CN111784972A - 一种基于大数据的车辆抗疲劳驾驶设备及实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于大数据的车辆抗疲劳驾驶设备，包括与车辆驾驶一体化的大数据疲劳监测系统和抗疲劳提醒系统，抗疲劳提醒系统包括驾驶座、电击刺激板和振动按摩抗疲劳机构，驾驶座的侧面还设有二级安全保护腹带，驾驶座的侧面设有用于固定二级安全保护腹带的安全带一体卡板，二级安全保护腹带靠近末端的部分设有呼吸频率监测模块，安全带一体卡板上设有腹带系紧监测模块，抗疲劳设备的实现方法：识别驾驶员的性别年龄信息；腹带系紧提醒；实时监控呼吸频率；定时启动振动按摩抗疲劳机构；疲劳刺激；本方案提高抗疲劳实现方式的主观能动性，可对驾驶员的疲劳进行主动缓解，增加抗疲劳实施的有效性和稳定性。

Description

一种基于大数据的车辆抗疲劳驾驶设备及实现方法

技术领域

本发明实施例涉及大数据分析应用技术领域，具体涉及一种基于大数据的车辆抗疲劳驾驶设备及实现方法。

背景技术

开车是一项既耗体力又费脑力的重负荷劳动。驾驶员长期坐在几乎是封闭的驾驶室内，全身肌肉时刻都处于紧张的工作状态，思想高度集中，时间长了生理和心理上消耗的能量若得不到即时地恢复和调剂，便会导致疲劳，产生心情烦恼，易发火，浑身无力现象，疲劳会使驾驶员的感觉器官出现障碍，从而使反应变得迟纯，判断产生失误，疲劳驾驶是安全行车的天敌，据交通部门统计，60％以上的交通事故与疲劳驾驶有关。

高速公路行车比普通公路行车更容易疲劳和打瞌睡。国外一项调查试验称，高速公路上驾驶员打瞌睡的频率大约是1次/45km，而且经常是在毫无察觉的情况下，睁着眼睛睡1～4秒。造成驾驶员头脑清醒程度下降、产生疲劳和瞌睡的一个重要原因就是高速公路具有很强的催眠作用。因为在高速公路特有的道路条件(道路平坦、线形较直等)、交通条件(车速高、车流量大、干扰少、无交通信号等)、周围环境(车外景色单调、车内发动机噪声单一、车身座椅等有节奏的振动等)以及驾驶操作简单、坐势呆板等综合作用下，造成了对驾驶员长时间的简单、重复、单调的刺激，从而导致其头脑清醒程度下降。据统计，在高速公路交通事故的总数中因驾驶疲劳和打瞌睡引发的交通事故约占20％。

目前针对疲劳驾驶，市面上已出现多种解决方式，除了使用视觉监测、方向盘角度监测、车道偏移监测等监测方式，还提出比较新颖的监测手段，比如佩戴脑电波疲劳预警帽子、挂耳式疲劳预警器、手表式和眼镜式疲劳监测器，这类佩戴物件的主观影响因素太多，驾驶员有可能会忘记佩戴，并且驾驶员也不喜欢在开车时佩戴一个附加物等方式进行疲劳监测，也有可能会妨碍到驾驶员的正常驾驶，因此需要一种方便佩戴并且不会影响正常驾驶操作的疲劳监测方式，另外大多数抗疲劳的操作均使用外部刺激，例如风油精、薄荷油等提高精神，减少疲劳，疲劳驾驶监测系统或者抗疲劳实现的作用方式都相对被动，抗疲劳设备的无法对驾驶员的疲劳产生主动缓解，无法及时的避免驾驶员入睡。

发明内容

为此，本发明实施例提供一种基于大数据的车辆抗疲劳驾驶设备及实现方法，采用强制式的佩戴方式，增加抗疲劳实现方式的主观能动性，以解决现有技术中抗疲劳实现作用方式相对被动，无法对驾驶员的疲劳产生主动缓解的问题。

为了实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：一种基于大数据的车辆抗疲劳驾驶设备，包括与车辆驾驶一体化的大数据疲劳监测系统，以及与大数据疲劳监测系统通信调控的抗疲劳提醒系统，所述抗疲劳提醒系统包括驾驶座、设置在驾驶座靠板上的电击刺激板，以及安装在驾驶座底板上的振动按摩抗疲劳机构，所述驾驶座的侧面还设有用于监测疲劳状态的二级安全保护腹带，所述驾驶座背面内部设有用于收纳限位二级安全保护腹带的复位收卷轴，所述驾驶座的侧面设有用于固定二级安全保护腹带的安全带一体卡板，所述二级安全保护腹带靠近末端的部分设有呼吸频率监测模块，所述安全带一体卡板上设有腹带系紧监测模块。

本发明实施例的特征还在于，所述腹带系紧监测系统包括安装在驾驶座上的压力传感器、设置在安全带一体卡板上的两个固定卡槽，以及用于处理监测信息的控制处理器，两个所述固定卡槽分别用于固定汽车驾驶安全带和二级安全保护腹带，两个所述固定卡槽的内部均设有红外线检测传感器，两个所述红外线检测传感器串联在一起，所述控制处理器的输入端分别连接有压力传感器和红外线检测传感器，所述控制处理器的输出端连接有报警灯。

本发明实施例的特征还在于，所述呼吸频率监测模块包括设置在二级安全保护腹带上的加宽防护编织带，以及粘附在二级安全保护腹带内外表面的耐磨橡胶保护层，所述二级安全保护腹带上设有若干均匀分布的传感器装载槽位，所述传感器装载槽位内设有平向振动传感器，所述驾驶座背面还设有用于处理呼吸监测的连机数据处理模块，所述连机数据处理模块包括信号过滤单元、信号放大单元和处理芯片，所述信号过滤单元和信号放大单元均连接到处理芯片的输入端，所述处理芯片的输出端连接有蓝牙传送单元，所述蓝牙传送单元将处理后的呼吸频率信号传递到大数据疲劳监测系统。

本发明实施例的特征还在于，所述电击刺激板包括安装在驾驶座钢架上的头颈凸起靠板和腰部凸起靠板，所述头颈凸起靠板和腰部凸起靠板上均安装有若干组相互并联的电击触头，所述驾驶座靠板的填充海绵垫内设有供电击触头安装的贯穿孔槽，所述贯穿孔槽的内壁上铺设有绝缘耐热橡胶，所述驾驶座的外表面设有与电击触头连接的光滑导电金属网片。

本发明实施例的特征还在于，所述振动按摩抗疲劳机构包括镶嵌在驾驶座底板中心的伺服电机，以及安装在伺服电机输出轴的触动齿轮，所述伺服电机的两侧分别设有平行设置在驾驶座坐板上的限位轨道，所述限位轨道的内侧板上设有切割驱动槽，所述限位轨道内设有活动按摩板，所述活动按摩板的内壁上设有与触动齿轮相互啮合的齿形长条。

本发明实施例的特征还在于，所述活动按摩板的一端设有Y形定位支架，所述Y形定位支架上设有车轮式按摩球，并且所述伺服电机和限位轨道的上方设有坐垫防护板，所述坐垫防护板的两侧边对应固定在驾驶座的侧边上，所述坐垫防护板的下表面通过撑杆固定在驾驶座坐板的上表面，所述坐垫防护板在正对限位轨道的位置设有长形孔槽，所述长形孔槽的两侧设有内嵌孔隙，所述内嵌孔隙的内部通过若干均匀分布的弹簧安装有隐藏伸缩板，所述隐藏伸缩板的两端为光滑圆弧形状。

另外，本发明还提供一种基于大数据的车辆抗疲劳驾驶设备的实现方法，包括如下步骤：

步骤100、在大数据疲劳监测系统中录入驾驶员信息，并且在驾驶前验证驾驶员信息并自动匹配相对应的驾驶员信息，并依据匹配的驾驶员信息作为判定依据；

步骤200、驾驶员坐在驾驶座后，提醒驾驶员系上安全带和二次安全保护腹带；

步骤300、发车启动后，呼吸频率监测模块实时监控驾驶员的呼吸频率得到驾驶监控数据，并将驾驶监控数据在本地数据库中依据驾驶员信息进行对比；

步骤400、启动振动按摩抗疲劳机构，并依据对比结果改变驾驶座的振动频率和时长；

步骤500、当大数据疲劳监测系统判定驾驶员疲劳时，电击单元刺激人体。

本发明实施例的特征还在于，在步骤200中，提醒驾驶员系上安全带和二次安全保护腹带的具体过程为：

步骤201、驾驶员坐在驾驶座后，压力传感器监测到压力，报警灯发出警报；

步骤202、驾驶员系好安全带，没系腹带时，红外线检测传感器未监测到腹带固定，则继续发出警报；

步骤203、当安全带和腹带都固定在安全带一体卡板上时，红外线检测传感器监测到安全带和腹带系好时，报警灯停止工作。

本发明实施例的特征还在于，在步骤300中，呼吸频率监测模块的具体工作过程为：

步骤301、系好二级安全保护腹带后，平向振动传感器垂直于驾驶员的腹部，平向振动传感器只接收横向作用力；

步骤302、连机数据处理模块通过信号过滤单元将横向作用力进行高频过滤和低频过滤，提高对呼吸作用力的监测能力，并且过滤后的信号通过信号放大单元进行放大；

步骤303、放大后的呼吸信号实时通过蓝牙传送单元传递到大数据疲劳监测系统，与标准呼吸频率实时对比；

步骤304、当呼吸频率持续小于标准呼吸频率，并且大数据疲劳监测系统的疲劳监测系统监测到驾驶员疲劳时，启动电击刺激板，通过单组和多组电击金属网片的配合工作，调控电击范围。

本发明实施例的特征还在于，在步骤305中，调控电击范围的具体工作方法为：

当首次监测到驾驶员处于疲劳状态时，启动腰部位置的电击金属网片；

如果刺激腰部驾驶员没有清醒，仍然处于疲劳状态时，继续启动颈部位置的电击金属网片；

如果刺激颈部驾驶员没有清醒，仍然处于疲劳状态时，继续启动头部位置的电击金属网片。

本发明实施例具有如下优点：

(1)本发明强制式的腹带系紧方式，保证呼吸频率的正常监测操作，从而提高抗疲劳监测方式的主观能动性，防止驾驶员忘记佩戴的主观因素影响正常的疲劳监测方式；

(2)本发明在驾驶座本体上增设电击刺激和按摩刺激方式进行智能抗疲劳操作，可对驾驶员的疲劳进行主动缓解，增加抗疲劳实施的有效性和稳定性，同时不影响驾驶座的正常使用；

(3)本发明的电击操作采用不同电压和不同位置的刺激方式，可最大程度的减少对驾驶员的电击疼痛感，防止驾驶员的过度应激反应影响驾驶的稳定性，提高驾驶过程的安全性；

(4)本发明的按摩操作可改变驾驶座固有的振动频率，采用不重复多样的刺激行为，提高驾驶员头脑清醒程度，降低疲劳产生的概率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。

本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。

图1为本发明的驾驶座整体侧视结构示意图；

图2为本发明的腹带系紧监测模块的结构示意图；

图3为本发明的二级安全保护腹带系紧状态监控流程图；

图4为本发明的呼吸频率监测模块的结构示意图；

图5为本发明的呼吸信号监控与处理的结合流程图；

图6为本发明的电击刺激板的侧视结构示意图；

图7为本发明的振动按摩抗疲劳机构的侧视结构示意图；

图8为本发明的隐藏伸缩板的俯视结构示意图；

图中：

1-驾驶座；2-电击刺激板；3-振动按摩抗疲劳机构；4-二级安全保护腹带；5-复位收卷轴；6-安全带一体卡板；7-呼吸频率监测模块；8-腹带系紧监测模块；

201-头颈凸起靠板；202-腰部凸起靠板；203-电击触头；204-贯穿孔槽；205-绝缘耐热橡胶；206-光滑导电金属网片；

301-伺服电机；302-触动齿轮；303-限位轨道；304-切割驱动槽；305-活动按摩板；306-齿形长条；307-Y形定位支架；308-车轮式按摩球；309-坐垫防护板；3010-撑杆；3011-长形孔槽；3012-内嵌孔隙；3013-弹簧；3014-隐藏伸缩板；

701-加宽防护编织带；702-耐磨橡胶保护层；703-传感器装载槽位；704-平向振动传感器；705-连机数据处理模块；

7051-信号过滤单元；7052-信号放大单元；7053-处理芯片；7054-蓝牙传送单元；

801-压力传感器；802-固定卡槽；803-控制处理器；804-红外线检测传感器；805-报警灯。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1至图8所示，本发明提供了一种基于大数据的车辆抗疲劳驾驶设备，包括与车辆驾驶一体化的大数据疲劳监测系统，以及与大数据疲劳监测系统通信调控的抗疲劳提醒系统，本发明中的大数据疲劳监测系统不仅包括本方案中的呼吸频率监测方式，还包括其他的大数据疲劳监测方式，利用呼吸频率监测方式配合其他的疲劳监测方式共同判断驾驶员是否处于疲劳状态，利用本实施方式的抗疲劳提醒系统，在驾驶员疲劳开始打瞌睡时刺激驾驶员，使其保持清醒状态，下面将细述呼吸频率监测方式和抗疲劳提醒系统的具体构成，其他的疲劳监测方式可以为面部图像识别方式和车道偏移监测方式，而且面部图像识别方式可为现有技术中的监测方式。

需要说明的是，呼吸频率监测方式的主要原理是采集人体的心跳速率，并依据驾驶员长期数据的采集通过大数据分析建立心跳速率和呼吸频率之间的关系，在获得心跳速率数据时通过转换作用获得呼吸频率，并依据呼吸频率的大数据信息来判定驾驶员是否处于疲劳状态。

在本实施方式中，该抗疲劳系统一方面是通过主动监控的方式实现对驾驶员的监测，当驾驶员被判定疲劳时主动刺激驾驶员以进行提醒，促使驾驶员停车休息或者更换驾驶员等安全的驾车方式；另外一方面在驾驶的过程中以主动振动的方式缓解驾驶员的疲劳，提高驾驶员的抗疲劳能力。

抗疲劳提醒系统包括驾驶座1、设置在驾驶座靠板上的电击刺激板2，以及安装在驾驶座1底板上的振动按摩抗疲劳机构3，这里的驾驶座1本体为车辆中通用的驾驶座钢架板，电击刺激板2可承载电击触头，振动按摩抗疲劳机构3利用滚动轮对人体进行按摩，改变驾驶座在行驶中的固定频率，从而避免驾驶员出现精神不清醒。

另外，所述驾驶座1的侧面还设有用于监测疲劳状态的二级安全保护腹带4，所述驾驶座1背面内部设有用于收纳限位二级安全保护腹带4的复位收卷轴5，所述驾驶座1的侧面设有用于固定二级安全保护腹带4的安全带一体卡板6，所述二级安全保护腹带4靠近末端的部分设有呼吸频率监测模块7，所述安全带一体卡板6上设有腹带系紧监测模块8，本实施方式中的呼吸频率监测模块7安装在二级安全保护腹带4上，腹带系紧监测模块8可保证疲劳监测方式可客观的佩戴，同时不影响正常的驾驶操作，实用性和可靠性强。

需要补充说明的是，复位收卷轴5的安装和工作方式具体参考汽车安全带的复位方式，在本实施方式中将不再说明，使用可自动归位的复位收卷轴5可保证，在不使用时的驾驶舱内部整洁性，复位收卷轴5的弹性伸缩适合不同体型的驾驶员使用，同时可保证二级安全保护腹带4缚紧贴合人体，方便呼吸频率监测模块7的正常监测工作，防止二级安全保护腹带4松弛而不能达到正常的监测作用。

另外二级安全保护腹带4不仅用于监测驾驶员的呼吸频率，还可配合安全带的作用，对人体进行双重保护。

下面将先细述腹带系紧监测系统8和呼吸频率监测模块7的客观佩戴和疲劳监测方式，如图2和图3所示，腹带系紧监测系统8包括安装在驾驶座1上的压力传感器801、设置在安全带一体卡板6上的两个固定卡槽802，以及用于处理监测信息的控制处理器803，两个所述固定卡槽802分别用于固定汽车驾驶安全带和二级安全保护腹带4，两个所述固定卡槽802的内部均设有红外线检测传感器804，两个所述红外线检测传感器804串联在一起，所述控制处理器803的输入端分别连接有压力传感器801和红外线检测传感器804，所述控制处理器803的输出端连接有报警灯805。

基于上述腹带系紧监测系统8的主要组成部件，其主要的工作过程具体为：

首先，驾驶员坐在驾驶座1上后，压力传感器801监测到驾驶座1上有人，当启动车辆后，压力传感器801将监测的压力信息传递到控制处理器803，报警灯805工作，促使驾驶员佩戴好汽车驾驶安全带；

然后由于惯性操作，驾驶员会将安全带固定在安全带一体卡板6上，此时其中一个固定卡槽802内的红外线检测传感器804监测到安全带佩戴完成，报警灯805继续报警；

当二级安全保护腹带4也安插到对应的一个固定卡槽802后，报警灯805才停止工作，驾驶员可正常驾驶。

因此上述两个红外线检测传感器804串联，也就意味着当两个红外线检测传感器804同时监测到安全带和二级安全保护腹带4固定时，才停止报警灯805的报警操作，从客观因素上保证疲劳监测方式的积极行使，避免像帽子、手环和眼镜等监测方式影响主动实施效果。

如图4和图5所示，呼吸频率监测模块7包括设置在二级安全保护腹带4上的加宽防护编织带701，以及粘附在二级安全保护腹带4内外表面的耐磨橡胶保护层702，所述二级安全保护腹带4上设有若干均匀分布的传感器装载槽位703，所述传感器装载槽位703内设有平向振动传感器704。

加宽防护编织带701可增加二级安全保护腹带4本身的质量，防止在佩戴的过程中二级安全保护腹带4发生弯折而影响正常的监测，另外耐磨橡胶保护层702采用合成的软性橡胶，可通过水平方向的弹性位移反映驾驶员的呼吸作用，以及其他的干扰振动因素，平向振动传感器704接收耐磨橡胶保护层702的移位信息并转化为呼吸频率信息，并且对信息进行过滤放大处理，通过实时监控的大数据处理方式监测驾驶员的呼吸频率变化。

另外本实施方式将二级安全保护腹带4和安全带分别固定的作用是为了保证二级安全保护腹带4固定后为平行状态，保证呼吸频率监测模块7监测的准确性。

需要补充说明的是，上述平向振动传感器704只监测与传感器平行水平面上的振动作用(本质上是通过紧贴这胸口，实现对胸口心跳频率的监测，由于是紧贴胸口可以认为监测过程中，二级安全保护腹带4与人体是同步运作的，可以减少外界振动干扰的影响)，而不监测驾驶员上下方向的振动作用，因此可减少车身座椅本身振动带来的监测误差影响，提高呼吸频率的监测准确性，因此本实施方式的疲劳监测方式更适应于高速公路上的车辆使用，而对坎坷不平的道路来说，驾驶员更能集中注意力，不能疲劳监测和抗疲劳刺激也能保持头脑清醒，因此对生活中的抗疲劳驾驶有实际重大的意义。

驾驶座1背面还设有用于处理呼吸监测的连机数据处理模块705，所述连机数据处理模块705包括信号过滤单元7051、信号放大单元7052和处理芯片7053，所述信号过滤单元7051和信号放大单元7052均连接到处理芯片7053的输入端，所述处理芯片7053的输出端连接有蓝牙传送单元7054，所述蓝牙传送单元7054将处理后的呼吸频率信号传递到大数据疲劳监测系统，通过信号过滤和放大的处理方式，降低杂音的干扰，保证获得理想的呼吸频率数据，然后与正常的呼吸状态进行比较，实时监测驾驶员是否处于疲劳状态。

基于上述，呼吸频率监测模块7利用大数据疲劳监测系统对驾驶员进行疲劳监测的具体实现方式为：

首先，将处理后的呼吸频率信号传递到大数据疲劳监测系统，大数据疲劳监测系统先将呼吸信号与数据库内的标准呼吸频率进行实时对比；

然后，对标准呼吸频率进行校正处理，模拟出匹配驾驶员的呼吸频谱图；

最后，将处理后的呼吸频率信号实时与校正后的呼吸频谱图进行对比，当驾驶员的呼吸频率明显小于校正后的呼吸频谱图时，并且结合大数据疲劳监测系统内其他的疲劳监测方式，判断驾驶员是否处于疲劳驾驶状态。

在上述过程中，对标准呼吸频率进行校正处理形成呼吸频谱图的具体实现过程为：

第一步：大数据疲劳监测系统接收处理后的呼吸信号，将呼吸信号与数据库内的标准呼吸频率进行实时对比；

第二步：监测一段时间后，截取监测的呼吸信号中稳定且频率相同的校准呼吸信号截段；

第三步、将标准呼吸频率按照截取的校准呼吸信号截段进行变频处理，得到对应该驾驶员的呼吸频谱图；

第四步、继续监测驾驶员的呼吸频率，并且将监测的呼吸频率信号与呼吸频谱图进行实时对比。

基于标准呼吸频率进行校正处理形成呼吸频谱图的过程，本实施方式可存储不同驾驶员的特定呼吸频谱图，以满足特定个人的呼吸频率，从而提高呼吸频率进行疲劳监测的准确性。

在调整呼吸频率的监测准确性之后，当驾驶员处于疲劳状态时，需要利用驾驶座上添加的抗疲劳刺激结构工作，从而使得驾驶员保持精神清醒状态。

下面将细述电击刺激和按摩刺激的具体组成结构和实现方式，如图6所示，电击刺激板2包括安装在驾驶座1钢架上的头颈凸起靠板201和腰部凸起靠板202，所述头颈凸起靠板201和腰部凸起靠板202上均安装有若干组相互并联的电击触头203，所述驾驶座1靠板的填充海绵垫内设有供电击触头安装的贯穿孔槽204，所述贯穿孔槽204的内壁上铺设有绝缘耐热橡胶205，所述驾驶座1的外表面设有与电击触头203连接的光滑导电金属网片206。

一般来说，普通的驾驶座一般由钢架、海绵和皮革组成，钢架决定驾驶座的大小和基本形状，而海绵敷在钢架外表面，增加柔软性以提高驾驶舒适性，本实施方式中的驾驶座1的靠板添加头颈凸起靠板201和腰部凸起靠板202，不仅满足在正常驾驶过程中的人体结构，对驾驶员的头部和腰部进行支撑，减少疲劳感，同时便于添加电击结构，方便光滑导电金属网片206与人体的直接接触，保持头脑清醒。

电击触头203具体为电棒的高压组件，电击触头203的内部主要结构由一体化高质量集成块及可充镍氢电池组成，外部主要结构主要由ABS硬胶压注成型和金属材料组成，一般在产品的前部有一对或数对金属电击头，另外本实施方式的电击触头203在不同位置的电压强度不同，一般腰部凸起靠板202上安装的电压强度远远大于头颈凸起靠板201的电压强度，保证不会对头部产生很大的刺激，而且人体会穿着衣服，可降低腰部凸起靠板202的电击强度。

并且头颈凸起靠板201的电压一般为脉冲电压，而腰部凸起靠板202的电压为直流电压，腰部和头颈的电击触头203电压标准是工作时头颈和腰部均可感受到刺痛感。

当大数据疲劳监测系统中的其他疲劳监测方式和本实施方式中的呼吸频率监测方式共同判断人体处于疲劳入睡的状态时，一般腰部的电击触头203先通电工作，通过不同位置的刺激来防止驾驶员入睡，其后才对颈部、头部的电击触头203进行通电，保证不会产生巨大的疼痛感，防止人体应激造成驾驶不稳定的情况。

综合上述，本发明中的电击刺激板2是通过产生电击的效果来刺激人体，使得人体在疲劳时受到主动的刺激，而短暂的消除疲劳，集中精神。本实施方式中，一旦大数据疲劳监测系统监测到或者判定驾驶员处于疲劳状态时将会根据驾驶员的实际状态逐步提高刺激效果(如顺次启动腰部位置的电击金属网片、颈部位置的电击金属网片、头部位置的电击金属网片)以达到保持驾驶员处于清醒状态，直至驾驶员做出安全的驾驶动作，如停车休息或者更换驾驶员，否则大数据疲劳监测系统将持续发出刺激指令。

如图7和图8所示，振动按摩抗疲劳机构3包括镶嵌在驾驶座1底板中心的伺服电机301，以及安装在伺服电机301输出轴的触动齿轮302，所述伺服电机301的两侧分别设有平行设置在驾驶座1坐板上的限位轨道303，所述限位轨道303的内侧板上设有切割驱动槽304，所述限位轨道303内设有活动按摩板305，所述活动按摩板305的内壁上设有与触动齿轮302相互啮合的齿形长条306，活动按摩板305的一端设有Y形定位支架307，所述Y形定位支架307上设有车轮式按摩球308。

振动按摩抗疲劳机构3的具体工作方式为：伺服电机301带动触动齿轮302正转或者反转，在触动齿轮302转动时，与活动按摩板305内壁上的齿形长条306相互啮合，带动两个活动按摩板305在限位轨道303内分别进行前后方向上的移动，从而对驾驶员的两条腿进行不同方向的循环按摩作用，减少同向按摩的单调性，从而提高对人体的刺激和头脑清醒度。

为了保证活动按摩板305的按摩范围，一般活动按摩板305的长度略大于限位轨道303长度的一半，从而保证触动齿轮302正转或者反转时，均可完成对活动按摩板305的驱动作用，活动按摩板305在移动时，通过车轮式按摩球308对人体的腿部进行按摩，改变车座固有的振动感，从而保证驾驶员的头脑清醒，并且通过上述按摩方式对驾驶员的腿部进行按摩，促进血液移动，减少疲劳感。

另外需要特别说明的是，本实施方式中的振动按摩抗疲劳机构3和电击触头203的工作过程，均受到汽车抗疲劳提醒系统中的处理器进行控制，其中振动按摩抗疲劳机构3按照定时的模式进行按摩操作，比如说每隔10分钟或者20分钟一次，而电击触头203的电源接通与疲劳监测状态有关，一旦大数据疲劳监测系统的监测方式和呼吸频率监测方式共同判断驾驶员处于疲劳驾驶状态时，电击触头203按照腰部、颈部和头部的接通方式对人体进行电击刺激。

伺服电机301和限位轨道303的上方设有坐垫防护板309，所述坐垫防护板309的两侧边对应固定在驾驶座1的侧边上，所述坐垫防护板309的下表面通过撑杆3010固定在驾驶座1坐板的上表面，坐垫防护板309起到对伺服电机301和限位轨道303的隔离防护作用，驾驶员在驾驶时，是坐在坐垫防护板309上的，伺服电机301和限位轨道303处于坐垫防护板309与驾驶座底板之间的空间内。

坐垫防护板309在正对限位轨道303的位置设有长形孔槽3011，所述长形孔槽3011的两侧设有内嵌孔隙3012，所述内嵌孔隙3012的内部通过若干均匀分布的弹簧3013安装有隐藏伸缩板3014，所述隐藏伸缩板3014的两端为光滑圆弧形状。

长形孔槽3011设置在中间部位的坐垫防护板309上，保证活动按摩板305不动时，隐藏伸缩板3014将长形孔槽3011闭合，提高提高驾驶员长坐时的舒适性。另外本发明还设计了一种基于大数据的车辆抗疲劳驾驶设备的实现方法，包括如下步骤：

步骤100、在大数据疲劳监测系统中录入驾驶员信息，并且在驾驶前验证驾驶员信息并自动匹配相对应的驾驶员信息，并依据匹配的驾驶员信息作为判定依据；

步骤200、驾驶员坐在驾驶座后，提醒驾驶员系上安全带和二次安全保护腹带；

步骤300、发车启动后，呼吸频率监测模块实时监控驾驶员的呼吸频率得到驾驶监控数据，并将驾驶监控数据在本地数据库中依据驾驶员信息进行对比；

步骤400、启动振动按摩抗疲劳机构，并依据对比结果改变驾驶座的振动频率和时长；

步骤500、当大数据疲劳监测系统判定驾驶员疲劳时，电击单元刺激人体。

在步骤200中，提醒驾驶员系上安全带和二次安全保护腹带的具体过程为：

步骤201、驾驶员坐在驾驶座后，压力传感器监测到压力，报警灯发出警报；

步骤202、驾驶员系好安全带，没系腹带时，红外线检测传感器未监测到腹带固定，则继续发出警报；

步骤203、当安全带和腹带都固定在安全带一体卡板上时，红外线检测传感器监测到安全带和腹带系好时，报警灯停止工作。

采用主动提醒的方式，提高二次安全保护腹带的呼吸监测的主动性，从而增加疲劳监测的客观条件。

在步骤300中，呼吸频率监测模块的具体工作过程为：

步骤301、系好二级安全保护腹带后，平向振动传感器垂直于驾驶员的腹部，平向振动传感器只接收横向作用力，减少驾驶座本身的振动属性对呼吸信号产生的干扰；

步骤302、连机数据处理模块通过信号过滤单元将横向作用力进行高频过滤和低频过滤，提高对呼吸作用力的监测能力，并且过滤后的信号通过信号放大单元进行放大；

步骤303、放大后的呼吸信号实时通过蓝牙传送单元传递到大数据疲劳监测系统，与标准呼吸频率实时对比；

步骤304、当呼吸频率持续小于标准呼吸频率，并且大数据疲劳监测系统的疲劳监测系统监测到驾驶员疲劳时，启动电击刺激板，通过单组和多组电击金属网片的配合工作，调控电击范围。

在步骤305中，调控电击范围的具体工作方法为：

当首次监测到驾驶员处于疲劳状态时，启动腰部位置的电击金属网片；

如果刺激腰部驾驶员没有清醒，仍然处于疲劳状态时，继续启动颈部位置的电击金属网片；

如果刺激颈部驾驶员没有清醒，仍然处于疲劳状态时，继续启动头部位置的电击金属网片；

调控电击范围可防止驾驶员在驾驶过程中产生强烈的应急行为，提高驾驶操作的稳定性。

另外，在本发明中还利用图像传感器捕捉驾驶员面部，以识别驾驶员的驾驶状态。

本实施方式中的疲劳检测方式是采用“或”的逻辑方式进行判断，也就是说如果呼吸频率监测模块判断该驾驶员的驾驶精神状态疲劳，而其他的大数据图像识别方式判断该驾驶员的驾驶精神状态良好，则综合判断该驾驶员的精神状态处于疲劳驾驶状态；如果呼吸频率监测模块判断该驾驶员的驾驶精神状态疲劳，而大数据图像识别方式判断该驾驶员的驾驶精神状态疲劳，则综合判断该驾驶员的驾驶精神状态为疲劳；如果呼吸频率监测模块判断该驾驶员的驾驶精神状态良好，而大数据图像识别方式判断该驾驶员的驾驶精神状态疲劳良好，则综合判断该驾驶员的驾驶精神状态良好，也就是说只要有一种疲劳检测方式判断驾驶员处于疲劳状态，即启动电击单元刺激人体。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (10)

1.一种基于大数据的车辆抗疲劳驾驶设备，其特征在于：包括与车辆驾驶一体化的大数据疲劳监测系统，以及与大数据疲劳监测系统通信调控的抗疲劳提醒系统，所述抗疲劳提醒系统包括驾驶座(1)、设置在驾驶座(1)靠板上的电击刺激板(2)，以及安装在驾驶座(1)底板上的振动按摩抗疲劳机构(3)，所述驾驶座(1)的侧面还设有用于监测疲劳状态的二级安全保护腹带(4)，所述驾驶座(1)背面内部设有用于收纳限位二级安全保护腹带(4)的复位收卷轴(5)，所述驾驶座(1)的侧面设有用于固定二级安全保护腹带(4)的安全带一体卡板(6)，所述二级安全保护腹带(4)靠近末端的部分设有呼吸频率监测模块(7)，所述安全带一体卡板(6)上设有腹带系紧监测模块(8)。

2.根据权利要求1所述一种基于大数据的车辆抗疲劳驾驶设备，其特征在于：所述腹带系紧监测系统(8)包括安装在驾驶座上的压力传感器(801)、设置在安全带一体卡板(6)上的两个固定卡槽(802)，以及用于处理监测信息的控制处理器(803)，两个所述固定卡槽(802)分别用于固定汽车驾驶安全带和二级安全保护腹带(4)，两个所述固定卡槽(802)的内部均设有红外线检测传感器(804)，两个所述红外线检测传感器(804)串联在一起，所述控制处理器(803)的输入端分别连接有压力传感器(801)和红外线检测传感器(804)，所述控制处理器(803)的输出端连接有报警灯(805)。

3.根据权利要求1所述一种基于大数据的车辆抗疲劳驾驶设备，其特征在于：所述呼吸频率监测模块(7)包括设置在二级安全保护腹带(4)上的加宽防护编织带(701)，以及粘附在二级安全保护腹带(4)内外表面的耐磨橡胶保护层(702)，所述二级安全保护腹带(4)上设有若干均匀分布的传感器装载槽位(703)，所述传感器装载槽位(703)内设有平向振动传感器(704)，所述驾驶座(1)背面还设有用于处理呼吸监测的连机数据处理模块(705)，所述连机数据处理模块(705)包括信号过滤单元(7051)、信号放大单元(7052)和处理芯片(7053)，所述信号过滤单元(7051)和信号放大单元(7052)均连接到处理芯片(7053)的输入端，所述处理芯片(7053)的输出端连接有蓝牙传送单元(7054)，所述蓝牙传送单元(7054)将处理后的呼吸频率信号传递到大数据疲劳监测系统。

4.根据权利要求1所述一种基于大数据的车辆抗疲劳驾驶设备，其特征在于：所述电击刺激板(2)包括安装在驾驶座钢架上的头颈凸起靠板(201)和腰部凸起靠板(202)，所述头颈凸起靠板(201)和腰部凸起靠板(202)上均安装有若干组相互并联的电击触头(203)，所述驾驶座(1)靠板的填充海绵垫内设有供电击触头安装的贯穿孔槽(204)，所述贯穿孔槽(204)的内壁上铺设有绝缘耐热橡胶(205)，所述驾驶座(1)的外表面设有与电击触头(203)连接的光滑导电金属网片(206)。

5.根据权利要求1所述一种基于大数据的车辆抗疲劳驾驶设备，其特征在于：所述振动按摩抗疲劳机构(3)包括镶嵌在驾驶座(1)底板中心的伺服电机(301)，以及安装在伺服电机(301)输出轴的触动齿轮(302)，所述伺服电机(301)的两侧分别设有平行设置在驾驶座(1)坐板上的限位轨道(303)，所述限位轨道(303)的内侧板上设有切割驱动槽(304)，所述限位轨道(303)内设有活动按摩板(305)，所述活动按摩板(305)的内壁上设有与触动齿轮(302)相互啮合的齿形长条(306)。

6.根据权利要求5所述一种基于大数据的车辆抗疲劳驾驶设备，其特征在于：所述活动按摩板(305)的一端设有Y形定位支架(307)，所述Y形定位支架(307)上设有车轮式按摩球(308)，并且所述伺服电机(301)和限位轨道(303)的上方设有坐垫防护板(309)，所述坐垫防护板(309)的两侧边对应固定在驾驶座(1)的侧边上，所述坐垫防护板(309)的下表面通过撑杆(3010)固定在驾驶座(1)坐板的上表面，所述坐垫防护板(309)在正对限位轨道(303)的位置设有长形孔槽(3011)，所述长形孔槽(3011)的两侧设有内嵌孔隙(3012)，所述内嵌孔隙(3012)的内部通过若干均匀分布的弹簧(3013)安装有隐藏伸缩板(3014)，所述隐藏伸缩板(3014)的两端为光滑圆弧形状。

7.一种基于大数据的车辆抗疲劳驾驶设备的实现方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤100、在大数据疲劳监测系统中录入驾驶员信息，并且在驾驶前验证驾驶员信息并自动匹配相对应的驾驶员信息，并依据匹配的驾驶员信息作为判定依据；

步骤200、驾驶员坐在驾驶座后，提醒驾驶员系上安全带和二次安全保护腹带；

步骤300、发车启动后，呼吸频率监测模块实时监控驾驶员的呼吸频率得到驾驶监控数据，并将驾驶监控数据在本地数据库中依据驾驶员信息进行对比；

步骤400、启动振动按摩抗疲劳机构，并依据对比结果改变驾驶座的振动频率和时长；

步骤500、当大数据疲劳监测系统判定驾驶员疲劳时，电击单元刺激人体。

8.根据权利要求7所示的一种基于大数据的车辆抗疲劳驾驶设备的实现方法，其特征在于，在步骤200中，提醒驾驶员系上安全带和二次安全保护腹带的具体过程为：

步骤201、驾驶员坐在驾驶座后，压力传感器监测到压力，报警灯发出警报；

步骤202、驾驶员系好安全带，没系腹带时，红外线检测传感器未监测到腹带固定，则继续发出警报；

步骤203、当安全带和腹带都固定在安全带一体卡板上时，红外线检测传感器监测到安全带和腹带系好时，报警灯停止工作。

9.根据权利要求7所示的一种基于大数据的车辆抗疲劳驾驶设备的实现方法，其特征在于，在步骤300中，呼吸频率监测模块的具体工作过程为：

步骤301、系好二级安全保护腹带后，平向振动传感器垂直于驾驶员的腹部，平向振动传感器只接收横向作用力以采集驾驶员的心跳速率；

步骤302、连机数据处理模块通过信号过滤单元将横向作用力进行高频过滤和低频过滤，提高对呼吸作用力的监测能力，并且过滤后的信号通过信号放大单元进行放大；

步骤303、放大后的呼吸信号实时通过蓝牙传送单元传递到大数据疲劳监测系统，大数据疲劳监测系统基于该驾驶员的基本信息在数据库中查找对比心跳速率和呼吸频率之间的对应关系，并将换算后的呼吸频率与标准呼吸频率实时对比；

步骤304、当呼吸频率持续小于标准呼吸频率，并且大数据疲劳监测系统的疲劳监测系统监测到驾驶员疲劳时，启动电击刺激板，通过单组和多组电击金属网片的配合工作，调控电击范围。

10.根据权利要求9所示的一种基于大数据的车辆抗疲劳驾驶设备的实现方法，其特征在于，在步骤304中，调控电击范围的具体工作方法为：

当首次监测到驾驶员处于疲劳状态时，启动腰部位置的电击金属网片；

如果刺激腰部驾驶员没有清醒，仍然处于疲劳状态时，继续启动颈部位置的电击金属网片；

如果刺激颈部驾驶员没有清醒，仍然处于疲劳状态时，继续启动头部位置的电击金属网片。

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