Ανάπτυξη συστήματος αντίληψης οδικού περιβάλλοντος με σύντηξη δεδομένων από πολλαπλές πηγές πληροφορίας

Abstract

Τον τελευταίο καιρό η έρευνα για τον περιορισμό των τροχαίων ατυχημάτων στρέφεται όλο και περισσότερο στην μελέτη της τοποθέτησης και λειτουργίας μιας ευρείας γκάμας αισθητήρων πάνω στα οχήματα. Σκοπός των συστημάτων που αναπτύσσονται είναι η αντίληψη του περιβάλλοντος και η αξιολόγηση της τρέχουσας κατάστασης για την έγκαιρη προειδοποίηση του οδηγού σε κρίσιμες καταστάσεις ή ακόμα και η ανάληψη μερική ή ολική του ελέγχου του οχήματος. Η χρησιμότητα των συστημάτων αυτών έχει ήδη αρχίσει να αναγνωρίζεται και ήδη έχουν αρχίσει να εμφανίζονται τα πρώτα εμπορικά συστήματα σε μεγάλα οχήματα όπως φορτηγά ή αυτοκίνητα πολυτελείας με έναν ή δυο το πολύ αισθητήρες προς το παρών. Οι λειτουργίες που ενσωματώνονται σε αυτές τις εφαρμογές είναι η αποφυγή σύγκρουσης, η πλευρική ασφάλεια, η υποβοήθηση ταχύτητας, η υποβοήθηση σε διασταυρώσεις και η υποβοήθηση σε καταστάσεις παύσης και έναρξης κίνησης. Η χρήση τους αυξάνεται προς το παρών με αργούς ρυθμούς καθώς βρίσκονται στα αρχικά στάδια της μελέτης και ανάπτυξης τους, αλλά προβλέπεται σε μερικά χρόνια να αρχίσει σταδιακά η μαζική χρήση τους. Καθώς η έρευνα προχωράει, η μελέτη στρέφεται στην εγκατάσταση και λειτουργία συστημάτων με πολλαπλούς αισθητήρες οι οποίοι θα καλύπτουν όλη την περιοχή γύρω από το όχημα. Σκοπός είναι η πλήρης αντίληψη όλων των περιοχών εμπρός, πίσω, αριστερά και δεξιά από το αυτοκίνητο για την προστασία από περιπτώσεις όπως π.χ. η σύγκρουση με ένα διπλανό όχημα κατά την αλλαγή λωρίδας ή η σύγκρουση με ένα εμπόδιο μπροστά σε συνθήκες περιορισμένης ορατότητας. Οι αισθητήρες που χρησιμοποιούνται είναι κυρίως μικροκυματικά ραντάρ για την ανίχνευση κινούμενων οχημάτων, κάμερες για την ανίχνευση κυρίως των λωρίδων και των ορίων του δρόμου, σαρωτές laser για την ανίχνευση του δρόμου και άλλων οχημάτων, υπέρυθρες κάμερες για την ανίχνευση αντικειμένων το βράδυ, ψηφιακοί χάρτες για πληροφορίες σχετικά με τον δρόμο, δέκτες GPS για την εύρεση της θέσης και αδρανειακοί αισθητήρες για την εκτίμηση της δυναμικής κατάστασης του οχήματος. Σκοπός της διατριβής είναι η εισαγωγή ορισμένων πρωτότυπων αλγορίθμων όσον αφορά την αποτελεσματική αντίληψη του οδικού περιβάλλοντος σε εφαρμογές υποβοήθησης του οδηγού σε έξυπνα οχήματα και η ανάπτυξη μιας πρωτότυπης πλατφόρμας για την λήψη και επεξεργασία των δεδομένων από τους αισθητήρες με τους οποίους είναι εξοπλισμένο το όχημα. Πιο συγκεκριμένα περιλαμβάνει μια σύντομη εισαγωγή στα συστήματα οδικής ασφάλειας, όπου γίνεται επίσης παρουσίαση της αρχιτεκτονικής του πυρήνα επεξεργασίας των πληροφοριών από τους αισθητήρες κάνοντας χρήση τεχνικών σύντηξης δεδομένων Στη συνέχεια παρουσιάζονται ορισμένοι νέοι αλγόριθμοι και βελτιώνονται ορισμένοι υπάρχοντες σε σχέση με την επεξεργασία των δεδομένων από τους αισθητήρες αυτούς που είναι εγκατεστημένοι πάνω στο όχημα. Το πεδίο στο οποίο εστιάζεται είναι η εκτίμηση της γεωμετρίας του δρόμου με χρήση ψηφιακών χαρτών καθώς και η εκτίμηση της ίδιας γεωμετρίας σε μεταγενέστερο στάδιο με χρήση πολλαπλών πηγών πληροφορίας. Επίσης, αναλύονται οι μέθοδοι αξιολόγησης κατάστασης και ιδιαίτερα αυτοί που αφορούν την εκτίμηση των συντελεστών κινδύνου καθώς και την ανίχνευση των εκτελούμενων ελιγμών και την εξακρίβωση της πρόθεσης του οδηγού. Στο τέλος παρουσιάζεται μια πρότυπη πλατφόρμα η οποία εστιάζει στην πλευρική ασφάλεια.

In recent years the on-going research, for decreasing road accidents, focus in using various sensors onboard vehicles for perceiving the road environment. This effort aims in detecting and recognizing the current situation evolving around the vehicle in order to inform or warn the driver or even take control of the vehicle. The importance of such systems has already started being recognized and nowadays the first generation of such systems is equipping heavy trucks or luxurious vehicles by using one or two different sensors. The functions that are developed are collision avoidance, lane keeping, speed assistance, intersection support and stop & go. Currently, their market penetration is very low, as those systems are under research and development, but it is anticipated their extended use in the near future. The main purpose is the field of view of all sensors to include the whole area of the vehicle. Thus, for example, the driver assistance system (ADAS) should be able to cover a possible collision with another vehicle moving in the adjacent lane during a lane change, or the collision with an obstacle in front of the vehicle during bad weather. Typical sensors used in ADAS systems are radars, cameras, laser scanners, infrared cameras, digital maps, GPS and inertial sensors for estimating the vehicle dynamics. This thesis includes a short introduction in advanced driver assistance systems, the presentation of the architecture of data fusion systems and the proposal of some new algorithms or the extension of previous ones for the processing of data provided by the sensor network installed on the vehicle. The main work focuses at the road geometry estimation using digital maps and the lane estimation using multiple sources of information. It is also focusing in the development of algorithms regarding situation assessment and particularly at estimating the risks involved with the current situation. It is also deals with the problem of detecting the performed maneuver by the driver and the intention associated with the corresponding maneuver. Finally, a software platform for testing all the proposed algorithms is developed and presented.