CN105513358A - 驾驶行为评估和车辆行驶状态监测预警系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及驾驶行为评估和车辆行驶状态监测预警系统及方法，包括视频信息采集单元、视频信息处理单元、身份信息验证单元、车辆运行状态采集单元、综合信息处理单元和信息管理单元。本系统通过构建针对驾驶行为的评估机制，采集路况视频信息、车辆行驶状态信息及驾驶员对车辆操作过程等数据信息，挖掘其数据特征并进行权重分配、信息融合、综合判定，实现对驾驶行为的实时评估及对可能存在的危险进行预警。

Description

驾驶行为评估和车辆行驶状态监测预警系统及方法

技术领域

本发明属于智能交通领域，涉及驾驶行为评估和车辆行驶状态监测预警系统及方法。

背景技术

在当前如物流、货运公司、公交公司等的运营车辆管理，普遍的只是加装BDS/GPS/GPRS汽车行驶记录仪器等设备，对车辆运行状况、驾驶员驾驶习惯很难评价，评价指标只能通过交管部门的违规记录进行考核，很难达到驾驶习惯的改善及预防事故发生的效果。

在同类技术领域的专利成果方面，有的只涉及驾驶员动作信息采集，对驾驶行为进行评判；有的只涉及到路况信息的采集、处理及与其发生关联的车、行人的评价反馈，对驾驶行为进行评判。本发明通过构建针对驾驶行为的评估机制，采集路况视频信息、车辆行驶状态信息及驾驶员对车辆操作过程等数据信息，挖掘其数据特征并进行权重分配、信息融合、综合判定，实现对驾驶行为的实时评估及对可能存在的危险进行预警。本发明还针对路口车道线比较复杂特殊路段，车辆转弯、掉头对车辆压线易产生误判、错判情况，采用视频信息与车辆运行状态及驾驶员动作等多因素综合考虑，避免单独采用视频信息所产生的误判。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供驾驶行为评估和车辆行驶状态监测预警系统及方法，通过对视频路况信息的处理及车辆运行状态信息的采集，实时对驾驶员的操作过程进行评估，并对可能产生事故或危险状态进行预警。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

依据本发明的一个方面，提供了驾驶行为评估和车辆行驶状态监测预警系统，其特征在于，所述系统包括视频信息采集单元、视频信息处理单元、身份信息验证单元、车辆运行状态采集单元、综合信息处理单元和信息管理单元；

所述视频信息采集单元，用于拍摄车辆前方道路的路况视频图像，并将路况视频图像传递至视频信息处理单元；

所述视频信息处理单元，用于根据路况视频图像，提取道路路况信息，将道路路况信息发送至综合信息处理单元；

所述车辆运行状态采集单元，用于获取车辆运行状态信息及驾驶员操作动作，将车辆运行状态信息及驾驶员操作动作传递至综合信息处理单元；

所述身份信息验证单元，用于识别驾驶员身份，并将驾驶员身份信息传递至综合信息处理单元；

所述综合信息处理单元，用于根据道路路况信息、车辆运行状态信息及驾驶员操作动作信息的特征值进行综合处理，并将得出的信息值与驾驶员身份信息传递至信息管理单元；

所述信息管理单元，用于根据综合信息处理单元得出的信息值，进行权重值分配、特征量化和特征融合，运算得出评估结果，根据评估结果的危险级别对驾驶员进行相应的安全预警，同时将评估结果的危险级别通过无线网络传送给车辆管理系统或管理人员，并存储驾驶员身份信息与将该评估结果。

作为本发明的进一步改进，所述视频信息采集单元包括CCD传感器盒体及摄像头，所述盒体内设有摄像头安装腔，所述摄像头通过安装支架安装在所述安装腔内。

采用上述进一步方案的有益效果是摄像头被封闭在遮光腔中保证了采集图像的稳定性和真实性。

作为本发明的进一步改进，所述视频信息处理单元包括车载的DSP处理设备，所述车载的DSP处理设备包括图像处理芯片TMS320C6455。

采用上述进一步方案的有益效果是能快速处理图像信息。

作为本发明的进一步改进，所述车辆运行状态采集单元包括包括踏板传感器、BDS/GPS设备、OBD-II接口、9轴传感器、转向灯传感器和方向盘传感器；

所述踏板传感器，用于采集汽车离合踏板、油门踏板以及刹车踏板动作的幅度和速度；

所述BDS/GPS设备，用于接收车辆速度和车辆位置信息；

所述OBD-II接口，用于采集车辆发动机转速、水温、进排气温度、机油温度、油耗；

所述9轴传感器，用于采集车辆运行的加速度、车辆移动轨迹变化、车辆运行平稳度即倾斜角度的变化；

所述转向灯传感器，用于采集转向灯打开和关闭信号；

所述方向盘传感器，用于采集方向盘的旋转方向和角度。

采用上述进一步方案的有益效果是能获取车辆运行状态信息及驾驶员操作动作。

作为本发明的进一步改进，所述身份信息验证单元包括身份识别传感器，通过驾驶员账号、指纹、磁卡或手机短信确认来识别驾驶员身份。

采用上述进一步方案的有益效果是能够识别驾驶员身份。

作为本发明的进一步改进，所述信息管理单元包括液晶显示屏、声音播报喇叭和无线通讯设备；所述液晶显示屏，用于显示评估结果；所述声音播报喇叭，用于根据所述评估结果对驾驶员进行安全预警；所述无线通讯设备，用于无线通讯。

采用上述进一步方案的有益效果是能准确反映车辆运行状态。

另一方面，本发明提供了驾驶行为评估和车辆行驶状态监测预警方法,所述方法包括：

步骤S1a、拍摄车辆前方道路的路况视频图像；

步骤S1b、采集车辆运行状态信息、驾驶员操作动作和识别驾驶员身份信息；

步骤S2、将路况视频图像、采集的车辆运行状态信息以及驾驶员身份信息集成一个独立集合，且将该独立集合进行提取和处理；

步骤S3、将发布、提取和处理后的独立集合进行权重值分配、特征量化和特征融合，运算得出评估结果，根据该评估结果对驾驶员进行安全预警，并同时根据评估结果的危险级别通过无线网络及时传送给车辆管理系统或管理人员；

步骤S4、将驾驶员身份信息与将该评估结果记录进行存储。

本发明提供的驾驶行为评估和车辆行驶状态监测预警系统及方法能通过封闭在遮光腔中的摄像头采集路况信息保证了采集图像的稳定性和真实性，同时采集车辆运行状态信息，实时对驾驶员的操作过程进行评估，并对可能产生事故或危险状态进行预警的同时显示汽车实时运行状态，方便驾驶员驾驶，并且能够记录驾驶员的行驶信息。

附图说明

图1为视频信息采集单元的立体结构示意图。

图2为驾驶行为评估和车辆行驶状态监测预警系统示意图。

图3为驾驶行为评估和车辆行驶状态监测预警系统及方法实现方式具体结构图。

图4为驾驶行为评估和车辆行驶状态监测预警方法流程图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1.视频信息采集单元；2.视频信息处理单元；3.车辆运行状态采集单元；4.身份信息验证单元；5.综合信息处理单元；6.信息管理单元；11.摄像头；12.安装支架；13.盒体；14.安装腔；15.CCD传感器；21.DSP处理设备；31.踏板传感器；32.BDS/GPS设备；33.OBD-II接口；34.9轴传感器；35.转向灯传感器；36.方向盘传感器；41.身份识别传感器；51.ARMA9芯片Exynos4612；61.液晶显示屏；62.声音播报喇叭；63.无线通讯设备；211.图像处理芯片TMS320C6455。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

实施例一、参见图1-图3所示，本发明提供驾驶行为评估和车辆行驶状态监测预警系统，包括视频信息采集单元1、视频信息处理单元2、身份信息验证单元4、车辆运行状态采集单元3、综合信息处理单元5和信息管理单元6。

所述视频信息采集单元1，用于拍摄车辆前方道路的路况视频图像，并将路况视频图像传递至视频信息处理单元2。

所述视频信息处理单元2，用于根据路况视频图像，提取道路路况信息，将道路路况信息发送至综合信息处理单元5。

所述车辆运行状态采集单元3，用于获取车辆运行状态信息及驾驶员操作动作，将车辆运行状态信息及驾驶员操作动作传递至综合信息处理单元5。

所述身份信息验证单元4，用于识别驾驶员身份，并将驾驶员身份信息传递至综合信息处理单元5。

所述综合信息处理单元5，用于根据道路路况信息、车辆运行状态信息及驾驶员操作动作信息的特征值进行综合处理，并将得出的信息值与驾驶员身份信息传递至信息管理单元6。

所述信息管理单元6，用于根据综合信息处理单元5得出的信息值，进行权重值分配、特征量化和特征融合，运算得出评估结果，根据评估结果的危险级别对驾驶员进行相应的安全预警，同时将评估结果的危险级别通过无线网络传送给车辆管理系统或管理人员，并存储驾驶员身份信息与将该评估结果。

所述视频信息采集单元1包括CCD传感器15盒体13及摄像头11，所述盒体13内设有摄像头安装腔14，所述摄像头11通过安装支架12安装在所述安装腔14内。

所述视频信息处理单元2包括车载的DSP处理设备21，所述车载的DSP处理设备21包括图像处理芯片TMS320C6455211。

所述车辆运行状态采集单元3包括包括踏板传感器31、BDS/GPS设备32、OBD-II接口33、9轴传感器34、转向灯传感器35和方向盘传感器36。

所述踏板传感器31，用于采集汽车离合踏板、油门踏板以及刹车踏板动作的幅度和速度；所述BDS/GPS设备32，用于接收车辆速度和车辆位置信息；所述OBD-II接口33，用于采集车辆发动机转速、水温、进排气温度、机油温度、油耗；所述9轴传感器34，用于采集车辆运行的加速度、车辆移动轨迹变化、车辆运行平稳度即倾斜角度的变化；所述转向灯传感器35，用于采集转向灯打开和关闭信号；所述方向盘传感器36，用于采集方向盘的旋转方向和角度。

所述身份信息验证单元4包括身份识别传感器41，通过驾驶员账号、指纹、磁卡或手机短信确认来识别驾驶员身份。

所述信息管理单元6包括液晶显示屏61、声音播报喇叭62和无线通讯设备63；所述液晶显示屏61，用于显示评估结果；所述声音播报喇叭62，用于根据所述评估结果对驾驶员进行安全预警；所述无线通讯设备63，用于无线通讯。

实施例二、驾驶行为评估和车辆行驶状态监测预警方法。下面结合图4对本实施例提供的方法进行详细说明。

步骤S1a、拍摄车辆前方道路的路况视频图像。

步骤S1b、采集车辆运行状态信息、驾驶员操作动作和识别驾驶员身份信息。

步骤S2、将路况视频图像、采集的车辆运行状态信息以及驾驶员身份信息集成一个独立集合，且将该独立集合进行提取和处理。

具体的，在所述步骤S2中根据采集到的路况视频信息，提取路况特征信息具体包括对车道线的识别、对前方车辆和行人的识别以及对斑马线导向箭头的识别；

对车道线的识别包括：

采用中值滤波来抑制视频图像噪声，采用Sobel算子作为边缘检测算子，对视频图像进行边缘化处理，采用动态阈值法对图像进行二值化处理，二值化后对图像去除离散点；

通过霍夫变换将去除离散点后的视频图像分为远、中、近3个视场，通过对近视场进行处理得到梯度直方图，求得车道期望值，根据期望值获得Hough变换参数，通过近视场参数确定中视场参数，对得到的参数进行约定并求解，通过近、中视场参数约束求解远视场参数；

通过以上的数据处理结果，提取车道线线类型，完成车道线识别；

对于前方车辆和行人的识别包括：

V＝(St-St^-1)/△t

t＝St/V；

其中，V为车辆与前车或行人的相对速度，St为当前时刻距离，St-1为上一时刻与前车的距离，△t为两次采集间隔时间，当t小于阈值范围时，表示存在安全隐患；

采用特征直方图HOG算法，根据车辆和行人出现在采集到的图像上的位置，通过图像相位点标定好的位置，可推算出当前时刻车辆与前车和行人之间的距离；

对斑马线、导向箭头的识别包括：

采用对车正前方选定固定区域进行逐行扫描，并根据图像的灰度值变化规律及梯度方向，识别斑马线、导向箭头。

步骤S3、将发布、提取和处理后的独立集合进行权重值分配、特征量化和特征融合，运算得出评估结果，根据该评估结果对驾驶员进行安全预警，并同时根据评估结果的危险级别通过无线网络及时传送给车辆管理系统或管理人员。

具体的，在所述步骤S3中对驾驶行为和车辆行驶状态进行综合评估和安全预警包括：

通过方向盘进行方向监测，判断出方向盘是否有主动干预，若无主动干预，表明发生车道线偏离，则启动安全预警并记录；

根据左右车轮的压线情况，判断是压线行驶还是变道行驶；

通过识别道路导向箭头检测，判断车辆是否按导向行驶；

当车辆超出正常刹车加速度或车辆侧向倾斜大于30度时，判断车辆出现倾覆，信息管理单元会自动通过无线信号将车辆位置信息及车辆刹车加速度异常信息传回后台管理系统，并发出车辆运行状况安全报警；

当前方出现斑马线，判断车辆当前速度，如车速大于速度阈值且没有刹车动作，则发出安全预警并记录车辆当前运行速度。

所述危险级别的评判标准为：

$Y={\mathrm{\Σ}}_{i=1}^{n}ki*xi=k^{T}x$

其中，x为评价因数，ki*xi为各因数的评价值，权重为k＝(k1,k2,…,kn)^Τ，n为评价指标的种类，Y为评价值变量。

步骤S4、将驾驶员身份信息与将该评估结果记录进行存储。

本发明的有益效果是：本发明提供的驾驶行为评估和车辆行驶状态监测预警系统及方法能通过封闭在遮光腔中的摄像头采集路况信息保证了采集图像的稳定性和真实性，同时采集车辆运行状态信息，实时对驾驶员的操作过程进行评估，并对可能产生事故或危险状态进行预警的同时显示汽车实时运行状态，方便驾驶员驾驶，并且能够记录驾驶员的行驶信息。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.驾驶行为评估和车辆行驶状态监测预警系统，其特征在于，包括视频信息采集单元(1)、视频信息处理单元(2)、身份信息验证单元(4)、车辆运行状态采集单元(3)、综合信息处理单元(5)和信息管理单元(6)；

所述视频信息采集单元(1)，用于拍摄车辆前方道路的路况视频图像，并将路况视频图像传递至视频信息处理单元(2)；

所述视频信息处理单元(2)，用于根据路况视频图像，提取道路路况信息，将道路路况信息发送至综合信息处理单元(5)；

所述车辆运行状态采集单元(3)，用于获取车辆运行状态信息及驾驶员操作动作，将车辆运行状态信息及驾驶员操作动作传递至综合信息处理单元(5)；

所述身份信息验证单元(4)，用于识别驾驶员身份，并将驾驶员身份信息传递至综合信息处理单元(5)；

所述综合信息处理单元(5)，用于根据道路路况信息、车辆运行状态信息及驾驶员操作动作信息的特征值进行综合处理，并将得出的信息值与驾驶员身份信息传递至信息管理单元(6)；

所述信息管理单元(6)，用于根据综合信息处理单元(5)得出的信息值，进行权重值分配、特征量化和特征融合，运算得出评估结果，根据评估结果的危险级别对驾驶员进行相应的安全预警，同时将评估结果的危险级别通过无线网络传送给车辆管理系统或管理人员，并存储驾驶员身份信息与将该评估结果。

2.根据权利要求1所述的驾驶行为评估和车辆行驶状态监测预警系统，其特征在于，所述视频信息采集单元(1)包括CCD传感器(15)盒体(13)及摄像头(11)，所述盒体(13)内设有摄像头安装腔(14)，所述摄像头(11)通过安装支架(12)安装在所述安装腔(14)内。

3.根据权利要求1所述的驾驶行为评估和车辆行驶状态监测预警系统，其特征在于，所述视频信息处理单元(2)包括车载的DSP处理设备(21)，所述车载的DSP处理设备(21)包括图像处理芯片TMS320C6455(211)。

4.根据权利要求1所述的驾驶行为评估和车辆行驶状态监测预警系统，其特征在于，所述车辆运行状态采集单元(3)包括包括踏板传感器(31)、BDS/GPS设备(32)、OBD-II接口(33)、9轴传感器(34)、转向灯传感器(35)和方向盘传感器(36)；

所述踏板传感器(31)，用于采集汽车离合踏板、油门踏板以及刹车踏板动作的幅度和速度；

所述BDS/GPS设备(32)，用于接收车辆速度和车辆位置信息；

所述OBD-II接口(33)，用于采集车辆发动机转速、水温、进排气温度、机油温度、油耗；

所述9轴传感器(34)，用于采集车辆运行的加速度、车辆移动轨迹变化、车辆运行平稳度即倾斜角度的变化；

所述转向灯传感器(35)，用于采集转向灯打开和关闭信号；

所述方向盘传感器(36)，用于采集方向盘的旋转方向和角度。

5.根据权利要求1所述的驾驶行为评估和车辆行驶状态监测预警系统，其特征在于，所述身份信息验证单元(4)包括身份识别传感器(41)，通过驾驶员账号、指纹、磁卡或手机短信确认来识别驾驶员身份。

6.根据权利要求1所述的驾驶行为评估和车辆行驶状态监测预警系统，其特征在于，所述信息管理单元(6)包括液晶显示屏(61)、声音播报喇叭(62)和无线通讯设备(63)；

所述液晶显示屏(61)，用于显示评估结果；

所述声音播报喇叭(62)，用于根据所述评估结果对驾驶员进行安全预警；

所述无线通讯设备(63)，用于无线通讯。

7.驾驶行为评估和车辆行驶状态监测预警方法，其特征在于，所述方法包括：

步骤S1a、拍摄车辆前方道路的路况视频图像；

步骤S1b、采集车辆运行状态信息、驾驶员操作动作和识别驾驶员身份信息；

步骤S2、将路况视频图像、采集的车辆运行状态信息以及驾驶员身份信息集成一个独立集合，且将该独立集合进行提取和处理；

步骤S3、将发布、提取和处理后的独立集合进行权重值分配、特征量化和特征融合，运算得出评估结果，根据该评估结果对驾驶员进行安全预警，并同时根据评估结果的危险级别通过无线网络及时传送给车辆管理系统或管理人员；

步骤S4、将驾驶员身份信息与将该评估结果记录进行存储。

8.根据权利要求7所述的驾驶行为评估和车辆行驶状态监测预警方法，其特征在于，所述步骤S2中根据采集到的路况视频信息，提取路况特征信息具体包括对车道线的识别、对前方车辆和行人的识别以及对斑马线导向箭头的识别；

对车道线的识别包括：

采用中值滤波来抑制视频图像噪声，采用Sobel算子作为边缘检测算子，对视频图像进行边缘化处理，采用动态阈值法对图像进行二值化处理，二值化后对图像去除离散点；

通过霍夫变换将去除离散点后的视频图像分为远、中、近3个视场，通过对近视场进行处理得到梯度直方图，求得车道期望值，根据期望值获得Hough变换参数，通过近视场参数确定中视场参数，对得到的参数进行约定并求解，通过近、中视场参数约束求解远视场参数；

通过以上的数据处理结果，提取车道线线类型，完成车道线识别；

对于前方车辆和行人的识别包括：

V＝(St-St^-1)/△t

t＝St/V；

其中，V为车辆与前车或行人的相对速度，St为当前时刻距离，St-1为上一时刻与前车的距离，△t为两次采集间隔时间，当t小于阈值范围时，表示存在安全隐患；

采用特征直方图HOG算法，根据车辆和行人出现在采集到的图像上的位置，通过图像相位点标定好的位置，可推算出当前时刻车辆与前车和行人之间的距离；

对斑马线、导向箭头的识别包括：

采用对车正前方选定固定区域进行逐行扫描，并根据图像的灰度值变化规律及梯度方向，识别斑马线、导向箭头。

9.根据权利要求7所述的驾驶行为评估和车辆行驶状态监测预警方法，其特征在于，所述步骤S3中对驾驶行为和车辆行驶状态进行综合评估和安全预警包括：

通过方向盘进行方向监测，判断出方向盘是否有主动干预，若无主动干预，表明发生车道线偏离，则启动安全预警并记录；

根据左右车轮的压线情况，判断是压线行驶还是变道行驶；

通过识别道路导向箭头检测，判断车辆是否按导向行驶；

当车辆超出正常刹车加速度或车辆侧向倾斜大于30度时，判断车辆出现倾覆，信息管理单元会自动通过无线信号将车辆位置信息及车辆刹车加速度异常信息传回后台管理系统，并发出车辆运行状况安全报警；

当前方出现斑马线，判断车辆当前速度，如车速大于速度阈值且没有刹车动作，则发出安全预警并记录车辆当前运行速度。

10.根据权利要求7所述的驾驶行为评估和车辆行驶状态监测预警方法，其特征在于，所述步骤S3中危险级别的评判标准为：

$Y={\mathrm{\Σ}}_{i=1}^{n}ki*xi=k^{T}x$

其中，x为评价因数，ki*xi为各因数的评价值，权重为k＝(k1,k2,…,kn)^Τ，n为评价指标的种类，Y为评价值变量。