一种高速公路安全态势评估方法及评估系统技术方案

本发明专利技术属于汽车辅助驾驶技术领域，公开了一种高速公路安全态势评估方法及评估系统，所述高速公路安全态势评估系统包括：车辆信息获取模块、定位模块、高速路段信息获取模块、中央控制模块、图像采集模块、图像分析模块、拥挤度判定模块、车速恒定模块、周边车辆车速推定模块、地面障碍物探测模块、安全评估模块、数据存储模块、显示模块。本发明专利技术通过高速路段信息获取能够实现对高速公路的车道条数、车道宽度、限速信息、禁止信息进行获取，实现对高速公路特定路段的整体信息的把握；通过拥挤度判定模块的设置实现对高速路段车辆拥挤度的判定，并通过恒定车速推定周边车辆车速，实现对超速车辆的车速信息的获取，进行安全评估更准确。

【技术实现步骤摘要】
一种高速公路安全态势评估方法及评估系统
本专利技术属于汽车辅助驾驶
，尤其涉及一种高速公路安全态势评估方法及评估系统。
技术介绍
目前，高速公路属于高等级公路，在高速公路上行驶的平均时速在80千米至120千米之间，比普通公路高出60％～70％，并且路面宽，通行能力大，方便了人们的出行。但是高速公路相比于其他的公路，由于车速快，车流量密集，一旦有交通状况的出现，会比普通公路的停滞时间更长，造成拥堵情况更加严重。对高速公路安全态势进行评估，方便交通的参与者和指挥者实时掌握交通路况，调整出行策略。无人驾驶车辆是通过车载传感系统感知道路环境，自动规划行车路线并控制车辆到达预定目标的智能车辆。它是利用车载传感器来感知车辆周围环境，并根据感知所获得的道路、车辆位置和障碍物信息，控制车辆的转向和速度，从而使车辆能够安全、可靠地在道路上行驶。集自动控制、体系结构、人工智能、视觉计算等众多技术于一体，是计算机科学、模式识别和智能控制技术高度发展的产物，也是衡量一个国家科研实力和工业水平的一个重要标志，在国防和国民经济领域具有广阔的应用前景。目前无人驾驶车辆需要进行高速安全态势公路评估，重点在于交通的拥挤状况，但由于高速公路的特殊性，对于交通状态的评估还应包含安全性的评估，现有的评价指标不全面，评估方法过于单一。通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：目前无人驾驶车辆进行高速安全态势公路评估的重点在于交通的拥挤状况，评价指标不全面，评估方法过于单一。
技术实现思路
针对现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种高速公路安全态势评估方法及评估系统。本专利技术是这样实现的，一种高速公路安全态势评估方法，所述高速公路安全态势评估方法包括以下步骤：步骤一，通过车辆信息获取模块利用车辆信息获取程序从车辆内设的存储器中获取车辆的车长、车宽、高速行驶最佳车速以及车辆的安全措施信息。步骤二，通过定位模块结合双目摄像机获取的图像和激光雷达的图像，以及全球导航卫星系统的位置信息，制作高精度路面特征地图并进行实时更新。步骤三，利用摄像机获取的实时图像，检测出车辆当前位置邻近区域的道路标识的边缘点。步骤四，根据卡尔曼滤波定位模型及车辆的速率和偏航率估算车辆当前的粗略位置，并把高精度地图中相对车辆当前位置邻近区域的道路标识映射到摄像机获取的实时图像上。步骤五，利用卡尔曼滤波定位模型对高精度地图中道路标识的线段采样点与图像中检测的边缘点进行最近距离间的匹配，得到车辆的最优位置估计，并实时采集车辆在驶入高速公路后的行驶状态。步骤六，基于高速公路的线路图，通过轨迹估算算法，根据车辆在驶入高速公路的行驶状态以及确定的地理位置信息进行推导，得到车辆在高速公路的位置信息。步骤七，通过高速路段信息获取模块利用高速路段信息获取程序从高速路数据库中获取车辆所在的高速路段的信息。步骤八，通过图像采集模块利用设置在车辆前方和后方的摄像头分别进行汽车前方和汽车后方图像的采集；通过图像分析模块利用图像分析程序进行采集图像的分析。步骤九，通过拥挤度判定模块利用拥挤度判定程序依照图像分析结构进行车辆所在高速路段拥挤度的判定。步骤十，通过车速恒定模块利用车速稳定程序将车辆车速维持为一个恒定值；通过周边车辆车速推定模块进行采集图像的选择，选择包含车道线和护栏的环境图像。步骤十一，利用周边车辆车速推定程序根据所述环境图像建立道路模型；通过所述车辆上安装的雷达获取所述车辆距离环境中护栏的距离。步骤十二，根据所述距离和所述车辆的尺寸信息，确定所述车辆在所述道路模型中的模拟位置。步骤十三，根据所述车辆在所述道路模型中的模拟位置，确定所述车辆距离所述车道线的目标距离；同时进行本车辆与另一车辆直线距离的计算，并依照图像分析结果推定得到周边车辆车速。步骤十四，通过地面障碍物探测模块利用探测器进行地面障碍物的探测，得到障碍物所在车道；通过安全评估模块利用安全评估程序综合道路拥挤度、周边车辆车速、地面障碍物进行高速路段的安全评估。步骤十五，通过数据存储模块利用车辆内设的存储器存储获取的车辆信息、车辆位置信息、高速路段信息、汽车前方和汽车后方图像、图像分析结果、拥挤度判定结果、恒定车速、周边车辆车速的推定数据、地面障碍物探测结果以及安全评估结果。步骤十六，通过显示模块利用显示器显示获取的车辆信息、车辆位置信息、高速路段信息、汽车前方和汽车后方图像、图像分析结果、拥挤度判定结果、恒定车速、周边车辆车速的推定数据、地面障碍物探测结果以及安全评估结果的实时数据。进一步，步骤二中，所述制作高精度路面特征地图并进行实时更新的方法，包括：(I)获取与路面对应的视频信息，并通过模型构建程序构建与所述视频信息对应的路面元素的三维模型；(II)通过构建的三维模型对路面元素进行合并处理，获得所述高精度路面特征地图；(III)根据所述视频信息和所述高精度路面特征地图的地图数据判断所述路面是否存在待更新路面元素；若存在所述待更新路面元素，则根据所述视频信息对所述高精度路面特征地图的地图数据进行更新。进一步，步骤(II)中，所述通过构建的三维模型对路面元素进行合并处理的方法，包括：i)分别从所述三维模型和所述高精度路面特征地图的地图数据中选取至少两个路面元素；其中，所述三维模型的至少两个路面元素与所述高精度路面特征地图的地图数据的至少两个路面元素相同；ii)获取所述待更新路面元素与从所述三维模型中选取的路面元素之间的位置关系；根据所述位置关系和选取的路面元素的属性信息，在所述高精度路面特征地图的地图数据中更新所述待更新路面元素。进一步，步骤六中，所述车辆所在的高速路段的信息包括：车道条数、车道宽度、限速信息、禁止信息。进一步，步骤八中，所述通过图像分析模块利用图像分析程序进行采集图像分析的方法，包括：(a)进行采集图像的获取，并对获取的图像进行预处理；(b)对图像进行RGB彩色处理生成颜色向量矩阵；(c)将图像进行灰度化和二值化处理，同时对二值化后的图像进行分割处理并分析。进一步，步骤九中，所述通过拥挤度判定模块利用拥挤度判定程序依照图像分析结构进行车辆所在高速路段拥挤度判定的方法，包括：(1)通过MapReduce编程模型处理统计数据；(2)通过第一个MapReduce()函数进行时间和区域化处理；(3)通过第二个MapReduce()函数对记录的车辆的GPS定位信息进行联结处理；(4)通过第三个MapReduce()函数中的Map()函数计算统计拥挤度和线性拥挤度。进一步，所述通过MapReduce编程模型处理统计数据的方法，包括：1)输入统计的GPS信息，并通过MapReduce编程模型将GPS信息分成N个数据片段，Map()函数读取数据片段时,每次读取一条记录，即数据片段的一行GPS信息；2)待读取完一条记录后再读取下一条记录，Map(本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高速公路安全态势评估方法，其特征在于，所述高速公路安全态势评估方法包括以下步骤：/n步骤一，通过车辆信息获取模块利用车辆信息获取程序从车辆内设的存储器中获取车辆的车长、车宽、高速行驶最佳车速以及车辆的安全措施信息；/n步骤二，通过定位模块结合双目摄像机获取的图像和激光雷达的图像，以及全球导航卫星系统的位置信息，制作高精度路面特征地图并进行实时更新；/n步骤三，利用摄像机获取的实时图像，检测出车辆当前位置邻近区域的道路标识的边缘点；/n步骤四，根据卡尔曼滤波定位模型及车辆的速率和偏航率估算车辆当前的粗略位置，并把高精度地图中相对车辆当前位置邻近区域的道路标识映射到摄像机获取的实时图像上；/n步骤五，利用卡尔曼滤波定位模型对高精度地图中道路标识的线段采样点与图像中检测的边缘点进行最近距离间的匹配，得到车辆的最优位置估计，并实时采集车辆在驶入高速公路后的行驶状态；/n步骤六，基于高速公路的线路图，通过轨迹估算算法，根据车辆在驶入高速公路的行驶状态以及确定的地理位置信息进行推导，得到车辆在高速公路的位置信息；/n步骤七，通过高速路段信息获取模块利用高速路段信息获取程序从高速路数据库中获取车辆所在的高速路段的信息；/n步骤八，通过图像采集模块利用设置在车辆前方和后方的摄像头分别进行汽车前方和汽车后方图像的采集；通过图像分析模块利用图像分析程序进行采集图像的分析；/n步骤九，通过拥挤度判定模块利用拥挤度判定程序依照图像分析结构进行车辆所在高速路段拥挤度的判定；/n步骤十，通过车速恒定模块利用车速稳定程序将车辆车速维持为一个恒定值；通过周边车辆车速推定模块进行采集图像的选择，选择包含车道线和护栏的环境图像；/n步骤十一，利用周边车辆车速推定程序根据所述环境图像建立道路模型；通过所述车辆上安装的雷达获取所述车辆距离环境中护栏的距离；/n步骤十二，根据所述距离和所述车辆的尺寸信息，确定所述车辆在所述道路模型中的模拟位置；/n步骤十三，根据所述车辆在所述道路模型中的模拟位置，确定所述车辆距离所述车道线的目标距离；同时进行本车辆与另一车辆直线距离的计算，并依照图像分析结果推定得到周边车辆车速；/n步骤十四，通过地面障碍物探测模块利用探测器进行地面障碍物的探测，得到障碍物所在车道；通过安全评估模块利用安全评估程序综合道路拥挤度、周边车辆车速、地面障碍物进行高速路段的安全评估；/n步骤十五，通过数据存储模块利用车辆内设的存储器存储获取的车辆信息、车辆位置信息、高速路段信息、汽车前方和汽车后方图像、图像分析结果、拥挤度判定结果、恒定车速、周边车辆车速的推定数据、地面障碍物探测结果以及安全评估结果；/n步骤十六，通过显示模块利用显示器显示获取的车辆信息、车辆位置信息、高速路段信息、汽车前方和汽车后方图像、图像分析结果、拥挤度判定结果、恒定车速、周边车辆车速的推定数据、地面障碍物探测结果以及安全评估结果的实时数据。/n...

【技术特征摘要】
1.一种高速公路安全态势评估方法，其特征在于，所述高速公路安全态势评估方法包括以下步骤：
步骤一，通过车辆信息获取模块利用车辆信息获取程序从车辆内设的存储器中获取车辆的车长、车宽、高速行驶最佳车速以及车辆的安全措施信息；
步骤二，通过定位模块结合双目摄像机获取的图像和激光雷达的图像，以及全球导航卫星系统的位置信息，制作高精度路面特征地图并进行实时更新；
步骤三，利用摄像机获取的实时图像，检测出车辆当前位置邻近区域的道路标识的边缘点；
步骤四，根据卡尔曼滤波定位模型及车辆的速率和偏航率估算车辆当前的粗略位置，并把高精度地图中相对车辆当前位置邻近区域的道路标识映射到摄像机获取的实时图像上；
步骤五，利用卡尔曼滤波定位模型对高精度地图中道路标识的线段采样点与图像中检测的边缘点进行最近距离间的匹配，得到车辆的最优位置估计，并实时采集车辆在驶入高速公路后的行驶状态；
步骤六，基于高速公路的线路图，通过轨迹估算算法，根据车辆在驶入高速公路的行驶状态以及确定的地理位置信息进行推导，得到车辆在高速公路的位置信息；
步骤七，通过高速路段信息获取模块利用高速路段信息获取程序从高速路数据库中获取车辆所在的高速路段的信息；
步骤八，通过图像采集模块利用设置在车辆前方和后方的摄像头分别进行汽车前方和汽车后方图像的采集；通过图像分析模块利用图像分析程序进行采集图像的分析；
步骤九，通过拥挤度判定模块利用拥挤度判定程序依照图像分析结构进行车辆所在高速路段拥挤度的判定；
步骤十，通过车速恒定模块利用车速稳定程序将车辆车速维持为一个恒定值；通过周边车辆车速推定模块进行采集图像的选择，选择包含车道线和护栏的环境图像；
步骤十一，利用周边车辆车速推定程序根据所述环境图像建立道路模型；通过所述车辆上安装的雷达获取所述车辆距离环境中护栏的距离；
步骤十二，根据所述距离和所述车辆的尺寸信息，确定所述车辆在所述道路模型中的模拟位置；
步骤十三，根据所述车辆在所述道路模型中的模拟位置，确定所述车辆距离所述车道线的目标距离；同时进行本车辆与另一车辆直线距离的计算，并依照图像分析结果推定得到周边车辆车速；
步骤十四，通过地面障碍物探测模块利用探测器进行地面障碍物的探测，得到障碍物所在车道；通过安全评估模块利用安全评估程序综合道路拥挤度、周边车辆车速、地面障碍物进行高速路段的安全评估；
步骤十五，通过数据存储模块利用车辆内设的存储器存储获取的车辆信息、车辆位置信息、高速路段信息、汽车前方和汽车后方图像、图像分析结果、拥挤度判定结果、恒定车速、周边车辆车速的推定数据、地面障碍物探测结果以及安全评估结果；
步骤十六，通过显示模块利用显示器显示获取的车辆信息、车辆位置信息、高速路段信息、汽车前方和汽车后方图像、图像分析结果、拥挤度判定结果、恒定车速、周边车辆车速的推定数据、地面障碍物探测结果以及安全评估结果的实时数据。


2.如权利要求1所述的高速公路安全态势评估方法，其特征在于，步骤二中，所述制作高精度路面特征地图并进行实时更新的方法，包括：
(I)获取与路面对应的视频信息，并通过模型构建程序构建与所述视频信息对应的路面元素的三维模型；
(II)通过构建的三维模型对路面元素进行合并处理，获得所述高精度路面特征地图；
(III)根据所述视频信息和所述高精度路面特征地图的地图数据判断所述路面是否存在待更新路面元素；若存在所述待更新路面元素，则根据所述视频信息对所述高精度路面特征地图的地图数据进行更新。


3.如权利要求2所述的高速公路安全态势评估方法，其特征在于，步骤(II)中，所述通过构建的三维模型对路面元素进行合并处理的方法，包括：
i)分别从所述三维模型和所述高精度路面特征地图的地图数据中选取至少两个路面元素，其中，所述三维模型的至少两个路面元素与所述高精度路面特征地图的地图数据的至少两个路面元素相同；
ii)获取所述待更新路面元素与从所述三维模型中选取的路面元素之间的位置关系；根据所述位置关系和选取的路面元素的属性信息，在所述高精度路面特征地图的地图数据中更新所述待更新路面元素。


4.如权利要求1所述的高速公路安全态势评估方法，其特征在于，步骤六中，所述车辆所在的高速路段的信息包括：车道条数、车道宽度、限速信息、禁止信息。


5.如权利要求1所述的高速公路安全态势评估方法，其特征在于，步骤八中，所述通过图像分析模块利用图像分析程序进行采集图像分析的方法，包括：
(a)进行采集图像的获取，并对获取的图像进...

【专利技术属性】
技术研发人员：亓凌，王长华，陶杰，林宣阳，吕亚伟，蒋铯琦，
申请(专利权)人：浙江省机电设计研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33