CZ20003580A3 - Způsob detekce a signalizace únavy řidiče během řízení vozidla a zařízení k provádění tohoto způsobu - Google Patents

Description

Způsob detekce a signalizace únavy řidiče během řízeni vozidla a zařízení k provádění tohoto způsobu.

Oblast techniky

Vynález se týká způsobu detekce a signalizace únavy řidiče během řízení vozidla a zařízení k provádění tohoto způsobu. Jedná se o řešení interdisciplinárního charakteru, které zasahuje do oblasti medicíny - biochemie, psychologie psychofyziologie a techniky - elektronický systém sběru dat a jejich digitální zpracování v reálném čase, algoritmy umělé inteligence.

Dosavadní stav techniky

Jsou známa bezpečnostní zařízení pracující na principu potvrzování bdělosti řidiče. V určitých intervalech musí řidič prokazovat svou bdělost stisknutím tlačítka. Tento typ bezpečnostního zařízení je využíván hlavně v železniční dopravě, je ale známo i provedení pro silniční motorová vozidla. Je znám i bezpečnostní systém vyhodnocující signály ze zdravotně-signalizačního zařízení. Také jsou známy elektronické snímače pohybu očních víček zabudované do brýlí, nebo přístroj umístěný za uchem řidiče, signalizující pokles jeho hlavy.

Známá řešení jsou uvedena například v následujících materiálech. Commercial motor vehicle driver fatigue and alertness study (DFAS), Technical summary FHWA, report FHWA •··* ·« • φ φφφφ

I · ·♦· Φ Φ · » φ φφφφ φ > φ φ φφφ φφ φφ* φφ ···

-2MC-97-001, 1996; Federal Híghway Administration, U.S. Department of Transportation; Trucking Research Institute, American Trucking Associations Foundation; Transportation Development Centre, Transport Canada. Tato studie se zabývá vyhodnocením vlivu dlouhodobého řízení motorového vozidla a rozložení pracovní doby a odpočinku na únavu a ztrátu pozornosti řidičů z povolání. Primárním cílem bylo nalezení a vyhodnocení faktorů, které nejvíce způsobují a ovlivňují únavu řidičů a ztrátu jejich pozornosti, stanovení objektivního a měřitelného vztahu mezi faktory způsobujícími únavu řidiče a jeho výkonem při jízdě a nalezení účinné a efektivní metody potlačení vlivu těchto faktorů. Sekundárním cílem bylo vytvoření podkladů pro možnou konstrukci monitorovacího a výstražného systému únavy řidiče, založeného na sledování dat měřených na vozidle a na řidiči. Studie probíhala v Kanadě a USA v letech 1990 až 1996. Finančně byla podpořena částkou 6 230 000 amerických dolarů. V každé zemi bylo sledováno 40 dobrovolníků - profesionálních řidičů kamionů, v jejich skutečných pracovních podmínkách.

Mezi základními faktory souvisejícími s pracovním nasazením řidičů byla sledována doba nepřetržitého řízení, počet následných cyklů práce-spánek, denní doba řízení a počet hodin spánku - spánkový deficit. Zároveň byly sledovány fyziologické parametry řidiče, jeho projevy a chování během jízdy a některé parametry jízdy.

Získaná data byla analyzována a byla z nich vytvořena rozsáhlá databáze. Výsledky ukazují, že ospalost a únava řidiče podstatně více závisí na denní době jízdy než na době trvání jízdy nebo kumulaci počtu pracovních dní. Výsledky rovněž potvrzují souvislost některých sledovaných parametrů jízdy se stupněm únavy řidiče.

• •00 ♦ · · · · · · ··· 0 0000 0 0 0

000 000 000· ·

00» *000 • 000 00 »· ··« ·· 00·0

-3V konferenčním příspěvku Eye-tracking for detection of driver fatigue; Eriksson, Papanikotopoulos - Department of Computer Sciences, Minnesota University; IEEE Conference on Intelligent Transportation Systems je popsán systém, který lokalizuje a sleduje oči řidiče. Systém pracuje s kamerou umístěnou uvnitř vozidla a monitoruje obličej řidiče. Článek popisuje metodu, jak ve snímku obličeje vyhledat oči řidiče a určit, zda jsou zavřené nebo otevřené. Pro úspěšnou realizaci takovéhoto systému je zdůrazněna potřeba navrhnout systém tak, aby žádným způsobem nenarušoval činnost řidiče a nevyžadoval od něho žádnou interakci.

V článku A drowsiness detection systém; Ogawa, Suzuki, Suenaga - Mitsubishi Denki Giho je uvedena informace o systému, který zpracovává obraz obličeje řidiče snímaný CCD kamerou a detekuje, zda řidič spí nebo jeví známky únavy. Systém zjišťuje z videozáznamu frekvenci mrkání očí řidiče a porovnává jí se vzorci odpovídajícími únavě a spánku. Pro použití v noci je systém vybaven zdrojem infračerveného osvětlení.

V CZ užitném vzoru č. 3926 o názvu Signalizační zařízení útlumu řidiče motorového vozidla je popsáno technické řešení, které se týká snímače pohybu hřídele volantu při jízdě motorového vozidla a zapojení zjištěných stavů do signalizačního zařízení upozorňujícího řidiče na vznik útlumu jeho činnosti. Ve vozidle je umístěno signalizační zařízení s visuelní a akustickou informační soustavou. Řidič potvrzuje svoji připravenost na vnější impulsy kvitovacími prvky pohyby volantu, nožní spínač. Řidič je tak nucen k aktivní spolupráci se systémem.

« · 4 · 4

4 4

0444

Elektronické zařízení ZzzzAlert™; DrivAlert lne., Indianopolis monitoruje pohyby hřídele volantu pomocí magnetického senzoru. Když tyto pohyby vymizí, systém detekuje pokles pozornosti řidiče a upozorní ho zvukovým signálem. Součásti zařízení je také obvod pro automatické uvedení do provozu při překročení určité nastavené rychlosti vozidla.

Veškerá tato zařízení mají základní nevýhodu v tom, že buď přímo ke své činnosti potřebují aktivní účast řidiče, nebo vyžadují před započetím jízdy instalaci přístrojů a senzorů na tělo řidiče.

Z uvedených materiálů je zřejmé, že problematika vyhodnocování únavy řidiče během řízení vozidla je řešena celosvětově; praktické výstupy v podobě hromadně produkovaného zařízení v sériové výrobě automobilů však zatím neexistují. To svědčí o složitosti celé problematiky, umocněné jak nedostatečným výpočetním výkonem systémů zpracovávajících snímaný obraz v reálném čase, vedoucím k současné nepoužitelnosti všech kamerových systémů, tak i ke značným rozdílům mezi řidiči různého věku, pohlaví, momentální nálady, motivaci apod., vedoucím k velice obtížnému, ne-li nemožnému, stanovení univerzálních parametrů, které by jednoznačně definovaly určitý stupeň únavy obecně. To vyžaduje individuální přístup nejen ke každému řidiči, ale i k jeho momentálním dispozicím, charakteru jízdy vozidla a dalším okamžitým parametrům okolního prostředí. Tuto situaci řeší samoučící se sekvenční automat s prvky umělé inteligence, podle tohoto vynálezu.

9 0 0 9 0

9··« 0 · 9 · 0 0 · 9

0 0 0 9

09 0 0 «090

900 0 0 • 00 0

-5Podstata vynálezu

Výše uvedené nedostatky jsou do značné míry odstraněny způsobem detekce a signalizace únavy řidiče během řízení vozidla podle tohoto vynálezu. Jeho podstatou je to, že se po dobu 5 až 25 minut snímá pohyb volantu a/nebo axiální a radiální zrychlení vozidla a/nebo teplota v kabině a/nebo rychlost vozidla a/nebo osvětlení v kabině a/nebo hluk v kabině a/nebo otáčky motoru. Tyto výstupy se zpracovávají a vytváří se referenční soubor dat. Poté pokračuje snímání výstupů a jejich hodnoty se porovnávají s hodnotami z referenčního souboru dat a s hodnotami průběžně měřenými. V případě stoupajícího trendu naměřených a absolutních hodnot se generují signály pro řidiče.

K uvedenému způsobu slouží zařízení tvořené snímačem pohybu volantu a/nebo snímači axiálního a radiálního zrychlení vozidla a/nebo snímačem teploty v kabině a/nebo snímačem rychlosti vozidla a/nebo snímačem osvětlení v kabině a/nebo snímačem hluku v kabině a/nebo snímačem otáček motoru. Tyto snímače jsou připojeny k jednotce digitálního zpracování signálu DSP. K této DSP jednotce je připojeno signalizační zařízeni. Signalizační zařízení je s výhodou tvořeno jednotkou akustické a/nebo světelné signalizace.

Podstata vynálezu se dá rozložit do dvou vzájemně souvisejících částí. První spočívá v samotném způsobu a konstrukci zařízení, které detekuje a signalizuje nástup zvýšené únavy řidiče během řízení vozidla a druhá spočívá ve způsobu zpracování měřených dat s využitím algoritmů umělé inteligence prostřednictvím samoučícího se sekvenčního automatu, který, na rozdíl od současného stavu techniky, « 4 4 · 44« 4 4*4

4*4 4 44·· ·· * • 44# 4 · · 444· 4 • 44* 4 4 4 4

4444 >· · 444 44 4444

-6umožňuje individuální přístup ke každému řidiči, jeho stylu jízdy a měnících se parametrů okolního prostředí.

Vlastní zařízení - se skládá ze snímacích čidel s příslušnými převodníky jako jsou měření pohybů volantu, teploty, osvětlení a hladiny hluku v kabině, axiálního a radiálního zrychlení vozidla, rychlosti vozidla a otáček motoru. Dále obsahuje jednotku zpracování signálu, která může obsahovat mikropočítač, mikroprocesor s periferními obvody,

PC, či speciálně navrženou strukturu programovatelných logických polí a paměť, sloužící ke krátkodobému i dlouhodobému uchovávání algoritmů, provozních dat i vyhodnocovaných stereotypů jízdy konkrétního řidiče. Signalizační jednotka upozorňuje řidiče na nástup zvýšené únavy a tím i zvýšeného rizika. Řidič pak může na tuto situaci reagovat zvýšením pozornosti či změnou režimu jízdy, například zastavením, zpomalením, přechodným snížením teploty v kabině, a podobně.

Druhá část spočívá ve způsobu zpracování naměřených dat. Experimentálně bylo zjištěno a ověřeno, že lze měřením výše uvedených veličin detekovat existenci trojí dynamiky únavy.

Nej kratší cykly, tzv. epizody se opakují s periodou cca od 20 do 60s, střednědobé cykly, opakující se s periodou cca 1525min a dlouhodobé cykly, určující trend únavy, závisející na 24 hodinových a delších periodách vyplývajících z biologické podstaty člověka, jak ukazuje stoupající trend průběhu únavy G na obr. 2, směrem k vyšším absolutním hodnotám. Momentální únavu podstatnou měrou ovlivňují střednědobé cykly, viz obr.

2, křivka průběhu únavy G. I odpočatý člověk se může během nejvyššího střednědobého útlumu jevit z hlediska momentální únavy jako relativně unavený, a člověk velíce unavený se může jevit ve svém střednědobém maximu jako relativně málo unavený.

φ φ • φφφ • ♦ φ φ • φ • ΦΦ φ φ

φφφ φ φ φ φφφ φφ φφφφ

-ΊNa tomto dosud nepublikovaném principu je založena druhá část vynálezu. Identifikací parametrů střednědobých únavových cyklů samoučícím se sekvenčním automatem informovat řidiče o skutečnosti, že má očekávat největší únavu a provést taková opatření, aby zabránil nebezpečné dopravní situaci či přímo dopravní nehodě. Ačkoliv to nebylo prokázáno, protože během experimentů se tento jev nevyskytl, lze předpokládat, že v době největšího střednědobého útlumu dochází k tzv. mikrospánkům, jejichž následky u řidičů dálkových autobusů či kamionů jsou téměř vždy více než katastrofální.

Přehled obrázků na výkresech

Vynález bude podrobněji popsán na konkrétním příkladu provedení s pomocí přiložených výkresů, kde na obr. 1 je znázorněno příkladné blokové schéma zapojení a na obr. 2 je znázorněna křivka průběhu únavy.

Příklady provedení vynálezu

Na obr. 1 je znázorněn automobil 1 včetně řidiče a parametrů okolního prostředí. V prostoru automobilu 1^ jsou umístěny obvody 2 snímání parametrů automobilu 1^ a okolního prostředí, jako jsou snímače měření pohybů volantu, teploty, osvětlení a hladiny hluku v kabině, axiálního a radiálního zrychlení automobilu 1, rychlosti automobilu JL a otáček motoru. Výstupy obvodů 2 snímání parametrů automobilu 1_ jsou připojeny k DSP jednotce 3 skládající se ze zpracovávající jednotky 4 měřených signálů formou extrakce jejich klíčových parametrů nesoucích informaci o únavových stavech řidiče a adaptivního samoučícího se klasifikátor 5, tak zvaného • 00 0

000 · · 0 0 0 0

0 000 0 0 *

000 0000 0 « 0 · 0 0 0 0 » 00 000 00 0·0*

-8sekvenčního automatu, sestávajícího ze dvou částí - části kombinačních algoritmů, zohledňující okamžité hodnoty sledovaných parametrů a části dynamických algoritmů zohledňujících jejich trendy. Po obvodové stránce je DSP jednotka 3 tvořena mikropočítačem - mikroprocesorem s periferními obvody, PC, či speciálně navrženou strukturou programovatelných logických polí a pamětí - kombinace RAM a ROM, EPROM, EEPROM, FLASH, HDD či DRAM, sloužící ke krátkodobému i dlouhodobému uchovávání algoritmů, provozních dat i vyhodnocovaných stereotypů jízdy konkrétního řidiče. Ke klasifikátoru 5 je připojeno signalizační zařízení 6, upozorňující na blížící se maximum únavy. Na obr. 2 je uvedeno zobrazení epizod střednědobých únavových cyklů řidiče během řízení vozidla. Křivka únavy G představuje reálně naměřený a číslicově zpracovaný průběh znázorňující střednědobý únavový cyklus po dobu 15 až 25 min. a rostoucí trend únavy řidiče během řízení vozidla.

Dále je popsáno kompaktním zařízením řízení automobilu 1 napětím 12 (24) V konkrétní příkladné provedení tvořené na vyhodnocování únavy řidiče během

Toto zařízení je napájeno palubním a je opatřeno sériovým rozhraním pro připojení ke konfigurační jednotce či servisnímu PC.

Obvody 2 snímání parametrů automobilu 1^ jsou tvořeny snímačem měření pohybů volantu představovaným lineárním magnetickým snímačem intenzity magnetického pole, snímačem teploty v kabině automobilu 1 v podobě termistoru, snímačem osvětlení v kabině automobilu 1^ tvořeným fotorezístorem, snímačem hladiny hluku v kabině automobilu a snímačem axiálního a radiálního zrychlení automobilu 1^ tvořeným dvouosým akcelerometrem. Dále jsou obvody 2 doplněny běžnými snímači rychlosti automobilu 1 a otáček motoru. Všechny výše ·· «ι «4 »»»» «« • 4 · 4 · 4 4 4*44 • · 4 4 4 444 4 4 4 • ··« 444 4444 4 « 4·« 4444 ·««· 44 *· 444 44 4444

-9uvedené snímače obsahují kompletní analogovou část, umožňující jak úpravu zesílení, filtraci a převod signálu ze snímače na unifikovaný výstupní signál, tak i A/D převod.

Příkladné provedení lze ilustrovat na malém kompaktním zařízení na vyhodnocování únavy řidiče během řízení vozidla. Toto zařízení je napájeno palubním napětím 12 nebo 24 V a je opatřeno sériovým rozhraním pro připojení ke konfigurační jednotce či servisnímu PC.

Obvody 2 snímání parametrů jsou tvořeny jednotkou snímající pohyby volantu lineární magnetický snímač intenzity magnetického pole, jednotkou snímající příčné a podélné zrychlení vozidla - dvouosý akcelerometr, jednotkou snímající teplotu v kabině vozidla - termistor a jednotkou snímající osvětlení v kabině vozidla - fototranzistor, Všechny výše uvedené jednotky obsahují kompletní analogovou část, umožňující jak úpravu zesílení, filtraci a převod signálu z čidla na unifikovaný výstupní signál, tak i A/D převod.

Jádrem DSP jednotky 3 je signálový procesor, který komunikuje s obvody 2 snímání parametrů a signalizačního zařízení 6 a vykonává vlastní algoritmy zpracování signálu. Operační paměť o velikosti 8 Mbit je tvořena osmi obvody SRAM, zálohování konstant pak umožňuje paměť EEPROM a bootování systému paměť EPROM.

Signalizační zařízení 6 je tvořeno jednotkou světelné signalizace tvořenou šesti LED diodami s proměnným řízením jasu, které interpretují pravděpodobnost a intenzitu únavy.

Při dosažení kritické hodnoty je řidič navíc upozorněn akustickým signálem z piezoelementu, který je umístěn v kabině vozidla.

-10·* »· v* ·*·· ·· »· • · · · · · · ·»·· * « · · ··· · » · • ♦·· · · » · · · » · » ♦ · · · · · 9 ···· ·· ·· ·»· ·· ····

Průmyslová využitelnost

Vynález je průmyslově využitelný v masovém měřítku v automobilovém průmyslu a to zejména u vozů pravidelně se pohybujících po silnicích dálničního typu po dobu několika hodin. Snížení nehodovosti na těchto trasách povede jak ke snížení obětí automobilových nehod tak i ke snížení nezanedbatelných materiálních škod, které patří při nehodách na dálnicích vždy k těm největším.

Claims (4)

1. Způsob detekce a signalizace únavy řidiče během řízení vozidla vyznačující se tím_z že se po dobu 5 až 25 minut snímá pohyb volantu a/nebo axiální a radiální zrychlení vozidla a/nebo teplota v kabině a/nebo rychlost vozidla a/nebo osvětlení v kabině a/nebo hluk v kabině a/nebo otáčky motoru tyto výstupy se zpracovávají a vytváří se referenční soubor dat, poté pokračuje snímání aktuální hodnoty výstupů a jejich hodnoty se porovnávají s hodnotami z referenčního souboru dat, v případě, že se aktuálně naměřené hodnoty blíží alespoň jednomu lokálnímu maximu únavy predikovanému referenčním souborem dat a hodnotami průběžně měřenými se generují signály pro řidiče.

2. Zařízení k provádění způsobu podle nároku 1, vyznačující se tím, že je tvořeno snímačem pohybu volantu a/nebo snímači axiálního a radiálního zrychlení vozidla a/nebo snímačem teploty v kabině a/nebo snímačem rychlosti vozidla a/nebo snímačem osvětlení v kabině a/nebo snímačem hluku v kabině a/nebo snímačem otáček motoru, které jsou připojeny k DSP jednotce (C) tvořené signálovým procesorem realizujícím komunikaci s obvody snímací jednotky (Β), ke které je připojeno signalizační zařízení (F) .

3. Zařízení k provádění způsobu podle nároku 1, vyznačující se tím, že signalizační zařízení (F) je tvořeno jednotkou světelné a/nebo akustické signalizace.

4. Zařízení k provádění způsobu podle kteréhokoli z výše uvedených nároků, vyznačující se tím, že je opatřeno φφ φφφφ φφ Φ· *« φφφφ • · · φ φ · φ φφφ φ φ φφ* • φφφ φ φ · φ * φ φ φ φ φφφφ «φ φφ φφφ

-124. Zařízení k provádění způsobu podle kteréhokoli z výše uvedených nároků, vyznačující se tím, že je opatřeno tlačítkem pro potvrzení přijetí světelné a/nebo akustické signalizace.