[发明专利]一种匝道处车辆危险驶离主道行为的预警系统及方法

权利要求书

1.一种匝道处车辆危险驶离主道行为的预警方法，基于匝道处车辆危险驶离主道行为的预警系统实现，所述系统包括：雷达-视频一体化监控设备、LED情报板、高音喇叭、警示灯和数据处理中心；其中，所述雷达-视频一体化监控设备上集成有毫米波雷达和摄像头；所述毫米波雷达用于实时监测来车的位置和运动参数，所述摄像头用于采集当前道路的图像；

所述雷达-视频一体化监控设备安装于匝道口的标志牌上，所述雷达-视频一体化监控设备通过光纤与数据处理中心连接；所述数据处理中心通过光纤分别与LED情报板、高音喇叭、警示灯连接；

所述LED情报板和警示灯分别设置于匝道口的前方，即来车方向侧，用于提前对危险车辆的后方车辆进行提醒；

所述LED情报板分别设置于匝道口的前方100米、200米、300米、400米、500米；

所述高音喇叭设置于匝道口的前方，用于对危险驾驶车辆的驾驶员进行警示；

其中，所述运动参数为车辆的速度、纵向加速度和横向加速度位；

所述警示灯布置于匝道口前方500米的道路两侧，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，毫米波雷达实时采集匝道口前方道路的点云数据；摄像头实时采集道路图像；其中，由点云数据可得到监测范围内所有车辆的位置和运动参数；

步骤2，根据该匝道口前方道路的点云数据，判断是否存在危险驶离主道行为，若是，则通过警示灯进行警示，并转入步骤3；

所述危险驶离主道判断条件为：

(a)存在车辆纵向车速大于等于0小于80km/h，且持续时间大于2s；

(b)存在车辆纵向加速度小于-3m/s²，且持续时间大于0.5s；

(c)存在车辆的横向加速度大于0.5m/s²，且横向车速大于0，且与相邻右侧车道的车道线间的横向距离小于0.5米；

其中，横向加速度的方向为由当前车道垂直指向右侧相邻车道；

若某车辆满足上述任一条件，则判断为存在危险驶离主道行为；

步骤3，根据存在危险驶离主道行为的车辆的位置，通过时空配准法确定该车辆在对应时刻的道路图像中的位置，并对该位置处的车辆进行车牌号码识别，得到该车辆的车牌号码；将该车牌号码分别通过LED情报板和高音喇叭进行显示和播报，以对危险驶离主道车辆及其后方车辆进行预警。

2.根据权利要求1所述的匝道处车辆危险驶离主道行为的预警方法，其特征在于，所述根据该匝道口前方道路的点云数据，判断是否存在危险驶离主道行为，具体为：

(2.1)根据该匝道口前方道路的点云数据，确定该点云数据对应的毫米波雷达，据此人工对该匝道口前方道路的车道线进行标定，确定每个车辆所处的车道；

(2.2)对于最右侧车道上的车辆默认不存在危险行为；

(2.3)对于其余车道上的车辆，采用危险驶离主道判断条件判断是否存在危险驶离主道行为。

3.根据权利要求1所述的匝道处车辆危险驶离主道行为的预警方法，其特征在于，所述根据存在危险驶离主道行为的车辆的位置，通过时空配准法确定该车辆在对应时刻的道路图像中的位置，具体为：

(3.1)确定与每一帧雷达数据时间间隔最小的道路图像，即将雷达每帧点云数据与道路图像进行时间匹配，找到危险驶离主道行为的车辆对应的道路图像；

(3.2)对雷达点云数据与匹配的道路图像进行空间匹配，即通过坐标转换找到危险驶离主道行为的车辆在该道路图像上的位置。

4.根据权利要求3所述的匝道处车辆危险驶离主道行为的预警方法，其特征在于，所述空间匹配的具体步骤为：

(a)建立世界坐标系O_w-X_wY_wZ_w，以毫米波雷达所处位置为原点建立雷达坐标系，设雷达检测到危险驶离主道行为的车辆即目标车辆的位置坐标为(r,α)；其中，r为雷达扫描半径，α为雷达扫描角度；

(b)将目标车辆的位置从雷达坐标系转换到世界坐标系，得到世界坐标系下的目标车辆的位置(X,Y,Z)：

其中，Z₀为雷达的中心所处水平平面与摄像头的中心所处的水平平面的之间的竖直距离，H为雷达的中心所处竖直平面与摄像头的中心所处的竖直平面之间的水平距离；

(c)将目标车辆的位置从世界坐标系转换到相机坐标系，得到相机坐标系下的目标车辆的位置(X_C,Y_C,Z_C)：

其中，R是大小为3×3的矩阵，表示空间坐标旋转矩阵；T是大小为3×1的矩阵，表示空间坐标平移矩阵，上标T表示矩阵的转置；

(d)将目标车辆的位置从相机坐标系转换到图像坐标系，得到图像坐标系下的目标车辆的位置(x,y)：

其中，f为相机焦距；

(e)将目标车辆的位置从图像坐标系转换到像素坐标系，得到像素坐标系下的目标车辆的位置(u,v)：

其中，(u₀,v₀)为道路图像的左上角像素点的坐标。