CN114469026A - 一种驾驶员生命体征监测方法与系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种驾驶员生命体征监测方法和系统。在车辆行驶过程中，本发明可以准确、实时、无感的采集驾驶员的体温、心率、血压、血氧等生命体征数据，然后，根据所采集驾驶员的实时生命体征数据对驾驶员健康状态进行综合评估，依据评估结果生成报警信号，以针对异常状态及时提醒，进而起到保障行车安全，避免交通事故发生，减少财产损失的作用。
Description
技术领域
本发明涉及驾驶员监测技术领域，特别是涉及一种驾驶员生命体征监测方法与系统。
背景技术
随着物质生活水平不断提高，物流行业的飞速发展，中国汽车持有量的高速增长，道路交通事故也在增加。行车安全是车辆驾驶过程中必须关注的问题，而往往车辆事故的发生有很大一部分是因为驾驶员自身因素造成的，因此对车内驾驶员的健康水平进行监测已经成为当前车企和相关研发机构研发的重点。
状态监测最早应用于飞机等高级辅助驾驶，20世纪90年代起，许多国家就开始了采用监测技术监测驾驶员生命体征的研究。驾驶员生命体征的监测一直是各车企和相关研发机构关注的热点问题，但是大部分监测系统主要针对疲劳驾驶、生命体征探测等领域进行研究。
现有技术研究举例如下：1)、2017年德国的一家科研机构FZI信息技术研究中心展示的驾驶员状态监测系统使用了嵌入式以及面部识别技术，能够在行车过程中监测驾驶员的生命体征数据。车内通过摄像头监测驾驶员的心率、眨眼频率、头部姿势以及当前情绪等因素，从而对驾驶员的疲劳状态进行持续评估。2)、设置在方向盘上的驾驶员健康监测系统，包括方向盘和健康体征监视仪，通过设置在方向盘上的传感器对驾驶员的体征信息进行采集并发送至健康体征监视仪，然后传输至服务器，经服务器分析后可将相关信息与急救中心、车身控制模块联动。3)、一种车用驾驶员生命体征监测系统，包括：方向盘把套、底座、体征监测模块、手机APP和云平台。应用心电(ECG)、光电(PPG)等多种技术，为驾驶员提供全方位的生命体征监测服务，可提供驾驶员数据分析、健康档案数据管理和健康风险提示与控制。4)、一种机动车驾驶员状态监测系统及监测方法，采用视频监测机构和生命体征监测机构相结合，对机动车驾驶员状态进行实时监测，可以显著减少营运机动车出现事故的概率，只并将视频监测机构和生命体征监测机构获取的信息上传至控制中心，方便进行营运机动车驾驶员的管理。5)、一种驾驶员生命体征监测警示方法，通过收集和比对驾驶员的身份信息和生命体征信息，进行驾驶员的驾驶状态生命体征信息监测，且当监控管理终端检测到生命体征信息异常时，监控管理终端向执行单元发出指令，使扬声器会发出警报声，并使振动装置产生振动，使驾驶员产生警觉，从而大幅度减少安全事故的发生。
基于上述实例，能够得到，现有的机动车驾驶员生命体征监测系统多通过视觉传感技术，捕捉驾驶员的面部、肢体状态，依靠算法对驾驶员的状态进行评估。该方法受外部环境因素影响大，高度依赖算法，极易产生误判。现有系统多局限于单机智能，并未与整车、后台大数据系统形成联动，做不到动态监测与及时预警。
发明内容
为解决现有技术存在的上述问题，本发明提供了一种驾驶员生命体征监测方法与系统。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种驾驶员生命体征监测方法，包括：
按预设时间点采集驾驶员的生命体征参数和体温数据，以形成数据组；所述生命体征参数包括：心率数据、血压数据和血氧数据；所述血压数据包括舒张压数据和收缩压数据；
对所述数据组中的数据进行处理，得到预判数据，以形成新的数据组；
判断所述新的数据组中数据的有效性；
当所述新的数据组中的数据有效时，获取体征基准值；所述体征基准值包括：心率基准值、血压基准值、血氧基准值和体温基准值；
将所述新的数据组中的数据与所述体征基准值对比得到对比结果；
当所述对比结果超出预设范围时，标记数据组中的当前数据，并生成第一报警信号；
当所述对比结果未超出预设范围时，不做处理；
当所述新的数据组中的数据无效时，生成第二报警信号。
优选地，所述按预设时间点采集驾驶员的生命体征参数和体温数据，以形成数据组包括：
每n秒对驾驶员的生命体征参数和体温数据进行一次采集，采集m次驾驶员的生命体征参数和体温数据以生成数据组。
优选地，所述对所述数据组中的数据进行处理，得到预判数据，以形成新的数据组，具体包括：
对所述数据组中的m组生命体征参数进行去零和平均处理，得到所述预判数据；
将所述预判数据存入所述数据组得到第一数据组；
对所述数据组中的体温数据进行数值转换和线性补偿，将数值转换和线性补偿后的体温数据存入所述第一数据组得到第二数据组；所述第二数据组即为所述新的数据组。
优选地，所述判断是所述新的数据组中的生命体征参数的有效性，具体包括：
判断所述数据组中的生命体征参数中是否存在0值数据、血氧数据大于100的数据或舒张压大于收缩压的数据；
若所述数据组中的生命体征参数中存在0值数据、血氧数据大于100的数据或舒张压大于收缩压的数据，则判定所述数据组中的生命体征参数无效；
若所述数据组中的生命体征参数中不存在0值数据、血氧数据大于100的数据或舒张压大于收缩压的数据，则判定所述数据组中的生命体征参数有效。
一种驾驶员生命体征监测系统，包括：
采集模块，用于采集驾驶员的生命体征参数；所述生命体征参数包括：心率数据、血压数据和血氧数据；
主控制模块，与所述采集模块连接，用于实施上述提供的驾驶员生命体征监测方法。
优选地，所述采集模块包括：
MKS-SPO2-R传感器单元，与所述主控制模块连接，用于获取驾驶员的心率数据、血压数据和血氧数据；
接触式体温传感单元，与所述主控制模块连接，用于获取驾驶员的体温数据。
优选地，还包括：
远程监测平台；
4G通信模块，分别与所述采集模块、所述主控制模块和所述远程监测平台连接，用于实现所述主控制模块和所述采集模块与远程监测平台间的信息交互。
优选地，还包括：
加密模块，分别与所述主控制模块和所述4G通信模块连接，用于加密所述主控制模块中的数据。
优选地，还包括：
CAN通信模块，与所述主控制模块连接，用于实现所述主控制模块的数据传输；
车载VCU控制器，与所述CAN通信模块连接，用于根据所述CAN通信模块中传输的所述主控制模块中生成的报警信号实现车辆灯光和车辆喇叭的协同告警。
优选地，还包括：
报警模块，与所述主控制模块连接，用于根据所述报警信号发出报警；
定位模块，与所述主控制模块连接，用于获取车辆的位置信息。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
本发明提供的驾驶员生命体征监测方法和系统，在车辆行驶过程中，可以准确、实时、无感的测量驾驶员的体温、心率、血压、血氧等生命体征数据，根据所采集驾驶员的实时生命体征数据，对驾驶员健康状态进行综合评估，针对异常状态及时提醒，进而起到保障行车安全，避免交通事故发生，减少财产损失的作用。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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本发明的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的驾驶员生命体征监测方法的流程图；
图2为本发明提供的驾驶员生命体征监测系统的架构图；
图3为本发明实施例提供的驾驶员生命体征监测系统的功能示意图；
图4为本发明实施例提供的MKS数据处理流程图；
图5为本发明实施例提供的体温数据处理流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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。
本发明的目的是提供一种驾驶员生命体征监测方法与系统，能够有效避免因驾驶员突发身体状况导致的交通事故，且能够第一时间将相关救援信息通知相关部门，减少生命财产损失。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1所示，本发明提供的驾驶员生命体征监测方法，包括：
步骤100：按预设时间点采集驾驶员的生命体征参数和体温数据，以形成数据组。生命体征参数包括：心率数据、血压数据和血氧数据。血压数据包括舒张压数据和收缩压数据。在实际采集过程中，每n秒对驾驶员的生命体征参数和体温数据进行一次采集，采集m次驾驶员的生命体征参数和体温数据以生成数据组。例如，n＝1.28，2.56，3.84，5.12。例如，m＝1,2,3，4,5。
步骤101：对数据组中的数据进行处理，得到预判数据，以形成新的数据组。在实际应用过程中，该步骤的实施步骤为：
步骤1011：对数据组中的m组生命体征参数进行去零和平均处理，得到预判数据。
步骤1012：将预判数据存入数据组得到第一数据组。例如，当进行5次数据采集的时候，将这6.4秒内采集的5组数据去零和平均处理后的数据也存入数据组中。
步骤1013：对数据组中的体温数据进行数值转换和线性补偿，将数值转换和线性补偿后的体温数据存入第一数据组得到第二数据组。第二数据组即为新的数据组。
步骤102：判断新的数据组中数据的有效性。例如，判断数据组中的生命体征参数中是否存在0值数据、血氧数据大于100的数据或舒张压大于收缩压的数据。
若数据组中的生命体征参数中存在0值数据、血氧数据大于100的数据或舒张压大于收缩压的数据，则判定数据组中的生命体征参数无效。
若数据组中的生命体征参数中不存在0值数据、血氧数据大于100的数据或舒张压大于收缩压的数据，则判定数据组中的生命体征参数有效。
步骤103：当新的数据组中的数据有效时，获取体征基准值。体征基准值包括：心率基准值、血压基准值、血氧基准值和体温基准值。
步骤104：将新的数据组中的数据与体征基准值对比得到对比结果。
步骤105：当对比结果超出预设范围时，标记数据组中的当前数据，并生成第一报警信号。
步骤106：当对比结果未超出预设范围时，不做处理。
步骤107：当新的数据组中的数据无效时，生成第二报警信号。
对应于上述提供的驾驶员生命体征监测方法，本发明还提供了一种驾驶员生命体征监测系统，如图2所示，该系统包括：采集模块和主控制模块。
采集模块用于采集驾驶员的生命体征参数。生命体征参数包括：心率数据、血压数据和血氧数据。
主控制模块与采集模块连接，用于实施上述提供的驾驶员生命体征监测方法。
为了提高数据采集的准确性和稳定性，本发明上述采用的采集模块设置有MKS-SPO2-R传感器单元和接触式体温传感单元。
MKS-SPO2-R传感器单元(简称MKS单元)与主控制模块连接，用于获取驾驶员的心率数据、血压数据和血氧数据。
接触式体温传感单元与主控制模块连接，用于获取驾驶员的体温数据。
进一步为了提高信息的联动性和数据监测的实时性，如图3所示，本实施例上述提供的驾驶员生命体征监测系统中还设置有远程监测平台(即云平台)和4G通信模块。
4G通信模块分别与采集模块、主控制模块和远程监测平台连接，用于实现主控制模块和采集模块与远程监测平台间的信息交互。
为了保证数据传输的安全性，本实施例中提供的驾驶员生命体征监测系统，还可以设置有加密模块。加密模块分别与主控制模块和4G通信模块连接，用于加密主控制模块中的数据。
进一步，为了能够在发生驾驶异常时，及时作出报警，本实施例中还采用CAN通信模块。CAN通信模块将车载VCU控制器与主控制模块进行连接，用于使车载VCU控制器能够及时根据CAN通信模块中传输的主控制模块中生成的报警信号实现车辆灯光和车辆喇叭的协同告警。
为了使得车辆驾驶人员或其他人员能够实时发现驾驶员异常，本实施例中还设置有报警模块和定位模块。报警模块与主控制模块连接，用于根据报警信号发出报警。定位模块与主控制模块连接，用于获取车辆的位置信息。
下面提供一个具体实施例对上述提供的驾驶员生命体征监测方法和系统的实际实施过程进行说明，在实际使用过程中不限于下述实施例提供的使用方式。
实施例中提供的驾驶员生命体征监测系统可对驾驶员的心率、血压、血氧和体温四项生命体征参数进行实时、无感采集并上传至平台和整车，结合智能传感器和算法可有效保证数据的准确性。
其中，主控制模块负责对采集的生命体征参数、系统位置信息和报警信息进行智能处理和发送，数据处理算法的实现也由本模块完成。定位模块负责实时获取系统的位置信息。4G通信模块负责将生命体征信息、位置信息和报警信息上传至平台侧，实现平台的远程监控和救援。报警模块负责在生命体征参数出现异常时，准确进行报警(例如，声音报警)。加密模块主要是对上传至平台的数据进行加密处理，保证数据传输的安全性。CAN通信模块负责与车载VCU控制器进行通信，以实现系统与车辆信息同步和协同告警。采集模块主要有两部分组成，一是MKS-SPO2-R传感器单元(简称MKS单元)，可以实时监测驾驶员的心率、血压和血氧数据。二是接触式体温传感器单元(简称体温单元)，可以实时监测驾驶员的体温数据。系统功能示意图如图3所示。
本实施例提供的驾驶员生命体征监测系统对采集的体温数据和心率、血压、血氧数据通过自研的体温数据处理算法和MKS数据处理算法进一步处理。
其中，如图4所示，自研的体温数据处理算法中MKS单元数据的处理流程为：
步骤1：数据获取。系统上电，驾驶员手指按压在MKS单元的红外感应处，MKS单元获取驾驶员实时心率、血压、血氧数据。
步骤2：数据预处理。MKS单元每1.28秒采集一次数据，为增强数据稳定性，每存满五帧数据时，分别将保存的五组数据去零后取均值，以此作为这6.4秒内的一组体征数据输出，存入数据组中，并通过4G通信模块上传至远程监测平台。
步骤3：有效性判断。判断采集的MKS数据是否有效，由于传感器的佩戴不规范或传感器镜面有污渍等原因，需要对预处理后的数据进行有效性判断。若出现0值、血氧值大于100、舒张压大于收缩压等情况，则视为无效输出，并记录无效次数。当连续无效输出次数达12次时，蜂鸣器做一次0.6秒报警，提醒驾驶员检查佩戴、清洁污渍。若没有出现以上情况则视为有效数据，计数归零。
步骤4：体征基准值获取。在获取有效数据后，算法需要对驾驶员设置一个体征基准值作对比参考。由于每个人的身体状况不同，无法采用固定体征值作为基准，所以选取有效数据中符合生命体征数据范围(心率55～105，血氧89～100，收缩压75～155，舒张压45～105)且较为平稳的连续10组数据作为驾驶员的体征基准值。数据平稳的判定标准为：心率±10％，血氧±5％，收缩压±10％，舒张压±10％。且各项体征数据的误差率算数和不超过心率±10％，血氧±5％，收缩压±10％，舒张压±10％。
步骤5：异常报警。将采集的数据与体征基准值进行对比，若变化率超过预设范围，则认为出现体征异常，并对出现的异常的位置位进行标记。标记位置位的规则为：心率异常为0X01，血氧异常为0X02，高压异常为0X04，低压异常为0X08。当出现异常数据，蜂鸣器做两次间歇报警。同时通过4G通信模块上传驾驶员生命体征异常标志位以及异常数据。通过CAN通信模块将异常信息上传至车载VCU控制器，车载VCU控制器在接收到异常信息后可通过控制车辆灯光和喇叭等多媒体设备实现驾驶员体征信息实时监测和协同告警。
在MKS单元数据的处理流程中考虑了不同个体之间的生命体征差异，通过去除异常数据、去除波动过大的数组、提取专属基准值、异常报警等方式有效避免了误触、误报的情况，大大提高了整个系统的体征监测准确率。将心率、血压的数据监测准确率提高至90％，血氧数据的监测准确率提高至95％。
由于人手在不同环境温度下，温度会有较大的波动，因此当驾驶员不接触体温单元时，体温单元先获取车内的环境温度，主控制模块基于环境温度，对手指温度做出相对应的温度补偿，使最后的温度输出更接近于人体体温。基于此原理，如图5所示，体温单元数据处理算法的实施流程包括：
步骤1：数据获取。系统上电，驾驶员手指按压在体温单元上，接触式体温传感单元实时采集驾驶员的体温信息。
步骤2：数据预处理。体温单元的温度数据寄存器为16位，其中高八位为整数部分，低八位为小数部分。接收到体温单元发送的温度数据后，首先将二进制数转化为十进制，存储在结构体中。
步骤3：数据补偿。一般手指温度会比手心温度要低，因此在终端开机及长时间无佩戴时，体温单元获取环境温度作为基准，在0～30摄氏度温度区间内，选用线性补偿值TempK＝3，对实时采集温度进行线性补偿。对采集的原始温度t分为三个区间：0～10、10～20、20～30。对应的3个常数k1＝t/10时n＝0，k2＝(t-10)/10时n＝2，k3＝(t-20)/10时n＝2。则补偿后的温度值为：
T＝(1-K)*TempK*n+t
步骤4：异常报警。补偿后的温度值视作人体体表温度参考值，手部体表温度与实际体温相差在2℃到4℃左右，因此，当补偿后的温度值大于等于35.3℃时，驾驶员可能出现体温过高现象，此时主控制模块会通过蜂鸣器报警同时通过4G通信模块上传驾驶员生命体征异常标志位以及异常数据至远程监测平台。通过CAN通信模块将异常信息上传至车载VCU控制器，从而实现驾驶员体征信息实时监测和协同告警。当补偿后的温度值小于35.3℃时，视作体温正常。
体温单元数据处理算法中，对获取的体温数据进行预处理并通过环境温度进行体温补偿等方式提高体温数据异常识别度，当补偿后的手指温度值大于等于35.3℃时，系统可准确报警。当补偿后的温度值小于35.3℃时，视作体温正常。
基于上述描述，本实施例提供的驾驶员生命体征监测方法和系统相较于现有技术具有以下优点：
1、本发明基于PPG技术研发，集心率、血氧饱和度、血压、体温四大体征参数于一体，可以实现同步、实时、不间断的信息采集，具备无创伤监测、低成本、高效率的特性。
2、对于生命体征数据的处理，本发明通过数据预处理、数据有效性分析、建立专属基准值等手段提高异常数据的识别度，将心率、血压的数据监测准确率提高至90％，血氧数据的监测准确率提高至95％。对体温异常数据可准确进行报警。
3、本发明考虑了不同个体之间的生命体征差异，为不同驾驶员建立其专属基准值，提高算法报警准确度。
4、本发明可与整车控制器和平台进行信息联动，通过定位模块和4G通信模块对驾驶员的行车轨迹进行实时监测，通过CAN通信模块实现整车的信息同步和协同告警，在异常情况发生时及时提醒周围车辆和行人。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (10)
1.一种驾驶员生命体征监测方法，其特征在于，包括：
按预设时间点采集驾驶员的生命体征参数和体温数据，以形成数据组；所述生命体征参数包括：心率数据、血压数据和血氧数据；所述血压数据包括舒张压数据和收缩压数据；
对所述数据组中的数据进行处理，得到预判数据，以形成新的数据组；
判断所述新的数据组中数据的有效性；
当所述新的数据组中的数据有效时，获取体征基准值；所述体征基准值包括：心率基准值、血压基准值、血氧基准值和体温基准值；
将所述新的数据组中的数据与所述体征基准值对比得到对比结果；
当所述对比结果超出预设范围时，标记数据组中的当前数据，并生成第一报警信号；
当所述对比结果未超出预设范围时，不做处理；
当所述新的数据组中的数据无效时，生成第二报警信号。
2.根据权利要求1所述的驾驶员生命体征监测方法，其特征在于，所述按预设时间点采集驾驶员的生命体征参数和体温数据，以形成数据组包括：
每n秒对驾驶员的生命体征参数和体温数据进行一次采集，采集m次驾驶员的生命体征参数和体温数据以生成数据组。
3.根据权利要求2所述的驾驶员生命体征监测方法，其特征在于，所述对所述数据组中的数据进行处理，得到预判数据，以形成新的数据组，具体包括：
对所述数据组中的m组生命体征参数进行去零和平均处理，得到所述预判数据；
将所述预判数据存入所述数据组得到第一数据组；
对所述数据组中的体温数据进行数值转换和线性补偿，将数值转换和线性补偿后的体温数据存入所述第一数据组得到第二数据组；所述第二数据组即为所述新的数据组。
4.根据权利要求1所述的驾驶员生命体征监测方法，其特征在于，所述判断是所述新的数据组中的生命体征参数的有效性，具体包括：
判断所述数据组中的生命体征参数中是否存在0值数据、血氧数据大于100的数据或舒张压大于收缩压的数据；
若所述数据组中的生命体征参数中存在0值数据、血氧数据大于100的数据或舒张压大于收缩压的数据，则判定所述数据组中的生命体征参数无效；
若所述数据组中的生命体征参数中不存在0值数据、血氧数据大于100的数据或舒张压大于收缩压的数据，则判定所述数据组中的生命体征参数有效。
5.一种驾驶员生命体征监测系统，其特征在于，包括：
采集模块，用于采集驾驶员的生命体征参数；所述生命体征参数包括：心率数据、血压数据和血氧数据；
主控制模块，与所述采集模块连接，用于实施如权利要求1-4任意一项所述的驾驶员生命体征监测方法。
6.根据权利要求5所述的驾驶员生命体征监测系统，其特征在于，所述采集模块包括：
MKS-SPO2-R传感器单元，与所述主控制模块连接，用于获取驾驶员的心率数据、血压数据和血氧数据；
接触式体温传感单元，与所述主控制模块连接，用于获取驾驶员的体温数据。
7.根据权利要求5所述的驾驶员生命体征监测系统，其特征在于，还包括：
远程监测平台；
4G通信模块，分别与所述采集模块、所述主控制模块和所述远程监测平台连接，用于实现所述主控制模块和所述采集模块与远程监测平台间的信息交互。
8.根据权利要求7所述的驾驶员生命体征监测系统，其特征在于，还包括：
加密模块，分别与所述主控制模块和所述4G通信模块连接，用于加密所述主控制模块中的数据。
9.根据权利要求5所述的驾驶员生命体征监测系统，其特征在于，还包括：
CAN通信模块，与所述主控制模块连接，用于实现所述主控制模块的数据传输；
车载VCU控制器，与所述CAN通信模块连接，用于根据所述CAN通信模块中传输的所述主控制模块中生成的报警信号实现车辆灯光和车辆喇叭的协同告警。
10.根据权利要求5所述的驾驶员生命体征监测系统，其特征在于，还包括：
报警模块，与所述主控制模块连接，用于根据所述报警信号发出报警；
定位模块，与所述主控制模块连接，用于获取车辆的位置信息。
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