CN106530890A - 一种基于车辆位姿与轨迹感知的智能驾驶训练***及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于车辆位姿与轨迹感知的智能驾驶训练***及方法。该***包括:车载智能训练子***、数据处理子***、运行管控子***以及***级数据通信子***。通过对驾驶人训练过程中的数据进行采集并处理,实现对驾驶人驾驶行为的监控、分析、评价、反馈与指导。处理采集上报的驾驶人训练过程数据的过程,包括:建立车辆坐标系;确定车辆预设点分别在车辆坐标系中的坐标位置;获取车辆坐标系中的原点在场景坐标系中的相对坐标位置;确定车头方向的偏航角度;根据车辆预设点中除原点之外的每一个点在车辆坐标系中的坐标位置、车头方向的偏航角度、原点在场景坐标系中的相对坐标位置,计算除原点之外的每一个点,在场景坐标系中的相对坐标位置。
Description
技术领域
本发明涉及机动车驾驶训练技术领域,尤其涉及一种基于车辆位姿与轨迹感知的智能驾驶训练***及方法。
背景技术
机动车驾驶人培训是道路交通安全的第一道屏障。随着国民经济的飞速发展,我国正在快速迈向汽车社会,公众对驾驶技能训练与认证考试的需求呈现出井喷式发展。相对于社会公众对驾培驾考的巨量需求,我国在驾培驾考的技术手段、培训能力等诸多方面存在着明显的“瓶颈”与“短板”。当前,驾驶人培训方面仍主要采用“口传身教”的传统培训模式,由教练员采用人工方式对学员展开教学培训。面对新时期驾培驾考需求与社会信息化趋势,此种方式暴露出越来越多的问题:(1)培训效果与效率不高:由于缺乏必要的信息化技术手段,一些高度依赖学员自身体验的操作环节(如车辆半联动的状态感觉、倒车入库时的空间感等)往往很难由教练通过语言描述导入给学员,加之部分教练表达能力的不足以及学员理解能力的差异,易导致培训效率难以提高,培训效果不佳的现象;(2)对教练员能力与素质的依赖性过高:单纯依赖人工教学的培训方式必然导致对人的高度依赖,培训效果与质量严重依赖教练员的个人业务能力与职业操守,易导致培训质量的起伏与差异;(3)培训知识和经验难以有效积累和复制:具有丰富知识和经验的优秀教练员是驾培行业的稀缺资源,其知识和经验是驾培机构的宝贵财富,而人工培训的方式在相当程度上阻碍了驾培知识和经验积累、挖掘与复制推广;(4)标准化培训课程难以推行:一些优质驾校在长期实践中通过教学研究形成了完善的标准化课程体系,但人工教学方式往往造成标准课程体系在执行终端环节的失真、缩水。
此外,在驾驶培训过程中,通过在车上安装GPS定位天线,仅能够单纯地确定GPS天线所在的位置,而无法做到实时掌握车辆在训练场地和道路上的运动状态,以及车辆相对于道路标线和库位标线的位置和姿态,生成、存储并管理包含车辆整体轮廓和特殊点的运动轨迹。这是一个有待解决的问题。
发明内容
本发明提供一种基于车辆位姿与轨迹感知的智能驾驶训练***及方法,目的在于解决现有技术中训练效果差以及智能化低的问题。以及,如何精确的实时掌握车辆在训练场地和道路上的运动状态,车辆相对于道路标线和库位标线的位置和姿态,生成、存储并管理车辆运动轨迹的问题。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下:本发明提供了一种基于车辆位姿与轨迹感知的智能驾驶训练***,该***包括:车载智能训练子***、数据处理子***、运行管控子***以及***级数据通信子***;
车载智能训练子***安装于实际机动车之上,用于对驾驶人进行交互式驾驶训练以及采集上报驾驶人训练过程数据;
数据处理子***对基础信息进行管理,用于接收、存储与处理车载智能训练子***采集上报的训练过程数据;
运行管控子***对车辆***作和运行状态进行实时监控,并根据实际情况对被监控车辆进行***自动操控或人工远程操控;
车载智能训练子***通过***级数据通信子***与数据处理子***以及运行管控子***连接并实现双向信息互通;
其中,车载智能训练子***包括:车辆位姿与轨迹感知模块;车辆位姿与轨迹感知模块,包括:
坐标系建立子模块,用于建立车辆坐标系;
第一定位子模块,用于确定车辆预设点中每一个点分别在车辆坐标系中的坐标位置;以及获取车辆坐标系中的原点在场景坐标系中的相对坐标位置;
第二定位子模块,用于确定车头方向的偏航角度,其中,车头方向的偏航角度为车头方向偏离场景坐标系中预设的基准线的角度;
处理子模块,用于根据车辆预设点中除原点之外的每一个点在车辆坐标系中的坐标位置、车头方向的偏航角度以及原点在场景坐标系中的相对坐标位置,计算车辆预设点中除原点之外的每一个点,在场景坐标系中的相对坐标位置。
本发明的有益效果是:本发明紧密融合了数字化、信息化、人工智能、多媒体、虚拟现实等先进技术手段,直接安装、部署在真实的机动车上,通过智能化、多媒体、虚拟现实等先进技术手段展开基于实际机动车的教学训练活动,可以为驾驶技术受训学员提供直接、生动、直观、真实、智能、安全的驾驶技能训练课程,全部或部分替代人工教练员,提高训练质量与效率,降低训练成本;同时,本***可对学员训练过程的操作与学习数据进行采集,并上报中央数据处理***进行存储与分析;可对训练过程及车辆进行实时监视与管控。从而,在为机动车驾驶人训练提供数字化、多媒体、智能化先进手段的同时,为政府监管部门提供机动车驾驶人培训监管所需的数据支持。
此外,利用上述方法,可以实时掌握车辆在训练场地和道路上的运动状态,车辆相对于道路标线和库位标线的位置和姿态,生成、存储并管理车辆运动轨迹。以便后续根据学员当前的对车辆的操作行为做出适应性的指导,帮助学员在执行驾车过程中做出正确的操作,或对学员的不当操作进行提醒,分析不当操作的原因和影响,给出改进操作的建议,从而使学员快速掌握科学、规范、安全的驾驶技能。
进一步,第一定位子模块具体用于,接收车辆GPS天线发送的原点在场景坐标系中的相对坐标位置。
采用上述进一步的方案的有益技术效果在于,原点在场景坐标系中的相对坐标位置由车辆GPS天线发送,以便后续根据原点在场景坐标系中的相对坐标位置,确定车辆预设点中其他点在场景坐标系中的相对坐标位置。
进一步,处理子模块计算车辆预设点中除原点之外的第一点在场景坐标系中的相对坐标位置的公式如下:
X′=(x-x0)cos a-(y-y0)sin a+x0
Y′=(x-x0)sin a-(y-y0)cos a+y0
其中,X′为第一点在场景坐标系中的相对横坐标,x为第一点在车辆坐标系中的横坐标,x0为原点在场景坐标系中的相对横坐标,a为车头方向的偏航角度,Y′为第一点在场景坐标系中的相对纵坐标,y为第一点在车辆坐标系中的纵坐标,y0为原点在场景坐标系中的相对纵坐标,其中,第一点为车辆预设点中除原点之外的任意一点。
采用上述进一步的技术方案的有益技术效果在于,利用上述公式,可以精确的计算出车辆预设点中每一个点在场景坐标系中的相对坐标位置。
进一步的,车辆位姿与轨迹感知模块包括:至少一个第一定位子模块。
采用上述进一步的技术方案的有益技术效果在于:当第一定位子模块包括多个时,定位更加精确。
进一步的,车辆位姿与轨迹感知模块包括:至少一个第二定位子模块。
采用上述进一步的技术方案的有益技术效果在于:与上一步相类似的,当第二定位子模块包括多个时,同样可以使定位更加精确。
为解决上述技术问题,本发明还提供了一种基于车辆位姿与轨迹感知的智能驾驶训练方法,该方法包括:对驾驶人进行交互式驾驶训练以及采集上报驾驶人训练过程数据;
处理采集上报的驾驶人训练过程数据;
对车辆操作和运行状态进行实时监控,并根据处理后驾驶人训练过程数据对被监控车辆进行自动操控或人工远程操控;
处理采集上报的驾驶人训练过程数据,具体包括:
建立车辆坐标系;
确定车辆预设点中每一个点分别在所述车辆坐标系中的坐标位置;
获取车辆坐标系中的原点在场景坐标系中的相对坐标位置;
确定车头方向的偏航角度,其中,车头方向的偏航角度为车头方向偏离场景坐标系中预设的基准线的角度;
根据车辆预设点中除原点之外的每一个点在车辆坐标系中的坐标位置、车头方向的偏航角度以及原点在场景坐标系中的相对坐标位置,计算车辆预设点中除原点之外的每一个点,在场景坐标系中的相对坐标位置。
上述方案的有益技术效果在于,本发明紧密融合了数字化、信息化、人工智能、多媒体、虚拟现实等先进技术手段,直接安装、部署在真实的机动车上,通过智能化、多媒体、虚拟现实等先进技术手段展开基于实际机动车的教学训练活动,可以为驾驶技术受训学员提供直接、生动、直观、真实、智能、安全的驾驶技能训练课程,全部或部分替代人工教练员,提高训练质量与效率,降低训练成本;同时,本***可对学员训练过程的操作与学习数据进行采集,并上报中央数据处理***进行存储与分析;可对训练过程及车辆进行实时监视与管控。从而,在为机动车驾驶人训练提供数字化、多媒体、智能化先进手段的同时,为政府监管部门提供机动车驾驶人培训监管所需的数据支持。
此外,利用上述方法,可以实时掌握车辆在训练场地和道路上的运动状态,车辆相对于道路标线和库位标线的位置和姿态,生成、存储并管理车辆运动轨迹。以便后续根据学员当前的对车辆的操作行为做出适应性的指导,帮助学员在执行驾车过程中做出正确的操作,或对学员的不当操作进行提醒,分析不当操作的原因和影响,给出改进操作的建议,从而使学员快速掌握科学、规范、安全的驾驶技能。
进一步的,获取车辆坐标系中的原点在场景坐标系中的相对坐标位置,具体包括:
接收车辆GPS天线发送的原点在场景坐标系中的相对坐标位置。
采用上述进一步的方案的有益技术效果在于,原点在场景坐标系中的相对坐标位置由车辆GPS天线发送,以便后续根据原点在场景坐标系中的相对坐标位置,确定车辆预设点中其他点在场景坐标系中的相对坐标位置。
进一步的,根据车辆预设点中除原点之外的第一点在车辆坐标系中的坐标位置、车头方向的偏航角度以及原点在场景坐标系中的相对坐标位置,计算第一点在场景坐标系中的相对坐标位置的公式如下:
X′=(x-x0)cos a-(y-y0)sin a+x0
Y′=(x-x0)sin a-(y-y0)cos a+y0
其中,X′为第一点在场景坐标系中的相对横坐标,x为第一点在车辆坐标系中的横坐标,x0为原点在场景坐标系中的相对横坐标,a为车头方向的偏航角度,Y′为第一点在场景坐标系中的相对纵坐标,y为第一点在车辆坐标系中的纵坐标,y0为原点在场景坐标系中的相对纵坐标,其中,第一点为车辆预设点中除原点之外的任意一点。
采用上述进一步的技术方案的有益技术效果在于,利用上述公式,可以精确的计算出车辆预设点中每一个点在场景坐标系中的相对坐标位置。
附图说明
图1为实施例一提供的基于车辆位姿与轨迹感知的智能驾驶训练***的原理示意图;
图2为实施例一的基于车辆位姿与轨迹感知的智能驾驶训练***在网络版部署发行模式下的安装部署结构框图;
图3为实施例一的基于车辆位姿与轨迹感知的智能驾驶训练***在单车版部署发行模式下的安装部署结构框图;
图4为实施例一的车载智能训练子***的部署图;
图5为车辆位姿与轨迹感知模块的结构框图;
图6为实施例二的一种基于车辆位姿与轨迹感知的智能驾驶训练方法的流程示意图;
图7为处理采集上报的驾驶人训练过程数据的流程示意图。
具体实施方式
以下描述中,为了说明而不是为了限定,提出了诸如特定***结构、接口、技术之类的具体细节,以便透切理解本发明。然而,本领域的技术人员应当清楚,在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本发明。在其它情况中,省略对众所周知的***、电路以及方法的详细说明,以免不必要的细节妨碍本发明的描述。
实施例一
如图1所示,本实施例提出的一种基于车辆位姿与轨迹感知的智能驾驶训练***,包括车载智能训练子***100、数据处理子***200、运行管控子***300、***级数据通信子***400四个部分。
本实施例提供的一种基于车辆位姿与轨迹感知的智能驾驶训练***可采用网络版和单车板两种部署发行模式。其中:①在网络版部署发行模式下,如图2所示,车载智能训练子***100可同时部署在多个机动车上,数据处理子***200和运行管控子***300分别部署在不同的相互独立的中央服务器或共同部署在一台中央服务器上。三者之间通过***级数据通信子***400以有线或无线方式建立双向数据通信连接。此时,数据处理子***200同时面向多个车载智能训练子***提供数据接收、数据存储、数据查询、数据分析和数据传送服务;运行管控子***300提供对多台机动车的运行管控功能。②在单车版部署发行模式下,如图3所示,车载智能训练子***100、数据处理子***200、车辆管控子***300集中部署在同一台机动车上的一台或多台车载计算机上,通过***级数据通信子***400以有线/无线(当三个子***分别部署在2台或3台计算机上时)或内部程序调用(当三个子***部署在同一台计算机上时)的方式建立双向数据通信连接。此时,本实施例提供的基于车辆位姿与轨迹感知的智能驾驶训练***仅面向单台机动车提供全部功能服务。
如图4所示,车载智能训练子***100包括车载控制计算机101、驾驶人操作行为与车辆状态感知模块102、车辆位姿与轨迹感知模块103、驾驶人头部位姿感知模块104、智能化驾驶训练教学执行与决策评价模块105、多媒体3D虚拟现实人机交互模块106、数字化智能场地地图模块107、驾驶训练数据采集上报模块108、车辆安全控制模块109、车载智能训练子***级通信子模块110,其中,驾驶人操作行为与车辆状态感知模块102、车辆位姿与轨迹感知模块103、驾驶人头部位姿感知模块104的视频采集器1041、车辆安全控制模块109以及多媒体3D虚拟现实人机交互模块106的触摸显示屏通过车载智能训练子***级通信子模块110以有线或无线方式与车载智能训练子***100连接并实现双向信息交互,驾驶人头部位姿感知模块104的软件部分1042、多媒体3D虚拟现实人机交互模块106的软件部分,以及智能化驾驶训练教学执行与决策评价模块105、数字化智能场地地图模块107、驾驶训练数据采集上报模块108模块运行在车载智能训练子***100的车载计算机101上。
车载控制计算机101是车载智能训练子***100的主要运行平台,可以采用通用的便携式计算机、工业控制计算机以及其它能够满足***运行性能要求的计算机设备。
所述的驾驶人操作行为与车辆状态感知模块102通过部署在车辆不同部位的传感器以及数据采集器能够实时反映驾驶人操作车辆的行为、车辆***控机件所处状态以及车辆运行参数的信息,包括:左右转向灯开关状态信息、方向盘角度信息、车速、车辆加速度、发动机转速、驻车制动器开关状态、档位状态、汽车喇叭鸣放状态与鸣放持续时间等。驾驶人操作行为与车辆状态感知模块102将采集到的车辆操作状态信息通过有线或无线通道或内部集成调用方式,发送给车载控制计算机101,供车载智能训练子***100的相关模块调用。
所述的车辆位姿与轨迹感知模块103从定位***获取车辆基准点和基准轴在场地、道路中的位置及姿态信息,进而计算出车辆轮廓边界在场地、道路中的实际位置以及车辆前进方向的方向角,并提供给车载智能训练子***100的相关模块调用。
所述的驾驶人头部位姿感知模块104通过安装在车辆驾驶室合适位置的摄像头获取驾驶人头部图像,通过对驾驶人头部特定标识的图像处理解算出驾驶人的头部位姿,进而识别出目视前方、左侧头观察后视镜、右侧头观察后视镜、回头观察车辆后方、低头看档位、仰头、将头伸出车窗外等动作位姿,并将识别结果实时报送至智能化驾驶训练教学执行与决策评价模块105。
所述的智能化驾驶训练教学执行与决策评价模块105的实施方案描述如下:
(1)安装运行平台:模块105安装在车载计算机101上。
(2)教学模式:模块105在教学模式上,采用带有闭环反馈的智能化、多通道交互式教学模式。在教学训练交互通道设计上,采用多媒体视频、语音和三维交互图形界面构建智能化、互动式教学环境;在教学逻辑控制上,模块105的教学引导***首先按照课程教学控制逻辑指导驾驶人进行训练操作,同时,根据驾驶人操作行为与车辆状态感知模块102、车辆位姿与轨迹感知模块103、驾驶人头部位姿感知模块104反馈的信号,再按照知识库中设计的智能逻辑,对驾驶人的驾驶行为进行识别,并进一步做出反馈响应,智能化指导驾驶人进行后续操作或调整,从而实现互动式智能教学。
(3)课程内容设计:模块105在训练课程内容设计上,覆盖了学员熟练、安全驾驶机动车辆并通过各类驾驶执照考试所需知识与技能的训练课程。
(4)教学技法设计:模块105在教学技法的设计上,采用了渐进式方案,帮助学员由易到难、由简单到复杂地渐进掌握驾驶知识和技能:首先,以多媒体教学视频方式进行操作项目的初步讲解,并基于三维数字化虚拟现实场景,对操作要领进行详细讲解;随后,按步骤详细指导驾驶人进行操作,并根据获取的驾驶人操作情况做出智能化互动与反馈,纠正驾驶人错误操作,分析驾驶人错误原因,提醒驾驶人进行下一步操作;之后,由驾驶人自主进行操作,***对操作过程进行监控,当发现操作错误时,及时提醒驾驶人所犯错误以及纠正措施;最后,进入模拟考试阶段,驾驶人完全自主进行驾驶操作,***在操作过程中不给出任何提示性信息,在操作完成后按照标准考试准则给出量化评分,判断驾驶人是否已熟练掌握机动车驾驶技能,并给出模拟考试是否通过的结论。
(5)可视化反馈功能设计:在学员训练过程中,对学员操作车辆的轨迹信息进行采集与存储,在学员完成驾驶操作后,将轨迹数据传送至多媒体3D虚拟现实人机交互模块106进行可视化轨迹回放,以帮助学员分析操作中存在的问题。
(6)智能化分析评价功能设计:模块105还设计了对驾驶人操作车辆轨迹的评价与分析的功能。可根据驾驶人操作行为与车辆状态感知模块102、车辆位姿与轨迹感知模块103、驾驶人头部位姿感知模块104等传来的参数,结合场地或道路电子地图,判断驾驶人驾驶行为的合理性、合规性。并且,基于知识库,识别驾驶过程中的问题及原因,给出智能化反馈意见和分析报告。
所述的多媒体3D虚拟现实人机交互模块106中在实现机制上采用了数字化车辆模型和数字场景地图相结合的技术,首先建立了机动车的三维全息数字仿真模型,数字仿真模型在外形尺寸、轮廓、材质、颜色,以及内部空间与零部件(方向盘、仪表板、座椅、前后风挡玻璃、车窗玻璃、前后雨刮器、左后视镜、中后视镜、右后视镜、档位、油门踏板、离合器踏板、制动踏板、驻车制动器、车轮)等细节方面与真实机动车辆完全保持一致。进而将车辆数字模型植入基于场地电子地图构建的三维场景中,构造出基于多窗口的虚拟现实交互场景。基于多窗口的虚拟现实交互场景,分别提供了外部正上方俯视、外部后上方俯视、内部驾驶人眼睛视角等多种视角场景,并与驾驶人及车辆所处的真实场景保持实时、完全、同步仿真显示。借助三维虚拟现实场景,模块106设计了基于多窗口的虚拟现实交互场景的讲解同步指引功能,在智能化驾驶训练教学执行与决策评价模块105进行操作讲解的过程中,同步播放基于多窗口虚拟现实交互场景的标准操作过程,同时,对讲解中所提及的相关要素进行同步加亮显示并闪烁,帮助受训驾驶人准确理解操作要领。
所述的数字化智能场地地图模块107中提供了对机动车驾驶训练场地地图、道路地图、车辆标准轨迹、车辆外形轮廓的测绘和管理功能。在场地与道路测绘方面,利用定位***采集场地、道路中的各项设施、科目及相关要素的空间坐标,进而通过对坐标的存储与处理,实现对机动车驾驶场地、道路等的数字化描述。在对机动车驾驶标准轨迹的采集与记录的方面,利用安装在车辆上的定位***获取车辆的运动轨迹数据,从而进行标准行驶轨迹的采集与记录;在对机动车轮廓边界的测绘功能的实现方式上,通过采集定位***反馈的车身轮廓边界点坐标,绘制车身轮廓电子地图。
所述的驾驶训练数据采集上报模块108可采集机动车驾驶人在训练期间的过程数据,包括受训人、训练任务、开始时间、结束时间、车辆实际轨迹、训练结果等;在数据采集实现机制上,对于受训人、训练任务、开始时间、结束时间、训练结果等信息,模块108通过和智能化驾驶训练教学执行与决策评价模块105的内部数据集成获得;模块108将采集到的机动车驾驶人训练过程数据上传到数据处理子***200进行统一存储与管理。
所述的车辆安全控制模块109负责对车辆和***运行进行安全控制。模块109通过和驾驶人操作行为与车辆状态感知模块102、车辆位姿与轨迹感知模块103的集成实时获取车辆的操控状态信息,并按照预先设定的风险控制规则进行主动的智能安全控制,当车辆操控状态达到规定的危险状态时,根据危险程度,自动做出适当的安全响应和控制措施,包括:降低车辆速度、切断油路、制动车辆、停止车辆运行等;模块109与运行管控子***300之间亦建立了数据连接,按照约定的格式接收来自运行管控子***发来的控制指令,对车辆进行管控。
优选的,如图5所示,图5为车辆位姿与轨迹感知模块的结构框图。车辆位姿与轨迹感知模块103,具体可以包括:坐标系建立子模块、第一定位子模块、第二定位子模块以及处理子模块。
其中,坐标系建立子模块,用于建立车辆坐标系。
具体的,首先在车辆上设置一定数量的点,预设点中多点连线范围能够尽量涉及到车辆的周身表面(包括车轮,这里的车辆表面指的是在外部所能看到的车辆所有的面)。在车辆上建立车辆坐标系,其中车辆坐标系的原点可以为预设点中的一个点。
第一定位子模块,用于确定车辆预设点中每一个点分别在车辆坐标系中的坐标位置;以及获取车辆坐标系中的原点在场景坐标系中的相对坐标位置。
具体的,当车辆坐标系确定后,第一定位子模块可以直接确定车辆预设点中除原点之外的其他点在车辆坐标系中的坐标位置。
优选的,第一定位子模块获取原点在场景坐标系中的相对坐标位置时,可以直接通过车辆GPS天线获取。也即是,接收车辆GPS天线发送的原点在场景坐标系中的相对坐标位置。需要说明的是,本文中所定义的场景坐标系是人为建立的一个场景坐标系。例如,在驾驶培训过程中,在训练场地上安装一个GPS,以GPS天线所在位置为原点,建立的一个训练场地坐标系。
第二定位子模块,用于确定车头方向的偏航角度。具体的,车头方向的偏航角度为车头方向偏离场景坐标系中预设的基准线的角度。这里的基准线可以为任意角度、任意方向的基准线,在本申请文件中不做任何限定。而在一个具体的实施例中,可以以场景坐标系中的y轴方向作为基准线。又或者,因为场景坐标系本身就是人为建立的,那么还可以以实际方向中的正北方向作为场景坐标系中的基准线。
处理子模块,用于根据车辆预设点中除原点之外的每一个点在车辆坐标系中的坐标位置、车头方向的偏航角度以及原点在场景坐标系中的相对坐标位置,计算车辆预设点中除原点之外的每一个点,在场景坐标系中的相对坐标位置。
具体的,处理子模块计算车辆预设点中除原点之外的第一点在场景坐标系中的相对坐标位置的公式可以由式1-1表示:
其中,X′为第一点在场景坐标系中的相对横坐标,x为第一点在车辆坐标系中的横坐标,x0为原点在场景坐标系中的相对横坐标,a为车头方向的偏航角度,Y′为第一点在场景坐标系中的相对纵坐标,y为第一点在车辆坐标系中的纵坐标,y0为原点在场景坐标系中的相对纵坐标,其中,第一点为车辆预设点中除原点之外的任意一点。
由公式1-1可以看出,只要清楚车辆预设点中任一点在车辆坐标系中的坐标,车头方向的偏航角度以及原点在场景坐标系中的相对坐标位置,就可以利用该公式精确的计算出车辆预设点中任意一点的坐标位置。
进一步优选的,为了能够将车辆周身的位置定位的更加准确,该装置中可以包括至少一个第一定位子模块。也可以包括至少一个第二定位子模块。这里的第一定位子模块和第二定位子模块相结合使用,使的获取的车辆预设点的坐标位置更加精确,获取的车头方向的偏航角度也更加准确。通过精准的获取基站经纬度坐标和经过一系列数学模型计算,获取高精度的坐标位置。
在本申请文件中,上述第一定位子模块和第二定位子模块在实际应用中,优选的,可以采用GPS作为定位装置。通过GPS工作原理,可得出两个天线位置距离越远,定位越准确。为了能够定位更加准确,优选的,可以将两个GPS的天线在车辆的前后各安装一个,前面的GPS天线安放在车辆顶棚靠近前玻璃交界处的中心位置,第二个GPS天线则放在车辆顶棚靠近与后玻璃交界处中心位置。车辆坐标系的原点可以设置在第二个GPS天线安放的位置,随着车辆的移动,基准位置(原点)也将随之移动。但是,通过上述公式,则可以通过移动量计算出相应真实的车辆位置。
为便于安装,也可以将两个GPS天线横向对称安装于车顶之上,使两个GPS天线的连线垂直于车辆纵向中心线。上述两种安装GPS的方式只是具体的示例,而并非局限于这两种方式。其他安装方式同样适用,本申请文件中不做任何限定。
所述的数据处理子***200构建在通用的数据库平台上,实现对多媒体教学课件资源、场地电子地图、驾驶人信息、机动车信息、驾培机构信息等基础信息进行管理,亦可接收车载智能训练子***100通过***级数据通信子***400上报的训练过程数据进行接收、存储与管理等功能。
所述的运行管控子***300可对车辆操作和运行状态进行实时监控,可通过接收车载智能训练子***100通过***级数据通信子***400传来的车辆训练和操控数据,在屏幕上动态显示车辆在训练场地上的位置和运动信息,以及车辆运行参数;运行管控子***300通过与车辆安全管控模块109之间建立的数据链路实现对车辆的远程控制。
所述的***级数据通信子***400基于通用的局域网或广域网通讯技术搭建数据链路,以支持车载智能训练子***100、数据处理子***200、运行管控子***300之间的数据交互需求。可使用的网络通讯技术包括但不限于园区无线局域网、有线局域网、电信宽带、2G/3G/4G移动网、无线电台等多种形式。
本发明实施例提供的一种基于车辆位姿与轨迹感知的智能驾驶训练***,紧密融合了数字化、信息化、人工智能、多媒体、虚拟现实等先进技术手段,直接安装、部署在真实的机动车上,通过智能化、多媒体、虚拟现实等先进技术手段展开基于实际机动车的教学训练活动,可以为驾驶技术受训学员提供直接、生动、直观、真实、智能、安全的驾驶技能训练课程,全部或部分替代人工教练员,提高训练质量与效率,降低训练成本;同时,本***可对学员训练过程的操作与学习数据进行采集,并上报中央数据处理***进行存储与分析;可对训练过程及车辆进行实时监视与管控。从而,在为机动车驾驶人训练提供数字化、多媒体、智能化先进手段的同时,为政府监管部门提供机动车驾驶人培训监管所需的数据支持。
此外,利用上述方法,可以实时掌握车辆在训练场地和道路上的运动状态,车辆相对于道路标线和库位标线的位置和姿态,生成、存储并管理车辆运动轨迹。以便后续根据学员当前的对车辆的操作行为做出适应性的指导,帮助学员在执行驾车过程中做出正确的操作,或对学员的不当操作进行提醒,分析不当操作的原因和影响,给出改进操作的建议,从而使学员快速掌握科学、规范、安全的驾驶技能。
实施例二
与上述一种基于车辆位姿与轨迹感知的智能驾驶训练***相对应的,本发明实施例还提供了一种基于车辆位姿与轨迹感知的智能驾驶训练方法。具体如图6所示,图6为本实施例提供的一种基于车辆位姿与轨迹感知的智能驾驶训练方法的流程示意图,该方法包括:
步骤61,对驾驶人进行交互式驾驶训练以及采集上报驾驶人训练过程数据。
步骤62,处理采集上报的驾驶人训练过程数据。
步骤63,对车辆操作和运行状态进行实时监控,并根据处理后驾驶人训练过程数据对被监控车辆进行自动操控或人工远程操控。
其中,步骤61和步骤63并不是本申请文件着重研究的重点,而且,在上文中对应的***部分也有做了对应介绍,所以这里不在详细介绍。下文中将着重步骤62的具体实现过程。
具体的,处理所采集上报的驾驶人训练过程数据,具体可以包括:步骤621至步骤625。具体如图7所示,图7为处理采集上报的驾驶人训练过程数据的流程示意图。
步骤621,建立车辆坐标系。
具体的,首先在车辆上设置一定数量的点,数量点数不计,预设点中多点连线范围能够尽量涉及到车辆的周身表面即可(包括车轮,这里的车辆表面指的是在外部所能看到的车辆所有的面)。在车辆上建立车辆坐标系,其中车辆坐标系的原点可以为预设点中的一个点。
步骤622,确定车辆预设点中每一个点分别在车辆坐标系中的坐标位置。
具体的,当车辆坐标系确定后,根据第一定位子模块则可以轻易的确定车辆预设点中除原点之外的其他点分别在车辆坐标系中的坐标位置。
步骤633,获取车辆坐标系中的原点在场景坐标系中的相对坐标位置。
具体的,步骤622之后,还需要获取原点在场景坐标系中的相对坐标位置,以便于后续根据原点在场景坐标系中的相对坐标位置,以及其他参数,确定车辆预设点中除原点之外的其他点分别在车辆坐标系中的坐标位置。获取的方式则可以通过车辆GPS天线获取。也即是,接收车辆GPS天线发送的原点在场景坐标系中的相对坐标位置。需要说明的是,本文中所定义的场景坐标系是人为建立的一个场景坐标系。例如,在驾驶培训过程中,在训练场地上安装一个GPS,以GPS天线所在位置为原点,建立的一个训练场地坐标系。
步骤624,确定车头方向的偏航角度。
其中,车头方向的偏航角度为车头方向偏离场景坐标系中预设的基准线的角度。这里的基准线可以为任意角度、任意方向的基准线,在本申请文件中不做任何限定。而在一个具体的实施例中,可以以场景坐标系中的y轴方向作为基准线。又或者,因为场景坐标系本身就是人为建立的,那么还可以以实际方向中的正北方向作为场景坐标系中的基准线。
步骤625,根据车辆预设点中除原点之外的每一个点在车辆坐标系中的坐标位置、车头方向的偏航角度以及原点在场景坐标系中的相对坐标位置,计算车辆预设点中除原点之外的每一个点,在场景坐标系中的相对坐标位置。
具体的,计算第一点在场景坐标系中的相对坐标位置的公式如下可以由公式2-1表示,具体如下:
其中,X′为第一点在场景坐标系中的相对横坐标,x为第一点在车辆坐标系中的横坐标,x0为原点在场景坐标系中的相对横坐标,a为车头方向的偏航角度,Y′为第一点在场景坐标系中的相对纵坐标,y为第一点在车辆坐标系中的纵坐标,y0为原点在场景坐标系中的相对纵坐标,其中,第一点为车辆预设点中除原点之外的任意一点。
当然,读者应理解,上述根据控制指令执行的部分或者全部动作可以在步骤62中实现,也可以在步骤63中实现。这里不做限制。
本实施例的基于车辆位姿与轨迹感知的智能驾驶训练方法可以应用到现实的很多中情况中,其中,应用尤为明显的是:在驾驶学员培训过程中,由于在培训过程中包括倒车入库,直角转弯等等。在执行过程中,很容易出现倒车入库,或者直角转弯过程中压线。那么,在培训过程中,利用该方法,可以实时掌握车辆在训练场地和道路上的运动状态,车辆相对于道路标线和库位标线的位置和姿态,生成、存储并管理车辆运动轨迹。以便后续根据学员当前的对车辆的操作行为做出适应性的指导,帮助学员在执行驾车过程中做出正确的操作,或对学员的不当操作进行提醒,分析不当操作的原因和影响,给出改进操作的建议,从而使学员快速掌握科学、规范、安全的驾驶技能。
本发明实施例提供的基于车辆位姿与轨迹感知的智能驾驶训练方法,是与上述一种基于车辆位姿与轨迹感知的智能驾驶训练***相对应的,也即是方法中的每一个步骤,均可以在上述***中找到相应的装置或者模块,或者子模块来实现。且是一一对应的。这里将不在赘述。
本发明实施例提供的一种基于车辆位姿与轨迹感知的智能驾驶训练方法一种基于车辆位姿与轨迹感知的智能驾驶训练方法,紧密融合了数字化、信息化、人工智能、多媒体、虚拟现实等先进技术手段,直接安装、部署在真实的机动车上,通过智能化、多媒体、虚拟现实等先进技术手段展开基于实际机动车的教学训练活动,可以为驾驶技术受训学员提供直接、生动、直观、真实、智能、安全的驾驶技能训练课程,全部或部分替代人工教练员,提高训练质量与效率,降低训练成本;同时,本***可对学员训练过程的操作与学习数据进行采集,并上报中央数据处理***进行存储与分析;可对训练过程及车辆进行实时监视与管控。从而,在为机动车驾驶人训练提供数字化、多媒体、智能化先进手段的同时,为政府监管部门提供机动车驾驶人培训监管所需的数据支持。
读者应理解,在本说明书的描述中,参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中,对上述术语的示意性表述不必针对的是相同的实施例或示例。而且,描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外,在不相互矛盾的情况下,本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例,可以理解的是,上述实施例是示例性的,不能理解为对本发明的限制,本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (8)
1.一种基于车辆位姿与轨迹感知的智能驾驶训练***,其特征在于,所述***包括:
车载智能训练子***、数据处理子***、运行管控子***以及***级数据通信子***;
所述车载智能训练子***安装于实际机动车之上,用于对驾驶人进行交互式驾驶训练以及采集上报驾驶人训练过程数据;
所述数据处理子***对基础信息进行管理,用于接收、存储与处理所述车载智能训练子***采集上报的训练过程数据;
所述运行管控子***对车辆***作和运行状态进行实时监控,并根据实际情况对被监控车辆进行***自动操控或人工远程操控;
所述车载智能训练子***通过***级数据通信子***与数据处理子***以及运行管控子***连接并实现双向信息互通;
其中,所述车载智能训练子***包括:车辆位姿与轨迹感知模块;所述车辆位姿与轨迹感知模块,包括:
坐标系建立子模块,用于建立车辆坐标系;
第一定位子模块,用于确定车辆预设点中每一个点分别在所述车辆坐标系中的坐标位置;以及获取所述车辆坐标系中的原点在场景坐标系中的相对坐标位置;
第二定位子模块,用于确定所述车头方向的偏航角度,其中,所述车头方向的偏航角度为所述车头方向偏离所述场景坐标系中预设的基准线的角度;
处理子模块,用于根据所述车辆预设点中除所述原点之外的每一个点在所述车辆坐标系中的坐标位置、所述车头方向的偏航角度以及所述原点在所述场景坐标系中的相对坐标位置,计算所述车辆预设点中除所述原点之外的每一个点,在所述场景坐标系中的相对坐标位置。
2.根据权利要求1所述的***,其特征在于,所述第一定位子模块具体用于,接收车辆GPS天线发送的所述原点在所述场景坐标系中的相对坐标位置。
3.根据权利要求1或2所述的***,其特征在于,所述处理子模块计算所述车辆预设点中除所述原点之外的第一点在所述场景坐标系中的相对坐标位置的公式如下:
X′=(x-x0)cos a-(y-y0)sin a+x0
Y′=(x-x0)sin a-(y-y0)cos a+y0
其中,X′为所述第一点在所述场景坐标系中的相对横坐标,x为所述第一点在所述车辆坐标系中的横坐标,x0为所述原点在所述场景坐标系中的相对横坐标,a为所述车头方向的偏航角度,Y′为所述第一点在所述场景坐标系中的相对纵坐标,y为所述第一点在所述车辆坐标系中的纵坐标,y0为所述原点在所述场景坐标系中的相对纵坐标,其中,所述第一点为所述车辆预设点中除所述原点之外的任意一点。
4.根据权利要求1或2所述的***,其特征在于,所述车辆位姿与轨迹感知模块包括:至少一个第一定位子模块。
5.根据权利要求1或2所述的***,其特征在于,所述车辆位姿与轨迹感知模块包括:至少一个第二定位子模块。
6.一种基于车辆位姿与轨迹感知的智能驾驶训练方法,其特征在于,所述方法包括:
对驾驶人进行交互式驾驶训练以及采集上报驾驶人训练过程数据;
处理所述采集上报的驾驶人训练过程数据;
对车辆操作和运行状态进行实时监控,并根据处理后驾驶人训练过程数据对被监控车辆进行自动操控或人工远程操控;
所述处理所述采集上报的驾驶人训练过程数据,具体包括:
建立车辆坐标系;
确定车辆预设点中每一个点分别在所述车辆坐标系中的坐标位置;
获取所述车辆坐标系中的原点在场景坐标系中的相对坐标位置;
确定所述车头方向的偏航角度,其中,所述车头方向的偏航角度为所述车头方向偏离所述场景坐标系中预设的基准线的角度;
根据所述车辆预设点中除所述原点之外的每一个点在所述车辆坐标系中的坐标位置、所述车头方向的偏航角度以及所述原点在所述场景坐标系中的相对坐标位置,计算所述车辆预设点中除所述原点之外的每一个点,在所述场景坐标系中的相对坐标位置。
7.根据权利要求6所述的方法,其特征在于,获取所述车辆坐标系中的原点在场景坐标系中的相对坐标位置,具体包括:
接收车辆GPS天线发送的所述原点在所述场景坐标系中的相对坐标位置。
8.根据权利要求6或7所述的方法,其特征在于,根据所述车辆预设点中除所述原点之外的第一点在所述车辆坐标系中的坐标位置、所述车头方向的偏航角度以及所述原点在所述场景坐标系中的相对坐标位置,计算所述第一点在所述场景坐标系中的相对坐标位置的公式如下:
X′=(x-x0)cos a-(y-y0)sin a+x0
Y′=(x-x0)sin a-(y-y0)cos a+y0
其中,X′为所述第一点在所述场景坐标系中的相对横坐标,x为所述第一点在所述车辆坐标系中的横坐标,x0为所述原点在所述场景坐标系中的相对横坐标,a为所述车头方向的偏航角度,Y′为所述第一点在所述场景坐标系中的相对纵坐标,y为所述第一点在所述车辆坐标系中的纵坐标,y0为所述原点在所述场景坐标系中的相对纵坐标,其中,所述第一点为所述车辆预设点中除所述原点之外的任意一点。
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