CN113393594A - 一种基于周边物体碰撞风险的汽车可视化安全态势感知方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于周边物体碰撞风险的汽车可视化安全态势感知方法。该方法包含四个步骤，具体为：1、通过传感器获得汽车周边物体的几何信息和运动信息；2、处理汽车周边物体的几何信息和运动信息，抽象为简单几何体和相对运动信息；3、根据物体于汽车碰撞的可能性和碰撞的危害程度，判别汽车周边各物体的安全风险；4、综合各物体的安全风险，判别汽车的安全风险级别。

Description

一种基于周边物体碰撞风险的汽车可视化安全态势感知方法

所属技术领域

本发明涉及有人驾驶或无人驾驶汽车，尤其是在有人驾驶或无人驾驶汽车行驶过程中，定量评价周边物体对汽车安全性的综合影响，可以将该信息反馈给汽车驾驶员或自动驾驶***，进而对汽车进行正确的操作，最大限度避免安全事故的发生。本发明属于汽车安全性技术领域。

背景技术

高速行驶的汽车，周边的汽车、人、石块、护栏等物体都对汽车构成安全威胁，正确识别和精确评价这些物体对汽车安全的影响，对于实现汽车的安全行驶，保障成员安全具有重要的意义。近年来，随着汽车电子技术的发展，汽车周边景物的图像信息可以通过摄像头传递给驾驶员，由驾驶员通过经验判断安全性影响，并及时控制汽车，避免安全事故的发生。但汽车在高速行驶的过程中，图像信息难以精确判读，且需要一定的判读时间并分散驾驶员的注意力，而安全事故往往在一瞬间发生，这种以图像为主的安全提示方式，并不能有效解决安全性问题，此外影响汽车安全的各类因素往往是综合在一起的，人很难在短时间内进行判断。鉴于此，本发明提出一种汽车周边物体安全影响风险可视化的安全态势感知方法，该方法设计一种汽车安全态势图，依据这种态势图，可以给出当前汽车所处的安全风险级别、主要的安全威胁对象、以及其动态变化的趋势。依据这些信息，驾驶员可以快速判读汽车的安全情况和主要影响因素，进而采取有效措施，避免安全事故发生。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于周边物体碰撞风险的汽车可视化安全态势感知方法，其流程见图1。该方法设计了一种汽车安全态势图(见图2)，对汽车行驶过程中各周边物体可能对汽车安全造成的影响进行识别和风险定量化分析，定量评价当前汽车所处的安全风险级别，并通过颜色、闪烁和声音信息进行提示。依据这种汽车安全态势图，可以给出当前汽车所处的安全风险级别、主要的安全威胁对象以及其动态变化的趋势。依据这些信息，驾驶员可以快速判读汽车的安全情况和主要影响因素，进而采取有效的措施，避免安全事故发生。

本发明一种基于周边物体碰撞风险的汽车可视化安全态势感知方法按照以下四个步骤进行：

步骤一：识别汽车周边物体及其几何信息和运动信息。在汽车上布置相关的传感器，能够快速地扫描识别周边特定范围内尺寸大于特定阈值的物体，作为潜在安全威胁物体(PSTOs)，并精确测量PSTOs的长度、宽度、高度、距离本车的最小距离、对地速度和加速度等信息。

步骤二：处理汽车周边物体的几何信息和运动信息。对物体几何信息进行简化，将物体的轮廓抽象为矩形，同时以本汽车为运动参照系，计算PSTOs相对的运动信息，包括相对运动的方向、速度和加速度。

步骤三：判别PSTOs的安全威胁风险。根据其相对运动的方向，判断是否具有与本车发生碰撞的趋势，并计算可能发生碰撞的时间，据此判定安全事故发生可能性等级，即可能碰撞的时间越短，发生碰撞的概率越大，安全事故发生可能性等级越高；根据周边物体的大小和可能的碰撞部位，判定碰撞的危害严重程度级别，即安全危害等级。然后，通过安全事故发生可能性等级和安全危害等级判别PSTOs的安全威胁风险。

步骤四：综合判别汽车的安全风险级别。基于汽车周边各PSTOs的安全风险，对汽车整体的安全风险进行综合分析与评估，划分不同的风险级别，给出安全报警。

本发明的主要优点是：将复杂的汽车周边物体及其安全影响信息转化为简单的几何体及其颜色信息，可让汽车驾驶员快速判读安全威胁所处的位置、发展的趋势和安全风险的级别等信息，为安全反应赢得宝贵的时间，可降低汽车安全事故发生的概率。相关的安全信息，也为汽车自动驾驶的训练提供样本。

附图说明

图1一种基于周边物体碰撞风险的汽车可视化安全态势感知方法流程图

图2汽车安全态势图

图3选定物体碰撞时间分析图

图4汽车的安全风险级别图

图5汽车可视化安全态势用户界面

具体实施方式

汽车高速行驶过程中，安全性的影响主要来源于PSTOs。需要根据PSTOs的几何尺寸和相对运动情况，判断其对汽车安全的综合影响程度，并给出安全风险的定量评价方法。据此判断汽车当前的安全状态和发展趋势，进而采取有效的控制措施，防患于未然。具体实施方式如下：

步骤一：通过相关传感器识别汽车周边物体的几何信息和运动信息

具体的实施步骤如下：

1、在汽车上布置相关传感器

这些传感器应满足如下的技术要求：

(1)可在高速行驶的汽车上应用，可根据传感器的测量限制条件，设置最高车速上限v_T(v_T>0)；

(2)能够快速识别周边360度，指定的半径D_t(D_t≥0)范围内的物体并快速准确测量位置信息、几何信息和运动信息；

(3)能够在沙尘、雨雪、浓雾等气象条件下工作；

(4)能够识别人(骑车)、机动车、护栏、沙桶、动物、树木、花草、石块等物体。

2、扫描识别周边的物体并生成选定物体集合

设定PSTOs的选定直径阈值为d₀(d₀>0)，当汽车周围的某个物体的最大包容直径d_i≥d₀(i为正整数)时，该物体作为PSTOs成员s_i，所有的选定成员构成PSTOs集合S(以下简称S)。人(含骑车的人)必须列入选定物体集合。

3、扫描测量S中所有成员的几何参数

利用车上传感器，扫描测量S中所有物体的几何参数信息，包括长度L_i、宽度W_i、高度H_i(i均为正整数)，记作(L_i,W_i,H_i)。

4、扫描测量所有选定物体的位置参数

如图2所示，以汽车中心点为极点，汽车行驶方向为0线，建立极坐标系。利用车上传感器，扫描测量S中所有物体中心点的极坐标参数(r_i,θ_i)。

5、测量周边物体的运动信息

以地面为参照系，扫描测量S中所有物体的速度矢量

和加速度矢量

步骤二：处理S中所有物体的几何信息和运动信息。

具体实施步骤如下：

1、处理所有选定物体集合位置和几何信息

根据几何参数(L_i,W_i,H_i)，对S中的物体几何信息进行简化，将其抽象为较简单的矩形，并计算矩形四个点的极坐标。如图2所示，得到所有选定物体集合在极坐标系中的位置和几何信息。

2、处理S中所有物体的运动信息

令本汽车为运动参考系，根据汽车自身的速度、方向数据，以及传感器测量的S中的物体相对地面的运动数据，计算出S中所有物体相对于汽车的速度、加速度和方向等数据。

步骤三：判别S中所有物体对汽车的安全威胁风险。

具体实施步骤如下：

1、计算S中任意一个物体i的安全危害等级C_i

首先，根据选定物体的大小计算其安全危害等级；然后，根据可能与汽车发生碰撞的部位，进行危害等级加权。其中定义投影面积为相应物体的侧面积，汽车投影面积同理。

(1)若选定物体为人，则初始危险等级C_i＝3；

(2)若选定物体非人，且物体的投影面积≥汽车投影面积，则危险等级C_i＝3；

(3)若选定物体非人，且1/2汽车投影面积≤物体的投影面积≤汽车投影面积，则初始危险等级C_i＝[1+2×物体的投影面积/汽车投影面积]；

(4)若选定物体非人，且物体的投影面积≤1/2汽车投影面积，初始危险等级C_i＝[2×物体的投影面积/汽车投影面积]。

根据物体可能与本汽车碰撞的位置，对危险进行加权，设定的危险加权系数为：车头2、车侧3、车尾1。加权系数可根据车型与品牌不同可以适当改变。

安全危害等级＝初始危险等级×危险加权系数

2、计算S中任意一个物体i的安全事故发生可能性等级P_i

汽车周边物体与汽车发生碰撞的可能性与物体可能碰撞到汽车的时间反相关，即可能发生碰撞的时间越短，碰撞发生的可能性越大；可能发生碰撞的时间越长，碰撞发生的可能性越小。

(1)在直角坐标中分解速度和加速度矢量，然后根据周围物体的速度和加速度矢量，计算可能碰撞的时间Tc，如图3所示。计算公式如下：

其中，

表示选定物体i在Y轴方向上的速度；

表示选定物体i在Y轴方向上的加速度；t表示选定物体i的行驶时间；

表示选定物体i与本汽车在Y轴方向上的距离。

(2)设定一个碰撞时间阈值，计算安全事故发生可能性等级

设定时间为Ta，

当Tc≥10Ta时，发生碰撞的概率极低，记安全事故发生可能性等级为1

当2Ta≤Tc<10Ta时,有一定的碰撞发生概率，记安全事故发生可能性等级为[11-Tc/Ta]

当Tc<2Ta时，发生碰撞的概率很高，记安全事故发生可能性等级为10

3、基于安全事故发生可能性等级和安全威海等级判别物体i的安全风险。

以安全事故发生可能性等级为横坐标，以安全危害等级为纵坐标，建立风险矩阵，如图4所示。任意物体i均可根据上述步骤计算得到的安全危害等级C_i和安全事故发生可能性等级P_i，在风险矩阵中找到对应的点。物体i的位置越靠近图4的左下角，则表明物体i的安全风险越低；反之，物体i的位置越靠近图4的右上角，则表明物体i的安全风险越高。同时，物体i也从风险矩阵图中得到了其安全风险颜色值。

4、显示汽车周边物体及其风险。

通过步骤三中的第1、2、3步计算之后，S中的任意物体i均获得了安全风险颜色值，按照该颜色，对汽车安全态势图中的物体i进行着色。如图5所示。

步骤四：综合判别汽车的安全风险级别。

具体实施步骤如下：

1、找出汽车周围所有的高风险等级物体

设定风险参数阈值，

2、根据风险参数的情况，发出警告

为了使告警***更加全面、可靠，采用两种并行的告警方法。

(1)某一物体的风险值超过了某一阈值Q，汽车与单一物体的碰撞危险极高，因而发出告警；

(2)汽车整体风险性过高，潜在危险源过多，使驾驶员处于高度紧张状态，对突发情况的处理能力降低，因而发出告警。

3、判定汽车是否有降低风险的可能措施。

判定汽车是否何以通过刹车、加速、变道等方式降低安全风险，若不能，进一步提高警告级别。

Claims (1)

1.一种基于周边物体碰撞风险的汽车可视化安全态势感知方法，其特征在于：它包含以下步骤：

步骤一：识别汽车周边物体及其几何信息和运动信息。在汽车上布置相关的传感器，能够快速地扫描识别周边特定范围内尺寸大于特定阈值的物体，作为潜在安全威胁物体(PSTOs)，并精确测量PSTOs的长度、宽度、高度、距离本车的最小距离、对地速度和加速度等信息。它包含以下子步骤：

1、在汽车上布置相关传感器

2、扫描识别周边的物体并生成选定物体集合

3、扫描测量S中所有成员的几何参数

4、扫描测量所有选定物体的位置参数

5、测量周边物体的运动信息

步骤二：处理汽车周边物体的几何信息和运动信息。对物体几何信息进行简化，将物体的轮廓抽象为矩形，同时以本汽车为运动参照系，计算PSTOs相对的运动信息，包括相对运动的方向、速度和加速度。它包含以下子步骤：

1、处理所有选定物体集合位置和几何信息

2、处理S中所有物体的运动信息

步骤三：判别PSTOs的安全威胁风险。根据其相对运动的方向，判断是否具有与本车发生碰撞的趋势，并计算可能发生碰撞的时间，据此判定安全事故发生可能性等级，即可能碰撞的时间越短，发生碰撞的概率越大，安全事故发生可能性等级越高；根据周边物体的大小和可能的碰撞部位，判定碰撞的危害严重程度级别，即安全危害等级。然后，通过安全事故发生可能性等级和安全危害等级判别PSTOs的安全威胁风险。它包含以下子步骤：

1、计算S中任意一个物体i的安全危害等级；

2、计算S中任意一个物体i的安全事故发生可能性等级；

3、基于安全事故发生可能性等级和安全威海等级判别物体i的安全风险；

4、显示汽车周边物体及其风险。

步骤四：综合判别汽车的安全风险级别。基于汽车周边各PSTOs的安全风险，对汽车整体的安全风险进行综合分析与评估，划分不同的风险级别，给出安全报警。

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