基于車聯網和醫療大數據的車載健康檢測系統

陸斯，孟廣威，曲志鵬，孫賀亮

(上汽大眾汽車有限公司，上海 201804)

0 引言

在競爭激烈的現代社會，快節奏的生活使越來越多的人處于亞健康狀態。一旦身體出現不適，將面臨就診預約難、排隊久的問題。同時，也有許多人在生病的初發階段未察覺、不在意或不愿就診，反而造成了病情的延誤。

事實上，汽車作為目前人們出行最常用的交通工具，承載了生活中大量的碎片時間。為此，作者提出一種車載健康檢測系統，在不影響司機和乘客的駕乘行為的情況下對其健康狀況進行監控和檢測，對結果進行分析并發送給專業醫生，供醫生進行遠程診斷并反饋專業建議。這樣，既能省去人們去醫院掛號排隊的時間，還能建立個人健康檔案，實時監控健康狀況。此外，該檢測系統還具有分析和學習能力，能判斷司機的身體狀況是否適合駕駛、是否需要休息，并具備防止疲勞駕駛、防止酒駕等功能。

1 系統介紹

如圖1所示，整個系統可分為4個模塊，主要包括信號采集與處理模塊、健康狀態檢測模塊、健康參數顯示模塊以及醫療數據傳輸模塊。信號采集模塊將具備體溫檢測、心率檢測、車內空氣質量檢測等多項功能；數據處理模塊將在車載終端和云端對采集到的數據進行格式轉換，使用云計算進行大數據分析，對不同乘客建立個人健康檔案，記錄并診斷身體狀況。健康參數顯示模塊則是整套系統對外的一個窗口，方便客戶實時查看相關參數指標。醫療數據傳輸終端僅在乘客身體出現異樣并在乘客允許的情況下與醫生連線以便進行進一步診斷。為保障乘客個人信息的隱私性，圖1中虛線部分僅在乘客允許的情況下進行處理。

圖1 車載健康檢測系統

2 信號采集方案

2.1 溫度檢測

體溫檢測為紅外檢測方式。紅外線溫度傳感器測量時不與被測物體直接接觸，且靈敏度高，反應快，是理想的測量傳感器類型。探測出對應的溫度后，將測量出的數據進行數據變換，經CAN總線傳輸，顯示在儀表板屏幕上。

具體實現可有兩個方案：方案一是將紅外檢測傳感器布置在座椅兩側面及頂棚，且使座椅上的紅外線溫度傳感器傾斜一定角度，如圖2所示，使之朝向駕駛人的腋下位置，頂棚傳感器對準駕駛員的額頭。這種布置有以下幾點好處：(1)人體腋下溫度及額頭溫度更接近人體真實溫度，可以較好地反映身體的體溫情況；(2)布置在座椅上可消除駕駛人調節座位位置帶來的影響；(3)通過測量兩邊腋下溫度及額頭溫度可以減小測量誤差，使測量結果更準確。方案二是將紅外溫度測量儀布置在座椅頭枕上，如圖3所示。這樣當駕駛員頭部靠近頭枕時，溫度測量儀就會測量駕駛員耳蝸溫度。此方法類似醫用測量方法，結果更具參考價值。

圖2 溫度檢測方案一示意

圖3 溫度檢測方案二示意

2.2 心率檢測

心率測量傳感器系統是將反射式光電傳感器布置在安全帶內、方向盤及座椅靠背上，如圖4所示。通過對人體心跳信號的檢測與處理，最后將數據傳輸到儀表板顯示屏上。將心率傳感器布置以上幾個地方，有以下幾點好處：首先，安全帶、方向盤及座椅直接接觸駕駛員的身體，更能精確獲取到心跳數據；其次，當汽車啟動而沒有檢測到3個傳感器傳輸的心跳數據時，說明駕駛員沒有按要求系安全帶或雙手離開方向盤，或是駕駛員沒有用正確的坐姿進行駕駛，此時可以提醒駕駛員系好安全帶、緊握方向盤、調整坐姿，3個傳感器缺失一定時間的數據時，可傳輸信號給ECU，使車輛緊急靠邊制動停車；第三，假如心率持續2 h檢測到心率數據而無中斷的時間，說明駕駛員可能進入疲勞駕駛的狀態，此時可以提醒駕駛員休息，以減少由疲勞駕駛而引發交通事故的風險；第四，這種系統還能幫助老年人進行健康管理，或幫助病人隨時掌握心臟狀況，以便能在緊急情況下迅速聯系醫生。

圖4 心率檢測方案示意

2.3 血壓檢測

座椅背側面配備便攜式血壓檢測儀器，如圖5所示：駕駛員方便時就可以馬上使用進行血壓檢測，省時省力；不用時就可以將設備收納在座椅旁，不占用車內空間。

圖5 血壓測量示意

2.4 車內氣體檢測

車內的空氣質量檢測也是健康檢測系統的一個重要組成部分，空氣監測系統可以隨時監測車內氧氣含量、有機揮發物及PM2.5等項目。具體的傳感器將集成在中央通道扶手內，如圖6所示。

彈性模量和硬度是材料的兩個重要參數，本文實驗結果和前人對各種材料的分析表明，彈性模量隨著硬度的增大呈非線性增加。2004年Bao等人給出了彈性模量和硬度之間的關其中Rs為能力耗散系數;Bao認為材料的彈性模量與硬度之間存在非線性增加的關系，彈性模量隨材料的能量耗散而發生變化。對于彈性模量相近的材料，硬度越低，在接觸或擠壓過程中局部能量耗散就越大，應力波傳播距離小，不容易引起整體破壞，或者說材料具有脆性低，斷裂阻力高的特點。

圖6 空氣測量示意

除了空氣質量傳感器外，方向盤處還將裝備酒精檢測裝置，一旦檢測到呼出氣體酒精含量超標，系統將發出警報，以提醒乘客勿酒后駕駛。

2.5 健康狀態檢測

采集到各個健康指數后，將進行數據處理以及身體健康狀況判斷。具體的流程如圖7所示。

圖7 健康狀態檢測流程

步驟一，將溫度、心率、血壓、氣體、檢測器檢測到的各項數據通過信號處理傳入車載終端的個人健康數據庫中；

步驟二，根據現有醫學經驗和要求，健康檢測處理器根據傳入的個人數據庫中的數據，建立個人健康模型；

步驟三，將建立的個人健康模型和根據醫院采用的標準健康參數值建立的標準模型進行對比，判斷乘客的健康狀況是否正常。若正常，則返回步驟一繼續進行身體檢測。若不正常，則進入步驟四；

步驟四，診斷乘客身體各項健康指標，對不符合健康指標的由車載終端系統發出警報，提醒乘客；

步驟五，詢問乘客是否需要連線醫生，若不需要則返回步驟一，若需要，則進入步驟六；

步驟七，連線醫生根據初步體檢報告進行初步診斷，反饋初步診斷結果的同時對乘客進行遠程指導，進行簡單治療；

步驟八，根據反饋的診斷結果更新個人健康數據庫，優化個人健康模型。

3 顯示系統

采用由車內顯示控制器、用戶個人手機中的定制應用以及后臺服務器構成的顯示系統。系統架構如圖8所示。

圖8 健康狀態檢測顯示系統架構

其中車內顯示控制器為車載信號收集的載體，并且具有數據離線處理能力。可將數據傳輸給手機應用，為后臺手機應用提供歷史數據記錄以及諸如在線健康咨詢、健康商城等移動服務。后臺可以通過大數據處理，結合用戶所在城市的環境數據，提供實時可靠的后臺在線分析數據給車內控制器及手機應用。

3.1 車內顯示系統

健康狀態檢測車內顯示系統架構如圖9所示。

圖9 健康狀態檢測車內顯示系統架構

健康狀態檢測顯示系統與整車的交互原理圖如圖10所示。

圖10 健康狀態檢測顯示系統與整車交互原理

3.1.1 車載總線信號處理

車載總線以高速CAN和以太網為主，目前車內通信以高速CAN居多，因此該系統主要由高速CAN進行信號傳遞。

3.1.2 顯示系統附屬傳感器

中控娛樂系統也可搭載部分傳感器或信號收集器，如紅外線手勢識別傳感器、GPS傳感器等。這些信號可以在該系統中作為輔助信息進行收集并處理，比如當檢測到駕駛員有重大的身體問題時，位置信息(由GPS傳感器獲得)可以幫助定位車輛位置并激活緊急求助電話。

3.1.3 車外通信接口

與車外通信的方式有很多，比如藍牙、Wi-Fi、4G網絡等。使用藍牙或Wi-Fi可以與手機APP進行通信，使用4G網絡可以與后臺服務器通信。

3.1.4 模擬系統

該系統的顯示在現階段將使用CANoe軟件收集總線信息并顯示(計算機端)。

圖11 健康狀態檢測模擬系統

3.2 手機應用及醫院終端

后臺收集用戶的健康信息后，處理后給出分析結果，通過藍牙、Wi-Fi等把系統收集到的健康信息發送到用戶手機上，用戶可以在手機APP上查看歷史信息、健康分析等。

為實現對乘客的遠程身體檢測，醫院終端可直接使用現有計算機，只需具備初步分析報告以及與乘客視頻的功能即可。

4 結論

闡述的一種以車聯網為載體、以醫療大數據為基礎的座艙健康監測系統，通過采集駕駛者身體的關鍵數據并進行處理，將檢測結果與健康標準進行對比分析，判斷駕駛者的健康狀況并進行提醒及輔助性操作，還可將檢測結果記錄并發送醫院終端進行診斷。該系統可以提高駕駛者對自身健康狀況的了解程度，極大地減小因駕駛者自身健康原因導致的駕駛事故的風險。