基于駕駛數(shù)據(jù)的主動安全預(yù)警系統(tǒng)設(shè)計

張弘華，余員琴，李 晨，王 葉

（湖南交通工程學(xué)院 電氣與信息工程學(xué)院，湖南 衡陽 421009）

0 引言

交通安全已經(jīng)成為當(dāng)今世界共同面對的一個重大社會問題，對于正處于快速發(fā)展過程中的我國來講，形勢則更加嚴(yán)峻[1]。交通事故發(fā)生前1 s有效地給車載系統(tǒng)和駕駛員發(fā)出警報，則可避免90%的交通事故，而要是能在交通事故發(fā)生前2 s駕駛?cè)瞬扇∠鄳?yīng)的措施，幾乎所有的交通事故都能避免[2]。目前汽車上應(yīng)用的預(yù)警裝置很多，如車載防撞系統(tǒng)和倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)，可實時測量汽車前或后物體之間的距離，提醒駕駛員采取相應(yīng)措施避免發(fā)生碰撞事故[1]。車輛安全技術(shù)分為基于先進(jìn)的防范措施主動安全技術(shù)和事故發(fā)生中及發(fā)生后被動安全技術(shù)。本文從駕駛行為數(shù)據(jù)、機器視覺、人工智能等技術(shù)實現(xiàn)對駕駛行為、車輛周邊環(huán)境的監(jiān)測和預(yù)警，提前發(fā)現(xiàn)潛在危險并及時提醒相關(guān)人員，實現(xiàn)車輛整體安全的閉環(huán)控制，以此減少交通事故的發(fā)生。

1 駕駛數(shù)據(jù)分析

駕駛員對車輛安全行駛起著關(guān)鍵性的作用。研究表時，導(dǎo)致交通事故的眾多因素中，由駕駛員造成的占70%左右[3]。為保障駕駛員安全駕駛，可通過監(jiān)測終端設(shè)備實時采集和分析駕駛員駕駛行為數(shù)據(jù)（面部及行為特征）來實現(xiàn)對不正當(dāng)?shù)鸟{駛行為進(jìn)行實時監(jiān)控和預(yù)警。

1.1 駕駛員駕駛行為數(shù)據(jù)分析

疲勞駕駛和危險駕駛行為是駕駛員駕駛行為數(shù)據(jù)分析的主要來源。疲勞駕駛可從腦電、心電、肌電信號發(fā)生異常，伴有頻繁眨眼、點頭、打呵欠等面部疲勞特征，轉(zhuǎn)向盤、油門和制動踏板長時間不動，甚至車輛會出現(xiàn)蛇形等危險駕駛行為，以及駕車時間等方面進(jìn)行實時監(jiān)控和預(yù)警。危險駕駛行為從駕駛員抽煙動作、手機打電話、低頭玩手機、離開駕駛位、急加速、急變道、急轉(zhuǎn)彎及急剎車等觸發(fā)系統(tǒng)報警提醒駕駛員安全駕駛。

1.2 行車環(huán)境數(shù)據(jù)分析

在“人-車-路-環(huán)境”的交通系統(tǒng)中駕駛員主要用視覺來感知行車環(huán)境，行車環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)可彌補人眼不足，從而減少了交通事故的發(fā)生。行車環(huán)境從車輛前向碰撞、行人碰撞、車道偏離、車距、限速標(biāo)志、超速等進(jìn)行實時監(jiān)測和預(yù)警。

2 系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)設(shè)計

系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)設(shè)計如圖1所示，包括各類傳感器、二次儀表、報警監(jiān)測系統(tǒng)采集機、控制單元。

圖1 系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)利用各類傳感器對檢測對象的參量變化進(jìn)行采集和轉(zhuǎn)換處理，由網(wǎng)絡(luò)傳輸至轉(zhuǎn)換器；轉(zhuǎn)換器對接收到的信號進(jìn)行轉(zhuǎn)換，對轉(zhuǎn)換后獲取的電脈信號實施放大整形，并發(fā)送至二次儀表；二次儀表對獲取的電脈信號實施線性化處理的同時調(diào)節(jié)儀表的量程和靈敏度等，將被測參量以數(shù)字形式進(jìn)行體現(xiàn)。系統(tǒng)通過串行通訊方法將二次儀表與系統(tǒng)報警監(jiān)測系統(tǒng)采集機連接起來。對于二次儀表傳輸?shù)男畔ⅲ瑘缶O(jiān)測系統(tǒng)采集機采用組態(tài)軟件MCGS實施處理，同時對被監(jiān)測參數(shù)進(jìn)行呈現(xiàn)、報警、處理等，完成被測參量的自動報警監(jiān)測。

2.1 傳感器設(shè)計

傳感器通常包括傳感/傳輸、檢測器、解調(diào)器和信號處理電路等[4]。如圖2所示，將被測信號導(dǎo)入測量區(qū)，測量區(qū)內(nèi)的信號受外界被測參數(shù)的影響轉(zhuǎn)變?yōu)楸徽{(diào)制的信號轉(zhuǎn)換為電信號，利用信號處理電路將電信號處理成為可用信號，實現(xiàn)被測參數(shù)的確定。

2.2 控制單元設(shè)計

報警監(jiān)測系統(tǒng)核心是控制單元，其主要功能是控制系統(tǒng)中的各個模塊，并對檢測領(lǐng)域?qū)嵤┛刂啤@示、數(shù)據(jù)處理以及通信等操作，采編采用ATMEGA162單片機為微控制器，其具有簡化指令集、功耗低、運行效率高等優(yōu)勢。微控制器還能夠控制硬件系統(tǒng)，系統(tǒng)初始化、控制傳感器監(jiān)測、數(shù)據(jù)處理、通過主顯/輔顯單元顯示監(jiān)測結(jié)果等。

3 系統(tǒng)軟件工作流程設(shè)計

系統(tǒng)通過VC++及MS SQL Server 2000實施軟件設(shè)計，軟件設(shè)計中包含數(shù)據(jù)采集與傳輸功能模塊、信號處理功能模塊、各監(jiān)測點實時數(shù)據(jù)與歷史變化趨勢顯示功能模塊、后臺數(shù)據(jù)管理功能模塊和報警功能模塊5個功能模塊。系統(tǒng)軟件工作流程如圖3所示，采用傳感信號解調(diào)儀將傳感器中的各類信號解調(diào)出后對信號進(jìn)行轉(zhuǎn)換處理，獲得顯示結(jié)果，達(dá)到峰值進(jìn)而生成報警日志。

圖2 傳感器的基本結(jié)構(gòu)

圖3 系統(tǒng)軟件工程流程圖

4 結(jié)語

主動安全報警系統(tǒng)是整合現(xiàn)代信息技術(shù)和傳感技術(shù)來擴展駕駛員的感知能力，在“人-車-路-環(huán)境”的綜合信息中辨識是否存在安全隱患，在事故發(fā)生前及時預(yù)測潛在不安全因素，對駕駛員駕駛行為進(jìn)行預(yù)警，確保了駕駛員的生命財產(chǎn)安全，結(jié)合現(xiàn)在機動車的發(fā)展情況來看具有較大的發(fā)展前景。