CN109662722B - 一种基于时间变量的驾驶人疲劳监测预警系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种节省成本、易操作的基于时间变量的驾驶人疲劳监测预警系统，包括：定位系统用于确定车速，并确定车辆所处道路位置，同时记录车辆行驶轨迹；时间变量记录系统用于记录驾驶人疲劳各因素所对应的时间变量，并在收集完所有因素对应的时间后，将所有时间转换到统一标准；各因素所对应的时间变量包括睡眠时长、驾驶时长、休息时长和昼夜节律范围；疲劳监测系统用于接收所记录的时间变量，对驾驶人实时疲劳程度进行计算，得到计算结果；疲劳预警系统用于当疲劳监测系统的计算结果，超过已设定好的疲劳阈值时，对驾驶人进行报警；同时持续接收疲劳监测系统的计算结果，若计算结果持续超过已设定好的疲劳阈值，则再次进行报警。

Description

一种基于时间变量的驾驶人疲劳监测预警系统及方法

技术领域

本发明属于疲劳驾驶研究技术领域，具体涉及一种基于时间变量的驾驶人疲劳监测预警系统及方法。

背景技术

近年来，道路交通事故频发，世界卫生组织(WHO：World Health Organization)发布的2017年全球道路交通事故数据统计报告指出，统计全球178个国家的道路交通事故数据，每年大约有120万人因道路交通事故而失去生命，而其中疲劳驾驶是造成交通事故的重要原因之一。经过国内外学者的大量研究，发现疲劳驾驶是导致交通事故且是特大型交通事故的主要因素之一，以2014年我国道路交通事故统计数据为例进行说明，单次疲劳驾驶事故致死率在所有主要原因中位居第二位，且平均每两起事故就会造成1名交通参与者的死亡。驾驶员在进行疲劳驾驶时，其身体机能会显著降低，甚至丧失对车辆的把控能力，导致严重交通事故，所以对驾驶疲劳进行实时监测预警对交通安全具有重要意义。

根据世界范围内针对疲劳、驾驶疲劳开展的研究，其结果表明，驾驶疲劳主要影响因素可以根据时间因素分为连续驾驶时长、驾驶前睡眠时长、驾驶期间休息时长、驾驶时所处昼夜节律范围。而先行驾驶疲劳监测设备多使用图像处理技术监测驾驶人面部表情变化，车道识别技术监测驾驶人是否发生车道偏离等，这些技术或多或少会影响驾驶人的驾驶表现，并且其所需安装费用较高。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种基于时间变量的驾驶人疲劳监测预警系统及方法，节省成本，且易操作。

本发明为解决上述技术问题所采取的技术方案为：一种基于时间变量的驾驶人疲劳监测预警系统，其特征在于：它包括：

定位系统，用于确定车速，并确定车辆所处道路位置，同时记录车辆行驶轨迹；

时间变量记录系统，用于记录驾驶人疲劳各因素所对应的时间变量，并在收集完所有因素对应的时间后，将所有时间转换到统一标准；所述的各因素所对应的时间变量包括睡眠时长t_sl、驾驶时长、休息时长和昼夜节律范围；

疲劳监测系统，用于接收所记录的时间变量，对驾驶人实时疲劳程度进行计算，得到计算结果，具体计算公式如下：

对于连续驾驶时长t_dr导致的驾驶人疲劳程度变化由以下公式进行求算：

其中，α₁、β₁、∈₁、α₂、∈₂均为常数，

为由连续驾驶时长t_dr导致的驾驶人疲劳程度变化；

对于连续休息时长t_re导致的驾驶人疲劳程度变化由以下公式进行求算：

其中，δ₁、δ₂、δ₃、γ₁均为常数，

为由连续休息时长t_re导致的驾驶人疲劳程度变化；

对于昼夜节律所处时间点t_cc处驾驶人疲劳程度由以下公式进行求算：

其中，a_i、b_i、c_i均为常数，i＝1,2,3…8，

为昼夜节律所处时间点t_cc处驾驶人疲劳程度；

针对不同睡眠时长t_sl，驾驶人于驾驶前的初始疲劳程度由以下公式进行求算：

其中，d、f均为常数，

为不同睡眠时长t_sl导致的驾驶人疲劳程度变化；

则对于任一时刻驾驶人的总疲劳程度为：

其中，FI(t)为驾驶人的总疲劳程度；

疲劳预警系统，用于当疲劳监测系统的计算结果，超过已设定好的疲劳阈值时，对驾驶人进行报警；同时持续接收疲劳监测系统的计算结果，若计算结果持续超过已设定好的疲劳阈值，则再次进行报警。

按上述系统，所述的定位系统包括位置判定功能模块、速度判定功能模块、轨迹记录模块；位置判定功能模块用于确定当前车辆所处的地理位置；速度判定功能模块用于根据前后两个时间点车辆所处的地理位置计算车辆的速度；轨迹记录模块用于将车辆所处的地理位置按时间顺序进行记录；

所述的地理位置为车辆所处道路等级，道路等级包括高速公路、城市道路和城市快速路。

按上述系统，所述的时间变量记录系统包括人机交互界面，用于驾驶人手动输入驾驶前24小时内的睡眠时长；

所述的时间变量记录系统具体在车辆速度大于或等于80km/h、车辆处于高速公路或城市快速路时，开始连续驾驶时长计时；并确定此时驾驶人所处昼夜节律的起始时间点t_cr，之后通过查表方式，将昼夜节律对应的疲劳值传输给疲劳监测系统；在连续驾驶时，如果驾驶人处于高速公路或城市快速路中段速度低于80km/h行驶或停车休息，则判定驾驶人进行休息，此时开始记录连续休息时长t_re。

利用所述的基于时间变量的驾驶人疲劳监测预警系统实现的预警方法，其特征在于：它包括以下步骤：

S1、接收输入的驾驶前24小时内的睡眠时长；根据该睡眠时长确定初始疲劳值；针对不同睡眠时长t_sl，驾驶人于驾驶前的初始疲劳程度由以下公式进行求算：

其中，d、f均为常数，

为不同睡眠时长t_sl导致的驾驶人疲劳程度变化；

S2、定位系统实时获取车辆的实时位置，并确定车辆的车速和所处的地理位置；

S3、当车辆速度大于或等于80km/h、车辆处于高速公路或城市快速路时，时间变量记录系统开始连续驾驶时长计时；并确定此时驾驶人所处昼夜节律的起始时间点t_cr，之后通过查表方式，将昼夜节律对应的疲劳值传输给疲劳监测系统；在连续驾驶时，如果驾驶人处于高速公路或城市快速路中段速度低于80km/h行驶或停车休息，则判定驾驶人进行休息，此时开始记录连续休息时长t_re；

S4、疲劳监测系统对所有信息复核，对驾驶人实时疲劳程度进行计算，得到计算结果，具体计算公式如下：

对于连续驾驶时长t_dr导致的驾驶人疲劳程度变化由以下公式进行求算：

其中，α₁、β₁、∈₁、α₂、∈₂均为常数，

为由连续驾驶时长t_dr导致的驾驶人疲劳程度变化；

对于连续休息时长t_re导致的驾驶人疲劳程度变化由以下公式进行求算：

其中，δ₁、δ₂、δ₃、γ₁均为常数，

为由连续休息时长t_re导致的驾驶人疲劳程度变化；

对于昼夜节律所处时间点t_cc处驾驶人疲劳程度由以下公式进行求算：

其中，a_i、b_i、c_i均为常数，i＝1,2,3…8，

为昼夜节律所处时间点t_cc处驾驶人疲劳程度；

则对于任一时刻驾驶人的总疲劳程度为：

其中，FI(t)为驾驶人的总疲劳程度；

S5、当疲劳监测系统的计算结果，超过已设定好的疲劳阈值时，对驾驶人进行报警；同时持续接收疲劳监测系统的计算结果，若计算结果持续超过已设定好的疲劳阈值，则再次进行报警。

本发明的有益效果为：通过采集驾驶人开始驾驶后的连续驾驶时长、驾驶前睡眠时长、休息时长、所处昼夜节律范围对驾驶人实时疲劳程度进行分析并监测预警，节省成本，且易操作。

附图说明

图1是本发明的系统功能图。

图2是本发明的系统工作流程图。

图3是本发明的系统结构图。

具体实施方式

下面结合具体实例和附图对本发明做进一步说明。

本发明提供一种基于时间变量的驾驶人疲劳监测预警系统及预测方法，如图1至图3所示，它包括：

定位系统，用于确定车速，并确定车辆所处道路位置，同时记录车辆行驶轨迹；所述的定位系统包括位置判定功能模块、速度判定功能模块、轨迹记录模块；位置判定功能模块用于确定当前车辆所处的地理位置；速度判定功能模块用于根据前后两个时间点车辆所处的地理位置计算车辆的速度；轨迹记录模块用于将车辆所处的地理位置按时间顺序进行记录；所述的地理位置为车辆所处道路等级，道路等级包括高速公路、城市道路和城市快速路。本实施例采用GPS定位模块，采用ALIENTEK生产的一款高性能GPS模块ATK-NEO-6M，其核心单元为UBLOX公司的NEO-6M模组，工作电压在+2.7V-5.0V，具有50个通道，追踪灵敏度高达-161dBm,测量输出频率最高可到5Hz，定位精度在2.5mCEP。

该系统是基于时间变量的驾驶疲劳预警，所以要确保针对各时间因素的采集必须足够精确，后续才能最优地预测驾驶人疲劳程度。在驾驶人进行驾驶前，通过人机交互界面中的睡眠时长选择功能模块选择驾驶前24小时内的睡眠时长，之后将信息传递给时间变量记录系统。针对不同睡眠时长，时间变量记录系统将会记录驾驶人睡眠时长t_sl，并将信息传递给疲劳监测子系统，并针对不同睡眠时长确定驾驶人不同的初始疲劳程度。本系统中不同睡眠时长t_sl对应的初始疲劳值分别为，睡眠时长大于7小时初始疲劳值为6；睡眠时长大于5小时小于7小时初始疲劳值为16；睡眠时长小于5小时初始疲劳值为25。

在驾驶人选定睡眠时长后，定位系统将开始实时获取车辆的实时位置信息并由此确定车辆车速以及车辆所处的地理位置(主要为确定所处道路等级，高速公路、城市道路、城市快速路等)。其原理为记录时间点t₁时刻车辆所处位置A点经纬度(lat_a,lng_a)，以及下一时刻t₂所处位置B点经纬度(lat_b,lng_b)，通过对比GPS定位系统自带地图包，确定车辆所处准且位置，并计算此时车辆速度V_ba：

V_ba＝(100000^0.5*((lng_b-lng_a)^2+(lat_b-lat_a)^2)^0.5)/(t₂-t₁) (1)

时间变量记录系统，用于记录驾驶人疲劳各因素所对应的时间变量，并在收集完所有因素对应的时间后，将所有时间转换到统一标准；所述的各因素所对应的时间变量包括睡眠时长t_sl、驾驶时长、休息时长和昼夜节律范围。

所述的时间变量记录系统包括人机交互界面，用于驾驶人手动输入驾驶前24小时内的睡眠时长；所述的时间变量记录系统具体在车辆速度大于或等于80km/h、车辆处于高速公路或城市快速路时，开始连续驾驶时长计时；并确定此时驾驶人所处昼夜节律的起始时间点t_cr，之后通过查表方式，将昼夜节律对应的疲劳值传输给疲劳监测系统；在连续驾驶时，如果驾驶人处于高速公路或城市快速路中段速度低于80km/h行驶或停车休息，则判定驾驶人进行休息，此时开始记录连续休息时长t_re。

疲劳监测系统，用于接收所记录的时间变量，对驾驶人实时疲劳程度进行计算，得到计算结果。

在疲劳监测系统接收到来自时间记录系统的各时间变量对应的信息后，疲劳监测系统将针对所有信息复核，确定驾驶人准确的开始驾驶时间t_sd、连续驾驶开始时间t_ds、连续驾驶结束时间t_de、休息开始时间t_rs、休息结束时间t_rd、截至疲劳计算时刻昼夜节律所处时间点t_cc，通过本系统特有的驾驶疲劳计算公式对各部分基于时间变量的驾驶人疲劳因素导致的疲劳程度变化进行求算。

其中，连续驾驶时长计算公式为：

t_dr＝t_de-t_ds (2)

连续休息时长计算公式为：

t_re＝t_rd-t_rs (3)

对于连续驾驶时长t_dr导致的驾驶人疲劳程度变化可由以下公式进行求算：

其中，α₁、β₁、∈₁、α₂、∈₂均为常数，

为由连续驾驶时长t_dr导致的驾驶人疲劳程度变化。

对于连续休息时长t_re导致的驾驶人疲劳程度变化可由以下公式进行求算：

其中，δ₁、δ₂、δ₃、γ₁均为常数，

为由连续休息时长t_re导致的驾驶人疲劳程度变化。

对于昼夜节律所处时间点t_cc处驾驶人疲劳程度可由以下公式进行求算：

其中，a_i(i＝1,2,3…8)、b_i(i＝1,2,3…8)、c_i(i＝1,2,3…8)均为常数，

为昼夜节律所处时间点t_cc处驾驶人疲劳程度。

针对不同睡眠时长t_sl，驾驶人于驾驶前的初始疲劳程度可由以下公式进行求算：

其中，d、f均为常数，

为不同睡眠时长t_sl导致的驾驶人疲劳程度变化。

则对于任一时刻驾驶人的总疲劳程度为：

其中，FI(t)为驾驶人的总疲劳程度。

疲劳预警系统，用于当疲劳监测系统的计算结果，超过已设定好的疲劳阈值时，对驾驶人进行报警；同时持续接收疲劳监测系统的计算结果，若计算结果持续超过已设定好的疲劳阈值，则再次进行报警。本实施例采用高音扬声器来提醒驾驶人避免疲劳驾驶。

本次发明的驾驶疲劳监测系统集成于一片高精度芯片上，并装配在带有人机交互界面的显示屏背面。

信息存储模块为内置存储单元，可存储驾驶人一个月的疲劳相关数据；信息传输模块为有线传输，提升系统的稳定性，并完成信息采集和疲劳驾驶监测模块的信息交互。

通过基于时间变量的驾驶人疲劳监测预警系统，实时监测驾驶人的疲劳状态。应当注意的是，该发明的主要服务对象为进行高速驾驶或在高速公路/城市快速路上驾驶的驾驶人。一旦系统监测到驾驶人的疲劳程度超过疲劳阈值，扬声器将播放相应预警音乐，提示驾驶员尽快停车休息。

以上实施例仅用于说明本发明的设计思想和特点，其目的在于使本领域内的技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，本发明的保护范围不限于上述实施例。所以，凡依据本发明所揭示的原理、设计思路所作的等同变化或修饰，均在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种基于时间变量的驾驶人疲劳监测预警系统，其特征在于：它包括：

定位系统，用于确定车速，并确定车辆所处道路位置，同时记录车辆行驶轨迹；

时间变量记录系统，用于记录驾驶人疲劳各因素所对应的时间变量，并在收集完所有因素对应的时间后，将所有时间转换到统一标准；所述的各因素所对应的时间变量包括睡眠时长t_sl、驾驶时长、休息时长和昼夜节律范围；

疲劳监测系统，用于接收所记录的时间变量，对驾驶人实时疲劳程度进行计算，得到计算结果，具体计算公式如下：

对于连续驾驶时长t_dr导致的驾驶人疲劳程度变化由以下公式进行求算：

其中，α₁、β₁、∈₁、α₂、∈₂均为常数，

为由连续驾驶时长t_dr导致的驾驶人疲劳程度变化；

对于连续休息时长t_re导致的驾驶人疲劳程度变化由以下公式进行求算：

其中，δ₁、δ₂、δ₃、γ₁均为常数，

为由连续休息时长t_re导致的驾驶人疲劳程度变化；

对于昼夜节律所处时间点t_cc处驾驶人疲劳程度由以下公式进行求算：

其中，a_i、b_i、c_i均为常数，i＝1，2,3…8，

为昼夜节律所处时间点t_cc处驾驶人疲劳程度；

针对不同睡眠时长t_sl，驾驶人于驾驶前的初始疲劳程度由以下公式进行求算：

其中，d、f均为常数，

为不同睡眠时长t_sl导致的驾驶人疲劳程度变化；

则对于任一时刻驾驶人的总疲劳程度为：

其中，FI(t)为驾驶人的总疲劳程度；

疲劳预警系统，用于当疲劳监测系统的计算结果，超过已设定好的疲劳阈值时，对驾驶人进行报警；同时持续接收疲劳监测系统的计算结果，若计算结果持续超过已设定好的疲劳阈值，则再次进行报警。

2.根据权利要求1所述的基于时间变量的驾驶人疲劳监测预警系统，其特征在于：所述的定位系统包括位置判定功能模块、速度判定功能模块、轨迹记录模块；位置判定功能模块用于确定当前车辆所处的地理位置；速度判定功能模块用于根据前后两个时间点车辆所处的地理位置计算车辆的速度；轨迹记录模块用于将车辆所处的地理位置按时间顺序进行记录；

所述的地理位置为车辆所处道路等级，道路等级包括高速公路、城市道路和城市快速路。

3.根据权利要求1所述的基于时间变量的驾驶人疲劳监测预警系统，其特征在于：所述的时间变量记录系统包括人机交互界面，用于驾驶人手动输入驾驶前24小时内的睡眠时长；

所述的时间变量记录系统具体在车辆速度大于或等于80km/h、且车辆处于高速公路或城市快速路时，开始连续驾驶时长计时；并确定此时驾驶人所处昼夜节律的起始时间点t_cr，之后通过查表方式，将昼夜节律对应的疲劳值传输给疲劳监测系统；在连续驾驶时，如果驾驶人处于高速公路或城市快速路中段速度低于80km/h行驶或停车休息，则判定驾驶人进行休息，此时开始记录连续休息时长t_re。

4.利用权利要求1所述的基于时间变量的驾驶人疲劳监测预警系统实现的预警方法，其特征在于：它包括以下步骤：

S1、接收输入的驾驶前24小时内的睡眠时长；根据该睡眠时长确定初始疲劳值；针对不同睡眠时长t_sl，驾驶人于驾驶前的初始疲劳程度由以下公式进行求算：

其中，d、f均为常数，

为不同睡眠时长t_sl导致的驾驶人疲劳程度变化；

S2、定位系统实时获取车辆的实时位置，并确定车辆的车速和所处的地理位置；

S3、当车辆速度大于或等于80km/h、且车辆处于高速公路或城市快速路时，时间变量记录系统开始连续驾驶时长计时；并确定此时驾驶人所处昼夜节律的起始时间点t_cr，之后通过查表方式，将昼夜节律对应的疲劳值传输给疲劳监测系统；在连续驾驶时，如果驾驶人处于高速公路或城市快速路中段速度低于80km/h行驶或停车休息，则判定驾驶人进行休息，此时开始记录连续休息时长t_re；

S4、疲劳监测系统对所有信息复核，对驾驶人实时疲劳程度进行计算，得到计算结果，具体计算公式如下：

对于连续驾驶时长t_dr导致的驾驶人疲劳程度变化由以下公式进行求算：

其中，α₁、β₁、∈₁、α₂、∈₂均为常数，

为由连续驾驶时长t_dr导致的驾驶人疲劳程度变化；

对于连续休息时长t_re导致的驾驶人疲劳程度变化由以下公式进行求算：

其中，δ₁、δ₂、δ₃、γ₁均为常数，

为由连续休息时长t_re导致的驾驶人疲劳程度变化；

对于昼夜节律所处时间点t_cc处驾驶人疲劳程度由以下公式进行求算：

其中，a_i、b_i、c_i均为常数，i＝1,2,3…8，

为昼夜节律所处时间点t_cc处驾驶人疲劳程度；

则对于任一时刻驾驶人的总疲劳程度为：

其中，FI(t)为驾驶人的总疲劳程度；

S5、当疲劳监测系统的计算结果，超过已设定好的疲劳阈值时，对驾驶人进行报警；同时持续接收疲劳监测系统的计算结果，若计算结果持续超过已设定好的疲劳阈值，则再次进行报警。

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