1、车道偏离预警系统车辆与能源学院车辆工程张山峰摘要：本文通过对车道偏离研究现状的分析，阐明了研制车道偏离预警系统在避免车辆交通事故方面的重要性。论文的重点介绍了汽车车道偏离预警系统及其在国内外的研究现状,并简要说明了该系统的发展趋势，以期能为将来减少车辆交通事故提供一个新的借鉴。1 车辆偏离预警系统的研究背景及作用在高速公路上，驾驶员操作或者注意力分散等引起的车辆偏离车道行驶是造成重大伤亡事故的一个重要因素。所谓车道是指车辆无障碍可行驶区域，车道线是标志车道边缘的连续的或有间断的可见标志，如黄线、白虚线等，车道偏离是指车辆驾驶当前行驶车道，车辆偏离是指车辆行离当前行驶车道，车辆的一部分接触或超过
2、车道线，则称车辆发生了车道偏离事故。汽车安全专家指出：约有 50%的汽车交通事故是因为汽车偏离正常的行驶车道引起的，究其主要原因主要是驾驶员心神烦乱、注意力不集中或驾驶疲劳。安全辅助驾驶(Safety Driving Assist,简称 SDA)作为当前国际智能交通系统研究的重要内容，它主要解决交通安全的问题。基于此，世界上很多国家都在加强车辆安全辅助驾驶技术领域的研究。关于安全辅助驾驶技术的研究主要集中在车道偏离预警，前方障碍物探测，以及驾驶员状态检测等方面。近20 年，车道偏离预警系统作为安全辅助驾驶研究领域的一个组成部分，已经受到越来越多的关注，很多国家都投入大量的人力、物力和财力进行系
3、统研究。车道偏离预警研究背景根据(美国)联邦公路局的估计，美国 2002 年所有致命的交通事故中 44%是跟车道偏离有关的，同时车道偏离也被看成车辆侧翻事故的主要原因。AssitWare 网站 1 的分析结果认为：23%的汽车驾驶员一个月内至少在转向盘上睡着一次；66% 的卡车驾驶员自己在驾驶过程中打瞌睡；28%的卡车驾驶员在一个月内有在转向盘上睡着的经历。四个驾驶员中就有一个驾驶员经历过车道偏离引起的伤亡事故。根据文献 2 的研究认为车道偏离预警系统可以减少至少 24%的车道偏离伤亡事故. 该系统提供智能的车道偏离预警，在无意识（驾驶员未打转向灯）偏离原车道时，能在偏离车道 0.5 秒之前发
4、出警报，为驾驶员提供更多的反应时间，大大减少了因车道偏离引发的碰撞事故，此外，使用 LDWS 还能纠正驾驶员不打转向灯的习惯，该系统其主要功能是提醒过度疲劳或解决长时间单调驾驶引发的注意力不集中等情况。 2 车道偏离预警系统的原理和功能根据(美国) 国家公路交通安全管理局的定义，车道偏离预警系统（Lane departure warning system）简称 LDWS ，是指一种通过报警的方式辅助驾驶员避免或者减少车道偏离事故的系统。一个车道偏离预警系统不会试图控制车辆以防止可能发生的碰撞事故。车道偏离行驶轨道时有两种可能：一种是驾驶员有意的变换车道行驶，那么此时发出的警告则是错误信息，有可
5、能会影响到驾驶员的正常行驶；一种是驾驶员处于无意中状态比如驾驶员注意里不集中或疲劳驾驶而引起的，此时的预警系统就会发挥其功能从而避免了事故的繁盛。车道偏离预警系统主要由 HUD 抬头显示器、摄像头、控制器及传感器组成。当车道偏离预警系统开启时，摄像头会时刻采集行驶车道的标识线，通过图像处理获得汽车在当前车道中的位置参数。当检测到汽车偏离车道时，传感器会及时收集车辆数据和驾驶员的操作状态，之后由控制器发出预警信号，整个过程大约在 0.5 秒完成，为驾驶者提供更多的时间 3 。图 1.道路检测图车道偏离预警系统都由道路和车辆状态感知、车道偏离评价算法和信号显示界面三个基本模块组成。系统首先通过状态
6、感知模块感知道路几何特征和车辆的动态参数，然后由车道偏离评价算法对车道偏离的可能性进行评价，必要的时候通过信号显示界面向驾驶员报警。3 车道偏离预警系统的分类 3.1 视觉的系统分类美国国家公路交通安全管理局开展的“采用智能车辆道路系统对策的道路偏离避撞警告项目”研究将车辆偏离预警系统分为“纵向”和“横向”车道偏离警告两个主要功能。纵向车道偏离警告系统主要用于预防那种由于车速太快或方向失控引起的车道偏离碰撞，横向车道偏离警告系统主要用于预防由于驾驶员注意力不集中以及驾驶员放弃转向操作而引起的车道偏离碰撞。车道偏离预警系统已经商业化使用的产品都是基于视觉的系统，根据摄像头安装位置不同，可以将系统
7、分为： 侧视系统摄像头安装在车辆侧面，斜指向车道； 前视系统摄像头安装在车辆前部，斜指向前方的车道。 3.2 预警系统的分类3.2.1 国外车道偏离预警系统（1）AURORA 系统 该系统由美国卡内基梅隆大学机器人学院子 1997 年开发成功。该系统由带广角镜头的彩色摄像机、数字转换器和一个便携 SunSparc 工作站等组成。该系统通过安装在车辆一侧的视野大约为 1.5m-1.6m 区域的俯视彩色摄像机检测车辆旁边的车道标识，通过数字转换器采集摄像机的视频输出并在一个便携SunSparc 工作站上进行处理，处理速度为 60Hz。 （2）AutoVue 系统 该系统由前 DaimlerChry
8、sler 公司和美国的 Iteris 公司联合开发。该系统主要由一个安装在汽车内风窗玻璃后部的摄像机、两个立体音箱、一个小显示设备和控制单元等组成。该系统工作原理是通过实时监测本车在当前车道中的位置，计算本车到车道标识线距离，然后与设定的报警距离相比较，判断是否进行预警。当检测到将要发生车道偏离时，它将发出一种类似于车辆在隆声带上行驶时发出的隆隆作响的声音来提醒驾驶员修正车辆位置。目前，AutoVue 系统已经在欧洲的多种货车上作为一个选件进行了装备。 （3）Mobileye_AWS 系统 该系统由总部设在荷兰的 Mobileye 公司研制。该系统利用安装在前风窗玻璃上的单个摄像机监测车道标识
9、线，测量和监控本车与道路边界的距离。该系统的车道偏离警告模块通过检测道路边界，计算车辆相对于车道的位置和车辆的侧向运动，预测车辆将横越车道标识的时间，当该时间低于设定值时，系统触发视觉警告和声音警告，以使驾驶员对不同的危险状态做出适当的反应而减少意外事故的发生。该系统在有意识的车道偏离、制动和没有道路标识等情况下能对警告的产生进行了抑制。 （4）DSS 系统(DriverSupportSystem) 该系统由日本三菱汽车公司于 1998 年提出，并于 1999 年秋季应用于模型车上。该系统由一个安装在汽车后视镜内的小型 CCD 摄像机、一些检测车辆状态和驾驶员操作行为的传感器以及视觉和听觉警告
10、装置组成。该系统利用由 CCD 摄像机获得的车辆前方的车道标识线、其他传感器获得的车辆状态数据和驾驶员的操作行为等信息，判断车辆是否已经开始偏离其车道。如有必要，系统将利用视觉警告信息、听觉警告信息以及振动转向盘来提醒驾驶员小心驾驶车辆。 3.2.2 国内车道偏离预警系统（1）JLUVA-1 系统 该系统由吉林大学智能车辆课题组开发。该系统是基于单目视觉的前视系统，主要由车载电源、嵌入式微机、显示设备、黑白 CCD 摄像机、数据线、音箱以及图像采集卡等组成。 系统利用安装在汽车后视镜位置处的 CCD 摄像机采集汽车前方的道路图像，通过图像处理获得汽车在当前车道中位置参数，当一旦检测到汽车距离自
11、身车道白线过近有可能偏入邻近车道而且司机并没有打转向灯时，该系统就会发出警告信息提醒司机注意纠正这种无意识的车道偏离，从而尽可能地减少车道偏离事故的发生。 （2）基于 DSP 技术的嵌入式车道偏离报警系统 该系统由东南大学开发，是基于单目视觉的前视系统，由模/数转化及解码电路模块、缓冲电路模块、媒体处理器 DSP 电路模块、编码及数/模转换电路模块等模块组成。该系统通过车载摄像头采集被跟踪车道线的模拟视频信号，经解码生成数字信号码流缓冲后送到高速媒体处理器 DSP 的视频接口，然后再由视频处理模块对数字视频信号进行车道特征值的提取，最后将处理后的视频信号送编码及数/模转换电路输出显示。 4 车
12、道偏离预警系统的发展趋势车道偏离预警系统的发展，有助于驾驶安全，不但在任何无意识的车道偏离时为司机报警，使车辆立即得到修正，还可提供司机没有注意到的道路信息，避免潜在事故。现在的偏离预警系统已经开始在欧美日应用，丰田 Alphard 小型 MPV、06 版无限 M45、新雪铁龙 C4 和 C5 均已装备此系统，福特、通用等公司都在研发此系统。由于生产成本较高约 1 万人民币，此系统主要应用于国外生产的一些重要卡车和长途客车上，在梅赛德斯- 奔驰、宝马、奥迪、雷克萨斯等高档轿车上也多为选装件。但是，由于此系统的研究主要集中在基于视觉的车道偏离预警系统上。所以，从现有的技术水平来看，影响基于视觉的
13、车道偏离预警系统可靠性的最主要因素是系统应用的天气条件以及光照变化的影响，这是所有基于视觉系统目前面临的一个主要难题。目前，研究各种鲁棒性强、能适应各种天气条件、克服光照变化以及阴影条件的影响的车道偏离评价算法是所有基于视觉的车道偏离预警系统的发展趋势。5 结论通过车道偏离预警系统研究背景的分析，认识到该系统作为主动安全技术一直在避免交通事故方面的重要性。当驾驶员未打开转向灯的时，该系统通过提醒驾驶员避免偏离车道以减少交通事故。通过分析国内外的车道偏离系统，了解了其缺点和优势，意识到在现阶段技术还不完备的情况下，未来该系统在客服外界环境天气的条件、光照变化等因素下的一些发展趋势。参考文献:1Kunihito Sato et al,Development Of Steering Assist System(STAR) for the Lane Departure Warning,IEEE International Conference on Intelligent Robots and Systems,19972 http:/ mar/010325_LDWSmarket2001.html3董因平.高速汽车车道偏离预警系统的算法研究 D.长春:吉林大学汽车工程学院,2004.3-54圣华.车道线检测在车道偏离预警系统中的应用研究 D. 合肥：合肥工业大学,2010.13-15
