一种基于机器视觉与DSRC的交叉口安全预警系统及其预警方法与流程

本发明涉及智能交通技术领域，特别是涉及一种基于机器视觉与dsrc的交叉口安全预警系统及其预警方法。

背景技术：

交叉口为事故发生的高频区，同时交叉路口因承载了大量的机动车、非机动车和行人的通行需求，但是交叉口为四方向的同时需求，给交通管理者带来巨大的麻烦。如今通过设置天桥或者地下人行道隔离行人与机动车，或者设置护栏封闭交叉口来隔离机动车与非机动车，这样虽然安全，但是会浪费过多的资源，需要许多人力物力。

也有通过安装车辆预警系统来预防交通事故，但是现有车辆预警系统局限与车-车通信，并不能做到车-路-人更大层面的系统结合，且车-车通信通过感知的范围有限，无法实现全局定位，在受到障碍物遮挡时就会产生感知盲区，使其不能应更复杂的路面状况；同时，现有的预警系统不能够预测行人的运动轨迹，当行人的运动轨迹发生突变时，车辆不能够采取准确的措施达到避免事故发生的目的，不能够适应各种突发状况。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种基于机器视觉与dsrc的交叉口安全预警系统及其预警方法，有效的在预防交通事故的发生，同时减少大量的人力物力，减少使用路障、栏杆等影响城市景观的措施。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种基于机器视觉与dsrc的交叉口安全预警系统，包括：

用于采集交叉口图像的图像采集单元；

与图像采集单元连接，用于对目标进行检测定位与跟踪，获得所述目标的行走方向、位置和速度的图像处理单元；所述目标包括行人和车辆；

与图像处理单元连接，用于对目标的态势进行分析，并进行安全边界计算，预测是否会与车辆发生碰撞，若会产生碰撞，发出实时报警信息的中央数据处理单元；

与中央数据处理单元连接，用于车辆与中央数据处理单元之间的信息交互的dsrc通信单元。

作为优选方案，所述dsrc通信单元包括：

用于接收中央数据处理单元发来的实时报警信息并发送到车辆的信号发射单元；

与信号发射单元连接，用于接收信号发射单元的信息，并通过传感系统获取车辆自身信息的车载设备单元；所述车辆自身信息包括车辆的行驶方向和车辆的行驶速度。

作为优选方案，所述车载设备单元包括传感单元、显示单元、信息接收单元和控制单元。

作为优选方案，所述图像采集单元设置有多个。

本发明还提供一种基于机器视觉与dsrc的交叉口安全预警方法，包括以下步骤：

s1、图像采集单元采集交叉口图像，并转换为图像信号传送给图像处理单元；

s2、将采集到的图像中的通过yolov3算法对目标进行检测定位与跟踪，获得所述目标的行走方向、位置和速度，并将数据发送给中央数据处理单元；

s3、将所接受到的数据进行实时处理，对目标的态势进行分析，并进行安全边界计算，预测是否会与车辆发生碰撞，若会产生碰撞，控制dsrc通信单元向行驶车辆发出预警。

作为优选方案，所述步骤3对目标的态势进行分析包括：建立行人与车和车与车的碰撞模型，以碰撞时间为目标函数的安全评估方式，规定在一个设定的时间区域内，如果两个目标的位置会发生重合，则判定为危险运行状态，即危险程度与车碰撞时间量为依据，时间越短发生的可能性就会越大，危险程度越高。

作为优选方案，分析行人与车辆之间碰撞时间包括以下步骤：

s71、分析车辆以最小减速度减速停车行驶的距离：

其中，amin为车辆最小减速度，dc为车辆减速停车行驶的距离，vl为车辆当前行驶速度；

s72、根据行人信息与车辆信息预测出行走轨迹，得到行人预测路线与车头中心的交点位置，将以此交点为中心车辆宽度dk为宽，以2dc为长的长方形区域确定为危险区域；

s73、根据车辆位置和行人的位置，分析车辆距危险区域的最近距离dz和行人距危险区域的最近距离dr；

s74、分别分析车辆和行人到危险区域的时间：

其中vr为行人的行走速度；

s75、分析车辆和行人到达路口的时间差；

δt＝tz-tr；

s76、分析车辆以最小减速度减速停车所需要的时间：

s77、判断碰撞危险，若δt∈[-t0,t0],则车辆具有碰撞危险；若不在区间内则车辆不具有碰撞危险，继续行驶。

作为优选方案，当中央数据处理单元判断有碰撞危险时并做出规避措施提醒，所述规避措施提醒包括加速通过提醒或者减速避让提醒。

作为优选方案，所述加速通过提醒满足：车辆加速行驶，当行人到达危险区域，车辆已经行驶通过危险区域，且v期≤v限；其中v期为车辆加速通过的期望速度，v限为该路段限制的车辆速度；v期满足：

其中dl为车辆长度。

作为优选方案，所述减速避让提醒满足：车辆减速行驶，当行人已通过危险区域时，车辆才到达危险区域；所述车辆减速行驶的速度为v期满足：

本发明具有以下有益效果：

本发明采用基于机器视觉与dsrc的安全预警系统能精准的对往来车辆和行人进行预测，从而给予车辆危险信息报警，来预防交通事故的发生；通过布设图像采集单元采集交叉路口图像，然后交由图像处理单元和中央数据处理单元来进行计算分析，最后给车辆发出报警信息；有效的在预防方面遏制了交通事故的发生，同时减少大量的人力物力，减少使用路障、栏杆等影响城市景观的措施，也因此增加了交叉路口的弹性。

附图说明

图1是本发明实施例提供的基于机器视觉与dsrc的交叉口安全预警系统的系统框图；

图2是本发明实施例提供的基于机器视觉与dsrc的交叉口安全预警方法的流程图；

图3是本发明实施例提供的基于机器视觉与dsrc的交叉口安全预警方法的行人与车辆之间碰撞时间流程图；

图4是本发明实施例提供的基于机器视觉与dsrc的交叉口安全预警方法的yolov3算法的原理流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1：

参见图1，本发明优选实施例中一种基于机器视觉与dsrc的交叉口安全预警系统，包括：

用于采集交叉口图像的图像采集单元；

与图像采集单元连接，用于对目标进行检测定位与跟踪，获得所述目标的行走方向、位置和速度的图像处理单元；所述目标包括行人和车辆；

与图像处理单元连接，用于对目标的态势进行分析，并进行安全边界计算，预测是否会与车辆发生碰撞，若会产生碰撞，发出实时报警信息的中央数据处理单元；

与中央数据处理单元连接，用于车辆与中央数据处理单元之间的信息交互的dsrc通信单元。

作为优选方案，所述dsrc通信单元包括：

用于接收中央数据处理单元发来的实时报警信息并发送到车辆的信号发射单元；

与信号发射单元连接，用于接收信号发射单元的信息，并通过传感系统获取车辆自身信息的车载设备单元；所述车辆自身信息包括车辆的行驶方向和车辆的行驶速度。

在本发明的优选实施例中，所述车载设备单元包括传感单元、显示单元、信息接收单元和控制单元。

在本发明的优选实施例中，所述图像采集单元设置有多个。

实施例2：

参见图2，本发明优选实施例一种基于机器视觉与dsrc的交叉口安全预警方法，包括以下步骤：

s1、图像采集单元采集交叉口图像，并转换为图像信号传送给图像处理单元；

s2、将采集到的图像中的通过yolov3算法对目标进行检测定位与跟踪，获得所述目标的行走方向、位置和速度，并将数据发送给中央数据处理单元；

s3、将所接受到的数据进行实时处理，对目标的态势进行分析，并进行安全边界计算，预测是否会与车辆发生碰撞，若会产生碰撞，控制dsrc通信单元向行驶车辆发出预警。

具体的，s2应用机器视觉技术yolov3算法网络分析车辆和行人的运动状态，然后通过数据库的比对来识别人的姿态。

在本发明的优选实施例中，所述步骤3对目标的态势进行分析包括：建立行人与车和车与车的碰撞模型，以碰撞时间为目标函数的安全评估方式，规定在一个设定的时间区域内，如果两个目标的位置会发生重合，则判定为危险运行状态，即危险程度与车碰撞时间量为依据，时间越短发生的可能性就会越大，危险程度越高。

参见图3，在本发明的优选实施例中，分析行人与车辆之间碰撞时间包括以下步骤：

s71、分析车辆以最小减速度减速停车行驶的距离：

其中，amin为车辆最小减速度，dc为车辆减速停车行驶的距离，vl为车辆当前行驶速度；

s72、根据行人信息与车辆信息预测出行走轨迹，得到行人预测路线与车头中心的交点位置，将以此交点为中心车辆宽度dk为宽，以2dc为长的长方形区域确定为危险区域；

s73、根据车辆位置和行人的位置，分析车辆距危险区域的最近距离dz和行人距危险区域的最近距离dr；

s74、分别分析车辆和行人到危险区域的时间：

其中vr为行人的行走速度；

s75、分析车辆和行人到达路口的时间差；

δt＝tz-tr；

s76、分析车辆以最小减速度减速停车所需要的时间：

s77、判断碰撞危险，若δt∈[-t0,t0],则车辆具有碰撞危险；若不在区间内则车辆不具有碰撞危险，继续行驶。

在本发明的优选实施例中，当中央数据处理单元判断有碰撞危险时并做出规避措施提醒，所述规避措施提醒包括加速通过提醒或者减速避让提醒。

在本发明的优选实施例中，所述加速通过提醒满足：车辆加速行驶，当行人到达危险区域，车辆已经行驶通过危险区域，且v期≤v限；其中v期为车辆加速通过的期望速度，v限为该路段限制的车辆速度；v期满足：

其中dl为车辆长度。

在本发明的优选实施例中，所述减速避让提醒满足：车辆减速行驶，当行人已通过危险区域时，车辆才到达危险区域；所述车辆减速行驶的速度为v期满足：

值得说明的，本发明优选实施例应用dsrc技术实现的通讯，车辆在高速移动的环境下，车载设备单元时刻处于一种信息接受状态，经过路口时就会进入与信号发射单元的通讯范围内，接收中央数据处理单元发来的实时预警信息。

此外，图像采集单元采集车辆车牌号，中央数据处理单元通过识别车牌号，并将车牌号和预警信息一并发送到车载设备单元，车载设备单元将本车车牌号与接收到的车牌号进行比对，对比一致表示该预警信息是针对本车的危险行使预警，比对不一致则报警无效。

参见图4，yolov3算法依次包括步骤：检测目标、跟踪目标、像素转换和分析目标速度。

需要说明的，dsrc的通讯系统，是由车载设备单元、信号发射单元为核心设备及一些辅助性设备组成；路测设备即本发明优选实施例的信号发射单元。

dsrc技术提供了一种高效的短距离无线通信机制；它具有传输速率高、延迟短等特点，支持点对点、点对多点的通信，利用这种通信手段将车辆之间、车辆与道路之间有机地联系在一起，再结合机器人视觉处理，为智能交通运输系统提供了高效的无线通信服务。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。