Система контроля потери полосы движения транспортным средством

Полезная модель относится к области компьютерного зрения, в частности, к системе контроля потери полосы движения транспортным средством.
Плохие условия видимости границ дороги значительно повышают риск возникновения дорожно-транспортных происшествий. Траектория движения автотранспортных средств вне установленного коридора движения создает опасность для всех участников движения.
Технологии обработки изображений, применяемые в алгоритмах контроля потери полосы движения, в настоящее время стали гораздо лучше определять различные типы разметки полос и границы дороги в различных условиях. Однако иногда разделительную полосу трудно обнаружить на дорожном покрытии. Она может быть стерта или покрыта грязью.
Существует множество видов помех, не позволяющих оптической системе обнаруживать положение полосы движения, таких как тень, надземные мосты, дождь и снег. В таких случаях в изображении отслеживаемой полосы движения могут образовываться пробелы.
При потере полосы движения оптической системой система предупреждения о выезде за пределы полосы движения перестает работать, соответственно при наличии неточной информации или при ее отсутствии никаких действий не предпринимается.
Ставится задача выполнить оценку или заполнить любую отсутствующую разметку, чтобы повысить общую готовность работы системы. При отслеживании границ нескольких полос в случае временной потери разметки для одной границы полосы система восстанавливает положение отсутствующей границы на определенном расстоянии от обнаруженной границы. Однако в некоторых случаях система с видеокамерой неспособна выдать достоверный результат.
Другой возможностью отслеживания потери полосы движения является использование системы определения географического местоположения для точного определения местоположения транспортного средства и нанесения данного местоположения на цифровую карту дороги.
Географические координаты обычно определяются при помощи бортового GPS-приемника и/или системы счисления пути на основании выходных сигналов инерциальных датчиков, установленных на транспортном средстве. Помимо текущего положения, такие системы способны моментально определять скорость и курсовой угол транспортного средства.
Известны технические решения, которые могли бы быть использованы для построения системы контроля потери полосы движения транспортным средством (1, 2).
1
2
1
2
υ
υ
υ
Первое из известных технических решений заключается в трехмерной локации точки с помощью оптико-локационных блоков. При этом измеряют расстояния от линии дорожной разметки до транспортного средства и угол отклонения продольной оси транспортного средства относительно линии дорожной разметки посредством одного оптико-локационного блока. Осуществляют обработку оцифрованных изображений поверхности автодороги. Выбирают в поле изображения в одноименных вершинах штриховой линии дорожной разметки две идентичные точки R, R, ближайшие к транспортному средству. Определяют координаты этих точек на фоточувствительных матрицах (Y, Z), м, где =1, 2 номер точки R, R соответственно. Вычисляют боковое отклонение от пунктирной линии дорожной разметки и угол между продольной осью транспортного средства и линией дорожной разметки (1).
Технический результат - определение расстояния от линии дорожной разметки до транспортного средства и угла отклонения продольной оси транспортного средства относительно линии дорожной разметки посредством одного оптико-локационного блока.
Недостаток данного технического решения заключается в его невысокой надежности, обусловленной тем, что в сложных погодных условиях оптико-локационный блок физически не может решить поставленную перед ним задачу по идентификации линий дорожной разметки.
Известно и другое техническое решение, основанное на измерении бокового отклонения транспортного средства от пунктирной линии дорожной разметки и угол отклонения продольной оси транспортного средства от пунктирной линии дорожной разметки посредством системы технического зрения, включающей первую и вторую разнесенные цифровые фотокамеры, для этого осуществляют обработку оцифрованных изображений поверхности автодороги, снимаемых с фотоматриц первой и второй цифровых фотокамер, выбирают в поле изображения две точки в одноименных вершинах пунктирных линий дорожной разметки и одну оптически контрастную точку, не лежащую на пунктирной линии дорожной разметки, определяют координаты этих точек на фотоматрицах и вычисляют боковое отклонение транспортного средства от линии дорожной разметки (2).
Недостаток этого технического решения также состоит в невысокой надежности, обусловленной тем, что в сложных погодных условиях первая и вторая цифровые фотокамеры также физически не смогут решить поставленную перед ними задачу по идентификации линий дорожной разметки.
Одним из современных способов решения указанной проблемы является активное развитие систем компьютерной поддержки водителя и автоматизированная привязка автотранспортного средства к заранее оцифрованным границам дороги с использованием средств спутниковой навигации «ГЛОНАСС/GPS».
Известно техническое решение, содержащее визуально связанный с пользователем транспортного средства блок индикации. Имеются также и последовательно соединенные GPS-приемник, блок преобразования координат и блок расчета поисковых параметров. В отличие от известных устройств данного назначения в предложенное устройство введены связанные друг с другом блок хранения фрагментов карты-схемы местности и блок выборки фрагментов карты-схемы местности, вход которого подключен к выходу блока расчета поисковых параметров. Кроме того, предусмотрен выполненный с памятью блок формирования информационных сообщений, первый вход которого подключен к выходу блока выборки фрагментов карты-схемы местности, второй вход - к выходу блока преобразования координат, а выход - к входу блока индикации. Изобретение позволяет исключить из процесса определения местоположения транспортного средства ручные операции и, как следствие, существенно упростить пользователю процедуру навигации транспортного средства [3].
Последнее из перечисленных выше технических решений наиболее близко к описываемой системе.
Его недостаток заключается в невысокой точности системы, обусловленной тем, что выполнение процедуры идентификации положения транспортного средства относительно полосы движения ограничивается лишь определением координат транспортного средства на карте местности без возможности их привязки к полосе дорожного движения.
Цель полезной модели - повышение точности системы путем отображения положения транспортного средства на полосе его движения на экране дисплея.
Поставленная цель достигается тем, что в известную систему, содержащую модуль приема кодов координат текущего положения транспортного средства от спутниковой системы навигации «ГЛОНАСС/GPS», первый и второй информационные входы которого являются первым и вторым информационными входами системы, предназначенными для приема соответствующих кодов координат текущего положения транспортного средства от спутниковой системы навигации «ГЛОНАСС/GPS», синхронизирующий вход модуля приема кодов координат текущего положения транспортного средства от спутниковой системы навигации «ГЛОНАСС/GPS» является синхронизирующим входом системы, предназначенным для занесения координат текущего положения транспортного средства в модуль приема кодов координат текущего положения транспортного средства от спутниковой системы навигации «ГЛОНАСС/GPS», модуль управления отображением положения транспортного средства на полосе движения, синхронизирующий вход которого соединен с синхронизирующим входом системы, управляющий вход модуля управления отображением положения транспортного средства на полосе движения является управляющим входом системы, предназначенным для приема сигналов водителя транспортного средства об уточнении положения полосы движения транспортного средства, а тактирующий вход модуля управления отображением положения транспортного средства на полосе движения является тактирующим входом системы, предназначенным для приема сигналов датчика пройденного транспортным средством пути, первый регистр и модуль памяти, информационный выход которого подключен к информационному входу второго регистра, информационный выход которого является информационным выходом системы, введены модуль дешифрации кодов координат положения транспортного средства, первый и второй информационные входы которого соединены с первым и вторым информационными выходами модуля приема кодов координат текущего положения транспортного средства от спутниковой системы навигации «ГЛОНАСС/GPS» соответственно, управляющий вход модуля дешифрации кодов координат положения транспортного средства подключен к управляющему выходу модуля управления отображением положения транспортного средства на полосе движения, первый синхронизирующий выход которого соединен с синхронизирующим входом модуля дешифрации кодов координат положения транспортного средства, модуль определения адресов текущих звеньев полосы движения транспортного средства, считывающие входы группы которого подключены к соответствующим выходам группы модуля дешифрации кодов координат положения транспортного средства, а информационный выход модуля определения адресов текущих звеньев полосы движения транспортного средства соединен с информационным входом первого регистра, синхронизирующий вход которого подключен ко второму синхронизирующему выходу модуля управления отображением положения транспортного средства на полосе движения, модуль идентификации границ текущих участков полосы движения транспортного средства, один информационный вход которого соединен с первым выходом первого регистра, другой информационный вход модуля идентификации границ текущих участков полосы движения транспортного средства подключен к информационному выходу модуля управления отображением положения транспортного средства на полосе движения, а выход модуля идентификации границ текущих участков полосы движения транспортного средства является сигнальным выходом системы, подключенным к установочному входу модуля управления отображением положения транспортного средства на полосе движения, третий синхронизирующий выход которого соединен с входом считывания модуля памяти, адресный вход которого подключен ко второму выходу первого регистра, при этом четвертый синхронизирующий выход модуля управления отображением положения транспортного средства на полосе движения соединен с синхронизирующим входом второго регистра, а пятый синхронизирующий выход подключен к синхронизирующему входу модуля идентификации границ текущих участков полосы движения транспортного средства.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлена структурная схема системы, на фиг. 2 - структурная схема модуля приема кодов координат текущего положения транспортного средства от спутниковой системы навигации «ГЛОНАСС/GPS», на фиг. 3 - структурная схема модуля дешифрации кодов координат положения транспортного средства, на фиг. 4 - структурная схема модуля управления отображением положения транспортного средства на полосе движения, на фиг. 5 представлен пример размера ширины дороги и обочины на данном участке дороги, а на фиг. 6 приведен пример схемы выбора рекомендуемого коридора движения для транспортного средства.
Система (фиг. 1) содержит модуль 1 приема кодов координат текущего положения транспортного средства от спутниковой системы навигации «ГЛОНАСС/GPS», модуль 2 дешифрации кодов координат положения транспортного средства, модуль 3 определения адресов звеньев текущих участков полосы движения транспортного средства, первый регистр 4, модуль 5 идентификации границ текущих участков полосы движения транспортного средства, модуль 6 управления отображением положения транспортного средства на полосе движения, модуль 7 памяти и второй 8 регистр. На чертеже показаны первый 11 и второй 12 информационные входы системы, синхронизирующий 13, управляющий 14 и тактирующий 15 входы, а также информационный 18 и сигнальный 19 выходы системы.
Модуль 1 (фиг. 2) приема кодов координат текущего положения транспортного средства от спутниковой системы навигации «ГЛОНАСС/GPS» содержит регистры 50, 51, имеющие информационные входы 11 и 12 соответственно, общий синхронизирующий вход 13, а также информационные 20, 21 выходы соответственно.
Модуль 2 (фиг. 3) дешифрации кодов координат положения транспортного средства содержит дешифратор 52, первую 53 и вторую группы элементов И, а также элементы 55-57 И. На чертеже показаны первый 22 и второй 23 информационные входы, управляющий 24 и синхронизирующий 25 входы, а также выходы 26-28 группы выходов модуля.
Модуль 3 определения адресов звеньев текущих участков полосы движения транспортного средства (фиг. 1) выполнен в виде постоянного запоминающего устройства, в фиксированных ячейках которого хранятся адреса карт с отображением полосы движения на заданных участках дорожного движения, хранящиеся в модуле 7 памяти. На чертеже показаны входы 37-39 группы входов считывания и информационный выход 40.
Первый регистр 4 (фиг. 1) имеет информационный 41 и синхронизирующий 42 входы, а также первый 43 и второй 44 информационные выходы.
Модуль 5 (фиг. 1) идентификации границ текущих участков полосы движения транспортного средства выполнен в виде компаратора, имеющего первый 45 и второй 46 информационные входы, синхронизирующий 47 вход, а также сигнальный выход 19.
Модуль 6 (фиг. 3) управления отображением положения транспортного средства на полосе движения содержит триггеры 60, 61, счетчик 62, элемент 63 И, элементы 64-68 задержки. На чертеже показан управляющий 14, тактирующий 15, синхронизирующий 16 и установочный 17 входы, а также информационный 30, управляющий 31, первый 32, второй 33, третий 34, четвертый 35 и пятый 36 синхронизирующие выходы.
Модуль 7 памяти (фиг. 1) имеет адресный 48 вход и вход 49 считывания данных, а также информационный выход 70.
Второй регистр 8 (фиг. 1) имеет информационный 71 и синхронизирующий 72 входы, а также информационный 18 выход.
Информацию о геометрических и характерных особенностях дороги при установлении координат транспортного средства можно получить из базы данных цифровых карт. Такая совокупность данных о ситуации вокруг транспортного средства называется «электронным горизонтом».
В обычной системе «электронного горизонта» дороги представляются в виде многочисленных участков (называемых звеньями), для которых определяется информация о геометрических и характерных особенностях.
К геометрическим особенностям участка дороги относятся длина, ширина, высота, горизонтальная кривизна и уклон. К характерным особенностям дороги могут относиться дорожные знаки, количество полос движения, функциональный класс (например, автомагистраль, съезд, главная магистраль), тип разметки полосы, наличие покрытия, наличие разделительных полос.
В качестве примера на фиг. 5 и 6 представлены фактические размеры ширины дороги и обочины на данном участке дороги. Крупным планом отдельно выделен фрагмент нахождения автотранспортного средства относительно полосы движения.
Точки M1 и M2 обозначают местоположения антенн подсистемы спутниковой навигации «ГЛОНАСС/GPS». Точки красного цвета обозначают координаты дискретной траектории движения автотранспортного средства, которые после процедуры сглаживания формируются в вектор координат оцифрованной траектории движения.
Точки M1 и M2 обозначают местоположения антенн подсистемы спутниковой навигации «ГЛОНАСС/GPS», пунктирная линия от точки M2 до столбца гистограммы позволяет определить оценку вероятности съезда автотранспортного средства за пределы обозначенных границ дороги с учетом метрологической погрешности навигационного оборудования.
Прямоугольник в центре проезжей части представляет собой рекомендуемый коридор движения автотранспортных средств для минимизации вероятности их съезда с трассы в условиях плохой видимости. Расстояния  и  обозначают полученный экспериментально диапазон разброса данных навигационного оборудования относительно левой и правой границ дорожного полотна. Расстояния  и  обозначают ширину одной полосы и обочин автомобильной дороги вне населенных пунктов, ширина  соответствует ширине транспортного средства, используемого в натурных экспериментах.
Система работает следующим образом.
На информационные 11 и 12 входы модуля 1 поступают коды на полосе движения, а на синхронизирующий вход 13 поступает синхронизирующий сигнал, обеспечивающий занесение кодов координат X, Y точки позиционирования транспортного средства в соответствующие регистры 50 и 51 модуля 1.
Кроме того, синхронизирующий импульс с входа 13 через вход 16 модуля 6 задерживается элементом 64 задержки на время занесения кодов координат X, Y точки позиционирования транспортного средства в соответствующие регистры 50 и 51 модуля 1.
С выходов регистров 50 и 51 модуля 1 коды координат X, Y точки позиционирования транспортного средства через соответствующие информационные входы 22 и 23 модуля 2 поступают на соответствующие входы первой 53 и второй 54 групп элементов И, управляемых сигналом, поступающим с выхода 31 модуля 6 на вход 24 модуля 2.
Управляющий сигнал на выходе 31 модуля 6 появляется только в том случае, когда водитель транспортного средства по различным причинам перестанет наблюдать на экране монитора границы дорожной разметки той полосы, по которой осуществляется движение транспортного средства.
В этом случае он нажимает клавишу «Контроль полосы движения» (на чертеже не показана), сигнал с выхода которой поступает на управляющий 14 вход модуля 6 и далее на единичный вход триггера 60 модуля 6, устанавливая его в единичное состояние, при котором высокий разрешающий потенциал с прямого выхода триггера 60 через выход 31 модуля 6 выдается на вход 24 модуля 2 и далее поступает на другие входы элементов И первой 53 и второй 54 групп, подключая тем самым выходы регистров 50 и 51 модуля 1 к входам дешифратора 52 модуля 2.
Дешифратор 52 расшифровывает входные коды и вырабатывает высокий потенциал на одном из своих выходов, соответствующем заданной кодовой комбинации, например, на выходе, соединенном с одним входом элемента 55 И.
Параллельно с этим синхронизирующий импульс с выхода элемента 64 задержки, задержанный на время занесения кодов координат в регистры 50, 51, с выхода 32 модуля 6 поступает на вход 25 модуля 2 и далее подается на опрос состояния элементов 55-57 И. Учитывая то обстоятельство, что к этому моменту времени будет открыт только элемент 55 И, то синхронизирующий импульс с входа 25 проходит на выход 26 модуля 2.
С выхода 26 модуля 2 сигнал поступает на вход считывания 37 модуля 3 и считывает код адреса соответствующего звена «электронного горизонта» на информационный вход 41 в регистр 4, куда он и заносится синхронизирующим импульсом, поступающим на синхронизирующий вход 42 регистра 4 с выхода 33 модуля 6.
Структура считанной кодограммы имеет следующий вид:
Адрес изображения полосы движения на данном участке с выхода 44 регистра 4 поступает на адресный 48 вход блока 7 памяти, на вход 49 считывания которого поступает синхронизирующий импульс с выхода 34 модуля 6.
В результате этого с выхода 70 блока 7 памяти на информационный вход 71 регистра 8 поступает оцифрованное изображение полосы движения данного звена, которое синхронизирующим импульсом с выхода 35 модуля 6 заносится в регистр 8 и далее с выхода 18 системы выдается на экран дисплея.
В результате этого на экране дисплея водитель транспортного средства сможет наблюдать положение отметки транспортного средства с координатами X, Y точки позиционирования транспортного средства, отображаемой на экране дисплея, на полосе движения транспортного средства.
Параллельно с этим код количественного значения длины участка отображаемого звена полосы движения с выхода 43 модуля 4 поступает на информационный вход 45 модуля 5.
Одновременно с этим синхронизирующий импульс с выхода элемента 67 задержки модуля 6 поступает на прямой вход триггера 61 и устанавливает его в единичное состояние, при котором высоким потенциалом с прямого выхода триггера 58 будет открыт элемент 63 И, на другой вход которого с входа 15 системы поступают импульсы с модуля измерения пройденного транспортным средством пути (на чертеже не показан).
По мере движения транспортного средства импульсы с датчика пройденного пути поступают на счетный вход счетчика 56, который фиксирует в каждый момент времени перемещение транспортного средства по выбранной полосе. Показания счетчика 62 с выхода 30 модуля 6 поступают на один информационный 46 вход компаратора 5, на другой информационный 45 вход которого поступают показания регистра 4.
Параллельно с поступлением на счетный вход счетчика 62 модуля 6 синхронизирующий импульс с выхода элемента 63 И задерживается элементом 68 на время срабатывания счетчика 62 и затем с выхода 36 модуля 6 поступает на синхронизирующий 47 вход компаратора 5.
С приходом данного синхронизирующего импульса компаратор 5 сравнивает нарастающие показания счетчика 62 с показаниями регистра 4, и как только транспортное средство проедет заданный участок полосы движения, показания счетчика 62 будут равны показаниям регистра 4 и на выходе 19 компаратора 5 появляется сигнал, который, во-первых, с выхода 19 системы выдается на табло предупреждения водителя, а, во-вторых, он через установочный вход 17 модуля 6 поступает на установочные входы триггеров 60, 61 и счетчика 62, возвращая его в исходное состояние.
Таким образом, введение новых модулей и новых конструктивных связей позволило существенно повысить точность определения местоположения транспортного средства относительно выбранной полосы движения.
Источники информации, принятые во внимание при составлении описания заявки
1. Патент РФ №2422772, 2011 г.
2. Патент РФ №2530476, 2013 г.
3. Патент РФ №2572939, 2014 г. (прототип).