CN107985199A - 一种客车驾驶员工作状态检测与疲劳警示系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种客车驾驶员工作状态检测与疲劳警示系统及方法，工作状态检测模块、警示音存储播放模块、GPS模块和驻车制动检测传感器分别与微控制器连接，工作状态检测模块包括四个压力传感器和一个红外位移传感器，四个压力传感器分别布置在客车转向盘外缘、加速踏板板面中心、制动踏板板面中心和离合器踏板板面中心，红外位移传感器布置在驾驶员座椅靠背表面上的竖直方向对称线上且距靠背上表面50mm位置，驻车制动检测传感器布置在行车状态下驻车制动操纵杆头部正下方；本系统实时检测驾驶员关键的驾驶操纵动作以及坐姿变化，综合各传感器检测的测定参数值与设定标准值，准确判断驾驶员的疲劳等级，提高了行车安全性。
Description
技术领域
本发明属于汽车主动安全设备领域，涉及一种客车驾驶员工作状态检测与疲劳警示系统及方法，具体地说是一种基于多传感器数据融合技术的客车驾驶员工作状态检测与疲劳警示系统及方法。
背景技术
客车驾驶员劳动强度较大，连续驾驶时间长，得不到有效的休息，经常出现驾驶疲劳的现象，除此以外，驾驶员的一些不安全或不规范的驾驶动作与驾驶习惯也会导致危险的发生。现有的客车驾驶员工作状态检测或疲劳驾驶检测系统大多利用传感器或摄像机来采集与记录驾驶员在驾驶过程中的心律、面部表情等生理状态的变化，从而判断驾驶员是否处于疲劳驾驶状态，这类检测系统由于未考虑驾驶员实际操纵动作等对车辆行驶有直接影响的肢体变化所代表的含义，对驾驶员驾驶状态的监测与判断并不充分。目前，根据客车驾驶员实际操纵动作及坐姿变化而采取合适的判断算法判断驾驶员驾驶状态的相关系统及方法并未见报道。
如今，客车工作状态检测系统在检测到驾驶员处于疲劳驾驶状态时，多对驾驶员进行声音提醒以尽量避免交通事故的发生并安排驾驶员进行适当休息，但是，对于不同的驾驶人员及驾驶条件，相同的疲劳驾驶警示音在一些情况下不能达到及时、有效的警示效果。除此以外，如今客车车内扬声器多均匀布置在客车车厢内，没有考虑到驾驶员与乘客的差别，对于驾驶员的警示音会影响乘客的乘车心情，甚至在乘客中引起恐慌情绪。
发明内容
本发明为了克服现有客车驾驶员工作状态检测系统未考虑驾驶员在行车时实际操纵动作等对车辆行驶有直接影响的肢体变化所代表的含义而导致对驾驶员驾驶状态的监测与判断并不充分的问题，提供了一种基于多传感器数据融合技术的客车驾驶员工作状态检测与疲劳警示系统及方法，通过实时监测客车驾驶员在驾驶过程中某些关键的操纵动作是否正常以及相应的坐姿变化，综合分析车辆行驶过程中工作状态检测模块中的各个传感器所检测到的测定参数值以及GPS模块检测到的客车从营运起点出发后的累计行驶路程，结合通过测试得到的工作状态检测模块中的各个传感器检测的各个测定参数在不同时段客车从营运起点出发后不同行驶路程时的设定标准值，对驾驶员是否处于疲劳驾驶状态以及相应的疲劳等级做出较准确的判断，同时，在尽量减少对乘客影响的条件下予以驾驶员有效的声音警示，提高了行车安全性。
为解决上述技术问题，本发明是采用如下技术方案实现的：
本发明提供了一种客车驾驶员工作状态检测与疲劳警示系统，其特征在于，该系统包括工作状态检测模块、警示音存储播放模块、微控制器、扬声器阵列装置、GPS模块和驻车制动检测传感器,工作状态检测模块、警示音存储播放模块、GPS模块和驻车制动检测传感器通过线束与微控制器的数据端口相连接，警示音存储播放模块的音频接口通过线束与扬声器阵列装置中的扬声器阵列相连接；所述的工作状态检测模块包括第一压力传感器、第二压力传感器、第三压力传感器、第四压力传感器和红外位移传感器，上述四个压力传感器各自的数据端口以及红外位移传感器的数据端口分别通过线束与微控制器的数据端口相连接，其中，第一压力传感器布置在客车的转向盘外缘上的驾驶员持握处，第二压力传感器布置在客车的加速踏板板面中心位置处，第三压力传感器布置在客车的制动踏板板面中心位置处，第四压力传感器布置在客车的离合器踏板板面中心位置处，红外位移传感器布置在客车的驾驶员座椅靠背表面上的竖直方向对称线上且距驾驶员座椅靠背上表面50mm位置处，所述的驻车制动检测传感器也选用红外位移传感器，布置在客车未处于驻车制动状态即处于行车状态时驾驶室驻车制动操纵杆头部正下方。
进一步的技术方案包括：
所述的驻车制动检测传感器通过检测驻车制动操纵杆头部是否位于驻车制动检测传感器正上方并将检测信息输入微控制器，来判断客车是否处于驻车制动状态。
所述的型号为STC12C5A60S2的微控制器的ADC0端接第一压力传感器的数据端口，微控制器的ADC1端接第二压力传感器的数据端口，微控制器的ADC4端接第三压力传感器的数据端口，微控制器的ADC5端接第四压力传感器的数据端口，微控制器的ADC6端接红外位移传感器的数据端口，微控制器的ADC7端接驻车制动检测传感器的数据端口，微控制器的RXD1端接警示音存储播放模块的TXD端，微控制器的TXD1端接警示音存储播放模块的RXD端，微控制器的RXD2端接GPS模块的TXD端，微控制器的TXD2端接GPS模块的RXD端。
所述的扬声器阵列装置包括固定底板、轨道组、扬声器阵列与两个薄盖板，所述的固定底板为abs塑料材质的矩形平板；所述的固定底板布置在客车驾驶员座椅头枕内部，其整体长度及宽度尺寸小于座椅头枕尺寸以保证完全位于头枕之内；所述的固定底板下端左右对称地设置有两个结构相同的底板螺栓孔，两个结构相同的底板螺栓孔与座椅头枕内部两根立柱上端左右对称地设置的两个结构相同的立柱螺栓孔对正，固定底板采用螺栓与头枕内部两根立柱上端固定连接；
所述的轨道组由对称布置在固定底板左右两侧的两个圆弧形轨道即1号圆弧形轨道、2号圆弧形轨道组成；所述的1号圆弧形轨道与2号圆弧形轨道结构相同且对称相等，皆为与固定底板相同材质的弧形部件，且1号圆弧形轨道与2号圆弧形轨道均为槽口朝向弧形圆心的槽型件；1号圆弧形轨道与2号圆弧形轨道的两端面采用端面盖板粘接封闭，1号圆弧形轨道与2号圆弧形轨道的槽口处粘接有薄盖板；所述的薄盖板与固定底板材质相同且均匀地设置有结构相同的方形孔，以起到减小对扬声器声场影响及装饰作用；
所述的轨道组与固定底板的两侧端面通过粘接连接为一个整体且从头枕两侧伸出于头枕之外；其中，1号圆弧形轨道与2号圆弧形轨道分别与固定底板的左、右两侧端面的中部粘接，水平布置在固定底板的两侧；所述的1号圆弧形轨道的圆心在空间上位于驾驶员乘坐于座椅上时的右耳位置处，所述的2号圆弧形轨道的圆心在空间上位于驾驶员乘坐于座椅上时的左耳位置处，通过这样的位置布置方式可以使播放的警示音聚焦于驾驶员双耳，构成相对独立的声场环境，提高警示音对驾驶员的警示效果，同时减少对乘客的影响；
所述的扬声器阵列包括夹持在1号圆弧形轨道与2号圆弧形轨道的槽内的各三个扬声器，同一圆弧形轨道内的三个扬声器分别夹持在该圆弧形轨道所对应的圆弧段两端点及中点位置，所述的扬声器阵列播放警示音存储播放模块内的相应内容，所述的扬声器阵列所用扬声器选用索尼公司生产的型号为SRS-X11的扬声器。
所述的1号圆弧形轨道与2号圆弧形轨道所对应的圆弧段的确定均在驾驶员座椅靠背为铅垂位置时进行，所述的1号圆弧形轨道和2号圆弧形轨道所对应的圆弧段的具体确定过程为：
已知成年驾驶员正常坐在座椅上时，两耳之间的距离为2c，两耳连线中点与同一高度座椅头枕内固定底板水平截面中心的距离为d，根据汽车座椅头枕尺寸已选定固定底板与1号圆弧形轨道、2号圆弧形轨道相接点距离为2n；
以驾驶员右耳O1作为圆的中心，以O1为坐标原点，两耳连线所在直线为x轴，在水平面内建立平面直角坐标系，在所建坐标系内，可设圆O1方程为：x2+y2＝R2，由上述的已知条件可知点D1(c-n，d)在圆O1上，将点D1的坐标代入圆O1的方程中，可解出 即得到圆O1方程，在所得到的圆O1中，截取圆弧段A1D1即为1号圆弧形轨道所对应的圆弧段；2号圆弧形轨道与1号圆弧形轨道结构相同且对称相等。
本发明还提供了一种客车驾驶员工作状态检测与疲劳警示方法，其特征在于，具体步骤如下：
步骤1：在行车过程中，由驻车制动检测传感器实时检测客车驻车制动操纵杆头部位置，并将检测信息输入微控制器，由微控制器判断车辆是否处于驻车制动状态，当客车未处于驻车制动状态即处于行车状态时，驻车制动检测传感器位于驻车制动操纵杆头部正下方，驻车制动检测传感器检测到的距离数据为其与驻车制动操纵杆头部之间的距离，当客车需要处于驻车制动状态时，驾驶员操纵驻车制动操纵杆头部使其移动至驻车制动位置，此时驻车制动操纵杆头部不再位于驻车制动检测传感器正上方，驻车制动检测传感器检测到的距离数据为其与客车车内位于驻车制动检测传感器正上方且距离驻车制动检测传感器最近的物体之间的距离，微控制器根据驻车制动检测传感器检测到的距离数据判断客车是否处于驻车制动状态，若处于驻车制动状态，则不进行下面步骤，若未处于驻车制动状态，则正常进行下面步骤；
步骤2：若车辆未处于驻车制动状态，在客车驾驶员驾驶过程中，由工作状态检测模块中的各个传感器实时检测驾驶员驾驶过程中的各个测定参数的值，各个测定参数的值定义为测定参数值，由GPS模块实时检测客车在此次营运过程中从营运起点出发后的累计行驶路程，并将检测到的各个测定参数的测定参数值及车辆累计行驶路程输入微控制器；
所述的各个测定参数包括：由第一压力传感器检测的驾驶员施加于转向盘的握力F1，由第二压力传感器检测的驾驶员踩踏加速踏板的踏板力F2及每次踩踏持续时间T1，由第三压力传感器检测的驾驶员踩踏制动踏板的踏板力F3及每次踩踏持续时间T2，由第四压力传感器检测的驾驶员踩踏离合器踏板的踏板力F4及每次踩踏持续时间T3，由红外位移传感器检测的驾驶员脊背与红外位移传感器之间的相对距离s，所述的各个测定参数的值定义为测定参数值；
步骤3：微控制器实时接收由第一压力传感器、第二压力传感器、第三压力传感器、第四压力传感器及红外位移传感器输入的各个测定参数的测定参数值以及GPS模块输入的客车在此次营运过程中从营运起点出发后的累计行驶路程，并计算当前状态下的驾驶员疲劳程度打分值f；
步骤4：根据步骤3计算得到的驾驶员疲劳程度打分值f，微控制器判断驾驶员所处的疲劳等级并控制警示音存储播放模块通过扬声器阵列播放针对不同疲劳程度的警示音，以在尽可能减小对驾驶员正常驾驶影响的前提下提高警示效果；
所述的疲劳等级划分如下：当0.6≤f＜0.75时，判定驾驶员为轻度疲劳；当0.75≤f0.85时，判定驾驶员为中度疲劳；当0.85≤f＜1时，判定驾驶员为重度疲劳；当0＜f＜0.6时，判定驾驶员处于正常驾驶状态；
所述的针对不同疲劳程度的警示音在客车驾驶员开始驾车前，依据自身情况通过警示音存储播放模块进行设置，由于将疲劳等级划分为三级，故警示音也为三级，且驾驶员进行设置时应保证随着疲劳程度的提高，所设置的该级别警示音对驾驶员的警示效果增强；
步骤5：播放警示音过程中，工作状态检测模块继续实时检测驾驶员的驾驶状态信息，若微控制器判断驾驶员处于正常驾驶状态达到5s时，微控制器控制警示音存储播放模块停止播放警示音，并将所有驾驶员疲劳程度打分值清零，由工作状态检测模块中的各个传感器继续实时检测驾驶员的驾驶状态信息；若微控制器判断驾驶员未处于正常驾驶状态时，则每间隔1s时间自动提高警示音存储播放模块所播放警示音的音量一次，每次所播放的警示音音量提高值均为5dB，以加强对驾驶员的警示效果。
进一步的技术方案包括：
所述的步骤3中驾驶员疲劳程度打分值f的具体计算步骤如下：
(1)测定参数值归一化处理
微控制器将接收到的步骤2中所述的工作状态检测模块中的各个传感器检测到的各个测定参数值按照式(1)进行归一化处理，归一化处理的方法为将各个测定参数值与该测定参数在相应客车营运时段和行驶路段内的设定标准值作差后除以二者中的较大值，将所得结果取绝对值得到归一化处理结果，即：
式(1)中，x为工作状态检测模块中的各个传感器检测到的测定参数值；xsd为工作状态检测模块中的各个传感器检测的测定参数在相应客车营运时段和行驶路段内的设定标准值；max(x，xsd)为x和xsd中的较大值；x归一为工作状态检测模块中的各个传感器检测到的测定参数值的归一化处理结果；
所述工作状态检测模块中的各个传感器检测的各个测定参数在相应客车营运时段和行驶路段内的设定标准值xsd通过测试得到，具体步骤如下：
1)原始数据采集
由驾驶员驾驶客车在设定的高峰时段及正常时段分别完成从测试路段起点至终点的行驶，在驾驶过程中，由工作状态检测模块中的每个传感器实时检测该传感器检测的测定参数的测定参数值x并输入微控制器，由GPS模块实时检测客车从测试起点出发后的累计行驶路程p并输入微控制器，完成测试路段行驶后，对于每个测定参数，均可得到在该次测试中客车从测试起点出发后的不同累计行驶路程p时的多个测定参数值x，即每个测定参数的测定参数值x在该次测试中随客车从测试起点出发后的累计行驶路程p的变化关系x(p)；所述的高峰时段选为早7:30～9:30，正常时段选为下午13:30～15:30，驾驶员可在高峰时段内的任意时间完成高峰时段的测试数据采集，在正常时段内的任意时间完成正常时段的测试数据采集；所述的测试路段选为该客车营运路线起点至终点；为减小测试过程中随机误差的影响，每个时段的测试连续在十天重复进行共十次，最终可采集到十组高峰时段内每个测定参数的测定参数值x随客车从测试起点出发后的累计行驶路程p的变化关系以及十组正常时段内每个测定参数的测定参数值x随客车从测试起点出发后的累计行驶路程p的变化关系；
2)测试路程分段及计算测定参数值的获取
在十天内完成步骤1)所述的高峰时段及正常时段的各十次测试后，将客车营运路线起点至终点的路程进行分段，分段数m取为：
式(2)中，L为客车营运路线起点至终点总路程，单位取为米；为不超过的最大整数；
将客车营运路线起点至终点的路程分段后的每一路段依次记为：
路段1、路段2、路段3、…、路段(m-1)以及路段m，每一路段内的起点至终点的路程为
以高峰时段路段1为例说明在高峰时段及正常时段内工作状态检测模块中的单个传感器检测的测定参数的计算测定参数值在所划分的m个路段内的获取方法，其他所有路段在高峰时段及正常时段内工作状态检测模块中的单个传感器检测的测定参数的计算测定参数值在所划分的m个路段内的获取方法相同：
在连续十天高峰时段内所进行的十次测试的第一次测试中，路段1高峰时段内工作状态检测模块中的单个传感器检测的测定参数的计算测定参数值求解公式如下：
式(3)中，xjs1为第一次测试中路段1高峰时段内工作状态检测模块中的该传感器检测的测定参数的计算测定参数值；x1(p)为第一次测试中路段1高峰时段内工作状态检测模块中的该传感器检测的测定参数值x随行驶距离p变化的函数关系；为对表达式x1(p)在区间内求定积分；为路段1的起点至终点的路程；
由于分别在十天对高峰时段进行了十次测试数据采集工作，故工作状态检测模块中的该传感器检测的测定参数在路段1内可获得高峰时段内的十个计算测定参数值，记为：
xjs1、xjs2、xjs3、xjs4、xjs5、xjs6、xjs7、xjs8、xjs9和xjs10；
依据该方法，最终可获得工作状态检测模块中的单个传感器检测的测定参数在
路段1、路段2、路段3…、路段(m-1)以及路段m高峰时段内的各十个计算测定参数值以及正常时段内的各十个计算测定参数值；
按照上述方式，可获得工作状态检测模块中的每个传感器检测的测定参数在
路段1、路段2、路段3…、路段(m-1)以及路段m高峰时段内的各十个计算测定参数值以及正常时段内的各十个计算测定参数值；
3)剔除异常数据
以路段1高峰时段内工作状态检测模块中的单个传感器检测的测定参数的十个计算测定参数值数据xjs1、xjs2、xjs3、xjs4、xjs5、xjs6、xjs7、xjs8、xjs9和xjs10为例说明应用拉依达准则辨别及剔除异常数据，以及单个测定参数在路段1高峰时段内的设定标准值的求解过程：
对单个传感器检测的测定参数的十个计算测定参数值数据
xjs1、xjs2、xjs3、xjs4、xjs5、xjs6、xjs7、xjs8、xjs9和xjs10应用拉伊达准则的步骤如下:
a.计算xjs1、xjs2、xjs3、xjs4、xjs5、xjs6、xjs7、xjs8、xjs9和xjs10的算术平均值：
b.计算xjs1、xjs2、xjs3、xjs4、xjs5、xjs6、xjs7、xjs8、xjs9和xjs10的标准差估计：
c.如果存在计算测定参数值xjsi使得：
则认为该xjsi为异常数据，应该剔除，剔除异常数据后对剩余未被剔除的计算测定参数值数据重新应用拉伊达准则，直至没有异常数据为止；
应用拉伊达准则剔除异常数据后，取最终剩余未被剔除的计算测定参数值的算术平均值作为该测定参数在路段1高峰时段内的设定标准值，即：
式(6)中，xsd为该测定参数在路段1高峰时段内的设定标准值；xjsm为最终剩余未被剔除的计算测定参数值数据；n为最终剩余未被剔除的计算测定参数值数据个数；
根据以上过程可得到第一压力传感器检测的驾驶员施加于转向盘的握力F1在路段1高峰时段内的设定标准值为F1sd，第二压力传感器检测的驾驶员踩踏加速踏板的踏板力F2及每次踩踏持续时间T1在路段1高峰时段内的设定标准值分别为F2sd及T1sd，第三压力传感器检测的驾驶员踩踏制动踏板的踏板力T3及每次踩踏持续时间T2在路段1高峰时段内的设定标准值分别为F3sd及T2sd，第四压力传感器检测的驾驶员踩踏离合器踏板的踏板力F4及每次踩踏持续时间T3在路段1高峰时段内的设定标准值分别为F4sd及T3sd，红外位移传感器检测的驾驶员脊背与红外位移传感器之间的相对距离s在路段1高峰时段内的设定标准值为ssd；
依据上述方法，最终高峰时段内每个测定参数在路段1、路段2、路段3…、路段(m-1以及路段m中的每个路段内均可获得一个该测定参数的设定标准值，正常时段内每个测定参数在路段1、路段2、路段3…、路段(m-1)以及路段m中的每个路段内均可获得一个该测定参数的设定标准值；
(2)根据各个测定参数值的归一化处理结果以及各个测定参数所占权重计算驾驶员疲劳程度打分值f；
所述的工作状态检测模块中的各个传感器检测的测定参数所占权重的设定如下：
第一压力传感器检测的测定参数F1的权重为0.2；第二压力传感器检测的测定参数F2及T1的权重均为0.1；第三压力传感器检测的测定参数F3及T2的权重均为0.1；第四压力传感器检测的测定参数F4及T3的权重均为0.1；红外位移传感器检测的测定参数s的权重为0.2，上述所设定的各个测定参数的权重可根据不同驾驶员的不同驾驶习惯进行合理试验与调整，以满足不同驾驶员的不同需求；
所述的驾驶员疲劳程度打分值f为所有测定参数值按照式(1)进行归一化处理后的数值与其对应权重乘积之和，即：
与现有技术相比本发明的有益效果是：
1.本发明所述的一种客车驾驶员工作状态检测与疲劳警示系统及方法中，系统包括工作状态检测模块、警示音存储播放模块、微控制器、扬声器阵列装置、GPS模块、驻车制动检测传感器；方法为基于多传感器数据融合技术的客车驾驶员工作状态检测与疲劳警示方法，能够实时监测驾驶员的驾驶状态，判断驾驶员的疲劳等级，并予以有效且适度的声音警示，也有利于纠正驾驶员不正确或不安全的驾驶姿势和驾驶习惯，提高了行车安全性。
2.本发明所述的一种客车驾驶员工作状态检测与疲劳警示系统中，由工作状态检测模块实时检测驾驶员驾驶过程中的驾驶状态信息，由GPS模块实时检测客车从营运起点出发后的累计行驶路程，微控制器依据基于多传感器数据融合技术的客车驾驶员工作状态检测与疲劳警示方法，通过将工作状态检测模块中的各个传感器检测到的代表驾驶员驾驶状态信息的测定参数值与客车在不同累计行驶路程时测定参数的设定标准值相结合，对工作状态检测模块中的各个传感器输入的测定参数值进行归一化处理，进而计算驾驶员疲劳程度打分值，对驾驶员的疲劳等级进行判断，可以较准确可靠地判断驾驶员的驾驶状态。
3.本发明所述的一种客车驾驶员工作状态检测与疲劳警示系统中，工作状态检测模块根据医学领域知识及相关调研，采用五个传感器设备从多方面检测驾驶员的驾驶状态信息，检测内容包括驾驶员手对转向盘的操纵，脚对加速踏板、离合器踏板和制动踏板的操纵，以及驾驶员坐姿的变化，更加全面地对驾驶员在驾驶过程中可能由于驾驶疲劳所引起的操纵动作及坐姿变化进行了检测。
4.本发明所述的一种客车驾驶员工作状态检测与疲劳警示系统引入警示音存储播放模块VGU4.0组态屏SDWe043C06T/C/N，驾驶员可以方便地根据自己的实际情况对不同的疲劳等级设置不同的警示音，以起到更好的警示效果。
5.本发明所述的一种客车驾驶员工作状态检测与疲劳警示系统中扬声器阵列布置在固定于驾驶员座椅头枕两侧的圆弧形轨道内，扬声器指向圆弧形轨道所对应的圆弧圆心位置，使播放的警示音聚焦于轨道圆心，通过布置圆弧形轨道圆心在空间位置上与驾驶员双耳重合，可以使警示音聚焦于驾驶员双耳，提高警示音对驾驶员的警示效果，同时减少对乘客的影响，也可使客车头部空间得到更加合理与有效的利用。
6.本发明所述的一种客车驾驶员工作状态检测与疲劳警示系统通过驻车制动检测传感器检测客车驻车制动操纵杆头部位置，并将检测信息输入微控制器，微控制器据此信息判断客车是否处于驻车制动状态，进而控制该系统是否工作，避免了该系统在客车处于驻车制动的非行驶状态时发生错误判断并播放警示音，同时提高了自动化程度。当客车处于驻车制动状态时，系统不工作；当客车未处于驻车制动状态时，系统恢复工作，正常行使功能。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步的说明：
图1为本发明所述的一种客车驾驶员工作状态检测与疲劳警示系统结构组成与人机交互过程示意框图；
图2为本发明所述的一种客车驾驶员工作状态检测与疲劳警示系统中微控制器与各传感器、警示音存储播放模块以及GPS模块的电连接示意框图；
图3为本发明所述的一种客车驾驶员工作状态检测与疲劳警示方法的流程框图；
图4为本发明所述的一种客车驾驶员工作状态检测与疲劳警示系统中驻车制动检测传感器的布置位置及驻车制动状态判断说明图；
图5为本发明所述的一种客车驾驶员工作状态检测与疲劳警示系统中工作状态检测模块中的第一压力传感器的布置位置示意图；
图6为本发明所述的一种客车驾驶员工作状态检测与疲劳警示系统中工作状态检测模块中的红外位移传感器的布置位置示意图；
图7为本发明所述的一种客车驾驶员工作状态检测与疲劳警示系统中扬声器阵列装置的结构组成的轴测投影视图；
图8为本发明所述的一种客车驾驶员工作状态检测与疲劳警示系统中扬声器阵列装置的固定底板与轨道组主视图；
图9为图8中A-A处固定底板与轨道组位置关系的剖视图；
图10为本发明所述的一种客车驾驶员工作状态检测与疲劳警示系统中扬声器阵列装置的1号圆弧形轨道及其内夹持的扬声器局部轴测投影视图；
图11为本发明所述的一种客车驾驶员工作状态检测与疲劳警示系统中扬声器阵列装置的1号圆弧形轨道及其内夹持的扬声器的全剖视图；
图12为本发明所述的一种客车驾驶员工作状态检测与疲劳警示系统中扬声器阵列装置的1号圆弧形轨道及2号圆弧形轨道所对应的圆弧段确定方法原理说明图；
图中：1.工作状态检测模块，2.警示音存储播放模块，3.微控制器，4.扬声器阵列装置，5.第一压力传感器，6.第二压力传感器，7.第三压力传感器，8.第四压力传感器，9.红外位移传感器，10.GPS模块，11.驻车制动检测传感器，12.固定底板，13.轨道组，14.扬声器阵列，15.薄盖板，16.1号圆弧形轨道，17.2号圆弧形轨道。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作详细的描述：
参阅图1，本发明所述的一种客车驾驶员工作状态检测与疲劳警示系统及方法中，系统由工作状态检测模块1、警示音存储播放模块2、微控制器3、扬声器阵列装置4、GPS模块10、驻车制动检测传感器11组成；方法为基于多传感器数据融合技术的客车驾驶员工作状态检测与疲劳警示方法。
所述的一种客车驾驶员工作状态检测与疲劳警示系统及方法整体工作原理如下：
通过驻车制动检测传感器11实时检测车辆是否处于驻车制动状态，以决定该系统是否进行工作，在客车未处于驻车制动状态时，由工作状态检测模块1实时监测客车驾驶员在驾驶过程中某些关键的操纵动作以及坐姿变化，并将工作状态检测模块1中的各个传感器检测到的代表驾驶员驾驶状态信息的各个测定参数的值输入微控制器3，同时由GPS模块10实时检测客车从营运起点出发后的累计行驶路程并输入微控制器3，微控制器3根据客车累计行驶路程读取累计行驶该路程时各个测定参数的设定标准值，进而对工作状态检测模块1输入的各个测定参数的值进行归一化处理并计算驾驶员疲劳程度打分值，最终判断驾驶员的疲劳等级；通过警示音存储播放模块2可以建立一个警示音库，驾驶员可根据实际情况对不同的疲劳等级设定不同的警示音；通过扬声器阵列装置4使系统播放的警示音聚焦于圆弧形轨道圆心即驾驶员双耳位置，实现了声音的聚焦，以在尽量减少对乘客影响的条件下予以驾驶员更为有效的声音警示，提高了行车安全性。
参阅图4，所述的驻车制动检测传感器11选用红外位移传感器，并通过线束与微控制器3的数据端口相连接，驻车制动检测传感器11布置在客车未处于驻车制动状态即处于行车状态时驾驶室驻车制动操纵杆头部正下方，通过检测驻车制动操纵杆头部是否位于驻车制动检测传感器11正上方并将检测信息输入微控制器3，来判断客车是否处于驻车制动状态。当客车处于驻车制动状态时，认为客车由于道路拥堵或交通信号灯等原因处于非行驶状态，由微控制器3控制本系统其他设备暂停工作；当驻车制动检测传感器11检测到客车未处于驻车制动状态即处于行车状态时，认为客车处于行驶状态，该系统正常工作并行使功能。
参阅图5、图6，所述的工作状态检测模块1用于实时检测驾驶员的驾驶状态信息，包括布置在客车的转向盘外缘三点位置处的第一压力传感器5，布置在客车的加速踏板板面中心位置处的第二压力传感器6，布置在客车的制动踏板板面中心位置处的第三压力传感器7，布置在客车的离合器踏板板面中心位置处的第四压力传感器8，布置在客车的驾驶员座椅靠背表面上的竖直方向对称线上且距驾驶员座椅靠背上表面50mm位置处的红外位移传感器9，各个传感器均通过线束与微控制器3的数据端口相连接，将数据输入微控制器3。根据调研显示，客车驾驶员在长时间驾驶或过度劳累时会精神恍惚，对于身体及意识的控制能力下降，身体出现一系列变化，具体体现在手会不自主地压靠在转向盘上或放松对转向盘的操控；对于离合器踏板、加速踏板、制动踏板的操作不及时，甚至错误操作；除此以外，驾驶员身体坐姿相较于正常驾驶时发生较大的变化，重心后移或前倾；脊背与座椅靠背之间的距离发生变化。所述的工作状态检测模块1中的各个传感器均根据上述驾驶员在疲劳驾驶时易发生的典型操纵动作及坐姿变化设置。
所述的第一压力传感器5用于检测驾驶员施加于转向盘的握力F1，第二压力传感器6用于检测驾驶员踩踏加速踏板的踏板力F2及每次踩踏持续时间T1，第三压力传感器7用于检测驾驶员踩踏制动踏板的踏板力F3及每次踩踏持续时间T2，第四压力传感器8用于检测驾驶员踩踏离合器踏板的踏板力F4及每次踩踏持续时间T3，红外位移传感器9用于检测驾驶员脊背与红外位移传感器9之间的相对距离s。
所述的警示音存储播放模块2选用武汉中显科技有限公司生产的基于VGUS4.0用户图形界面设计软件的型号为SDWe043C06T的组态屏，并通过线束与微控制器3的数据端口相连接，驾驶员可以方便地输入若干首音乐或铃声作为备选警示音，在不同的情况下根据自身的喜好及实际条件对不同疲劳等级设置警示效果不同的警示音。所述的警示音存储播放模块2由微控制器3控制警示音的播放与停止。
所述的GPS模块10选用U-blox公司生产的型号为NEO-7N的GPS模块，并通过线束与微控制器3的数据端口相连接，用于在客车行驶过程中实时检测客车从营运起点出发后的累计行驶路程，并将客车的累计行驶路程输入微控制器3。
参阅图2，所述的微控制器3选用STC公司生产的型号为STC12C5A60S2的单片机。所述的微控制器3的ADC0端接第一压力传感器5的数据端口，微控制器3的ADC1端接第二压力传感器6的数据端口，微控制器3的ADC4端接第三压力传感器7的数据端口，微控制器3的ADC5端接第四压力传感器8的数据端口，微控制器3的ADC6端接红外位移传感器9的数据端口，微控制器3的ADC7端接驻车制动检测传感器11的数据端口，微控制器3的RXD1端接警示音存储播放模块2的TXD端，微控制器3的TXD1端接警示音存储播放模块2的RXD端，微控制器3的RXD2端接GPS模块10的TXD端，微控制器3的TXD2端接GPS模块10的RXD端。所述的微控制器3用于在汽车行驶过程中实时接收工作状态检测模块1、GPS模块10、驻车制动检测传感器11的输入信号，应用基于多传感器数据融合技术的客车驾驶员工作状态检测与疲劳警示方法，按照设定的工作状态检测模块1中的各个传感器检测的测定参数所占权重，综合各个传感器输入的测定参数的值以及GPS模块10输入的客车从营运起点出发后的累计行驶路程，计算驾驶员疲劳程度打分值，判断驾驶员的疲劳等级，并依据判断结果控制警示音存储播放模块2播放不同警示音。
参阅图7至图11，所述的扬声器阵列装置4包括固定底板12、轨道组13、扬声器阵列14与两个薄盖板15。
所述的固定底板12为abs塑料材质的矩形平板；所述的固定底板12布置在客车驾驶员座椅头枕内部，其整体长度及宽度尺寸小于座椅头枕尺寸以保证完全位于头枕之内；所述的固定底板12下端左右对称地设置有两个结构相同的底板螺栓孔，两个结构相同的底板螺栓孔与座椅头枕内部两根立柱上端左右对称地设置的两个结构相同的立柱螺栓孔对正，固定底板12采用螺栓与头枕内部两根立柱上端固定连接；
所述的轨道组13由对称布置在固定底板12左右两侧的两个圆弧形轨道即1号圆弧形轨道16、2号圆弧形轨道17组成；所述的1号圆弧形轨道16与2号圆弧形轨道17结构相同且对称相等，皆为与固定底板12相同材质的弧形部件，且1号圆弧形轨道16与2号圆弧形轨道17均为槽口朝向弧形圆心的槽型件；1号圆弧形轨道16与2号圆弧形轨道17的两端面采用端面盖板粘接封闭，1号圆弧形轨道16与2号圆弧形轨道17的槽口处粘接有薄盖板15；所述的薄盖板15与固定底板12材质相同且均匀地设置有结构相同的方形孔，以起到减小对扬声器声场影响及装饰作用；
所述的轨道组13与固定底板12的两侧端面通过粘接连接为一个整体且从头枕两侧伸出于头枕之外；其中，1号圆弧形轨道16与2号圆弧形轨道17分别与固定底板12的左、右两侧端面的中部粘接，水平布置在固定底板12的两侧；所述的1号圆弧形轨道16的圆心在空间上位于驾驶员乘坐于座椅上时的右耳位置处，所述的2号圆弧形轨道17的圆心在空间上位于驾驶员乘坐于座椅上时的左耳位置处，通过这样的位置布置方式可以使播放的警示音聚焦于驾驶员双耳，构成相对独立的声场环境，提高警示音对驾驶员的警示效果，同时减少对乘客的影响；
所述的扬声器阵列14包括夹持在1号圆弧形轨道16与2号圆弧形轨道17的槽内的各三个扬声器，同一圆弧形轨道内的三个扬声器分别夹持在该圆弧形轨道所对应的圆弧段两端点及中点位置，所述的扬声器阵列14与警示音存储播放模块2的音频接口相连接，播放警示音存储播放模块2内的相应内容，所述的扬声器阵列14所用扬声器选用索尼公司生产的型号为SRS-X11的扬声器。
参阅图12，所述的1号圆弧形轨道16与2号圆弧形轨道17所对应的圆弧段的确定均在驾驶员座椅靠背为铅垂位置时进行，所述的1号圆弧形轨道16和2号圆弧形轨道17所对应的圆弧段的具体确定过程为：
已知成年驾驶员正常坐在座椅上时，两耳之间的距离为2c，两耳连线中点与同一高度座椅头枕内固定底板12水平截面中心的距离为d，根据汽车座椅头枕尺寸已选定固定底板12与1号圆弧形轨道16、2号圆弧形轨道17相接点距离为2n；
以驾驶员右耳O1作为圆的中心，以O1为坐标原点，两耳连线所在直线为x轴，在水平面内建立平面直角坐标系，在所建坐标系内，可设圆O1方程为：x2+y2＝R2，由上述的已知条件可知点D1(c-n，d)在圆O1上，将点D1的坐标代入圆O1的方程中，可解出
即得到圆O1方程，在所得到的圆O1中，截取圆弧段A1D1即为1号圆弧形轨道16所对应的圆弧段；2号圆弧形轨道17与1号圆弧形轨道16结构相同且对称相等。上述一种客车驾驶员工作状态检测与疲劳警示系统中警示音存储播放模块2、微控制器3、GPS模块10以及扬声器阵列14所用扬声器也可选用可实现相同功能的其他品牌及型号的产品。
参阅图3，所述的一种客车驾驶员工作状态检测与疲劳警示方法为微控制器3将工作状态检测模块1中的各个传感器输入的测定参数的值进行归一化处理，并根据各个传感器检测的测定参数所占权重进行综合分析计算，求取驾驶员疲劳程度打分值，判断驾驶员的工作状态及相应的疲劳等级，进而控制警示音存储播放模块2播放不同的警示音。
本发明所述的一种客车驾驶员工作状态检测与疲劳警示方法，具体步骤如下：
步骤1：在行车过程中，由驻车制动检测传感器11实时检测客车驻车制动操纵杆头部位置，并将检测信息输入微控制器3，由微控制器3判断车辆是否处于驻车制动状态，当客车未处于驻车制动状态即处于行车状态时，驻车制动检测传感器11位于驻车制动操纵杆头部正下方，驻车制动检测传感器11检测到的距离数据为其与驻车制动操纵杆头部之间的距离，当客车需要处于驻车制动状态时，驾驶员操纵驻车制动操纵杆头部使其移动至驻车制动位置，此时驻车制动操纵杆头部不再位于驻车制动检测传感器11正上方，驻车制动检测传感器11检测到的距离数据为其与客车车内位于驻车制动检测传感器11正上方且距离驻车制动检测传感器11最近的物体之间的距离，微控制器3根据驻车制动检测传感器11检测到的距离数据判断客车是否处于驻车制动状态，若处于驻车制动状态，则不进行下面步骤，若未处于驻车制动状态，则正常进行下面步骤；
步骤2：若车辆未处于驻车制动状态，在客车驾驶员驾驶过程中，由工作状态检测模块1中的各个传感器实时检测驾驶员驾驶过程中的各个测定参数的值，各个测定参数的值定义为测定参数值，由GPS模块10实时检测客车在此次营运过程中从营运起点出发后的累计行驶路程，并将检测到的各个测定参数的测定参数值及车辆累计行驶路程输入微控制器3；
所述的各个测定参数包括：由第一压力传感器5检测的驾驶员施加于转向盘的握力F1，由第二压力传感器6检测的驾驶员踩踏加速踏板的踏板力F2及每次踩踏持续时间T1，由第三压力传感器7检测的驾驶员踩踏制动踏板的踏板力F3及每次踩踏持续时间T2，由第四压力传感器8检测的驾驶员踩踏离合器踏板的踏板力F4及每次踩踏持续时间T3，由红外位移传感器9检测的驾驶员脊背与红外位移传感器9之间的相对距离s，所述的各个测定参数的值定义为测定参数值；
步骤3：微控制器3实时接收由第一压力传感器5、第二压力传感器6、第三压力传感器7、第四压力传感器8及红外位移传感器9输入的各个测定参数的测定参数值以及GPS模块10输入的客车在此次营运过程中从营运起点出发后的累计行驶路程，并计算当前状态下的驾驶员疲劳程度打分值f；
所述的驾驶员疲劳程度打分值f的具体计算步骤如下：
(1)测定参数值归一化处理
微控制器3将接收到的步骤2中所述的工作状态检测模块1中的各个传感器检测到的各个测定参数值按照式(1)进行归一化处理，归一化处理的方法为将各个测定参数值与该测定参数在相应客车营运时段和行驶路段内的设定标准值作差后除以二者中的较大值，将所得结果取绝对值得到归一化处理结果，即：
式(1)中，x为工作状态检测模块1中的各个传感器检测到的测定参数值；xsd为工作状态检测模块1中的各个传感器检测的测定参数在相应客车营运时段和行驶路段内的设定标准值；max(x，xsd)为x和xsd中的较大值；x归一为工作状态检测模块1中的各个传感器检测到的测定参数值的归一化处理结果；
所述工作状态检测模块1中的各个传感器检测的各个测定参数在相应客车营运时段和行驶路段内的设定标准值xsd通过测试得到，具体步骤如下：
1)原始数据采集
由驾驶员驾驶客车在设定的高峰时段及正常时段分别完成从测试路段起点至终点的行驶，在驾驶过程中，由工作状态检测模块1中的每个传感器实时检测该传感器检测的测定参数的测定参数值x并输入微控制器3，由GPS模块10实时检测客车从测试起点出发后的累计行驶路程p并输入微控制器3，完成测试路段行驶后，对于每个测定参数，均可得到在该次测试中客车从测试起点出发后的不同累计行驶路程p时的多个测定参数值x，即每个测定参数的测定参数值x在该次测试中随客车从测试起点出发后的累计行驶路程p的变化关系x(p)；所述的高峰时段选为早7:30～9:30，正常时段选为下午13:30～15:30，驾驶员可在高峰时段内的任意时间完成高峰时段的测试数据采集，在正常时段内的任意时间完成正常时段的测试数据采集；所述的测试路段选为该客车营运路线起点至终点；为减小测试过程中随机误差的影响，每个时段的测试连续在十天重复进行共十次，最终可采集到十组高峰时段内每个测定参数的测定参数值x随客车从测试起点出发后的累计行驶路程p的变化关系以及十组正常时段内每个测定参数的测定参数值x随客车从测试起点出发后的累计行驶路程p的变化关系；
2)测试路程分段及计算测定参数值的获取
在十天内完成步骤1)所述的高峰时段及正常时段的各十次测试后，将客车营运路线起点至终点的路程进行分段，分段数m取为：
式(2)中，L为客车营运路线起点至终点总路程，单位取为米；为不超过的最大整数；
将客车营运路线起点至终点的路程分段后的每一路段依次记为：
路段1、路段2、路段3、…、路段(m-1)以及路段m，每一路段内的起点至终点的路程为
以高峰时段路段1为例说明在高峰时段及正常时段内工作状态检测模块1中的单个传感器检测的测定参数的计算测定参数值在所划分的m个路段内的获取方法，其他所有路段在高峰时段及正常时段内工作状态检测模块1中的单个传感器检测的测定参数的计算测定参数值在所划分的m个路段内的获取方法相同：
在第一次测试中，路段1高峰时段内工作状态检测模块1中的单个传感器检测的测定参数的计算测定参数值求解公式如下：
式(3)中，xjs1为第一次测试中路段1高峰时段内工作状态检测模块1中的该传感器检测的测定参数的计算测定参数值；x1(p)为第一次测试中路段1高峰时段内工作状态检测模块1中的该传感器检测的测定参数值x随行驶距离p变化的函数关系；为对表达式x1(p)在区间内求定积分；为路段1的起点至终点的路程；
由于分别在十天对高峰时段进行了十次测试数据采集工作，故工作状态检测模块1中的该传感器检测的测定参数在路段1内可获得高峰时段内的十个计算测定参数值，记为：
xjs1、xjs2、xjs3、xjs4、xjs5、xjs6、xjs7、xjs8、xjs9和xjs10；；
依据该方法，最终可获得工作状态检测模块1中的单个传感器检测的测定参数在
路段1、路段2、路段3…、路段(m-1)以及路段m高峰时段内的各十个计算测定参数值以及正常时段内的各十个计算测定参数值；
按照上述方式，可获得工作状态检测模块1中的每个传感器检测的测定参数在
路段1、路段2、路段3…、路段(m-1)以及路段m高峰时段内的各十个计算测定参数值以及正常时段内的各十个计算测定参数值；
3)剔除异常数据
以路段1高峰时段内工作状态检测模块1中的单个传感器检测的测定参数的十个计算测定参数值数据xjs1、xjs2、xjs3、xjs4、xjs5、xjs6、xjs7、xjs8、xjs9和xjs10为例说明应用拉依达准则辨别及剔除异常数据，以及单个测定参数在路段1高峰时段内的设定标准值的求解过程：
对单个传感器检测的测定参数的十个计算测定参数值数据
xjs1、xjs2、xjs3、xjs4、xjs5、xjs6、xjs7、xjs8、xjs9和xjs10应用拉伊达准则的步骤如下:
a.计算xjs1、xjs2、xjs3、xjs4、xjs5、xjs6、xjs7、xjs8、xjs9和xjs10的算术平均值：
b.计算xjs1、xjs2、xjs3、xjs4、xjs5、xjs6、xjs7、xjs8、xjs9和xjs10的标准差估计：
c.如果存在计算测定参数值xjsi使得：
则认为该xjsi为异常数据，应该剔除，剔除异常数据后对剩余未被剔除的计算测定参数值数据重新应用拉伊达准则，直至没有异常数据为止；
应用拉伊达准则剔除异常数据后，取最终剩余未被剔除的计算测定参数值的算术平均值作为该测定参数在路段1高峰时段内的设定标准值，即：
式(6)中，xsd为该测定参数在路段1高峰时段内的设定标准值；xjsm为最终剩余未被剔除的计算测定参数值数据；n为最终剩余未被剔除的计算测定参数值数据个数；
根据以上过程可得到第一压力传感器5检测的驾驶员施加于转向盘的握力F1在路段1高峰时段内的设定标准值为F1sd，第二压力传感器6检测的驾驶员踩踏加速踏板的踏板力F2及每次踩踏持续时间T1在路段1高峰时段内的设定标准值分别为F2sd及T1sd，第三压力传感器7检测的驾驶员踩踏制动踏板的踏板力F3及每次踩踏持续时间T2在路段1高峰时段内的设定标准值分别为F3sd及T2sd，第四压力传感器8检测的驾驶员踩踏离合器踏板的踏板力F4及每次踩踏持续时间T3在路段1高峰时段内的设定标准值分别为F4sd及T3sd，红外位移传感器9检测的驾驶员脊背与红外位移传感器9之间的相对距离s在路段1高峰时段内的设定标准值为ssd；
依据上述方法，最终高峰时段内每个测定参数在路段1、路段2、路段3…、路段(m-1以及路段m中的每个路段内均可获得一个该测定参数的设定标准值，正常时段内每个测定参数在路段1、路段2、路段3…、路段(m-1)以及路段m中的每个路段内均可获得一个该测定参数的设定标准值；
(2)根据各个测定参数值的归一化处理结果以及各个测定参数所占权重计算驾驶员疲劳程度打分值f；
所述的工作状态检测模块1中的各个传感器检测的测定参数所占权重的设定如下：
第一压力传感器5检测的测定参数F1的权重为0.2；第二压力传感器6检测的测定参数F2及T1的权重均为0.1；第三压力传感器7检测的测定参数F3及T2的权重均为0.1；第四压力传感器8检测的测定参数F4及T3的权重均为0.1；红外位移传感器9检测的测定参数s的权重为0.2，上述所设定的各个测定参数的权重可根据不同驾驶员的不同驾驶习惯进行合理试验与调整，以满足不同驾驶员的不同需求；
所述的驾驶员疲劳程度打分值f为所有测定参数值按照式(1)进行归一化处理后的数值与其对应权重乘积之和，即：
步骤4：根据步骤3计算得到的驾驶员疲劳程度打分值f，微控制器3判断驾驶员所处的疲劳等级并控制警示音存储播放模块2通过扬声器阵列14播放针对不同疲劳程度的警示音，以在尽可能减小对驾驶员正常驾驶影响的前提下提高警示效果；
所述的疲劳等级划分如下：当0.6≤f＜0.75时，判定驾驶员为轻度疲劳；当0.75≤f＜0.85时，判定驾驶员为中度疲劳；当0.85≤f＜1时，判定驾驶员为重度疲劳；当0＜f＜0.6时，判定驾驶员处于正常驾驶状态；
所述的针对不同疲劳程度的警示音在客车驾驶员开始驾车前，依据自身情况通过警示音存储播放模块2进行设置，由于将疲劳等级划分为三级，故警示音也为三级，且驾驶员进行设置时应保证随着疲劳程度的提高，所设置的该级别警示音对驾驶员的警示效果增强；
步骤5：播放警示音过程中，工作状态检测模块1继续实时检测驾驶员的驾驶状态信息，若微控制器3判断驾驶员处于正常驾驶状态达到5s时，微控制器3控制警示音存储播放模块2停止播放警示音，并将所有驾驶员疲劳程度打分值清零，由工作状态检测模块1中的各个传感器继续实时检测驾驶员的驾驶状态信息；若微控制器3判断驾驶员未处于正常驾驶状态时，则每间隔1s时间自动提高警示音存储播放模块2所播放警示音的音量一次，每次所播放的警示音音量提高值均为5dB，以加强对驾驶员的警示效果。
Claims (7)
1.一种客车驾驶员工作状态检测与疲劳警示系统，其特征在于，该系统包括工作状态检测模块(1)、警示音存储播放模块(2)、微控制器(3)、扬声器阵列装置(4)、GPS模块(10)和驻车制动检测传感器(11)，工作状态检测模块(1)、警示音存储播放模块(2)、GPS模块(10)和驻车制动检测传感器(11)通过线束与微控制器(3)的数据端口相连接，警示音存储播放模块(2)的音频接口通过线束与扬声器阵列装置(4)中的扬声器阵列(14)相连接；所述的工作状态检测模块(1)包括第一压力传感器(5)、第二压力传感器(6)、第三压力传感器(7)、第四压力传感器(8)和红外位移传感器(9)，上述四个压力传感器各自的数据端口以及红外位移传感器(9)的数据端口分别通过线束与微控制器(3)的数据端口相连接，其中，第一压力传感器(5)布置在客车的转向盘外缘上的驾驶员持握处，第二压力传感器(6)布置在客车的加速踏板板面中心位置处，第三压力传感器(7)布置在客车的制动踏板板面中心位置处，第四压力传感器(8)布置在客车的离合器踏板板面中心位置处，红外位移传感器(9)布置在客车的驾驶员座椅靠背表面上的竖直方向对称线上且距驾驶员座椅靠背上表面50mm位置处，所述的驻车制动检测传感器(11)也选用红外位移传感器，布置在客车未处于驻车制动状态即处于行车状态时驾驶室驻车制动操纵杆头部正下方。
2.根据权利要求1所述的一种客车驾驶员工作状态检测与疲劳警示系统，其特征在于，所述的驻车制动检测传感器(11)通过检测驻车制动操纵杆头部是否位于驻车制动检测传感器(11)正上方并将检测信息输入微控制器(3)，来判断客车是否处于驻车制动状态。
3.根据权利要求1所述的一种客车驾驶员工作状态检测与疲劳警示系统，其特征在于，所述的型号为STC12C5A60S2的微控制器(3)的ADC0端接第一压力传感器(5)的数据端口，微控制器(3)的ADC1端接第二压力传感器(6)的数据端口，微控制器(3)的ADC4端接第三压力传感器(7)的数据端口，微控制器(3)的ADC5端接第四压力传感器(8)的数据端口，微控制器(3)的ADC6端接红外位移传感器(9)的数据端口，微控制器(3)的ADC7端接驻车制动检测传感器(11)的数据端口，微控制器(3)的RXD1端接警示音存储播放模块(2)的TXD端，微控制器(3)的TXD1端接警示音存储播放模块(2)的RXD端,微控制器(3)的RXD2端接GPS模块(10)的TXD端，微控制器(3)的TXD2端接GPS模块(10)的RXD端。
4.根据权利要求1所述的一种客车驾驶员工作状态检测与疲劳警示系统，其特征在于，所述的扬声器阵列装置(4)包括固定底板(12)、轨道组(13)、扬声器阵列(14)与两个薄盖板(15)，所述的固定底板(12)为abs塑料材质的矩形平板；所述的固定底板(12)布置在客车驾驶员座椅头枕内部，其整体长度及宽度尺寸小于座椅头枕尺寸以保证完全位于头枕之内；所述的固定底板(12)下端左右对称地设置有两个结构相同的底板螺栓孔，两个结构相同的底板螺栓孔与座椅头枕内部两根立柱上端左右对称地设置的两个结构相同的立柱螺栓孔对正，固定底板(12)采用螺栓与头枕内部两根立柱上端固定连接；
所述的轨道组(13)由对称布置在固定底板(12)左右两侧的两个圆弧形轨道即1号圆弧形轨道(16)、2号圆弧形轨道(17)组成；所述的1号圆弧形轨道(16)与2号圆弧形轨道(17)结构相同且对称相等，皆为与固定底板(12)相同材质的弧形部件，且1号圆弧形轨道(16)与2号圆弧形轨道(17)均为槽口朝向弧形圆心的槽型件，；1号圆弧形轨道(16)与2号圆弧形轨道(17)的两端面采用端面盖板粘接封闭，1号圆弧形轨道(16)与2号圆弧形轨道(17)的槽口处粘接有薄盖板(15)；所述的薄盖板(15)与固定底板(12)材质相同且均匀地设置有结构相同的方形孔，以起到减小对扬声器声场影响及装饰作用；
所述的轨道组(13)与固定底板(12)的两侧端面通过粘接连接为一个整体且从头枕两侧伸出于头枕之外；其中，1号圆弧形轨道(16)与2号圆弧形轨道(17)分别与固定底板(12)的左、右两侧端面的中部粘接，水平布置在固定底板(12)的两侧；所述的1号圆弧形轨道(16)的圆心在空间上位于驾驶员乘坐于座椅上时的右耳位置处，所述的2号圆弧形轨道(17)的圆心在空间上位于驾驶员乘坐于座椅上时的左耳位置处，通过这样的位置布置方式可以使播放的警示音聚焦于驾驶员双耳，构成相对独立的声场环境，提高警示音对驾驶员的警示效果，同时减少对乘客的影响；
所述的扬声器阵列(14)包括夹持在1号圆弧形轨道(16)与2号圆弧形轨道(17)的槽内的各三个扬声器，同一圆弧形轨道内的三个扬声器分别夹持在该圆弧形轨道所对应的圆弧段两端点及中点位置，所述的扬声器阵列(14)播放警示音存储播放模块(2)内的相应内容，所述的扬声器阵列(14)所用扬声器选用索尼公司生产的型号为SRS-X11的扬声器。
5.根据权利要求4所述的一种客车驾驶员工作状态检测与疲劳警示系统，其特征在于，所述的1号圆弧形轨道(16)与2号圆弧形轨道(17)所对应的圆弧段的确定均在驾驶员座椅靠背为铅垂位置时进行，所述的1号圆弧形轨道(16)和2号圆弧形轨道(17)所对应的圆弧段的具体确定过程为：
已知成年驾驶员正常坐在座椅上时，两耳之间的距离为2c，两耳连线中点与同一高度座椅头枕内固定底板(12)水平截面中心的距离为d，根据汽车座椅头枕尺寸已选定固定底板(12)与1号圆弧形轨道(16)、2号圆弧形轨道(17)相接点距离为2n；
以驾驶员右耳O1作为圆的中心，以O1为坐标原点，两耳连线所在直线为x轴，在水平面内建立平面直角坐标系，在所建坐标系内，可设圆O1方程为：x2+y2＝R2，由上述的已知条件可知点D1(c-n，d)在圆O1上，将点D1的坐标代入圆O1的方程中，可解出 即得到圆O1方程，在所得到的圆O1中，截取圆弧段A1D1即为1号圆弧形轨道(16)所对应的圆弧段；2号圆弧形轨道(17)与1号圆弧形轨道(16)结构相同且对称相等。
6.一种客车驾驶员工作状态检测与疲劳警示方法，其特征在于，具体步骤如下：
步骤1：在行车过程中，由驻车制动检测传感器(11)实时检测客车驻车制动操纵杆头部位置，并将检测信息输入微控制器(3)，由微控制器(3)判断车辆是否处于驻车制动状态，当客车未处于驻车制动状态即处于行车状态时，驻车制动检测传感器(11)位于驻车制动操纵杆头部正下方，驻车制动检测传感器(11)检测到的距离数据为其与驻车制动操纵杆头部之间的距离，当客车需要处于驻车制动状态时，驾驶员操纵驻车制动操纵杆头部使其移动至驻车制动位置，此时驻车制动操纵杆头部不再位于驻车制动检测传感器(11)正上方，驻车制动检测传感器(11)检测到的距离数据为其与客车车内位于驻车制动检测传感器(11)正上方且距离驻车制动检测传感器(11)最近的物体之间的距离，微控制器(3)根据驻车制动检测传感器(11)检测到的距离数据判断客车是否处于驻车制动状态，若处于驻车制动状态，则不进行下面步骤，若未处于驻车制动状态，则正常进行下面步骤；
步骤2：若车辆未处于驻车制动状态，在客车驾驶员驾驶过程中，由工作状态检测模块(1)中的各个传感器实时检测驾驶员驾驶过程中的各个测定参数的值，各个测定参数的值定义为测定参数值，由GPS模块(10)实时检测客车在此次营运过程中从营运起点出发后的累计行驶路程，并将检测到的各个测定参数的测定参数值及车辆累计行驶路程输入微控制器(3)；
所述的各个测定参数包括：由第一压力传感器(5)检测的驾驶员施加于转向盘的握力F1，由第二压力传感器(6)检测的驾驶员踩踏加速踏板的踏板力F2及每次踩踏持续时间T1，由第三压力传感器(7)检测的驾驶员踩踏制动踏板的踏板力F3及每次踩踏持续时间T2，由第四压力传感器(8)检测的驾驶员踩踏离合器踏板的踏板力F4及每次踩踏持续时间T3，由红外位移传感器(9)检测的驾驶员脊背与红外位移传感器(9)之间的相对距离s，所述的各个测定参数的值定义为测定参数值；
步骤3：微控制器(3)实时接收由第一压力传感器(5)、第二压力传感器(6)、第三压力传感器(7)、第四压力传感器(8)及红外位移传感器(9)输入的各个测定参数的测定参数值以及GPS模块(10)输入的客车在此次营运过程中从营运起点出发后的累计行驶路程，并计算当前状态下的驾驶员疲劳程度打分值f；
步骤4：根据步骤3计算得到的驾驶员疲劳程度打分值f，微控制器(3)判断驾驶员所处的疲劳等级并控制警示音存储播放模块(2)通过扬声器阵列(14)播放针对不同疲劳程度的警示音，以在尽可能减小对驾驶员正常驾驶影响的前提下提高警示效果；
所述的疲劳等级划分如下：当0.6≤f＜0.75时，判定驾驶员为轻度疲劳；当0.75≤f＜0.85时，判定驾驶员为中度疲劳；当0.85≤f＜1时，判定驾驶员为重度疲劳；当0＜f＜0.6时，判定驾驶员处于正常驾驶状态；
所述的针对不同疲劳程度的警示音在客车驾驶员开始驾车前，依据自身情况通过警示音存储播放模块(2)进行设置，由于将疲劳等级划分为三级，故警示音也为三级，且驾驶员进行设置时应保证随着疲劳程度的提高，所设置的该级别警示音对驾驶员的警示效果增强；
步骤5：播放警示音过程中，工作状态检测模块(1)继续实时检测驾驶员的驾驶状态信息，若微控制器(3)判断驾驶员处于正常驾驶状态达到5s时，微控制器(3)控制警示音存储播放模块(2)停止播放警示音，并将所有驾驶员疲劳程度打分值清零，由工作状态检测模块(1)中的各个传感器继续实时检测驾驶员的驾驶状态信息；若微控制器(3)判断驾驶员未处于正常驾驶状态时，则每间隔1s时间自动提高警示音存储播放模块(2)所播放警示音的音量一次，每次所播放的警示音音量提高值均为5dB，以加强对驾驶员的警示效果。
7.根据权利要求6所述的一种客车驾驶员工作状态检测与疲劳警示方法，其特征在于，所述的步骤3中驾驶员疲劳程度打分值f的具体计算步骤如下：
(1)测定参数值归一化处理
微控制器(3)将接收到的步骤2中所述的工作状态检测模块(1)中的各个传感器检测到的各个测定参数值按照式(1)进行归一化处理，归一化处理的方法为将各个测定参数值与该测定参数在相应客车营运时段和行驶路段内的设定标准值作差后除以二者中的较大值，将所得结果取绝对值得到归一化处理结果，即：
式(1)中，x为工作状态检测模块(1)中的各个传感器检测到的测定参数值；xsd为工作状态检测模块(1)中的各个传感器检测的测定参数在相应客车营运时段和行驶路段内的设定标准值；max(x，xsd)为x和xsd中的较大值；x归一为工作状态检测模块(1)中的各个传感器检测到的测定参数值的归一化处理结果；
所述工作状态检测模块(1)中的各个传感器检测的各个测定参数在相应客车营运时段和行驶路段内的设定标准值xsd通过测试得到，具体步骤如下：
1)原始数据采集
由驾驶员驾驶客车在设定的高峰时段及正常时段分别完成从测试路段起点至终点的行驶，在驾驶过程中，由工作状态检测模块(1)中的每个传感器实时检测该传感器检测的测定参数的测定参数值x并输入微控制器(3)，由GPS模块(10)实时检测客车从测试起点出发后的累计行驶路程p并输入微控制器(3)，完成测试路段行驶后，对于每个测定参数，均可得到在该次测试中客车从测试起点出发后的不同累计行驶路程p时的多个测定参数值x，即每个测定参数的测定参数值x在该次测试中随客车从测试起点出发后的累计行驶路程p的变化关系x(p)；所述的高峰时段选为早7:30～9:30，正常时段选为下午13:30～15:30，驾驶员可在高峰时段内的任意时间完成高峰时段的测试数据采集，在正常时段内的任意时间完成正常时段的测试数据采集；所述的测试路段选为该客车营运路线起点至终点；为减小测试过程中随机误差的影响，每个时段的测试连续在十天重复进行共十次，最终可采集到十组高峰时段内每个测定参数的测定参数值x随客车从测试起点出发后的累计行驶路程p的变化关系以及十组正常时段内每个测定参数的测定参数值x随客车从测试起点出发后的累计行驶路程p的变化关系；
2)测试路程分段及计算测定参数值的获取
在十天内完成步骤1)所述的高峰时段及正常时段的各十次测试后，将客车营运路线起点至终点的路程进行分段，分段数m取为：
<mrow>
<mi>m</mi>
<mo>=</mo>
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<mfrac>
<mi>L</mi>
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<mo>&rsqb;</mo>
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<mo>-</mo>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mn>2</mn>
<mo>)</mo>
</mrow>
</mrow>
式(2)中，L为客车营运路线起点至终点总路程，单位取为米；为不超过的最大整数；
将客车营运路线起点至终点的路程分段后的每一路段依次记为：
路段1、路段2、路段3、…、路段(m-1)以及路段m，每一路段内的起点至终点的路程为
以高峰时段路段1为例说明在高峰时段及正常时段内工作状态检测模块(1)中的单个传感器检测的测定参数的计算测定参数值在所划分的m个路段内的获取方法，其他所有路段在高峰时段及正常时段内工作状态检测模块(1)中的单个传感器检测的测定参数的计算测定参数值在所划分的m个路段内的获取方法相同：
在连续十天高峰时段内所进行的十次测试的第一次测试中，路段1高峰时段内工作状态检测模块(1)中的单个传感器检测的测定参数的计算测定参数值求解公式如下：
<mrow>
<msub>
<mi>x</mi>
<mrow>
<mi>j</mi>
<mi>s</mi>
<mn>1</mn>
</mrow>
</msub>
<mo>=</mo>
<mfrac>
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<mn>0</mn>
</msub>
<mrow>
<mo>(</mo>
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<mi>L</mi>
<mi>m</mi>
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<msub>
<mi>x</mi>
<mn>1</mn>
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<mi>L</mi>
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</mfrac>
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<mo>-</mo>
<mo>-</mo>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mn>3</mn>
<mo>)</mo>
</mrow>
</mrow>
式(3)中，xjs1为第一次测试中路段1高峰时段内工作状态检测模块(1)中的该传感器检测的测定参数的计算测定参数值；x1(p)为第一次测试中路段1高峰时段内工作状态检测模块(1)中的该传感器检测的测定参数值x随行驶距离p变化的函数关系；为对表达式x1(p)在区间内求定积分；为路段1的起点至终点的路程；
由于分别在十天对高峰时段进行了十次测试数据采集工作，故工作状态检测模块(1)中的该传感器检测的测定参数在路段1内可获得高峰时段内的十个计算测定参数值，记为：
xjs1、xjs2、xjs3、xjs4、xjs5、xjs6、xjs7、xjs8、xjs9和xjs10；
依据该方法，最终可获得工作状态检测模块(1)中的单个传感器检测的测定参数在路段1、路段2、路段3…、路段(m-1)以及路段m高峰时段内的各十个计算测定参数值以及正常时段内的各十个计算测定参数值；
按照上述方式，可获得工作状态检测模块(1)中的每个传感器检测的测定参数在路段1、路段2、路段3…、路段(m-1)以及路段m高峰时段内的各十个计算测定参数值以及正常时段内的各十个计算测定参数值；
3)剔除异常数据
以路段1高峰时段内工作状态检测模块(1)中的单个传感器检测的测定参数的十个计算测定参数值数据xjs1、xjs2、xjs3、xjs4、xjs5、xjs6、xjs7、xjs8、xjs9和xjs10为例说明应用拉依达准则辨别及剔除异常数据，以及单个测定参数在路段1高峰时段内的设定标准值的求解过程：
对单个传感器检测的测定参数的十个计算测定参数值数据
xjs1、xjs2、xjs3、xjs4、xjs5、xjs6、xjs7、xjs8、xjs9和xjs10应用拉伊达准则的步骤如下:
a.计算xjs1、xjs2、xjs3、xjs4、xjs5、xjs6、xjs7、xjs8、xjs9和xjs10的算术平均值：
<mrow>
<mover>
<msub>
<mi>x</mi>
<mrow>
<mi>j</mi>
<mi>s</mi>
</mrow>
</msub>
<mo>&OverBar;</mo>
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</mfrac>
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<mi>i</mi>
<mo>=</mo>
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<mn>10</mn>
</msubsup>
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</mrow>
</msub>
<mo>-</mo>
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<mo>-</mo>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mn>4</mn>
<mo>)</mo>
</mrow>
</mrow>
b.计算xjs1、xjs2、xjs3、xjs4、xjs5、xjs6、xjs7、xjs8、xjs9和xjs10的标准差估计：
c.如果存在计算测定参数值xjsi使得：
<mrow>
<mo>|</mo>
<msub>
<mi>x</mi>
<mrow>
<mi>j</mi>
<mi>s</mi>
<mi>i</mi>
</mrow>
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<mi>x</mi>
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</msub>
<mo>&OverBar;</mo>
</mover>
<mo>|</mo>
<mo>></mo>
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<mover>
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<mi>&sigma;</mi>
<mi>x</mi>
</msub>
<mo>^</mo>
</mover>
<mo>,</mo>
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<mo>(</mo>
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<mo>=</mo>
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<mo>,</mo>
<mn>2</mn>
<mo>,</mo>
<mo>...</mo>
<mo>,</mo>
<mn>10</mn>
<mo>)</mo>
</mrow>
</mrow>
则认为该xjsi为异常数据，应该剔除，剔除异常数据后对剩余未被剔除的计算测定参数值数据重新应用拉伊达准则，直至没有异常数据为止；
应用拉伊达准则剔除异常数据后，取最终剩余未被剔除的计算测定参数值的算术平均值作为该测定参数在路段1高峰时段内的设定标准值，即：
<mrow>
<msub>
<mi>x</mi>
<mrow>
<mi>s</mi>
<mi>d</mi>
</mrow>
</msub>
<mo>=</mo>
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<mo>(</mo>
<mn>6</mn>
<mo>)</mo>
</mrow>
</mrow>
式(6)中，xsd为该测定参数在路段1高峰时段内的设定标准值；xjsm为最终剩余未被剔除的计算测定参数值数据；n为最终剩余未被剔除的计算测定参数值数据个数；
根据以上过程可得到第一压力传感器(5)检测的驾驶员施加于转向盘的握力F1在路段1高峰时段内的设定标准值为F1sd，第二压力传感器(6)检测的驾驶员踩踏加速踏板的踏板力F2及每次踩踏持续时间T1在路段1高峰时段内的设定标准值分别为F2sd及T1sd，第三压力传感器(7)检测的驾驶员踩踏制动踏板的踏板力F3及每次踩踏持续时间T2在路段1高峰时段内的设定标准值分别为F3sd及T2sd，第四压力传感器(8)检测的驾驶员踩踏离合器踏板的踏板力F4及每次踩踏持续时间T3在路段1高峰时段内的设定标准值分别为F4sd及T3sd，红外位移传感器(9)检测的驾驶员脊背与红外位移传感器(9)之间的相对距离s在路段1高峰时段内的设定标准值为ssd；
依据上述方法，最终高峰时段内每个测定参数在路段1、路段2、路段3…、路段(m-1)以及路段m中的每个路段内均可获得一个该测定参数的设定标准值，正常时段内每个测定参数在路段1、路段2、路段3…、路段(m-1)以及路段m中的每个路段内均可获得一个该测定参数的设定标准值；
(2)根据各个测定参数值的归一化处理结果以及各个测定参数所占权重计算驾驶员疲劳程度打分值f；
所述的工作状态检测模块(1)中的各个传感器检测的测定参数所占权重的设定如下：
第一压力传感器(5)检测的测定参数F1的权重为0.2；第二压力传感器(6)检测的测定参数F2及T1的权重均为0.1；第三压力传感器(7)检测的测定参数F3及T2的权重均为0.1；第四压力传感器(8)检测的测定参数F4及T3的权重均为0.1；红外位移传感器(9)检测的测定参数s的权重为0.2，上述所设定的各个测定参数的权重可根据不同驾驶员的不同驾驶习惯进行合理试验与调整，以满足不同驾驶员的不同需求；
所述的驾驶员疲劳程度打分值f为所有测定参数值按照式(1)进行归一化处理后的数值与其对应权重乘积之和，即：
<mrow>
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</mfrac>
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<mn>0.1</mn>
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<mo>|</mo>
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</mrow>
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</mrow>
</mrow>
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<mo>+</mo>
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<mo>+</mo>
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