基于人體生理數據檢測的安全停車報警系統設計＊

杜國靜，劉玉振，李曉菲

（山東華宇工學院機械工程學院，山東 德州 253034）

前言

近年來，隨著我國經濟的不斷發展和人們生活水平的不斷提高，汽車已經成為了家家戶戶的必須品[1]，根據相關統計結果得知，截至2020年底，全國機動車保有量約3.67億輛，與 2019年相對比較，今年我國汽車保有量增加了 0.19億輛。隨著汽車數量的增加，給我們的生活出行帶來了極大的便利，但是由于社會生活節奏的不斷加快和工作壓力的增加，突發性疾病的發病率不斷上升。當在工作過程中突發疾病，會對他人的生命財產安全造成了不同程度的影響，自己也不能得到及時的救治，尤其是駕駛員在行車時的突發性疾病影響更甚。因此，我們針對長時間工作的車輛設計了該安全停車系統，用于在行車過程中，當駕駛員突發疾病無法控制車輛時，進行一系列的緊急自動操作，使該車輛可以第一時間進行安全停車，并通知到急救中心及緊急聯系人進行救援，提高了外界的救援速度，極大程度的保障了駕駛員及乘客安全。

1 安全停車報警系統的研究背景

近年來，隨著私家車的逐漸增多，交通事故發生的機率也不斷的上升，汽車本身自帶的主動安全裝置和被動安全裝置，可以在交通事故發生時能最大程度的保障人們的生命安全。目前汽車上的主動安全裝置和被動安全裝置只是在交通事故發生時，用于減小駕駛員及其他人員的傷亡，無法解決因駕駛員突發疾病或意外造成的車輛失控帶來人員傷亡的問題。

現階段我國在人體生理數據檢測模塊，通訊系統，安全停車系統等領域發展都發展的比較成熟，但是基于心率系統的安全停車系統在國內外目前沒有結合起來研究的成果，是一片藍海區域。隨著人們生活水平的不斷提高，和當今信息化社會的到來，一款基于5G網絡緊急情況下智能停車裝置的設計是必然會出現的。該系統在駕駛時可實現突發性疾病監測報警并且靠邊停車，最大限度保障駕駛員及乘客生命財產安全。

2 安全停車報警系統的組成和工作原理

2.1 安全停車報警系統的組成

智能停車裝置主要由人體生理數據檢測模塊、控制單元、通訊模塊、語音播報系統和停車控制系統四部分構成。人體生理數據檢測模塊用于在行車過程中時刻檢測駕駛身體情況，避免行車過程中因駕駛員身體不適和突發疾病的發生，而導致不可逆轉的事故；控制單元主要用于接受人體生理數據檢測模塊對駕駛員身體檢測的反饋信息，通過對反饋信息的處理分析，進而控制通訊模塊和停車控制系統相對作用；通訊模塊采用了目前速度最快的第五代移動通信網絡，主要用于第一時間向外界發出求救通知，提高外界的救援的速度；語音播報系統由內外兩套擴音器組成，當系統激活后，外擴音器對外重復播報報警語音包，引起他人和車輛的注意，避免追尾事故的發生，同時車內擴音器會通過通訊系統與醫護人員相連，醫護人員會對發病駕駛員進行心里安慰，安撫駕駛員情緒；停車控制系統主要用于當駕駛員因疾病不能操控車輛時，自動的完成車輛避障、緩慢減速和靠邊停車等一系列的操作，保證在無人駕駛的情況下安全停車；通過各部件協同配合，完成突發性疾病監測、報警、靠邊停車等一系列復雜工作過程，以最大限度確保駕駛員及乘客生命財產安全。

圖1 安全停車報警系統的組成

2.2 安全停車報警系統的工作原理

駕駛人在行車途中突發疾病時，人體生理數據檢測模塊檢測到駕駛員身體異常，此時激活通訊模塊及停車系統，通訊模塊利用了目前最先進的5G網絡技術，通過語音包形式以最快的速度向緊急道路救援、急救中心、緊急聯系人發送遇險通知，與此同時外擴音器對外重復播報報警語音包，引起他人和車輛的注意，避免追尾事故的發生，同時車內擴音器會通過通訊系統與醫護人員相連，醫護人員會對發病駕駛員進行心里安慰，安撫駕駛員情緒；車載電腦控制危險報警閃光燈及轉向燈開啟；安全電機配合停車軌跡控制剎車緩慢減速；車載雷達獲取本車與周圍車輛的位置信息，建立平面坐標系，根據在線預測算法得到周圍車輛的預測行車軌跡，并根據周圍車輛的預測行車軌跡生成本車的行車軌跡，并根據在線預測算法實時修正本車的行車軌跡，直至靠邊停車動作完成。

此時在線預測算法計算結束，安全電機控制剎車使制動力保持，預防車輛運動造成對駕駛員及乘客的二次傷害，此時點火開關斷開，發動機熄火，但不斷開車載電源，使危險報警燈常亮，擴音器繼續播報，以警示其他車輛及行人。

圖2 安全停車報警系統的工作原理

3 通訊模塊的設計

5G作為最先進的第五代移動通信網絡，其應用將深入到社會的各個領域，為現代化的信息社會提供全方位的服務，促進各行各業的轉型與升級。為了滿足這些行業的發展需求，5G技術將帶來超低的業務時延、超高的連接數密度、超高的頻譜利用效率、超低的功耗、超高移動性支持等[2]。5G的數據傳輸速率遠遠高于以前的蜂窩網絡，最高可達 10Gbit/s，比當前的有線互聯網要快，比先前的4GLTE蜂窩網絡快100倍[3]。另外有較低的網絡延遲（更快的響應時間），低于1毫秒，而4G為30-70毫秒，為現在的信息化社會提供了網絡技術的保障，5G不僅是一場技術革命更蘊含千萬億級市場。

該通訊模塊采用5G移動技術，利用5G網絡的速度快、延時性低等優點提高外界的救援速度。該車控制系統會在人體生理數據檢測模塊檢測到駕駛員身體異常或者駕駛員提前按下緊急情況按鍵時，激活5G通訊模塊和北斗定位模塊，北斗定位模塊會準確的獲取當地的位置信息，控制系統會將當地的位置信息快速準確送至5G通訊模塊，通訊模塊會將預設報警信息及實時位置快速準確的編輯成文本，第一時間以語音包的形式告知急救中心和緊急聯系人，以最大限度確保駕駛員及乘客生命財產安全，避免因報警不及時而導致的救援延誤。

圖3 通訊模塊的設計

4 語音播報系統的設計

當人體生理數據檢測模塊檢測到駕駛員身體異常或者駕駛員提前按下緊急情況按鍵時，車載擴音器會重復對外播報提前設置好的報警語音包，在進行安全停車的過程中提醒其他車輛和行人注意安全，避免交通事故的發生，同時引起他人的注意，可以及時得到他人的搶救或安全補救。當車輛安全停靠后，控制系統會控制危險報警燈進行工作，提醒后方車輛請注意避讓，避免出現車輛追尾等情況的發生，對突發疾病的駕駛員減少了二次傷害。

圖4 語音播報系統的設計

當車輛安全靠邊停車后，通訊模塊會接通醫護人員與車輛的通訊頻道，使醫護人員能時刻觀察到發病駕駛員的狀況，可以根據現場的情況，可準確分配相關的醫護人員前往搶救，還可以通過語音指導讓駕駛員進行自救。醫護人員還可通過語音系統，對發病駕駛員進行心里安慰，安撫駕駛員情緒。

5 安全停車控制系統設計

當系統激活后，危險報警閃光燈及轉向燈開啟，自動的實現安全泊車的功能。此時，行車電腦會接管方向盤，通過傳感器系統感知環境信息，根據傳感器系統的檢測信息得出道路上各車輛相對位置，然后生成車輛行車軌跡，車輛根據行車軌跡進行循跡避障，并根據在線預測算法實時修正本車的行車軌跡，從而行車電腦會通過動力轉向系統轉動車輪，控制車輛無碰撞地進行自動泊車，直至靠邊停車動作完成。

安全停車系統裝有各種傳感器，可檢測周圍車輛信息及與周圍車輛距離之間的距離，并通過數據線傳輸給控制系統;并由控制系統分析處理后，得出汽車的當前位置和周圍的環境參數，依據上述參數作出安全靠邊停車的路線策略，并將其轉換成電信號;所述的車輛停車系統接受電信號后，依據指令作出汽車的行駛如角度、方向及動力支援方面的一系列操作，直至靠邊停車動作完成。

6 總結

基于人體生理數據檢測的安全停車報警系統，對于提升公共交通安全，有著較大的益處，是人體生理數據信息與智能駕駛相結合的一條新徑。另外本次的研究內容可為未來車輛智能駕駛的研究提供一定的參考和借鑒意義。