复杂路况下自动驾驶传感器及关键技术研究

This project proposes an innovative cost-effective perception system that provides the function of road condition perception and vehicles dynamics understanding under all weather conditions. The proposed perception system consists of a thermal imager, a normal camera, and IMU sensors. This project focuses on traffic safety in regard to water/ice/frost on road, unexpected moving obstacles, and vehicle dynamics, enabling assistive or autonomous driving in complex traffic conditions under severe weather conditions. We plan to solve three challenging safety problems: estimation of maximal vehicle-road friction that is critical to avoid skidding and to estimate braking distances, detection of unexpected pedestrians on city ways and animals on highway, and compute the dynamics of the host vehicle and surrounding vehicles relative to the environments to follow the traffic. The success of this project is very important for the research of autonomous and assistive driving.

该项目提出了一种创新的高效路况感知系统，其能够在所有天气条件下提供道路状况感知和车辆动力学理解的功能。所提出的感知系统包括热成像仪，普通相机和IMU传感器。该项目重点关注道路上的水/冰/霜，移动障碍物和车辆动态，从而实现在恶劣天气条件下和在复杂交通条件下进行辅助或自动驾驶。我们计划解决三个具有挑战性的安全问题：估计最大车辆道路摩擦，这对于避免打滑和估计制动距离具有非常重要的作用，以及计算主车辆和周围环境的动力学，从而实现行车动态优化。本项目在国内国际上首次提出利用视觉和热成像技术融合来分析路况，对自动驾驶和辅助驾驶的研究具有重要意义。

在恶劣天气条件下对道路和交通状况的感知的研究是实现全天候全路况条件下自动驾驶和辅助驾驶关键。一个重要的研究挑战是感知道路状况的动态状态，包括粘附水平系数和道路上的水/冰，以便在优化辅助驾驶的效率和保持车辆的稳定性。针对上述问题，本项目提出了一种创新的高效路况感知系统，其能够在所有天气条件下提供道路状况感知和车辆动力学理解的功能。该项目重点关注道路上的水/冰/霜，移动障碍物和车辆动态，从而实现在恶劣天气条件下和在复杂交通条件下进行辅助或自动驾驶。本项目的主要成果总结如下：.(1)本项目开发了一套融合视觉、惯性和热成像传感器的车载智能传感器以及其板载智能处理算法。主要的板载处理算法包括路面摩擦力分析、深度估计、速度估计，以及场景动态分析。.(2)考虑到道路的状况，包括材料，纹理，附着物和冰雪在内，决定着车辆行驶的速度和安全性，本项目提出了一套融合热成像和视觉处理方法，分析路面纹理和检测附着的水洼和冰雪等，通过纹理特征和温度特征（水洼和冰雪局部温度会与路面不同）来区分和检测。.(3)研究表明，道路摩擦力和事故风险之间存在很强的相关性。当摩擦系数降低到某个阈值以下时，事故风险显着增加。驾驶员能够根据许多因素调整他们的驾驶行为。本项目提出了一种利用热成像和视觉惯性测量来量化道路摩擦的方法，以评估在严重道路和天气条件下的辅助或自动驾驶中的事故风险。.(4)安全裕度和制动距离由交通速度和道路状况共同决定，因此应当相应地设定巡航速度和跟随距离。本项目提出了一种估计主车辆和周围车辆的速度的方法，并建立了根据速度估计，道路摩擦系数估计和道路趋势来建议最佳巡航速度的跟随交通模型。.本项目首次提出利用视觉和热成像技术融合来分析路况，符合自动驾驶和辅助驾驶的未来发展方向。研发的智能传感器能够实现全天候的无人驾驶，提出的相关算法为自动驾驶和辅助驾驶的安全和控制提供了理论指导和技术支持。