基于Prescan的智能汽车车道偏离预警系统研究

张云龙　刘全周　唐风敏　宋洁

摘 要：本论文主要介绍了车道偏离预警系统的定义和功能，并介绍了车道偏离预警系统进行报警的区域;然后运用Prescan软件搭建车道偏离预警场景，并与Simulink进行联合仿真，验证车道偏离预警算法，该算法满足报警需求。最后，论文对车道偏离预警系统地研究进行了总结。

关键词：Prescan;车道偏离;预警系统

1 引言

近年来，随着汽车保有量的持续增长，道路交通压力亦变大，因此，如何保证汽车行车安全就显得尤为重要。车道偏离预警系统（lane departure warning system ，LDWS）的研究與应用为保证驾驶员和行人安全带来了福音，当车辆无意识偏离车道时，该系统能够及时提醒人类驾驶员的注意，在一定程度上减少或避免了交通事故的发生。

2 车道偏离预警系统概述

车道偏离预警系统（LDWS）是基于视频系统的驾驶员辅助功能，在车辆无意识偏离车道时来提醒驾驶员。无意识的车道偏离包含两部分：已经发生的车道偏离和即将发生的车道偏离。车道偏离预警系统的开发应用，大大减少了侧向碰撞以及其它相关事故的发生。

在车道边线可见的情况下，车道偏离预警系统（LDWS）使用摄像头对车道边线进行检测，并测量自身车辆与车道两侧边缘线的相对距离与方位。当摄像头检测到自车与车道线距离接近或已偏离行驶车道时，该系统就会发出报警。

在整车系统中，报警系统可通过视觉、声音或触觉形式体现。LDWS对不同类型（实线、虚线和点状线）和颜色（白色、黄色、橙色和蓝色）的道路标记线均有效，且LDWS对没有车道标记线的路沿也有效。

3 车道线的识别与报警

智能汽车车道偏离预警系统的关键性能包括两部分：车道线识别性能和车道偏离报警性能。车道线识别性能根据控制器输出的视频信号和车道线信息进行评估;车道偏离预警需要综合考虑车辆的速度、状态以及车辆相对车道线的位置进行评估。如图1所示为报警区域示意图：

如图1所示，设定系统最早报警线车道线内侧，即c线和d线，最晚报警线为b线和e线。当汽车到达a线或f线时，撤出报警。FL为左前轮外缘、FR为右前轮外边缘。

（1）FL、FR在c-d区域时，系统检测到车道线、无压线状态，车道偏离预警系统不报警。

（2）车辆左偏离：

FL进入a-c报警区域，系统未检测到BCM发出的左转向灯信号（即使系统检测到BCM发出的右转向灯信号时），系统以100ms周期向CAN总线持续发出车道左偏离报警信号。

当FL不断向左行驶，压到或越过a线时，并且FR处于c-d区域时，此时该系统取消报警;

若FL继续向左偏离至FR驶过b线，系统认为驾驶员正在进行车辆换道操作过程，此时不报警;若FL处于a-c区域，FR没有压过b线，车辆返回至c-d区域整个过程中，不报警。

（3）车辆右偏离：

同理，FR进入d-f报警区域，系统未检测到BCM发出的右转向灯信号（即使检测到BCM发出的左转向灯信号时），系统以100ms周期向CAN总线持续发出图像及声音的右偏离报警信号。

若FR继续向右偏离驶出f线、FL处于c-d区域时，此时取消报警。

若FR不断向右偏离至FL到达e线时，该系统认为驾驶员正在完成车辆换道操作，此过程中不进行报警;若FR压过d-f区域，FL未超越e线，车辆返回至c-d区域过程中，不报警。

如下图2所示，为车道偏离预警系统的工作流程图。从图中可以看出，该系统在工作时可以被分为五个部分：（1）道路图像采集;（2）图像预处理;（3）车道参数提取;（4）偏离决策;（5）报警输出。

4 车道偏离预警系统的虚拟仿真及测试

由荷兰TNO公司开发的Prescan是一款当前全球范围内处于领先地位的车辆主动安全仿真软件。Prescan能够快速且准确的建立车辆行驶的各种场景，如天气状况、光线、车辆行驶的不同速度等，并能与MATLAB/Simulink等应用软件进行联合仿真。Prescan的主要特点：方便的交通测试场景建模;全面的主动安全传感器模型库;开放的控制算法/硬件在环接口;自带车辆动力学建模和外部接口。

4.1 基于Prescan的仿真场景搭建

首先需要在Prescan的GUI界面搭建车道偏离预警测试场景，并给测试车辆添加车辆动力学模型和视觉传感器。在Prescan的3D可视化界面中可以观察场景的三维效果图以及车辆行驶效果。搭建场景和3D效果图如图3所示：

4.2 仿真算法验证

通过仿真实验可以观察控制效果，并且可以根据控制效果进行算法改进。将传感器模型、车辆动力学模型在Prescan的Simulink界面中连成一个整体。传感器接收车辆行驶信息，并将信息输入给控制模型，控制模型对信号进行相应处理输出控制信号，控制车辆动态模型的节气门、制动等，车辆动态模型输出相应的动作，如车速或行驶方向的改变等。如图4所示：

根据上图1报警区域，两条车道线之间的区域为非报警区域。在非报警区域内，车道偏离预警系统未被激活，不发出警报;但当车辆的左前轮或右前轮接近或者压到车道线时，并且转向灯未打开，此时车道偏离预警系统被激活并发出警报，提示驾驶员有车道偏离的危险。在联合仿真的界面中，报警界面如图5所示：

5 结语

本文针对基于摄像头实现的车道偏离预警系统，分别介绍了车道偏离预警系统的两大功能：车道线检测和偏离报警。使用Prescan软件搭建测试环境，模拟天气状况、车道线类型，并在Simulink界面验证车道偏离预警算法，这套系统可以满足报警需求。

参考文献：

[1]张凯欣，徐美华.车道偏离实时预警系统的目标检测和识别[J].西安工业大学学报，2016（7）.

[2]易世春，李克强，李防震，张强.基于图像行数据处理的车道偏离预警系统[J].汽车工程，2014（7）.

[3]陈军.基于DSP的高速公路车道偏离报警系统研究[D].天津大学，2010.