CN105261151B - 基于操作行为特征的高等级公路驾驶人疲劳状态检测方法 - Google Patents
基于操作行为特征的高等级公路驾驶人疲劳状态检测方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种基于操作行为特征的高等级公路驾驶人疲劳状态检测方法，其特征在于具体的检测步骤如下：基于方向盘转动角速度的驾驶人疲劳状态检测；基于方向盘转角标准差的驾驶人疲劳状态检测；基于油门开度变化的驾驶人疲劳预警状态检测；驾驶人疲劳状态的预警；确定了操作行为特征的指标参数及明确了检测步骤，准确检测驾驶人的注意力状态并对驾驶人疲劳与注意力分散状态进行实时预警；避免或减少因驾驶人疲劳状态导致的一系列交通事故的发生。
Description
技术领域
本发明涉及一种驾驶人疲劳状态监测方法，特别是涉及一种基于操作行为特征的高等级公路驾驶人疲劳状态检测方法，属于智能车辆安全辅助驾驶领域。
背景技术
随着汽车业的快速发展，与之相关的交通事故也在快速增加，而这些事故中，疲劳驾驶所造成的交通事故约占总数的16%，在高速公路上更是超过了20%，因此研制疲劳驾驶预防和报警装置成为当今疲劳驾驶研究的重点和难点。
实时有效地检测驾驶人的疲劳与注意力分散状态是提高行车安全性和改善道路交通环境的一项重要措施。
目前，进行驾驶人疲劳状态检测的方法可大致分为五种：
1.基于驾驶人生理信号的检测方法，如EEG、ECG、EOG等；
2.基于驾驶人生理反应特征的检测方法，如眨眼频率、视线方向、面部朝向等；
3.基于驾驶人操作行为的检测方法，如方向盘转角、方向盘转动角速度、油门开度等；
4.基于车辆状态信息的检测方法，如车速、车道偏移量等；
5.基于信息融合技术的检测方法，融合以上两种或多种检测方法。
其中，基于驾驶人操作行为特征的检测方法，是指在车辆行驶过程中，利用方向盘转角、方向盘转角标准差以及油门开度变化等信息推断驾驶人的疲劳状态，已成为现阶段驾驶人疲劳与注意力分散状态检测的重要研究方向。
专利200920034413.6（一种驾驶人汽车驾驶行为的综合监测系统）建立了一套新型的驾驶人汽车驾驶行为的综合监测系统，通过CAN总线分别挂接服务器、微波雷达测距模块、红外激光扫描模块、制动踏板行程测量模块、方向盘转角测试模块、车辆运动状态测量模块、车道识别模块，分别将驾驶人眼睛运动测量模块和环境监控模块通过网线接入服务器;服务器实时接收微波雷达测距模块、红外激光扫描模块、制动踏板行程测量模块、方向盘转角测试模块、车辆运动状态测量模块、车道识别模块、驾驶人眼睛运动测量模块和环境监控模块的监测信号，并实时存储和显示。因此，该系统能够同时监测驾驶人视觉行为，驾驶人的驾驶行为，车辆运行状态，周围车辆对驾驶人的影响，以及监测车辆周围道路环境。
专利200710051345.X（基于驾驶模拟器的驾驶人疲劳状态分析实验系统）提供一种驾驶模拟器的驾驶人疲劳状态分析实验。主要原理是：当驾驶人在汽车驾驶模拟器上连续长时间驾驶时，利用驾驶人个体特征采集设备、生物反馈系统、车辆信息采集设备采集相关信息:方向盘的握力、油门踏板的踩踏动作、脑电、皮肤电阻、肌电、呼吸、车速、加速度。这些信息被保存到实验分析计算机中的存储器中。计算机的统计分析软件从存储器中读取各种信息，经统计分析筛选并进行疲劳状态的研究。
目前，对于驾驶人疲劳状态检测分析，基于人体生理特征和多传感器信息融合的技术要更加广泛和成熟一些，但是并无专门基于驾驶人操作行为特征的的疲劳检测方法。同时，也存在操作行为采集类别过于单一，无法全面反映驾驶人的疲劳状态问题。由于驾驶人不同个体之间存在一定差异性，又进一步降低了现有的驾驶人疲劳状态检测系统的准确率和降低了系统的适用范围，这也是目前亟待解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于操作行为特征的高等级公路驾驶人疲劳状态检测方法，确定了操作行为特征的指标参数及明确了检测步骤，准确检测驾驶人的注意力状态并对驾驶人疲劳与注意力分散状态进行实时预警。适用于高等级公路下，车速限定在80km/h-120km/h，其可以通过驾驶人操作行为特征如方向盘的转角和转角标准差、油门开度变化等特征参数准确检测驾驶人的操作行为并对驾驶人疲劳状态进行实时监测预警，避免或减少因驾驶人疲劳状态导致的一系列交通事故的发生。
为解决上述技术问题，本发明是采用如下技术方案实现的：基于操作行为特征的高等级公路驾驶人疲劳状态检测方法，其特征在于具体的检测步骤如下：
1.基于方向盘转动角速度的驾驶人疲劳状态检测；
2.基于方向盘转角标准差的驾驶人疲劳状态检测；
3.基于油门开度变化的驾驶人疲劳预警状态检测；
4.驾驶人疲劳状态的预警；
其中所述的基于方向盘转动角速度的驾驶人疲劳状态检测包括如下步骤：
1.针对不同驾驶人差异，驾驶人转动方向盘的波动阈值初始化的步骤如下：
a.针对不同驾驶人，在正常驾驶一定时间（）内，统计单位时间窗（4s）内控制方向盘不动时，方向盘转动角速度（ ）值;
b.以方向盘转动角速度（）中最大值（）作为方向盘转动角速度阈值；
如果不进行初始化，系统将采用默认值；
2.基于方向盘转动的驾驶人疲劳状态检测如下：
a.驾驶时，若方向盘转动角速度在阈值范围内时开始计时（），否则停止计时；
b.正常驾驶时，控制方向盘转动角速度在阈值范围内的时间上限为,若
，则为疲劳驾驶，否则为正常驾驶。
所述的基于方向盘转角标准差的驾驶人疲劳状态检测包括如下步骤：
1.基于方向盘转角标准差的驾驶人疲劳状态检测步骤如下：
a.提取单位时间窗（10s）方向盘转角，
b.计算方向盘转角标准差：
其中N为单位时间内方向盘转角的个数，μ为方向盘转角的均值，
c.两个连续时间窗重复率为9s;
d.正常驾驶时，方向盘转动转角标准差上限值为，若方向盘转动角度落在正常驾驶状态变化范围内，即小于度则驾驶人处于正常驾驶，如果大于度则驾驶人处于疲劳驾驶。
所述的基于油门开度变化的驾驶人疲劳状态检测包括如下步骤：
1.针对不同驾驶人单位时间内油门波动阈值（）的初始化步骤如下：
a.针对不同驾驶人，在正常驾驶一定时间（）内，读取两相邻油门开度值（）;
b. 两个连续时间窗重复率为4min;
c.以相邻两次油门开度差值的最大值作为油门开度波动阈值即：
如果不进行初始化，系统将采用默认值；
2.基于油门开度变化的驾驶人疲劳状态检测如下：
a. 驾驶人驾驶时，读取两相邻油门开度值（）；
b. 两个连续时间窗重复率为4min;
c. 若相邻两次油门开度变化差值，则计数一次，统计5min内油门变化次数，计算公式如下：
其中：为5min内油门开度变化差值超过阈值的次数，每次开始计数的初始值为0；
d. 设正常驾驶时，驾驶人控制油门变化次数上限为N0,若则驾驶人处于疲劳驾驶，否则为正常驾驶。
所述的驾驶人疲劳状态的预警包括如下步骤：
1. 当驾驶人处于正常驾驶状态时，预警系统的绿色指示灯亮，显示“正常驾驶”；
2. 当驾驶人处于疲劳驾驶状态时，预警系统的红色指示灯亮，播放警告声音，同时显示“疲劳驾驶”，直到正常驾驶为止；
3. 预警系统安装在仪表盘处，所发出预警易被驾驶人理解和接受。
本发明的积极效果是通过对不同驾驶人操作方向盘时转动角速度波动阈值的确定，解决了驾驶人个体差异性的问题，提高了系统的通用性和检测准确率；通过对不同驾驶人操作油门时开度波动阈值的确定，解决了驾驶人个体差异性的问题，提高了系统的通用性和检测准确率；基于操作行为特征的方向盘转动角度、转动角速度及油门变化次数等参数较容易获得，成本低，控制可靠，对现有系统改动较少，比较容易实现；基于操作行为特征的驾驶人疲劳状态检测方法对不同驾驶状态进行不同预警，预警方法更易被驾驶人理解和接受。
附图说明
图1为本发明所述的基于操作行为的驾驶人疲劳状态检测方法中的操作行为特征参数初始化流程框图。
图2为本发明所述的基于操作行为的驾驶人疲劳状态检测方法的流程框图。
图3为本发明所述的基于操作行为的驾驶人疲劳状态检测方法中的驾驶人疲劳状态预警流程框图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步的详细描述：
本发明所要解决的技术问题是通过驾驶人操作行为特征（方向盘转角、方向盘转动角速度、油门开度变化等）准确检测驾驶人的注意力状态并对驾驶人疲劳与注意力分散状态进行实时预警。
基于操作行为特征的高等级公路的驾驶人疲劳状态检测方法包括如下步骤：
1.基于方向盘转动角速度的驾驶人疲劳状态检测；
2.基于方向盘转角标准差的驾驶人疲劳状态检测；
3.基于油门开度变化的驾驶人疲劳预警状态检测；
4.驾驶人疲劳状态的预警；
其中所述的基于方向盘转动角速度的驾驶人疲劳状态检测包括如下步骤：
1. 如图1所示，针对不同驾驶人差异，驾驶人转动方向盘的波动阈值初始化的步骤如下：
a.针对不同驾驶人，在正常驾驶一定时间（）内，统计单位时间窗（4s）内控制方向盘不动时，方向盘转动角速度（ ）值;
b.以方向盘转动角速度（）中最大值（）作为方向盘转动角速度阈值。
如果不进行初始化，系统将采用默认值。
2.如图2所示，基于方向盘转动的驾驶人疲劳状态检测如下：
a.驾驶时，若方向盘转动角速度在阈值范围内时开始计时（），否则停止计时；
b.正常驾驶时，控制方向盘转动角速度在阈值范围内的时间上限为4s,若
，则为疲劳驾驶，否则为正常驾驶。
技术方案中所述的基于方向盘转角标准差的驾驶人疲劳状态检测包括如下步骤：
如图2所示，基于方向盘转角标准差的驾驶人疲劳状态检测步骤如下：
a.提取单位时间窗（10s）方向盘转角，
b.计算方向盘转角标准差：
其中N为单位时间内方向盘转角的个数，μ为方向盘转角的均值，
c.两个连续时间窗重复率为9s;
d. 设正常驾驶时，方向转动标准差上限值为8度，若方向盘转动角度落在正常驾驶状态变化范围内，即小于8度则驾驶人处于正常驾驶，如果大于8度则驾驶人处于疲劳驾驶。
所述的基于油门开度变化的驾驶人疲劳状态检测包括如下步骤：
1.如图1所示，针对不同驾驶人单位时间(5min)内油门波动阈值（）的初始化步骤如下：
a.针对不同驾驶人，在正常驾驶一定时间（）内，统计单位时间窗（5min）内控制油门不动时，油门开度（）值;
b. 两个连续时间窗重复率为4min;
c.以相邻两次油门开度差值的最大值作为油门开度波动阈值即：
如果不进行初始化，系统将采用默认值。
2.如图2所示，基于油门开度变化的驾驶人疲劳状态检测如下：
a. 统计单位时间窗（5min）内控制油门不动时，油门开度值（）；
b. 两个连续时间窗重复率为4min;
c. 若相邻两次油门开度变化差值，则计数一次，统计5min内油门变化次数，计算公式如下：
其中：为5min内油门开度变化差值超过阈值的次数，每次开始计数的初始值为0；
d. 设正常驾驶时，驾驶人控制油门变化次数上限为54,若则驾驶人处于疲劳驾驶，否则为正常驾驶。
如图3所示，本发明的预警系统安装在仪表盘处，技术方案中所述的驾驶人疲劳的预警包括如下步骤：
1.当驾驶人处于正常驾驶状态时，预警系统的绿色指示灯亮，显示“正常驾驶”。
2.当驾驶人处于疲劳驾驶状态时，预警系统的红色指示灯亮，播放警告声音，同时显示“疲劳驾驶”，直到正常驾驶为止。
Claims (4)
1.基于操作行为特征的高等级公路驾驶人疲劳状态检测方法，具体的检测步骤如下：
(1)基于方向盘转动角速度的驾驶人疲劳状态检测；
(2)基于方向盘转角标准差的驾驶人疲劳状态检测；
(3)基于油门开度变化的驾驶人疲劳预警状态检测；
(4)驾驶人疲劳状态的预警；
其特征在于：所述的基于方向盘转动角速度的驾驶人疲劳状态检测包括如下步骤：
(1)针对不同驾驶人差异，驾驶人转动方向盘的波动阈值初始化的步骤如下：
a.针对不同驾驶人，在正常驾驶一定时间内，统计4s时间窗内控制方向盘不动时，方向盘转动角速度值;
b.以方向盘转动角速度中最大值作为方向盘转动角速度阈值；如果不进行初始化，系统将采用默认值；
（2）基于方向盘转角标准差检测驾驶人疲劳状态，方向盘转角标准差计算时间窗为10s，两个连续时间窗重复率为9s；
a.驾驶时，若方向盘转动角速度在阈值范围内时开始计时，否则停止计时；
b.正常驾驶时，控制方向盘转动角速度在阈值范围内的时间上限为,若
，则为疲劳驾驶，否则为正常驾驶；
(3)初始化5min时间窗内油门波动阈值，基于油门开度变化检测驾驶人疲劳状态,油门开度变化计算的两个连续时间窗重复率为4min。
2.根据权利要求1中所述的基于操作行为特征的高等级公路驾驶人疲劳状态检测方法，其特征在于所述的基于方向盘转角标准差的驾驶人疲劳状态检测包括如下步骤：
(1)基于方向盘转角标准差的驾驶人疲劳状态检测步骤如下：
a.提取10s时间窗方向盘转角，
b.计算方向盘转角标准差：
其中N为单位时间内方向盘转角的个数，μ为方向盘转角的均值，
c.两个连续时间窗重复率为9s;
d.正常驾驶时，方向盘转动转角标准差上限值为，若方向盘转动角度落在正常驾驶状态变化范围内，即小于度则驾驶人处于正常驾驶，如果大于度则驾驶人处于疲劳驾驶。
3.根据权利要求1中所述的基于操作行为特征的高等级公路驾驶人疲劳状态检测方法，其特征在于所述的基于油门开度变化的驾驶人疲劳状态检测包括如下步骤：
（1）针对不同驾驶人单位时间内油门波动阈值的初始化步骤如下：
a.针对不同驾驶人，在正常驾驶一定时间内，读取两相邻油门开度值（）;
b. 两个连续时间窗重复率为4min;
c.以相邻两次油门开度差值的最大值作为油门开度波动阈值即：
如果不进行初始化，系统将采用默认值；
（2）基于油门开度变化的驾驶人疲劳状态检测如下：
a. 驾驶人驾驶时，读取两相邻油门开度值（）；
b. 两个连续时间窗重复率为4min;
c. 若相邻两次油门开度变化差值，则计数一次，统计5min内油门变化次数，计算公式如下：
其中：为5min内油门开度变化差值超过阈值的次数，每次开始计数的初始值为0；
d. 设正常驾驶时，驾驶人控制油门变化次数上限为,若则驾驶人处于疲劳驾驶，否则为正常驾驶。
4.根据权利要求1中所述的基于操作行为特征的高等级公路驾驶人疲劳状态检测方法，其特征在于所述的驾驶人疲劳状态的预警包括如下步骤：
（1）当驾驶人处于正常驾驶状态时，预警系统的绿色指示灯亮，显示“正常驾驶”；
（2）当驾驶人处于疲劳驾驶状态时，预警系统的红色指示灯亮，播放警告声音，同时显示“疲劳驾驶”，直到正常驾驶为止；
（3）预警系统安装在仪表盘处，所发出预警易被驾驶人理解和接受。
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