专利名称：基于移动信息的交通安全感知网的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种交通安全监控系统，特别是一种基于移动信息的交通安全感知 网。
背景技术：
随着我国经济发展和机动化水平的不断提高，城市交通拥挤现象日益严重，面对 海量的交通信息数据，传统的交通管理模式已无法适应现实的需求。近几年来的城市交通 事故、交通拥堵等问题给社会、经济造成极大的损失。人们已经充分认识到，仅仅依靠现场 交通警力的管理不能适应未来交通管理的需要。因此实现交通管理的智能化已是顺应时代 发展的必然趋势。在传感网产业兴起的背景下，交通安全感知网的建立能够取得良好的经 济和社会效益。现有的交通监管系统主要在固定地点、固定时间采集道路交通信息来获取交通流 量、车道占有率等交通状况信息。目前主流的数据采集方法是采用路边采集系统来进行的。 路边采集系统是指安装在路边或者路面的一些固定的数据采集设备，例如环形行权检测 器、微波检测器、视频检测器等。安装有路边采集设备的区域，其交通信息获取比较容易，信 息覆盖率相对有保障。但这种方法存在不足，固定数据采集设备不能直接测量车辆密度、车 速等数据，都是依靠间接测量和复杂的算法估计才得到所需数据，测量准确度有限；安装大 量的固定数据采集设备投资巨大，安装路面下的传感器会破坏道路，路边以及路面下的检 测器容易受到损坏，并且基于路边固定数据采集设备的交通监管系统无法持续获取各个车 辆的行驶信息，对道路交通情况的感知能力有限。另外现有的交通监管系统与车辆之间也 缺乏信息互通，没有形成整体，不能有效的对车辆进行管理。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于移动信息的交通安全感知网，它是通过在行驶车辆 上安装多种传感器来实现对车辆各类数据的实时连续采集，进行车辆安全行驶状态识别， 并通过移动通信网与交通监控中心相连，形成交通安全感知网络，使交通监控中心与行驶 车辆之间可以信息互通，实现交通监控中心对道路交通和车辆的实时有效监控。本发明的目的是通过以下技术方案实现的。基于移动信息的交通安全感知网，它 是由监控车辆、移动通信网和交通监控中心构成，监控车辆是包括城市公交、出租车在内的 道路实时行驶的车辆，其特征是监控车辆上装有车载定位系统、车载传感器、车辆行驶状态 识别系统和车载通信系统；车载定位系统采用全球卫星定位系统GPS实时探测车辆位置信 息，并经车载通信系统后通过移动通信网将车辆位置信息传输给交通监控中心；车载传感 器通过设置在监控车辆上不同位置的传感器采集车速、车距、车内外图像；车辆行驶状态识 别系统对车载传感器采集到的数据进行处理并进行车辆安全行驶状态识别，处理后的车辆 行驶信息和车外图像经车载通信系统后通过移动通信网传输给交通监控中心；监控车辆与 交通监控中心之间通过移动通信网实现信息交互。
上述监控车辆上的车载传感器包括测速装置、测距装置，以及摄像机。测速装置与 汽车测速仪表相连；测距装置安装在监控车辆的头部；摄像机共两个，分别安装在驾驶员 前方的后视镜附近和安装在驾驶员前方的汽车驾驶台上，用来获取前方道路图像和驾驶员 脸部图像。车辆行驶状态识别系统由主控模块、车内图像处理模块、车外图像处理模块、电 源模块以及报警装置构成；主控模块通过CAN总线与车载传感器中测速装置和测距装置相 连，车内图像处理模块和车外图像处理模块通过CAN总线与主控模块相连，同时通过视频 输入接口与车载传感器两个摄像机相连，报警装置通过音频接口与主控模块相连，电源模 块为车辆行驶状态识别系统中各模块提供工作电源，主控模块通过RS-232串口与车载通 信系统相连；本发明的移动通信网包括GPRS网络和Internet。本发明将监控车辆作为移 动智能感知节点，与移动通信网和交通监控中心构成了一个传感网，交通监控中心可全方 位感知道路交通状况和车辆行驶状况。监控车辆上的测速装置、测距装置、摄像机采集到的数据经过车辆行驶状态识别 系统处理后，可实现实时超速检测、车道偏离检测、前方车距检测、驾驶员状态检测，以及违 章行驶检测功能。具体如下超速检测，通过测速装置实时获取本车的行驶速度，当超出安全速度时发出警报， 提醒驾驶员注意。车道偏离检测，通过对摄像机采集到的车外单目图像进行处理，能够在结构化的 道路上实时地跟踪车道(包括道路线和道路边缘)的变化，获取本车相对于车道的位置和 方向，根据此信息对车辆的安全状态进行判断。当车辆出现偏离时发出警报，提醒驾驶员注
辰、ο前方车距检测，通过测距装置获取前方障碍物与本车之间的距离，再通过对摄像 机采集到的车外单目图像进行处理，根据车道跟踪结果，检测车道内的障碍车辆，获取障碍 车辆的位置，将图像处理结果与测距装置测量结果进行融合，根据融合结果判断障碍车辆 对本车的威胁性。当出现本车与前方车辆安全距离不足时发出警报，提醒驾驶员注意。驾驶员状态检测，通过对摄像机采集到的车内驾驶员脸部图像进行处理识别，实 现驾驶员状态检测，当驾驶员出现疲劳状态或者注意力不集中等驾驶行为时发出警报，提 醒驾驶员注意。违章行驶检测，通过对摄像机10采集到的车外图像进行处理识别，当出现本车逆 向行驶、长时间与前方车辆安全距离不足、占用公交车道行驶等违章行驶情况时，将监控车 辆信息及违章行驶图像传送至交通监控中心。交通监控中心负责整个交通安全感知网的控制和管理。监控车辆可与交通监控中 心通过移动通信网进行各种信息交互，交通监控中心建有数据库，存储各个车辆位置、车况 信息以及图像信息。交通监控中心对接收到的数据进行处理，获取道路交通状况信息和车 辆行驶信息，实现道路通行能力监测、智能调度、车辆定位追踪、信息查询、遇险报警功能， 并且可将信息通过移动通信网传送给指定监控车辆。本发明与现有技术相比其显著优点是1、将监控车辆作为移动智能感知节点，与 移动通信网和交通监控中心构成了一个传感网，交通监控中心可通过监控车辆上的车载传 感器实时全方位感知道路交通状况；2、车辆行驶状态识别系统既可以为驾驶员提供安全驾 驶辅助信息，又可以为交通监控中心提供行驶车辆违章行驶图像，当车辆在行驶过程中出现车道偏离、与前方车辆安全车间距离不足，或者驾驶员注意力不集中等驾驶行为时发出 报警，提高了驾车安全性，当出现违章行驶形式为，通过移动通信网将违章行驶图像传送至 交通监控中心，用于举证；3、本发明的交通安全感知网中加入了摄像机，即视觉传感器，具 有图像采集功能，图像信息可以提供交通场景重现，实时监测车辆有无违章行为和事故发 生等，可为交通管理部门提供可视图像，方便快捷的进行图像回放、图像检索等操作；4、本 交通安全感知网为交通管理部门提供了全新的交通及车辆监管途径，并且可有效预防和减 少重大恶性交通事故带来的人身伤亡和经济损失。本发明的具体结构由以下附图和实施例给出。
图1是本发明所述基于移动信息的交通安全感知网的总体结构示意图。图2是基于移动信息的交通安全感知网信息采集处理工作原理图。图3是基于移动信息的交通安全感知网中车辆安全行驶识别系统结构示意框图。
具体实施例方式下面结合附图对本发明作进一步详细描述。参见图1、图2，根据本发明所说的基于移动信息的交通安全感知网是由监控车辆 1、移动通信网2和交通监控中心3三部分组成。监控车辆1是包括城市公交和出租车在内 的道路实时行驶的车辆，监控车辆1上装有车载定位系统4、车载传感器5、车辆行驶状态识 别系统6以及车载通信系统7 ；其中车载定位系统4采用全球卫星定位系统GPS实时探测 车辆位置信息，可采用高明GARMIN15 ；车载传感器4是由测速装置8、测距装置9、摄像机10 组成。车辆行驶状态识别系统6由主控模块11、车内图像处理模块12、车外图像处理模块 13、电源模块14以及报警装置15组成。测速装置8与汽车仪表盘相连，读取汽车CAN总线 上的监控车辆当前速度数据，通过CAN总线与车辆行驶状态识别系统6中的主控模块11相 连；测距装置9通过以太网与安装在监控车辆1头部的毫米波雷达传感器相连，获取监控车 辆与前方障碍物的距离，通过CAN总线与车辆行驶状态识别系统6中的主控模块11相连； 摄像机10安装在监控车辆1内部，共两台，均采用红外光摄像机。其中一台摄像机安装在 驾驶员前方的汽车驾驶台上，获取驾驶员脸部图像，该摄像机通过视频输入接口与车辆行 驶状态识别系统6中的DSP处理器相连。另一台摄像机安装在驾驶员前方的后视镜附近， 采集前方路面图像，该摄像机通过视频输入接口与车辆行驶状态识别系统6中的DSP处理 器相连。车辆行驶状态识别系统6中的主控模块11采用ARM LPC1758，主控模块11通过 RS232串口与车载通信系统7和车载定位系统4相连；其中车载定位系统4探测的车辆位置 信息是通过车辆行驶状态识别系统6中的主控模块11再传输给车载通信系统7 ；车内图像 处理模块12和车外图像处理模块13均为DSP处理器，可采用DM648，DSP处理器通过CAN 总线与主控模块7相连；电源模块14可采用摩托罗拉LM2596电源模块，报警装置15为喇 叭，通过音频接口与主控模块11相连。车载通信系统7可采用SIM300GPRS模块。车辆行 驶状态识别系统6具体功能如下车内图像处理，DSP处理器接收到采集到的车内驾驶员脸部图像后，进行图像处 理，对驾驶员瞌睡、哈欠、头部姿态等进行识别，识别结果传送至主控模块11。
车外图像处理，DSP处理器接收到采集到的车外道路图像后，进行图像处理，实现 车道偏离检测，前方车距检测，违章行驶检测，识别结果传送至主控模块11。具体方法是车道偏离检测，在结构化的道路上实时地跟踪车道(包括道路线和道路边缘)的 变化，获取本车相对于车道的位置和方向，根据此信息对车辆的安全状态进行判断。通过在 单帧图像检测行道线，采用快速Hough变换的鲁棒性行道线提取算法，实现基于行道线消 失点的车道线偏离检测算法。前方车距检测，根据车道跟踪结果，检测车道内的障碍车辆，获取障碍车辆的位 置，将图像处理结果与测距装置测量结果进行融合，根据融合结果判断障碍车辆对本车的 威胁性。违章行驶检测，实时跟踪车道，判断是否有本车逆向行驶、占用公交车道行驶等违 章行驶状态。主控模块11将接收到的车速数据和车内外图像处理结果进行处理，判断是否存 在不安全驾驶或者违章驾驶行为。当出现当超速违章行驶时，报警装置15发出报警声音提 醒驾驶员注意，同时由通车载通信系统7将车辆信息及超速信息通过移动通信网2传送至 交通监控中心3 ；当出现车辆偏离车道行驶、与前方车辆安全距离不足，或驾驶员疲劳驾驶 时，报警装置发出报警声音提醒驾驶员注意；当出现逆向行驶等违章行驶时，报警装置发出 报警声音提醒驾驶员注意，同时由车载通信系统7将车辆信息及违章行驶图像通过移动通 信网2传送到交通监控中心3。移动通信网2包括GPRS网络和Internet，负责监控车辆1与交通监控中心3之间 的数据传输；交通监控中心3设有交通信息处理中心和交通信息管理数据库，交通信息管 理数据库实时存储接收到的监控车辆传送来的数据，包括车辆位置和图像信息。通过数据 处理，生成各种交通信息供交通管理者使用，并且可监控任意指定车辆。交通监控中心3负责整个交通安全感知网的控制和管理。交通监控中心3包括以 下几项功能(1)道路通行能力监测；根据车辆定位信息，分析道路车流量、车辆平均速度及队 列长度等交通参数，进行道路通行能力监测。(2)智能调度；根据道路的交通情况，规划行驶路线，缓解交通拥塞。(3)车辆定位追踪；利用GPS和电子地图可以实时显示出车辆的实际位置，并任意 放大、缩小、还原、换图；可以随目标移动，使目标始终保持在屏幕上；还可实现多窗口、多 车辆、多屏幕同时跟踪，并可同步显示接收到的图像。(4)智能信息查询；监测中心可以利用监测控制台对区域内任意车辆信息进行查 询，并且还可为交通管理者提供违章行驶现场图像，重现交通场景。(5)遇险报警；监控管理系统可以对遇有险情或发生事故的车辆进行紧急援助。 监控中心的电子地图可显示求助信息和报警目标，规划出最优援助方案。
权利要求
基于移动信息的交通安全感知网，它是由监控车辆[1]、移动通信网[2]和交通监控中心[3]构成，监控车辆[1]是包括城市公交、出租车在内的道路实时行驶的车辆，其特征是监控车辆[1]上装有车载定位系统[4]、车载传感器[5]、车辆行驶状态识别系统[6]和车载通信系统[7]；车载定位系统[4]采用全球卫星定位系统GPS实时探测车辆位置信息，并经车载通信系统[7]后通过移动通信网[2]将车辆位置信息传输给交通监控中心[3]；车载传感器[5]通过设置在监控车辆[1]不同位置上的传感器采集车速、车距、车内外图像；车辆行驶状态识别系统[6]对车载传感器[5]采集到的数据进行处理并进行车辆安全行驶状态识别，处理后的车辆行驶信息和车外图像经车载通信系统[7]后通过移动通信网[2]传输给交通监控中心[3]；监控车辆[1]与交通监控中心[3]之间通过移动通信网[2]实现信息交互。
2.根据权利要求1所述基于移动信息的交通安全感知网，其特征是车载传感器[5]由 测速装置[8]、测距装置[9]，以及摄像机[10]组成，测速装置[8]与汽车测速仪表相连，测 距装置[9]安装在监控车辆[1]的头部，摄像机[10]共两个，分别安装在驾驶员前方的后 视镜附近和安装在驾驶员前方的汽车驾驶台上。
3.根据权利要求1或2所述基于移动信息的交通安全感知网，其特征是车辆行驶状态 识别系统[6]由主控模块[11]、车内图像处理模块[12]、车外图像处理模块[13]、电源模块 [14]以及报警装置[15]构成；主控模块[11]通过CAN总线与车载传感器[5]中测速装置 [8]和测距装置[9]相连，车内图像处理模块[12]和车外图像处理模块[13]通过CAN总线 与主控模块[11]相连，同时通过视频输入接口与车载传感器[5]两个摄像机[10]相连，报 警装置[15]设置在监控车辆[1]上，它通过音频接口与主控模块[11]相连，电源模块[14] 为车辆行驶状态识别系统[6]中各模块提供工作电源，主控模块[11]通过RS-232串口与 车载通信系统[7]相连。
4.根据权利要求3所述基于移动信息的交通安全感知网，其特征是车内图像处理模块 [12]和车外图像处理模块[13]均为DSP处理器。
5.根据权利要求1所述基于移动信息的交通安全感知网，其特征是移动通信网[2]包 括 GPRS 网络和 Internet。
全文摘要
本发明公开了一种公路智能化交通管理用的基于移动信息的交通安全感知网，它将车辆作为移动智能感知节点，与移动通信网和交通监控中心构成了一个传感网。车载定位系统和车载传感器实时采集车辆的位置、速度，以及车内外图像信息，为交通监控中心提供实时道路交通状况信息；监控车辆可与交通监控中心通过移动通信网进行各种信息交互；本发明加入的视觉传感器和车辆行驶状态识别系统，具有图像采集和处理功能，可实现违章行驶监控、交通场景重现，以及车辆安全驾驶辅助，为交通管理部门提供了全新的交通及车辆监管途径，可提高道路通行能力，同时可提高驾驶员的驾驶安全性，有效预防和减少交通事故带来的人身伤亡和经济损失。
文档编号G07C5/08GK101908272SQ201010230470
公开日2010年12月8日 申请日期2010年7月20日 优先权日2010年7月20日
发明者张浩峰, 王欢, 王琼, 赵春霞 申请人:南京理工大学