有待进一步研究。例如自动驾驶 技术，因其能够提供更高的安全性、更高的交通效率、 更高的驾驶舒适性，所以被世界上许多国家所关注。目前， 很多光电产品已广泛应用于汽车上。例如，随着夜视技 术的发展，各种微光和红外夜视产品已进人了汽车市场， 装备有红外热成像仪，以便在夜间探测车辆前方路况信 息的轿车已在国外出现。 3.2 在重型卡车上的应用 高速公路的快速发展，使重型车辆成为公路运输的 主要车种。由于重型车辆本身吨位较高，运输时间通常 较长，而且多为昼夜兼程，所以，高速公路上重型车辆 发生交通事故比较频繁，由此造成的损失也是巨大的。 因此，各种提高车辆安全性能的产品在重型运输车上具 有广泛的市场应用前景。行车道偏离报警系统产品最早 在 1999 年应用于重型汽车上，而各种夜间辅助驾驶系统 也陆续应用到重型卡车上。 3.3 在军车上的应用 在军事和准军事领域，车辆辅助驾驶系统应用比较 广泛。特别是夜视设备等夜间辅助驾驶系统装备于各种 军用车辆上，大大提高了部队夜间的作战能力。国外的 大量坦克、装甲车、直升机上都装备有夜视仪 [1]。 4 安全辅助驾驶技术存在的问题和发展趋势 4.1 存在的问题 （1）传感技术的融合也是车辆安全辅助驾驶技术发 展的重要方向。但是高精度的雷达、激光扫瞄仪等障碍 探测传感器的价格昂贵，影响其普及应用。 （2）车辆安全辅助驾驶系统多数处于开发研制阶段， 真正用于实际的系统还很少，而且系统往往很庞大，系 统的硬件平台无论在小型化、通用性还是在用户的可承 受性方面，仍需要做进一步的改进。 （3）人们对车辆安全辅助驾驶系统的理解还存在误 区。 4.2 发展趋势 智能车辆安全辅助驾驶技术正朝着更加可靠、稳定 的方向发展 , 为未来车辆自动驾驶以及车路全自动运行提 供技术支撑 , 具有长远的意义。为了加速安全辅助驾驶技 术的应用 , 需要不断提高其稳定性和鲁棒性 , 提高其环境 的适应能力。 目前，智能车辆安全辅助驾驶技术在硬件和软件上 都有很大的发展空间。由于基于单一传感器不能很好地 解决安全辅助驾驶技术可靠性和环境适应能力的， 未来应结合激光雷达技术解决图像模糊问题，利用红外 传感器可以增强机器视觉识别的可靠性。按照一定融合 策略构造传感器阵列，以弥补单个传感器的缺陷或提出 新的传感器融合方法，将是重要的研究方向。对于车辆 控制与通讯，加速车间通讯、车路通讯和人车信息共享 也是智能车辆技术研究的趋势 [3]。 5 结论 智能车辆的研究和发展必将促进人类社会的进步和 发展。当今的车辆发展并不完善，安全性、智能化、人 机交互等方面远远不能满足人类的需要和社会发展的需 求，技术上的缺陷导致交通堵塞、环境污染、交通安全 性差，智能车辆可以大大地缓解这些问题。 安全辅助驾驶系统通过事先预防，有效地保护驾驶 员和道路环境中行人的安全，大大减少汽车碰撞，避免 事故的发生 , 从而减少经济损失。它有望以最彻底的方式 减少交通事故中的人员伤亡，是 21 世纪汽车安全性的重 点研究区域。目前，传统基于雷达的安全辅助驾驶系统 价格偏高，且这种系统大多具有较窄的视场和较差的侧 向分辨率，难以在实际中推广。因此，充分利用视觉系 统分辨率较高、价格低廉的特点，并结合毫米波雷达和 激光雷达系统具有深度测量精确的特点，将极大地推动 汽车安全辅助驾驶系统的应用和推广。因此，研究以机 器视觉信息为主，融合激光雷达和毫米波雷达信息的汽 车安全辅助驾驶技术具有重要的理论和应用价值。 参考文献： [1] 刘卫平，黄富元，熊文莉，等 . 车辆安全辅助驾驶系统发 展概述 [J] . 汽车运用，2005(11): 38-39. 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