基于模糊控制的手機(jī)安全控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

侯帥格 沈艷輝 雷 斌

（西安工業(yè)大學(xué)電信學(xué)院，陜西 西安 710032）

據(jù)統(tǒng)計(jì)，開車打手機(jī)導(dǎo)致交通事故的風(fēng)險(xiǎn)比通常情況下高出4倍。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，很多追尾、刮擦等交通事故都是因開車打手機(jī)而引起的。[1]目前市場(chǎng)上出現(xiàn)的與手機(jī)安全相關(guān)的諸多產(chǎn)品中，車載電話以方便接聽和使用手機(jī)為主，手機(jī)安全軟件則側(cè)重于手機(jī)隱私保護(hù)、查殺手機(jī)病毒、手機(jī)程序和系統(tǒng)防護(hù)、反騷擾和垃圾短信過濾等。本文另辟蹊徑，提出一種基于模糊控制的手機(jī)安全控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。旨在在用戶開車的前提下，系統(tǒng)通過對(duì)環(huán)境的感知和判斷，由控制系統(tǒng)決策出當(dāng)前的不安全等級(jí)，進(jìn)而約束手機(jī)使用者對(duì)手機(jī)部分功能的使用，以此來提高使用者對(duì)環(huán)境的注意力，盡可能的保護(hù)手機(jī)使用者的人身安全。[2]

1 系統(tǒng)的組成和基本原理

系統(tǒng)的組成如圖1所示。感知模塊通過多種傳感器采集得到手機(jī)的外界環(huán)境參數(shù)、行為參數(shù)、速度參數(shù)。模糊控制決策模塊對(duì)感知模塊輸入的變量，先進(jìn)行模糊量化處理，然后依據(jù)模糊控制規(guī)則，進(jìn)行模糊推理，決策出手機(jī)當(dāng)前的不安全等級(jí)。手機(jī)功能模塊根據(jù)決策模塊輸出的不安全等級(jí)對(duì)手機(jī)的功能做出相應(yīng)的限制與拓展。當(dāng)用戶遇到突發(fā)情況需要使用手機(jī)的某個(gè)受限功能，可以通過人機(jī)交互模塊解鎖相應(yīng)功能。

圖1 安全控制系統(tǒng)的組成

2 系統(tǒng)的核心模塊設(shè)計(jì)

2.1 感知模塊

該模塊的功能在于獲取手機(jī)用戶所處的環(huán)境參數(shù)、速度參數(shù)，參數(shù)的獲取可以通過以下方法：a.通過CAN總線讀取汽車控制系統(tǒng)中已經(jīng)測(cè)到的相關(guān)數(shù)據(jù)；b.獲取汽車行車記錄儀中的相關(guān)數(shù)據(jù)；c.可以通過額外安裝的速度傳感器和噪聲傳感器來得到相關(guān)的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)得到后，進(jìn)行單位轉(zhuǎn)換和一定的處理然后得到感知參數(shù)。

2.2 模糊控制決策模塊

該模塊中，以感知模塊輸出的外界環(huán)境參數(shù)（e）、速度參數(shù)(s)作為輸入變量，輸出為手機(jī)用戶的不安全等級(jí)(D)。其中e和s為連續(xù)值，D為離散值，其中D由模糊矢量d和D對(duì)應(yīng)的隸屬度決定。

其中外界環(huán)境參數(shù)表征的是外界環(huán)境的嘈雜聲音的分貝值，速度參數(shù)表征的用戶的開車速度。量化時(shí)依據(jù)現(xiàn)實(shí)環(huán)境中，人們對(duì)行車速度、聲音分貝值的認(rèn)知來進(jìn)行非均勻量化。

2.2.1 輸入輸出變量的模糊化

設(shè)e、s和d的模糊變量分別為E、S和D，其中E、S和D的模糊集均為{S,MS,M,MB,B}，量化論域均為{-3，-2，-1,0,1,2,3}，不同的變量采用不同的量化階，量化采用非均勻量化方法，模糊變量的隸屬度均如表1所示：

?

L：表示環(huán)境的分貝值小；行車的速度低；不安全的等級(jí)低；M：表示環(huán)境的分貝值中等；行車的速度中等；不安全的等級(jí)中等；H：表示環(huán)境的分貝值大；行車的速度高；不安全的等級(jí)為高；ML,MH為復(fù)合含義，分別對(duì)應(yīng)中等偏小（低）和中等偏大（高）。

2.2.2 模糊控制規(guī)則的形成

根據(jù)日常生活中，手機(jī)使用者開車時(shí)不同速度和車內(nèi)的嘈雜程度下對(duì)手機(jī)的使用習(xí)慣，將該系統(tǒng)模糊控制規(guī)則的語言形式表示如下：

2.2.3 模糊關(guān)系的確定

根據(jù)上邊的控制規(guī)則可以表示出模糊關(guān)系R：

式中×表示直積。

同理，可得到其它直積，并得到R如下：

2.2.4 模糊決策

參數(shù) e、s和 d 對(duì)應(yīng)的模糊矢量為 e′、s′和d′。模糊控制器的輸出量D 由E′、S′與模糊關(guān)系R按推理合成規(guī)則來確定。

即 d=（e′×s′）·R（·表征模糊關(guān)系的合成）

經(jīng)過模糊推理所決定的控制量d是一個(gè)模糊矢量，取隸屬度最大原則和對(duì)應(yīng)的隸屬度確定D值(即最可能的不安全等級(jí))。

2.3 手機(jī)功能模塊

該模塊針對(duì)模糊控制決策模塊輸出的不安全等級(jí)D，對(duì)手機(jī)的可使用功能加以限制和拓展。

不同等級(jí)下的功能做如下規(guī)定：

D=H：通話功能受限，轉(zhuǎn)為手機(jī)小秘書托管狀態(tài)；手機(jī)其他功能暫時(shí)鎖定。

D=MH：部分電話可接聽，同時(shí)間隔一定時(shí)間提醒用戶降低速度或停車；其他電話仍由手機(jī)小秘書托管。短信轉(zhuǎn)為語音即時(shí)播報(bào)；其他功能鎖定。

D=M：所有電話可接聽，同時(shí)提醒用戶注意安全；短信轉(zhuǎn)為語音即時(shí)播報(bào)；其他功能鎖定。

D=ML：通話和短信功能恢復(fù)正常，手機(jī)上網(wǎng)功能受限。

D=L：手機(jī)功能不受限，短信轉(zhuǎn)為語音即時(shí)播報(bào)，但在用戶使用手機(jī)中，間隔一定時(shí)間提醒用戶注意行車安全。

其中手機(jī)小秘書功能如下：

1）當(dāng)有來電時(shí)，小秘書通知對(duì)方，用戶正在行車中，不方便接聽，請(qǐng)對(duì)方稍后再撥。

2）若某一電話不斷來電，來電頻率達(dá)到一定值時(shí)，可提醒用戶停車，并語音告知用戶來電用戶電話簿中姓名，并提醒用戶減速或停車。

3）若用戶在中高速和高速情況下語音通話，則提醒用戶降速或停車，若超過一定時(shí)間，告知手機(jī)主叫方和被叫方，通話將在幾秒鐘后結(jié)束，因?yàn)楫?dāng)前用戶當(dāng)前正在開車中，速度較高，長(zhǎng)時(shí)間通話將威脅人身安全。

2.4 人機(jī)交互模塊

該模塊是針對(duì)用戶在某些特殊情況下，必須使用手機(jī)的某項(xiàng)功能時(shí)，可以通過人機(jī)交互功能解鎖某功能。為方便用戶操作，可以通過語音指令解鎖某一功能，該操作需要用戶手機(jī)具有語音識(shí)別功能。若沒有，可以匹配相關(guān)的硬件裝置來實(shí)現(xiàn)，比如藍(lán)牙耳機(jī)等。

3 結(jié)論

本文介紹的基于模糊控制的手機(jī)安全控制系統(tǒng)與目前市場(chǎng)上的手機(jī)安全軟件和車載電話不同，相比更側(cè)重于安全的考慮。該系統(tǒng)在現(xiàn)實(shí)應(yīng)用中有很大的使用價(jià)值，本文主要是針對(duì)保護(hù)手機(jī)用戶開車中的人身安全展開思路，但在實(shí)現(xiàn)應(yīng)用中，環(huán)境因素不止一個(gè)，除文中討論的之外，還有不同的駕駛條件下，比如山路和高速公路，其速度的影響會(huì)有很大的差異，其模糊控制規(guī)則有很大的的不同，故該系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中還需要考慮更多的現(xiàn)實(shí)因素的影響。

[1]謝毅.“非注意盲視”開車打手機(jī)易釀交通事故.汽車之家.2010.04.12.

[2]李士勇.模煳控制·神經(jīng)控制和智能控制論[M].哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社.1998

[3]尹輝娟，史智興.模糊控制技術(shù)在節(jié)水灌溉中的應(yīng)用[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué).2009,37，23:90-91.

[4]聞新.MATLAB模糊邏輯工具箱的分析與應(yīng)用[M].科學(xué)出版社 2001