CN116269394A - 一种可穿戴式人体驾驶疲劳监测装置 - Google Patents

一种可穿戴式人体驾驶疲劳监测装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种可穿戴式人体驾驶疲劳监测装置，包括可穿戴装置本体，和设置在可穿戴装置本体上的监测模块、控制模块、报警模块和显示模块；所述监测模块用于获取驾驶员的生理参数信息，所述控制模块用于对驾驶员的生理参数信息进行分析并判定驾驶员是否处于疲劳驾驶状态，并在判定驾驶员处于疲劳驾驶状态时向报警模块发出报警信号，所述报警模块在接收到报警信号后向驾驶员发出报警提醒，所述显示模块用于完成驾驶员与所述装置之间的交互；本发明通过对驾驶员生理参数采集并根据其生理参数变化速率可预测出驾驶员的疲劳状态并发出报警。

Description

一种可穿戴式人体驾驶疲劳监测装置
技术领域
本发明涉及穿戴设备领域，尤其涉及一种可穿戴式人体驾驶疲劳监测装置。
背景技术
快速、实时、有效地检测疲劳驾驶状态并向驾驶员发出预警信号，将能有效地减少交通事故发生的概率。
查阅相关已公开技术方案，如CN211427470U现有技术公开了一种疲劳驾驶提醒装置，包括疲劳监控系统、驾驶员用按摩座椅和穿戴在驾驶员身上的智能穿戴设备，智能穿戴设备监控驾驶员的身体指标并通过T-BOX传递给疲劳监控系统；疲劳监控系统通过CAN网络、车身控制模块BCM与按摩座椅的控制器连接，控制器控制按摩座椅的按摩电机以输出使人感到不舒服的高频低扭矩波动；此方案能有效的识别驾驶员的疲劳状态，并及时提醒、驱赶疲劳状态；另一种典型的公开号为CN112971784B的现有技术公开的一种可穿戴骨传导疲劳驾驶检测方法及装置，通过可穿戴骨传导疲劳驾驶检测方法，能高效精准地采集人的生理特征模拟信号，并采用所实施的噪声消除技术和信号分离技术得到与疲劳驾驶紧密相关的脑电波信号、眼球运动极化信号、面部肌电信号和皮电活动信号，并基于这四类信号和个性化的分层模型进行精准疲劳驾驶检测；以上方案的检测方式均为对驾驶员已处于疲劳驾驶状态的检测，无法提前预测出驾驶员是否会进入疲劳驾驶状态；在驾驶员驾驶过程中，一时的疲劳产生的疏忽足以产生严重的交通事故。
发明内容
本发明的目的在于，针对目前所存在的不足，提出了一种可穿戴式人体驾驶疲劳监测装置。
本发明采用如下技术方案：
一种可穿戴式人体驾驶疲劳监测装置，包括可穿戴装置本体，和设置在可穿戴装置本体上的监测模块、控制模块、报警模块和显示模块；
所述监测模块用于获取驾驶员的生理参数信息，所述控制模块用于对驾驶员的生理参数信息进行分析并判定驾驶员是否处于疲劳驾驶状态，并在判定驾驶员处于疲劳驾驶状态时向报警模块发出报警信号，所述报警模块在接收到报警信号后向驾驶员发出报警提醒，所述显示模块用于完成驾驶员与所述装置之间的交互；
所述监测模块包括心率监测模块、血氧监测模块和血压监测模块，所述心率监测模块用于监测驾驶员心率数据，所述血氧监测模块用于监测驾驶员血氧浓度数据，所述血压监测模块用于监测驾驶员血压数据；
所述控制模块包括预处理模块和检测模块，所述预处理模块在采集时间内生成驾驶员各指标参数标准，所述检测模块在检测时间内根据所述各指标参数标准对驾驶员疲劳驾驶状态进行判定；
所述预处理模块在采集时间内采集n次驾驶员生理参数信息，所述生理参数信息包括心率数据、血氧浓度数据和血压数据，分别将采集n次的心率数据、血氧浓度数据和血压数据按从小到大的顺序排列生成四个数组，所述四个数组分别为第一心率数据数组、第一血氧浓度数据数组、第一舒张压数据数组和第一收缩压数据数组，分别剔除所述四个数组中前5％和后5％的数据生成第二心率数据数组、第二血氧浓度数据数组、第二舒张压数据数组和第二收缩压数据数组，分别对所述第二心率数据数组、第二血氧浓度数据数组、第二舒张压数据数组和第二收缩压数据数组中数据求取四个平均值，所述四个平均值分别为心率平均值、血氧浓度平均值、舒张压平均值和收缩压平均值，所述四个平均值即为指标参数标准；
所述检测模块随检测时间变化生成一个判断函数q(t)并根据判断函数对驾驶员疲劳驾驶状态进行判定，所述判断函数满足：
Figure SMS_1
其中，f(t)为基础函数，f′(t)为基础函数的变化幅度，γ为一极大的实数，所述基础函数和基础函数的变化幅度满足：
Figure SMS_2
Figure SMS_3
Figure SMS_4
Figure SMS_5
f(t)＝f(tx)+f(ty)+f(tz)+f(tk)；
f′(t)＝|f′(tx)|+|f′(ty)|+|f′(tz)|+|f′(tk)|；
其中，f(tx)、f(ty)、f(tz)和f(tk)分别为心率基础函数、血氧浓度基础函数、舒张压基础函数和收缩压基础函数，tx为驾驶员心率随检测时间的变化引起的变化量，ty为驾驶员血氧浓度随检测时间的变化引起的变化量，tz为驾驶员舒张压随检测时间的变化引起的变化量，tk为驾驶员收缩压随检测时间的变化引起的变化量，
Figure SMS_6
和/>
Figure SMS_7
分别为所述心率平均值、血氧浓度平均值、舒张压平均值和收缩压平均值，X、Y、Z和K分别为心率、血氧浓度、舒张压和收缩压的波动范围，,α1、α2、α3和α4为权重系数；若检测时间内某一时刻ti满足：
Figure SMS_8
其中，Δt为设定的判断周期，range为判断阈值，此时控制模块判定驾驶员处于疲劳驾驶状态并向报警模块发出报警信号；
所述报警模块包括声音报警单元和振动报警单元，所述报警模块在接收到报警信号时通过所述声音报警单元发出提示音并通过所述振动报警单元发出振动以提示驾驶员。
本发明所取得的有益效果是：
通过监测模块获取获取驾驶员的生理参数信息，从而了解驾驶员的身体状态；通过控制模块生成驾驶员各指标参数标准，并根据各指标参数标准和驾驶员的生理参数信息生成基础函数和判断函数，通过基础函数和其变化率预测出驾驶员的疲劳状态，通过判断函数与阈值比较生成报警信号，通过报警模块向驾驶员发出声音报警和振动报警。
为使能更进一步了解本发明的特征及技术内容，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图，然而所提供的附图仅用于提供参考与说明，并非用来对本发明加以限制。
附图说明
图1为本发明整体模块框架示意图；
图2为本发明可穿戴装置示意图；
图3为本发明驾驶疲劳检测流程示意图。
其中序号示意：1-触摸显示屏；2-安装槽；3-手环带；4-松紧装置。
具体实施方式
为了使得本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合其实施例，对本发明进行进一步详细说明；应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明；对于本领域技术人员而言，在查阅以下详细描述之后，本实施例的其它系统、方法和/或特征将变得显而易见；旨在所有此类附加的系统、方法、特征和优点都包括在本说明书内；包括在本发明的范围内，并且受所附权利要求书的保护；在以下详细描述描述了所公开的实施例的另外的特征，并且这些特征根据以下将详细描述将是显而易见的。
本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或组件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
实施例一。
如图1、图2、图3所示，本实施例提供一种可穿戴式人体驾驶疲劳监测装置，包括可穿戴装置本体，和设置在可穿戴装置本体上的监测模块、控制模块、报警模块和显示模块；
所述可穿戴装置本体包括手环带、松紧装置和安装槽，所述监测模块、控制模块、报警模块和显示模块设置在安装槽内；
驾驶员通过所述显示模块的触摸显示屏与所述装置进行交互，驾驶员通过显示模块发出“开始监测”指令后，所述装置的监测模块、控制模块和报警模块开始工作；
所述监测模块用于获取驾驶员的生理参数信息，所述控制模块用于对驾驶员的生理参数信息进行分析并判定驾驶员是否处于疲劳驾驶状态，并在判定驾驶员处于疲劳驾驶状态时向报警模块发出报警信号，所述报警模块在接收到报警信号后向驾驶员发出报警提醒；
所述监测模块包括心率监测模块、血氧监测模块和血压监测模块，所述心率监测模块用于监测驾驶员心率数据，所述血氧监测模块用于监测驾驶员血氧浓度数据，所述血压监测模块用于监测驾驶员血压数据；
所述心率检测模块包括心率传感器、第一滤波整流电路和第一模数转换电路，所述心率传感器与人体表面接触获取心率电信号，所述第一滤波整流电路用于对心率电信号进行滤波整流处理；所述第一模数转换电路用于将滤波整流后的心率电信号转化为对应的心率数字信号；
所述血氧检测模块包括血氧传感器、第二滤波整流电路和第二模数转换电路，所述血氧传感器与人体表面接触获取血氧电信号，所述第二滤波整流电路用于对血氧电信号进行滤波整流处理；所述第二模数转换电路用于将滤波整流后的血氧电信号转化为对应的血氧数字信号；
所述血压检测模块包括血压传感器、第三滤波整流电路和第三模数转换电路，所述血压传感器与人体表面接触获取血压电信号，所述第三滤波整流电路用于对血压电信号进行滤波整流处理；所述第三模数转换电路用于将滤波整流后的血压电信号转化为对应的血压数字信号；
所述监测模块还包括集成处理模块，所述集成处理模块用于将心率数字信号、血氧数字信号和血压数字信号进行处理获取心率数据、血氧浓度数据和血压数据；
所述生理参数信息包括心率数据、血氧浓度数据和血压数据；
优选地，所述显示模块还可用于显示监测模块监测的生理参数信息；
所述控制模块包括预处理模块和检测模块，所述预处理模块在采集时间内生成驾驶员各指标参数标准，所述检测模块在检测时间内根据所述各指标参数标准对驾驶员疲劳驾驶状态进行判定；
所述预处理模块在采集时间内以相同的时间间隔采集n次驾驶员生理参数信息，所述生理参数信息包括心率数据、血氧浓度数据和血压数据，分别将采集n次的心率数据、血氧浓度数据和血压数据按从小到大的顺序排列生成四个数组，所述四个数组分别为第一心率数据数组、第一血氧浓度数据数组、第一舒张压数据数组和第一收缩压数据数组，分别剔除所述四个数组中前5％和后5％的数据生成第二心率数据数组、第二血氧浓度数据数组、第二舒张压数据数组和第二收缩压数据数组，分别对所述第二心率数据数组、第二血氧浓度数据数组、第二舒张压数据数组和第二收缩压数据数组中数据求取四个平均值，所述四个平均值分别为心率平均值、血氧浓度平均值、舒张压平均值和收缩压平均值，所述四个平均值即为指标参数标准；
所述检测模块随检测时间变化生成一个判断函数q(t)并根据判断函数对驾驶员疲劳驾驶状态进行判定，所述判断函数满足：
Figure SMS_9
其中，f(t)为基础函数，f′(t)为基础函数的变化幅度，γ为一极大的实数，所述基础函数和基础函数的变化幅度满足：
Figure SMS_10
Figure SMS_11
Figure SMS_12
Figure SMS_13
f(t)＝f(tx)+f(ty)+f(tz)+f(tk)；
f′(t)＝|f′(tx)|+|f′(ty)|+|f′(tz)|+|f′(tk)|；
其中，f(tx)、f(ty)、f(tz)和f(tk)分别为心率基础函数、血氧浓度基础函数、舒张压基础函数和收缩压基础函数，tx为驾驶员心率随检测时间的变化引起的变化量，ty为驾驶员血氧浓度随检测时间的变化引起的变化量，tz为驾驶员舒张压随检测时间的变化引起的变化量，tk为驾驶员收缩压随检测时间的变化引起的变化量，
Figure SMS_14
和/>
Figure SMS_15
分别为所述心率平均值、血氧浓度平均值、舒张压平均值和收缩压平均值，X、Y、Z和K分别为心率、血氧浓度、舒张压和收缩压的波动范围，本实施例中设定X＝40，Y＝5％，Z＝30，K＝30；α1、α2、α3和α4为权重系数，用以统一各生理参数单位和设置权重；若检测时间内某一时刻ti满足：
Figure SMS_16
其中，Δt为设定的判断周期，range为判断阈值，所述实数γ满足γ>range；此时控制模块判定驾驶员处于疲劳驾驶状态并向报警模块发出报警信号；
所述采集时间为监测模块开始运行的时间至设定的采集周期内的时间，在采集时间内不执行对驾驶员疲劳驾驶状态的判定；所述检测时间为采集时间后的时间，在检测时间内执行对驾驶员疲劳驾驶状态的判定；
优选地，驾驶员可通过显示模块设置预定行驶时间以使控制模块设定合适的采集周期，满足：
Figure SMS_17
其中，T为采集周期，T预为预定行驶时间；T和T预的单位为min。
优选地，本装置还包括一个时间计数器，在监测模块开始运行的时间超过4h时，向报警模块发出报警信号；
所述报警模块包括声音报警单元和振动报警单元，所述报警模块在接收到报警信号时通过所述声音报警单元发出提示音并通过所述振动报警单元发出振动以提示驾驶员；
优选地，所述报警模块还包括通讯模块，所述通讯模块通过蓝牙或无线局域网与汽车控制器相连接，所述报警模块在接收到报警信号时，通过所述通讯模块向汽车控制器发出报警信号，所述汽车控制器可通过控制车辆减速或调整驾驶座椅靠背幅度以提示驾驶员；
本实施例提供了一种驾驶员驾驶疲劳检测方法：
S1:获取驾驶员的生理参数信息；
S2:在采集时间内获取指标参数标准；
S3:在检测时间根据各生理参数的变化量和变化速率生成判断函数；
S4:将单位判断周期内的判断函数积分与阈值比较，大于阈值则发出报警信号，小于阈值进入下一判断周期。
本实施例通过采集时间获取驾驶员的生理参数信息以生成指标参数标准，通过检测时间根据各生理参数的变化量和变化速率生成判断函数对驾驶员驾驶疲劳进行判断，可以更精确的提前预测出驾驶员是否处于疲劳驾驶状态，并及时向驾驶员发出报警，保障驾驶员能够安全驾驶。
以上所公开的内容仅为本发明的优选可行实施例，并非因此局限本发明的保护范围，所以凡是运用本发明说明书及附图内容所做的等效技术变化，均包含于本发明的保护范围内，此外，随着技术发展其中的元素可以更新的。

Claims (5)

1.一种可穿戴式人体驾驶疲劳监测装置，包括可穿戴装置本体，和设置在可穿戴装置本体上的监测模块、控制模块、报警模块和显示模块；
所述监测模块用于获取驾驶员的生理参数信息，所述控制模块用于对驾驶员的生理参数信息进行分析并判定驾驶员是否处于疲劳驾驶状态，并在判定驾驶员处于疲劳驾驶状态时向报警模块发出报警信号，所述报警模块在接收到报警信号后向驾驶员发出报警提醒，所述显示模块用于完成驾驶员与所述装置之间的交互；
所述监测模块包括心率监测模块、血氧监测模块和血压监测模块，所述心率监测模块用于监测驾驶员心率数据，所述血氧监测模块用于监测驾驶员血氧浓度数据，所述血压监测模块用于监测驾驶员血压数据。
2.根据权利要求1所述的一种可穿戴式人体驾驶疲劳监测装置，其特征在于，所述控制模块包括预处理模块和检测模块，所述预处理模块在采集时间内生成驾驶员各指标参数标准，所述检测模块在检测时间内根据所述各指标参数标准对驾驶员疲劳驾驶状态进行判定。
3.根据权利要求2所述的一种可穿戴式人体驾驶疲劳监测装置，其特征在于，所述预处理模块在采集时间内采集n次驾驶员生理参数信息，所述生理参数信息包括心率数据、血氧浓度数据和血压数据，分别将采集n次的心率数据、血氧浓度数据和血压数据按从小到大的顺序排列生成四个数组，所述四个数组分别为第一心率数据数组、第一血氧浓度数据数组、第一舒张压数据数组和第一收缩压数据数组，分别剔除所述四个数组中前5％和后5％的数据生成第二心率数据数组、第二血氧浓度数据数组、第二舒张压数据数组和第二收缩压数据数组，分别对所述第二心率数据数组、第二血氧浓度数据数组、第二舒张压数据数组和第二收缩压数据数组中数据求取四个平均值，所述四个平均值分别为心率平均值、血氧浓度平均值、舒张压平均值和收缩压平均值，所述四个平均值即为指标参数标准。
4.根据权利要求3所述的一种可穿戴式人体驾驶疲劳监测装置，其特征在于，所述检测模块随检测时间变化生成一个判断函数q(t)并根据判断函数对驾驶员疲劳驾驶状态进行判定，所述判断函数满足：
Figure FDA0004074602010000011
其中，f(t)为基础函数，f′(t)为基础函数的变化幅度，γ为一极大的实数，所述基础函数和基础函数的变化幅度满足：
Figure FDA0004074602010000021
Figure FDA0004074602010000022
Figure FDA0004074602010000023
Figure FDA0004074602010000024
f(t)＝f(tx)+f(ty)+f(tz)+f(tk)；
f′(t)＝|f′(tx)|+|f′(ty)|+|f′(tz)|+|f′(tk)|；
其中，f(tx)、f(ty)、f(tz)和f(tk)分别为心率基础函数、血氧浓度基础函数、舒张压基础函数和收缩压基础函数，tx为驾驶员心率随检测时间的变化引起的变化量，ty为驾驶员血氧浓度随检测时间的变化引起的变化量，tz为驾驶员舒张压随检测时间的变化引起的变化量，tk为驾驶员收缩压随检测时间的变化引起的变化量，
Figure FDA0004074602010000025
和/>
Figure FDA0004074602010000026
分别为所述心率平均值、血氧浓度平均值、舒张压平均值和收缩压平均值，X、Y、Z和K分别为心率、血氧浓度、舒张压和收缩压的波动范围，，α1、α2、α3和α4为权重系数；若检测时间内某一时刻ti满足：
Figure FDA0004074602010000027
其中，Δt为设定的判断周期，range为判断阈值，此时控制模块判定驾驶员处于疲劳驾驶状态并向报警模块发出报警信号。
5.根据权利要求4所述的一种可穿戴式人体驾驶疲劳监测装置，其特征在于，所述报警模块包括声音报警单元和振动报警单元，所述报警模块在接收到报警信号时通过所述声音报警单元发出提示音并通过所述振动报警单元发出振动以提示驾驶员。
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Citations (10)

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