CN110148281A - 基于北斗卫星定位与授时技术的疲劳驾驶监测系统 - Google Patents

基于北斗卫星定位与授时技术的疲劳驾驶监测系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于北斗卫星定位与授时技术的疲劳驾驶监测系统。包括车载控制终端、车载显示终端、北斗卫星终端以及公安交通网络；车载控制终端包括主控制器、北斗模块，用于控制整个车辆相应模块进行系统操作；主控制器控制北斗模块实时向北斗卫星终端发送请求返回位置和时间信息的指令，同时在接收端判断是否接收到来自北斗卫星终端返回的位置和时间信息，如果接收到，将数据解析分开为时间信息和位置信息，时间信息存储到主控制器内存中并开启计时器；计时满预设时间，主控制器发送相关指令给车载显示终端开始进行就近服务区或停车场的引导规划，主控制器将位置信息通过WiFi实时发送至车载显示终端。本发明交互性强，移植性强。

Description

基于北斗卫星定位与授时技术的疲劳驾驶监测系统
技术领域
本发明涉及一种疲劳驾驶检测系统，更具体的涉及一种基于北斗卫星定位与授时技术的疲劳驾驶监测系统。
背景技术
驾驶疲劳，是指驾驶人在长时间连续行车后，产生生理机能和心理机能的失调，而在客观上出现驾驶技能下降的现象。驾驶人睡眠质量差或不足，长时间驾驶车辆，容易出现疲劳。驾驶疲劳会影响到驾驶人的注意、感觉、知觉、思维、判断、意志、决定和运动等诸方面。疲劳后继续驾驶车辆，会感到困倦瞌睡，四肢无力，注意力不集中，判断能力下降，甚至出现精神恍惚或瞬间记忆消失，出现动作迟误或过早，操作停顿或修正时间不当等不安全因素，极易发生道路交通事故。因此，疲劳后严禁驾驶车辆。
根据某汽车交通安全基金会的一项调查表明：因为司机疲劳驾驶导致的交通事故死亡事件在交通事故死亡事件中占据21％的比例，可见因为疲劳驾驶发生交通事故占的比例是非常之高。本发明正是基于以上对疲劳驾驶的认知以及疲劳驾驶可能造成的严重后果的基础上展开的。《道路交通安全法实施条例》第六十二条规定，驾驶机动车不得有下列行为：连续驾驶机动车超过4小时未停车休息或者停车休息时间少于20分钟。本发明能够实现在驾驶员驾驶接近四小时前引导司机前往就近的高速服务区、城市停车场或临时停车位，交通警察也可以察觉该驾驶员是否前往休息与休息是否符合要求的信息，实现对驾驶员和驾驶车辆的监测。
北斗卫星定位系统是由中国建立的区域导航定位系统。北斗定位系统可向用户提供全天候、二十四小时的即时定位服务，授时精度可达数十纳秒(ns)的同步精度，其定位精度与GPS相当。在本发明中，北斗卫星终端即北斗卫星定位系统，用到卫星终端的定位功能，北斗卫星的水平定位精度为100米(1σ)，设立标校站之后为20米(类似差分状态)，工作频率为2491.75MHz，满足本发明中对车辆位置信息的定位。本发明中还需要用到卫星终端的精准授时功能，北斗卫星具有精密授时功能，可向用户提供20ns-100ns时间同步精度，满足本发明中对疲劳驾驶时间精准把握的要求。同时，整个系统使用的北斗卫星终端具有国产化和自主性强的特点，具有很高的安全性。
GSM是当前应用最为广泛的移动电话标准。全球超过200个国家和地区超过10亿人正在使用GSM电话。所有用户可以在签署了"漫游协定"移动电话运营商之间自由漫游。GSM具有以下几个重要特点：第一，由于采用了高效调制器、信道编码、交织、均衡和语音编码技术，使系统具有高频谱效率。第二，通过鉴权、加密和TMSI号码的使用，达到安全的目的。第三，漫游是移动通信的重要特征，它标志着用户可以从一个网络自动进入另一个网络。本发明中，利用GSM网络安全稳定的特点，将相关监测信息从北斗卫星通信网络发送至公安交通网络。
现有的疲劳驾驶预警系统是一种基于驾驶员生理反应特征的驾驶人疲劳监测预警产品，由微控制器和摄像头两大模块组成，利用驾驶员的面部特征、眼部信号、头部运动性等推断驾驶员的疲劳状态，并进行报警提示，和采取相应措施的装置。目前全世界只有美国的Attention Technologies公司推出的DD850，瑞典的SmartEye公司推出的AntiSleep系统已经商用，奔驰、沃尔沃等高端车系配备疲劳驾驶预警系统。相比较本发明，现有的疲劳驾驶预警系统具有以下几点不足：
1.着重点在于对驾驶员生理特征的监测，人为因素往往不可控，具有很大不确定性；
2.对人脸生理特征进行识别，需要高精度摄像头，成本高昂；
3.人脸识别技术还不够成熟，所以应用场景较为有限；
4.现有识别技术被部分企业巨头垄断，推广范围较小；
5.仅仅配合汽车的微控制器单元，不能实现远程交互，互联性低；
6.可移植性差，仅仅针对汽车场景的面部识别，与其他网络移植时不方便。
发明内容
1、发明目的
为解决上述问题，本发明提出了一种基于北斗卫星定位与授时技术的疲劳驾驶监测系统。
2、本发明所采用的技术方案
本发明公开了一种基于北斗卫星定位与授时技术的疲劳驾驶监测系统，包括车载控制终端、车载显示终端、北斗卫星终端以及公安交通网络；
车载控制终端包括主控制器、北斗模块，用于控制整个车辆相应模块进行系统操作；
主控制器控制北斗模块实时向北斗卫星终端发送请求返回位置和时间信息的指令，同时在接收端判断是否接收到来自北斗卫星终端返回的位置和时间信息，如果接收到，将数据解析分开为时间信息和位置信息，时间信息存储到主控制器内存中并开启计时器；计时满预设时间，主控制器发送相关指令给车载显示终端开始进行就近服务区或停车场的引导规划，主控制器将位置信息通过WiFi实时发送至车载显示终端，车载显示终端将经纬度信息显示在地图上，进行车辆位置的定位和行车路径的显示；主控制器存储第一个时间信息后开启计时器，车辆熄火休息时，所启动的定时器停止工作，并将之前计时历史信息清零；
车载显示终端打开TCP监听，监听是否有位置信息来自车载控制终端，判断接收到位置信息后解析经纬度值，在地图上显示车辆的实时位置，并将位置信息存储在本地数据库中，调用历史数据将车辆的行车路径显示出来；
车载显示终端实时监听来自车载控制终端的指令，判断接收到指令后，开始根据当前车辆位置和就近服务区或停车场的位置，进行引导路径规划；
当主控制器的计时器计满预设时间仍然没有停车，主控制器开始控制GSM模块，将车辆的基本信息和位置信息远程发送至公安交通网络，公安交通网络按照位置测算提示最近的警察拦车处罚，并规劝至服务区或停车场进行休息；
如果驾驶员在计时器快要计满预设时间前，并未在指定区域熄火休息或者驾驶员简单熄火后间隔较短的启动时间就启动车辆继续行驶，前者车载显示终端根据车辆当前位置与地图内的服务区或停车场位置信息进行匹配；
如果无服务区或者停车场匹配，主控制器通过GMS远程将车辆的违章行为指令代码和位置信息发送至公安交通网；后者，主控制器根据存储在内存中的熄火前的时间信息与重新启动的时间信息进行求差处理，如果求差结果小于启动时间，主控制器通过通过GMS远程将车辆的违章行为指令代码和位置信息发送至公安交通网，由交通警察进行处理。
更进一步，主控制器对当前信息包进行数据解析，得出需要的位置信息和时间信息，汽车启动后实时解析的第一条时间信息记录在主控制器中，并从该时间节点开启计时器进行计时，除汽车停车熄火前的时间信息，启动到停车之间解析的时间信息主控制器不再使用。
更进一步，车载控制终端拟采用迅为公司的iTOP4412芯片的处理器作为整个车辆的主控制器。
更进一步，所述的计时器为iTOP4412系统板内置。
更进一步，车载控制终端还包括汽车主控制器相连接的用于与公安交通网络建立通信连接的GSM模块，与汽车主控制器相连接的用于与车载显示终端相连接的WiFi模块。
更进一步，车载显示终端为安装Android 4.0以上版本的平板电脑显示器。
更进一步，北斗卫星终端为提供定位和时间信息的卫星终端。
3、本发明所产生的技术效果
(1)本发明实现对驾驶员的疲劳驾驶监测，并引导驾驶员就近休息，同时能够将相关违章信息远程交互给公安交通网络。
(2)本发明车载控制终端在汽车启动后连入北斗卫星网络，发送指令请求并获取北斗卫星终端的位置和时间信息，第一条时间信息存储在处理器中并开启计时器，由计时器精准计时监测驾驶员精确的开车时间；位置信息发送至车载显示终端，显示终端一方面实时将行车路径在屏幕上显示出来，另一方面根据车辆的经纬度信息与地图上已知高速服务区、停车场经纬度信息，计算行驶车辆到就近服务区或者停车场之间的距离和所需时间，实现本发明提示和引导休息的功能。
(3)本发明计时器计满预设时间而驾驶员没有任何前往就近服务区或者停车场休息的意向，或者驾驶员仅仅是形式上短暂的停车休息，车载控制终端会将车辆的相关信息和位置信息发送至远程公安交通网络，由最近的交通警察做出拦截处理，实现本发明最终的违章处罚的功能。
(4)本发明的硬件组成简单，成本低，所使用的通信过程稳定，结合当下热门的物联网技术，交互性强，同时，本发明可移植相关酒精含量检测等系统，移植性强，有利于公共社会安定。
附图说明
图1为监测系统整体组成框图。
图2为车载终端结构框图。
图3为车载控制终端授时与定位的工作流程图。
图4为车载显示终端的工作流程图。
图5为车载终端远程交互公安交通网的工作流程图。
具体实施方式
实施例1
本发明涉及一种基于北斗卫星定位与授时技术的疲劳驾驶监测系统，其包括车载控制终端、车载显示终端、北斗卫星终端以及公安交通网络。其中，车载控制终端为广义上汽车的操作控制系统，在本发明中，车载控制终端除了控制汽车的基本功能外，加入了与汽车主控制器相连接的用于与北斗卫星建立通信连接的北斗模块，加入了与汽车主控制器相连接的用于与公安交通网络建立通信连接的GSM模块，加入了与汽车主控制器相连接的用于与车载显示终端相连接的WiFi模块；车载显示终端为安装Android 4.0以上版本的平板电脑显示器；北斗卫星终端为能够为普通民用提供定位和时间信息的卫星终端；在本发明中，公安交通网络为广义上包含对乡村、城市、高速等道路进行车辆实时监测的网络。本发明中，汽车启动时，对整个车载终端(包括车载控制终端和车载显示终端)供电，汽车主控制器控制北斗模块向北斗卫星终端实时发送请求指令，请求获取当前车辆的位置信息以及时间信息，北斗模块实时获取北斗卫星终端返回的信息包后迅速反馈给主控制器，主控制器对当前信息包进行数据解析，得出需要的位置信息(经度和纬度)和时间信息。其中，汽车启动后实时解析的第一条时间信息记录在主控制器中，并从该时间节点开启计时器进行计时，除汽车停车熄火前的时间信息，启动到停车之间解析的时间信息主控制器不再使用；其中，汽车启动后实时解析的位置信息，汽车主控制器通过控制WiFi模块实时发送给车载显示终端。车载显示终端接收到车辆的实时位置信息，在地图上打点显示出来，在本地数据库中存储位置信息可以显示每次车辆的行车路径。《道路交通安全法实施条例》第六十二条规定，驾驶机动车不得有下列行为：连续驾驶机动车超过4小时未停车休息或者停车休息时间少于20分钟。当主控制器从汽车启动时间开始，计时器计满3个半小时后，车载显示终端开始根据当前的位置信息，通过相应的算法，计算到与当前汽车位置距离比较最近的高速服务区、城市停车场或临时停车位所需要的时间，原则上在已开车时间加上停车引导时间不多于4小时的情况下，车载显示终端引导汽车前往就近的高速服务区、城市停车场或临时停车位进行不低于20分钟的休息。如果汽车计时满四小时，汽车仍然在行驶，或者汽车停车后休息未满20分钟，GSM模块会将车辆基本信息以及位置信息实时发送至公安交通网络，交通警察察觉后在高速公路或者城市乡村道路进行规劝引导休息。本发明具有硬件电路结构简单、成本低，所使用的技术自主性强、通信稳定，整个系统具有安全性高、前瞻性强、信息化程度高、可移植性强、满足经济社会发展等优点。
实施例2
本发明所设计的疲劳驾驶监测系统主要包括车载终端(包括车载控制终端和车载显示终端)、北斗卫星终端以及公安交通网络。其中，车载终端的结构框图如图2所示。
车载控制终端拟采用迅为公司的iTOP4412芯片的处理器作为整个车辆的主控制器，控制相应模块进行整个系统的操作。其中，首先控制的是北斗模块，汽车启动后，主控制器控制北斗模块实时向北斗卫星终端发送请求返回位置和时间信息的指令，同时在接收端判断是否接收到来自北斗卫星终端返回的位置和时间信息，如果确实接收到，将数据解析分开为时间信息和位置信息，时间信息存储到主控制器内存中并开启计时器，计时满3.5小时，主控制器发送相关指令给车载显示终端开始进行就近服务区或停车场的引导规划，主控制器将位置信息通过WiFi实时发送至车载显示终端，车载显示终端将经纬度信息显示在地图上，进行车辆位置的定位和行车路径的显示。车载控制终端授时与定位的工作过程如图3所示。
上文所述的计时器为iTOP4412系统板内部自带的，主控制器存储第一个时间信息后开启计时器，车辆熄火休息时，所启动的定时器停止工作，并将之前计时历史信息清零。
车载显示终端打开TCP监听，监听是否有位置信息来自车载控制终端，判断接收到位置信息后解析经纬度值，在地图上打点显示车辆的实时位置，并将位置信息存储在本地数据库中，调用历史数据将车辆的行车路径显示出来。车载显示终端实时监听来自车载控制终端的指令，判断接收到指令后，开始根据当前车辆位置和就近服务区或停车场的位置，进行引导路径规划。车载显示终端的工作过程如图4所示。
当主控制器的计时器计满4小时而驾驶员仍然没有停车休息，主控制器开始控制GSM模块，将车辆的基本信息和位置信息远程发送至公安交通网络，就近的交通警察可以进行拦车处罚，并规劝至服务区或停车场进行休息。如果驾驶员在计时器快要计满4小时前，驾驶员并未在指定区域熄火休息或者驾驶员简单熄火后不满20分钟就启动车辆继续行驶，前者车载显示终端根据车辆当前位置与地图内的服务区或停车场位置信息进行匹配，如果无服务区或者停车场匹配，主控制器通过GMS远程将车辆的违章行为指令代码和位置信息发送至公安交通网，由交通警察处理；后者，主控制器根据存储在内存中的熄火前的时间信息与重新启动的时间信息进行求差处理，如果求差结果小于20分钟，主控制器通过通过GMS远程将车辆的违章行为指令代码和位置信息发送至公安交通网，由交通警察进行处理。车载终端远程交互公安交通网的工作过程如图5所示。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种基于北斗卫星定位与授时技术的疲劳驾驶监测系统，其特征在于：包括车载控制终端、车载显示终端、北斗卫星终端以及公安交通网络；
车载控制终端包括主控制器、北斗模块，用于控制整个车辆相应模块进行系统操作；
主控制器控制北斗模块实时向北斗卫星终端发送请求返回位置和时间信息的指令，同时在接收端判断是否接收到来自北斗卫星终端返回的位置和时间信息，如果接收到，将数据解析分开为时间信息和位置信息，时间信息存储到主控制器内存中并开启计时器；计时满预设时间，主控制器发送相关指令给车载显示终端开始进行就近服务区或停车场的引导规划，主控制器将位置信息通过WiFi实时发送至车载显示终端，车载显示终端将经纬度信息显示在地图上，进行车辆位置的定位和行车路径的显示；主控制器存储第一个时间信息后开启计时器，车辆熄火休息时，所启动的定时器停止工作，并将之前计时历史信息清零；
车载显示终端打开TCP监听，监听是否有位置信息来自车载控制终端，判断接收到位置信息后解析经纬度值，在地图上显示车辆的实时位置，并将位置信息存储在本地数据库中，调用历史数据将车辆的行车路径显示出来；
车载显示终端实时监听来自车载控制终端的指令，判断接收到指令后，开始根据当前车辆位置和就近服务区或停车场的位置，进行引导路径规划；
当主控制器的计时器计满预设时间仍然没有停车，主控制器开始控制GSM模块，将车辆的基本信息和位置信息远程发送至公安交通网络，公安交通网络按照位置测算提示最近的警察拦车处罚，并规劝至服务区或停车场进行休息；
如果驾驶员在计时器快要计满预设时间前，并未在指定区域熄火休息或者驾驶员简单熄火后间隔较短的启动时间就启动车辆继续行驶，前者车载显示终端根据车辆当前位置与地图内的服务区或停车场位置信息进行匹配；
如果无服务区或者停车场匹配，主控制器通过GMS远程将车辆的违章行为指令代码和位置信息发送至公安交通网；后者，主控制器根据存储在内存中的熄火前的时间信息与重新启动的时间信息进行求差处理，如果求差结果小于启动时间，主控制器通过通过GMS远程将车辆的违章行为指令代码和位置信息发送至公安交通网，由交通警察进行处理。
2.根据权利要求1所述的基于北斗卫星定位与授时技术的疲劳驾驶监测系统，其特征在于：主控制器对当前信息包进行数据解析，得出需要的位置信息和时间信息，汽车启动后实时解析的第一条时间信息记录在主控制器中，并从该时间节点开启计时器进行计时，除汽车停车熄火前的时间信息，启动到停车之间解析的时间信息主控制器不再使用。
3.根据权利要求1所述的基于北斗卫星定位与授时技术的疲劳驾驶监测系统，其特征在于：车载控制终端拟采用迅为公司的iTOP4412芯片的处理器作为整个车辆的主控制器。
4.根据权利要求1所述的基于北斗卫星定位与授时技术的疲劳驾驶监测系统，其特征在于：所述的计时器为iTOP4412系统板内置。
5.根据权利要求1所述的基于北斗卫星定位与授时技术的疲劳驾驶监测系统，其特征在于：车载控制终端还包括汽车主控制器相连接的用于与公安交通网络建立通信连接的GSM模块，与汽车主控制器相连接的用于与车载显示终端相连接的WiFi模块。
6.根据权利要求1所述的基于北斗卫星定位与授时技术的疲劳驾驶监测系统，其特征在于：车载显示终端为安装Android4.0以上版本的平板电脑显示器。
7.根据权利要求1所述的基于北斗卫星定位与授时技术的疲劳驾驶监测系统，其特征在于：北斗卫星终端为提供定位和时间信息的卫星终端。
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