CN105380644B - 高铁驾驶员状态检测报警平台 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高铁驾驶员状态检测报警平台，所述检测报警平台包括生理参数检测子系统、一键通信设备和主控芯片，所述生理参数检测子系统用于对高铁驾驶舱内的驾驶员的生理状态进行检测，所述主控芯片与所述生理参数检测子系统和所述一键通信设备分别连接，根据所述生理参数检测子系统的检测结果确定是否启动所述一键通信设备。通过本发明，能够在驾驶员身体出现异常时，为乘客车厢内的人员提供紧急通信的机会，提高高铁运营的安全性。

Description

高铁驾驶员状态检测报警平台

技术领域

本发明涉及人体检测领域，尤其涉及一种高铁驾驶员状态检测报警平台。

背景技术

高速铁路在不同国家不同时代有不同规定。一般的高速铁路的定义为：新建设计开行250公里/小时(含预留)及以上动车组列车，初期运营速度不小于200公里/小时的客运专线铁路。要点是时速不低于250及客专性。西欧早期把旧线改造时速达200公里、新建时速达250～300公里的定为高铁；1985年日内瓦协议做出新规定：新建客货共线型高铁时速为250公里以上，新建客运专线型高铁时速为350公里以上。

高铁在载客运营方面与其他交通工具相比具有一定的优点：首先，除了高铁之外，高铁的速度是最快的，能够提高人们出行的效率，节省路上花费的时间，其次，由于高铁是在距离地面数万英尺的高空中飞行，危险程度相对较高，而高铁是在地面上行驶，更具有可控性，最后，一般高铁的价格还是比高铁便宜，性价比高。

但是，由于高铁的运行速度是地面交通工具中最高的，因此，对高铁的驾驶不能有任何疏忽，稍有大意就很可能造成车毁人亡的严重后果，因此，对于高铁的驾驶员来说，其驾驶状态至关重要。

现有技术中，对高铁的监控主要集中在高铁客体本身，而对于驾驶高铁的驾驶员，相应的监控手段有限，更多的是对高铁乘客舱的视频监控，即使有一些对于驾驶室的监控手段，也更多是对驾驶室内部温度、气压等有限的物理量的检测，缺乏对驾驶员的生理状态的检测，更不用说采用在驾驶员状态异常时，及时通知乘客舱的人员的通讯机制了。而且，在现有技术中，驾驶员所在驾驶舱和乘客所在的乘客舱通常由驾驶舱位置锁定，驾驶员的驾驶状态乘客根本缺乏通道去获悉。

因此，本发明提出了一种高铁驾驶员状态检测报警平台，能够及时了解驾驶位置的高铁驾驶员的脉搏信号和脑电波信号，一旦出现异常时，能够立即进行预警，同时启动乘客舱内的紧急通信机制以帮助乘客了解危机信息，建立与外界的通信通道，以求快速逃离危险境地。

发明内容

为了解决现有技术存在的技术问题，本发明提供了一种高铁驾驶员状态检测报警平台，利用有针对性的、可用于高铁驾驶舱的紧凑结构的脉搏监控设备和脑电波监控设备分别实现对驾驶位置的驾驶员的脉搏信息和脑电波信息的提取，并在异常时触发报警机制和乘客紧急通话机制，帮助乘客尽早联系到外部援助，避免严重的高铁事故发生。

根据本发明的一方面，提供了一种高铁驾驶员状态检测报警平台，所述检测报警平台包括生理参数检测子系统、一键通信设备和主控芯片，所述生理参数检测子系统用于对高铁驾驶舱内的驾驶员的生理状态进行检测，所述主控芯片与所述生理参数检测子系统和所述一键通信设备分别连接，根据所述生理参数检测子系统的检测结果确定是否启动所述一键通信设备。

更具体地，在所述高铁驾驶员状态检测报警平台中，包括：一键通信设备，包括呼叫键和无线通信接口，所述呼叫键用于在外部人员按压时，自动打开所述无线通信接口以接收外部人员的通话信息，所述无线通信接口用于将外部人员的通话信息通过无线通信链路发送到远端的运营管理中心处的服务器；弹簧结构，维系在所述一键通信设备上；弹簧驱动设备，与主控芯片和弹簧结构分别连接，用于在接收到异常状态信号时，弹开所述弹簧结构以将所述一键通信设备从高铁乘客车厢厢体内部深处推送上来，在接收到正常状态信号时，回缩所述弹簧结构以将所述一键通信设备收回至高铁乘客车厢厢体内部深处；电力供应开关，与主控芯片、一键通信设备和独立供电设备分别连接，用于在接收到异常状态信号时，恢复所述独立供电设备对所述一键通信设备的电力供应，在接收到正常状态信号时，断开所述独立供电设备对所述一键通信设备的电力供应；独立供电设备，与所述一键通信设备、所述弹簧驱动设备和所述电力供应开关分别连接，仅为所述一键通信设备、所述弹簧驱动设备和所述电力供应开关提供电力供应；第一电阻，一端与5V电源连接，另一端与红外接收二极管的正端连接；第二电阻，一端与5V电源连接，另一端与第三电阻的一端连接；第三电阻，另一端接地，并具有与第二电阻相同的阻值；第一双路运算放大器，用于产生2.5V的基准电压，其正端与第二电阻的另一端连接，负端与第一电容的一端连接，输出端与红外发射二极管的负端连接，负端还与红外发射二极管的负端连接；第一电容，另一端接地；第四电阻，一端与红外发射二极管的负端连接；第二双路运算放大器，正端与第四电阻的另一端连接，负端与红外接收二极管的正端连接，输出端作为脉搏电压；第五电阻，并联在第二双路运算放大器负端和第二双路运算放大器输出端之间；第二电容，并联在第二双路运算放大器负端和第二双路运算放大器输出端之间；红外发射二极管，设置在驾驶员耳部毛细血管位置，用于发射红外光，红外发射二极管的负端与红外接收二极管的正端连接；红外接收二极管，设置在驾驶员耳部毛细血管位置，位于所述红外发射二极管的相对位置，用于接收透射驾驶员耳部毛细血管后的红外光；检测电极，设置在驾驶员头部上，用于检测大脑的神经元活动通过离子传导到达大脑皮层而形成的电压变化量；前置差分放大器，与所述检测电极连接，用于对所述电压变化量进行放大；低通滤波器，与所述前置差分放大器连接，用于将放大后的电压变化量进行100Hz低通滤波，以输出第一滤波信号；两级工频陷波器，与所述低通滤波器连接，用于对所述第一滤波信号进行两级工频陷波处理，以输出陷波信号；高通滤波器，与所述两级工频陷波器连接，用于对所述陷波信号进行0.1Hz高通滤波，以输出第二滤波信号；电平调节电路，与所述高通滤波器连接，对所述第二滤波信号进行电平调节处理，以为后续模数转换做准备；模数转换电路，与所述电平调节电路连接，将经过电平调节处理后的第二滤波信号进行8位的模数转换，以获得驾驶员的脑电波数字信号；主控芯片，采用并行输入输出接口与所述模数转换电路连接以获得所述脑电波数字信号，采用串行输入输出接口与所述第二双路运算放大器的输出端连接以获得所述脉搏电压，当所述脉搏电压在预设脉搏范围之外时，发出脉搏异常识别信号，当所述脑电波数字信号中出现α波和β波时，输出浅睡眠识别信号，当所述脑电波数字信号中出现θ波和δ波时，输出深睡眠识别信号；其中，当主控芯片发出脉搏异常识别信号、浅睡眠识别信号或深睡眠识别信号时，主控芯片同时发出异常状态信号，否则，主控芯片同时发出正常状态信号；当红外发射二极管和红外接收二极管之间无脉搏时，脉搏电压为2.5V，当红外发射二极管和红外接收二极管之间存在跳动的脉搏时，血脉使耳部透光性变差，脉搏电压大于2.5V；所述两级工频陷波器采用带通滤波抵消方式设计，用于抵消所述第一滤波信号中的工频分量，所述工频分量为50Hz频率分量。

更具体地，在所述高铁驾驶员状态检测报警平台中：无线通信接口为甚高频通信接口。

更具体地，在所述高铁驾驶员状态检测报警平台中：无线通信接口为高频通信接口。

更具体地，在所述高铁驾驶员状态检测报警平台中：无线通信接口为卫星通信接口。

更具体地，在所述高铁驾驶员状态检测报警平台中：第一双路运算放大器和第二双路运算放大器都为TI公司的双路运算放大器。

附图说明

以下将结合附图对本发明的实施方案进行描述，其中：

图1为本发明的高铁驾驶员状态检测报警平台的第一实施例的结构方框图。

附图标记：1生理参数检测子系统；2一键通信设备；3主控芯片

具体实施方式

下面将参照附图对本发明的高铁驾驶员状态检测报警平台的实施方案进行详细说明。

高速有相对性，时代不同标准有异。由于铁路时速的发展，高铁的标准有过提高。世界历史上几个国家有过不同的规定。

欧洲：西欧早期把旧线改造时速达到200公里、新建时速达到250～300公里的定为高速铁路；1985年联合国欧洲经济委员会在日内瓦签署的国际铁路干线协议规定：新建客货运列车混用(简称客货共线)型高速铁路时速为250公里以上，新建客运列车专用(简称客运专线)型高速铁路时速为350公里以上。

日本：作为世界上最早开始发展高速铁路的国家，日本政府在1970年发布第71号法令，为制定全国新干线铁路发展的法律时，对高速铁路的定义是，凡一条铁路的主要区段，列车的最高运行速度达到200公里/小时或以上者，可以称为高速铁路。

美国：美国联邦铁路管理局曾对高速铁路定义为最高营运速度高于145公里/小时(90mph)的铁路，但从社会大众的角度，“高速铁路”一词在美国通常会被用来指营运速度高于160公里/小时的铁路服务，这是因为在当地除了阿西乐快线(最高速度240公里/小时)以外并没有其他营运速度高于128公里/小时(80mph)的铁路客运服务。

高铁虽然在地面上行驶，然而其速度是地面上各种交通工具最高的，一旦出事，其后果同样不堪想象。因此驾驶高铁的驾驶员需要训练有素并保持高度的专注力。然而，驾驶员也会出现状态异常的情况发生，有主观的因素，也有客观的因素，这种异常状态在生理参数上都会出现一些预兆。而现有技术中并没有这些预兆的检测方案，更不用说在检测预兆后及时为乘客提供与外界联系的紧急通话机制了。

为此，本发明搭建了一种高铁驾驶员状态检测报警平台，采用高精度的脉搏监控设备和脑电波监控设备对高铁驾驶员的脉搏和脑电波参数进行及时检测和报警，并在识别到高铁驾驶员状态异常时，及时为乘客启动紧急通话设备，为乘客提供更多的逃生机会。

图1为本发明的高铁驾驶员状态检测报警平台的第一实施例的结构方框图，所述检测报警平台包括生理参数检测子系统、一键通信设备和主控芯片，所述生理参数检测子系统用于对高铁驾驶舱内的驾驶员的生理状态进行检测，所述主控芯片与所述生理参数检测子系统和所述一键通信设备分别连接，根据所述生理参数检测子系统的检测结果确定是否启动所述一键通信设备。

接着，继续对本发明的高铁驾驶员状态检测报警平台的第二实施例的结构方框图进行进一步的说明。

所述检测报警平台包括：一键通信设备，包括呼叫键和无线通信接口，所述呼叫键用于在外部人员按压时，自动打开所述无线通信接口以接收外部人员的通话信息，所述无线通信接口用于将外部人员的通话信息通过无线通信链路发送到远端的运营管理中心处的服务器；弹簧结构，维系在所述一键通信设备上；弹簧驱动设备，与主控芯片和弹簧结构分别连接，用于在接收到异常状态信号时，弹开所述弹簧结构以将所述一键通信设备从高铁乘客车厢厢体内部深处推送上来，在接收到正常状态信号时，回缩所述弹簧结构以将所述一键通信设备收回至高铁乘客车厢厢体内部深处。

所述检测报警平台包括：电力供应开关，与主控芯片、一键通信设备和独立供电设备分别连接，用于在接收到异常状态信号时，恢复所述独立供电设备对所述一键通信设备的电力供应，在接收到正常状态信号时，断开所述独立供电设备对所述一键通信设备的电力供应；独立供电设备，与所述一键通信设备、所述弹簧驱动设备和所述电力供应开关分别连接，仅为所述一键通信设备、所述弹簧驱动设备和所述电力供应开关提供电力供应。

所述检测报警平台包括：第一电阻，一端与5V电源连接，另一端与红外接收二极管的正端连接；第二电阻，一端与5V电源连接，另一端与第三电阻的一端连接；第三电阻，另一端接地，并具有与第二电阻相同的阻值；第一双路运算放大器，用于产生2.5V的基准电压，其正端与第二电阻的另一端连接，负端与第一电容的一端连接，输出端与红外发射二极管的负端连接，负端还与红外发射二极管的负端连接；第一电容，另一端接地；第四电阻，一端与红外发射二极管的负端连接；第二双路运算放大器，正端与第四电阻的另一端连接，负端与红外接收二极管的正端连接，输出端作为脉搏电压。

所述检测报警平台包括：第五电阻，并联在第二双路运算放大器负端和第二双路运算放大器输出端之间；第二电容，并联在第二双路运算放大器负端和第二双路运算放大器输出端之间；红外发射二极管，设置在驾驶员耳部毛细血管位置，用于发射红外光，红外发射二极管的负端与红外接收二极管的正端连接；红外接收二极管，设置在驾驶员耳部毛细血管位置，位于所述红外发射二极管的相对位置，用于接收透射驾驶员耳部毛细血管后的红外光。

所述检测报警平台包括：检测电极，设置在驾驶员头部上，用于检测大脑的神经元活动通过离子传导到达大脑皮层而形成的电压变化量；前置差分放大器，与所述检测电极连接，用于对所述电压变化量进行放大；低通滤波器，与所述前置差分放大器连接，用于将放大后的电压变化量进行100Hz低通滤波，以输出第一滤波信号；两级工频陷波器，与所述低通滤波器连接，用于对所述第一滤波信号进行两级工频陷波处理，以输出陷波信号。

所述检测报警平台包括：高通滤波器，与所述两级工频陷波器连接，用于对所述陷波信号进行0.1Hz高通滤波，以输出第二滤波信号；电平调节电路，与所述高通滤波器连接，对所述第二滤波信号进行电平调节处理，以为后续模数转换做准备；模数转换电路，与所述电平调节电路连接，将经过电平调节处理后的第二滤波信号进行8位的模数转换，以获得驾驶员的脑电波数字信号。

所述检测报警平台包括：主控芯片，采用并行输入输出接口与所述模数转换电路连接以获得所述脑电波数字信号，采用串行输入输出接口与所述第二双路运算放大器的输出端连接以获得所述脉搏电压，当所述脉搏电压在预设脉搏范围之外时，发出脉搏异常识别信号，当所述脑电波数字信号中出现α波和β波时，输出浅睡眠识别信号，当所述脑电波数字信号中出现θ波和δ波时，输出深睡眠识别信号。

其中，当主控芯片发出脉搏异常识别信号、浅睡眠识别信号或深睡眠识别信号时，主控芯片同时发出异常状态信号，否则，主控芯片同时发出正常状态信号；当红外发射二极管和红外接收二极管之间无脉搏时，脉搏电压为2.5V，当红外发射二极管和红外接收二极管之间存在跳动的脉搏时，血脉使耳部透光性变差，脉搏电压大于2.5V；所述两级工频陷波器采用带通滤波抵消方式设计，用于抵消所述第一滤波信号中的工频分量，所述工频分量为50Hz频率分量。

可选地，在所述检测报警平台中：无线通信接口为甚高频通信接口；无线通信接口为高频通信接口；无线通信接口为卫星通信接口；以及，第一双路运算放大器和第二双路运算放大器都可以选用TI公司的双路运算放大器。

另外，滤波器，顾名思义，是对波进行过滤的器件。“波”是一个非常广泛的物理概念，在电子技术领域，“波”被狭义地局限于特指描述各种物理量的取值随时间起伏变化的过程。该过程通过各类传感器的作用，被转换为电压或电流的时间函数，称之为各种物理量的时间波形，或者称之为信号。因为自变量时间是连续取值的，所以称之为连续时间信号，又习惯地称之为模拟信号。

随着数字式电子计算机技术的产生和飞速发展，为了便于计算机对信号进行处理，产生了在抽样定理指导下将连续时间信号变换成离散时间信号的完整的理论和方法。也就是说，可以只用原模拟信号在一系列离散时间坐标点上的样本值表达原始信号而不丢失任何信息，波、波形、信号这些概念既然表达的是客观世界中各种物理量的变化，自然就是现代社会赖以生存的各种信息的载体。信息需要传播，靠的就是波形信号的传递。信号在它的产生、转换、传输的每一个环节都可能由于环境和干扰的存在而畸变，甚至是在相当多的情况下，这种畸变还很严重，导致信号及其所携带的信息被深深地埋在噪声当中了。为了滤除这些噪声，恢复原本的信号，需要使用各种滤波器进行滤波处理。

采用本发明的高铁驾驶员状态检测报警平台，针对现有技术中高铁驾驶员生理状态难以检测以及缺乏乘客紧急通话设备的技术问题，采用高精度的脉搏监控设备和脑电波监控设备对高铁驾驶员的脉搏和脑电波参数进行及时检测和报警，引入生理参数预警机制和紧急通话机制，帮助乘客舱内人员获悉机长异常状态并进一步联系外援。

可以理解的是，虽然本发明已以较佳实施例披露如上，然而上述实施例并非用以限定本发明。对于任何熟悉本领域的技术人员而言，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (5)

1.一种高铁驾驶员状态检测报警平台，所述检测报警平台包括生理参数检测子系统、一键通信设备和主控芯片，所述生理参数检测子系统用于对高铁驾驶舱内的驾驶员的生理状态进行检测，所述主控芯片与所述生理参数检测子系统和所述一键通信设备分别连接，根据所述生理参数检测子系统的检测结果确定是否启动所述一键通信设备；

其特征在于，所述检测报警平台还包括：

一键通信设备，包括呼叫键和无线通信接口，所述呼叫键用于在外部人员按压时，自动打开所述无线通信接口以接收外部人员的通话信息，所述无线通信接口用于将外部人员的通话信息通过无线通信链路发送到远端的运营管理中心处的服务器；

弹簧结构，维系在所述一键通信设备上；

弹簧驱动设备，与主控芯片和弹簧结构分别连接，用于在接收到异常状态信号时，弹开所述弹簧结构以将所述一键通信设备从高铁乘客车厢厢体内部深处推送上来，在接收到正常状态信号时，回缩所述弹簧结构以将所述一键通信设备收回至高铁乘客车厢厢体内部深处；

电力供应开关，与主控芯片、一键通信设备和独立供电设备分别连接，用于在接收到异常状态信号时，恢复所述独立供电设备对所述一键通信设备的电力供应，在接收到正常状态信号时，断开所述独立供电设备对所述一键通信设备的电力供应；

独立供电设备，与所述一键通信设备、所述弹簧驱动设备和所述电力供应开关分别连接，仅为所述一键通信设备、所述弹簧驱动设备和所述电力供应开关提供电力供应；

第一电阻，一端与5V电源连接，另一端与红外接收二极管的正端连接；

第二电阻，一端与5V电源连接，另一端与第三电阻的一端连接；

第三电阻，另一端接地，并具有与第二电阻相同的阻值；

第一双路运算放大器，用于产生2.5V的基准电压，其正端与第二电阻的另一端连接，负端与第一电容的一端连接，输出端与红外发射二极管的负端连接，负端还与红外发射二极管的负端连接；

第一电容，另一端接地；

第四电阻，一端与红外发射二极管的负端连接；

第二双路运算放大器，正端与第四电阻的另一端连接，负端与红外接收二极管的正端连接，输出端作为脉搏电压；

第五电阻，并联在第二双路运算放大器负端和第二双路运算放大器输出端之间；

第二电容，并联在第二双路运算放大器负端和第二双路运算放大器输出端之间；

红外发射二极管，设置在驾驶员耳部毛细血管位置，用于发射红外光，红外发射二极管的负端与红外接收二极管的正端连接；

红外接收二极管，设置在驾驶员耳部毛细血管位置，位于所述红外发射二极管的相对位置，用于接收透射驾驶员耳部毛细血管后的红外光；

检测电极，设置在驾驶员头部上，用于检测大脑的神经元活动通过离子传导到达大脑皮层而形成的电压变化量；

前置差分放大器，与所述检测电极连接，用于对所述电压变化量进行放大；

低通滤波器，与所述前置差分放大器连接，用于将放大后的电压变化量进行100Hz低通滤波，以输出第一滤波信号；

两级工频陷波器，与所述低通滤波器连接，用于对所述第一滤波信号进行两级工频陷波处理，以输出陷波信号；

高通滤波器，与所述两级工频陷波器连接，用于对所述陷波信号进行0.1Hz高通滤波，以输出第二滤波信号；

电平调节电路，与所述高通滤波器连接，对所述第二滤波信号进行电平调节处理，以为后续模数转换做准备；

模数转换电路，与所述电平调节电路连接，将经过电平调节处理后的第二滤波信号进行8位的模数转换，以获得驾驶员的脑电波数字信号；

主控芯片，采用并行输入输出接口与所述模数转换电路连接以获得所述脑电波数字信号，采用串行输入输出接口与所述第二双路运算放大器的输出端连接以获得所述脉搏电压，当所述脉搏电压在预设脉搏范围之外时，发出脉搏异常识别信号，当所述脑电波数字信号中出现α波和β波时，输出浅睡眠识别信号，当所述脑电波数字信号中出现θ波和δ波时，输出深睡眠识别信号；

其中，当主控芯片发出脉搏异常识别信号、浅睡眠识别信号或深睡眠识别信号时，主控芯片同时发出异常状态信号，否则，主控芯片同时发出正常状态信号；

其中，当红外发射二极管和红外接收二极管之间无脉搏时，脉搏电压为2.5V，当红外发射二极管和红外接收二极管之间存在跳动的脉搏时，血脉使耳部透光性变差，脉搏电压大于2.5V；

其中，所述两级工频陷波器采用带通滤波抵消方式设计，用于抵消所述第一滤波信号中的工频分量，所述工频分量为50Hz频率分量；

其中，所述高通滤波器和所述低通滤波器都用于滤除信号在它的产生、转换、传输的每一个环节由于环境和干扰的存在而畸变；其中，所述畸变导致信号及其所携带的信息被埋在噪声当中。

2.如权利要求1所述的高铁驾驶员状态检测报警平台，其特征在于：

无线通信接口为甚高频通信接口。

3.如权利要求1所述的高铁驾驶员状态检测报警平台，其特征在于：

无线通信接口为高频通信接口。

4.如权利要求1所述的高铁驾驶员状态检测报警平台，其特征在于：

无线通信接口为卫星通信接口。

5.如权利要求1所述的高铁驾驶员状态检测报警平台，其特征在于：

第一双路运算放大器和第二双路运算放大器都为TI公司的双路运算放大器。