车道偏离预警系统
研究背景
据交通部统计，约有50%的汽车交通事故是因为汽车偏离正常的行驶车道引起的，究其主要原因主要是驾驶员心神烦乱、注意力不集中或驾驶疲劳。23%的汽车驾驶员一个月内至少在转向盘上睡着一次；66%的卡车驾驶员自己在驾驶过程中打瞌睡；28%的卡车驾驶员在一个月内有在转向盘上睡着的经历。如此惊人的比例足以证明防止车道偏离的重要意义。
根据(美国)联邦公路局的估计，美国2002年所有致命的交通事故中44%是跟车道偏离有关的，同时车道偏离也被看成车辆侧翻事故的主要原因。四个驾驶员中就有一个驾驶员经历过车道偏离引起的伤亡事故。
工作原理
车道偏离预警系统主要由HUD抬头显示器、摄像头、控制器以及传感器组成，当车道偏离系统开启时，摄像头（一般安置在车身侧面或后视镜位置）会时刻采集行驶车道的标识线，通过图像处理获得汽车在当前车道中的位置参数，当检测到汽车偏离车道时，传感器会及时收集车辆数据和驾驶员的操作状态，之后由控制器发出警报信号，整个过程大约在0.5秒完成，为驾驶者提供更多的反应时间。而如果驾驶者打开转向灯，正常进行变线行驶，那么车道偏离预警系统不会做出任何提示。
目前，各厂商所配备的车道偏离预警系统均基于视觉（摄像头）方式采集数据的基础上研发，但它们在雨雪天气或能见度不高的路面时，采集车道标识线的准确度会下降。那么为了解决这个难题，聪明的技术工程师开发了红外线传感器的采集方式，其一般安置在前保险杠两侧，并通过红外线收集信号来分析路面状况，即使在恶略环境的路面，也能识别车道标志线，便于在任何环境的路况下均能及时提醒驾驶员汽车道路偏离状态。如图2所示为车道偏离预警系统工作示意图。
技术要点
车辆偏离预警系统分为“纵向”和“横向”车道偏离警告两个主要功能。纵向车道偏离警告系统主要用于预防那种由于车速太快或方向失控引起的车道偏离碰撞，横向车道偏离警告系统主要用于预防由于驾驶员注意力不集中以及驾驶员放弃转向操作而引起的车道偏离碰撞。
当车辆偏离行驶车道时，其可通过警报音、方向盘震动或自动改变转向给予提醒。
视觉系统的分类
车道偏离预警系统已经商业化使用的产品都是基于视觉的系统，根据摄像头安装位置不同，可以将系统分为：
侧视系统——摄像头安装在车辆侧面，斜指向车道；
前视系统——摄像头安装在车辆前部，斜指向前方的车道。
无论是侧视系统还是前视系统，都由道路和车辆状态感知、车道偏离评价算法和信号显示界面三个基本模块组成。系统首先通过状态感知模块感知道路几何特征和车辆的动态参数，然后由车道偏离评价算法对车道偏离的可能性进行评价，必要的时候通过信号显示界面向驾驶员报警。
预警系统的分类
国外车道偏离预警系统
1.AURORA系统
该系统由美国卡内基梅隆大学机器人学院于1997年开发成功。该系统由带广角镜头的彩色摄像机、数字转换器和一个便携SunSparc工作站等组成。该系统通过安装在车辆一侧的视野大约为1.5m-1.6m区域的俯视彩色摄像机检测车辆旁边的车道标识，通过数字转换器采集摄像机的视频输出并在一个便携SunSparc工作站上进行处理，处理速度为60Hz。
2.AutoVue系统
该系统由前DaimlerChrysler公司和美国的Iteris公司联合开发。该系统主要由一个安装在汽车内风窗玻璃后部的摄像机、两个立体音箱、一个小显示设备和控制单元等组成。该系统工作原理是通过实时监测本车在当前车道中的位置，计算本车到车道标识线距离，然后与设定的报警距离相比较，判断是否进行预警。当检测到将要发生车道偏离时，它将发出一种类似于车辆在隆声带上行驶时发出的隆隆作响的声音来提醒驾驶员修正车辆位置。目前，AutoVue系统已经在欧洲的多种货车上作为一个选件进行了装备。
3.Mobileye_AWS系统
该系统由总部设在荷兰的Mobileye公司研制。该系统利用安装在前风窗玻璃上的单个摄像机监测车道标识线，测量和监控本车与道路边界的距离。该系统的车道偏离警告模块通过检测道路边界，计算车辆相对于车道的位置和车辆的侧向运动，预测车辆将横越车道标识的时间，当该时间低于设定值时，系统触发视觉警告和声音警告，以使驾驶员对不同的危险状态做出适当的反应而减少意外事故的发生。该系统在有意识的车道偏离、制动和没有道路标识等情况下能对警告的产生进行了抑制。
4.DSS系统(Driver Support System)
该系统由日本三菱汽车公司于1998年提出，并于1999年秋季应用于模型车上。该系统由一个安装在汽车后视镜内的小型CCD摄像机、一些检测车辆状态和驾驶员操作行为的传感器以及视觉和听觉警告装置组成。该系统利用由CCD摄像机获得的车辆前方的车道标识线、其他传感器获得的车辆状态数据和驾驶员的操作行为等信息，判断车辆是否已经开始偏离其车道。如有必要，系统将利用视觉警告信息、听觉警告信息以及振动转向盘来提醒驾驶员小心驾驶车辆。
国内车道偏离预警系统
1.JLUVA-1系统
该系统由吉林大学智能车辆课题组开发。该系统是基于单目视觉的前视系统，主要由车载电源、嵌入式微机、显示设备、黑白CCD摄像机、数据线、音箱以及图像采集卡等组成。
系统利用安装在汽车后视镜位置处的CCD摄像机采集汽车前方的道路图像，通过图像处理获得汽车在当前车道中位置参数，当一旦检测到汽车距离自身车道白线过近有可能偏入邻近车道而且司机并没有打转向灯时，该系统就会发出警告信息提醒司机注意纠正这种无意识的车道偏离，从而尽可能地减少车道偏离事故的发生。
2.基于DSP技术的嵌入式车道偏离报警系统
该系统由东南大学开发，是基于单目视觉的前视系统，由模/数转化及解码电路模块、缓冲电路模块、媒体处理器DSP电路模块、编码及数/模转换电路模块等模块组成。该系统通过车载摄像头采集被跟踪车道线的模拟视频信号，经解码生成数字信号码流缓冲后送到高速媒体处理器DSP的视频接口，然后再由视频处理模块对数字视频信号进行车道特征值的提取，最后将处理后的视频信号送编码及数/模转换电路输出显示。[1]
偏离预警系统发展
车道偏离预警系统的研究主要集中在基于视觉的车道偏离预警系统上。但是，从现有的技术水平来看，影响基于视觉的车道偏离预警系统可靠性的最主要因素是系统应用的天气条件以及光照变化的影响，这是所有基于视觉系统目前面临的一个主要难题。目前，研究各种鲁棒性强、能适应各种天气条件、克服光照变化以及阴影条件的影响的车道偏离评价算法是所有基于视觉的车道偏离预警系统的发展趋势。
基于汽车主动安全发展的趋势以及国内的一些交通现状，汽车主动安全电子这一行业逐渐在形成一个独立的体系，国内很多汽车业内人士多很关注，也在积极地研发中，国内现在只有少部分公司对车道偏离系统的研发比较完善，而且形成了一个独立的产业，像车道偏离系统的上市意味着中国进入了一个汽车主动安全的新时期。
相关应用
车道偏离预警系统最先应用在卡车上，如图所示为卡车上的车道偏离预警系统。
目前车道偏离预警系统在大众CC、宝马5系、奔驰E级、英菲尼迪M系等车型均已配备。在不同汽车品牌的车道偏离预警系统中，除称呼不同外，其提醒驾驶员的方式方法都有本质的区别，以 车型为例，其在偏离车道后，会在仪表盘中亮起预警灯，并在车内发出鸣音来提醒驾驶者，但当遇到杂乱的环境（如开车窗、后方车辆长时间鸣笛），就会有听不清的提示音，造成安全隐患情。就此问题，一些品牌车型进行了改进，它们的车道偏离预警系统则以方向盘震动的形式警示驾驶员，相比提示音方式更为安全可靠，此外，一些品牌的车型还采用了座椅震动的提醒方式。而还有少数品牌车型则采用自动改变汽车转向的方式。
现在，车道偏离预警系统（LDWS）已经装配在了一汽大众CC上。如图5所示为配有车道偏离预警系统的大众CC。当车辆偏离车道时，系统会指令方向盘以3牛米左右的转矩自动修正方向。但如果偏航角度过大，车道保持系统无法自动纠正偏航，这时这个功能是个提醒，驾驶员在注意到偏航之后可以手动纠正。其实车道偏离预警系统还有一个好处，那就是它纠正了驾驶员并线不打灯的坏习惯。
从目前的汽车消费市场来看，消费者不仅仅只关心车型的价格，拥有更舒适更丰富的配置才是他们更想要的，车道偏离预警系统作为主动安全中的先进技术之一，未来有望在各级别车型中得到普及，或许在未来一些低端车型上，都能看到这项技术的身影，对于开车自驾游、出差等，长时间对着单调的高速公路，往往会让人产生疲劳驾驶，生命就在一念之间。对于驾驶者而言，安全性也是在消费选择时的一个重要考虑因素。
