CZ300170B6 - Zpusob detekce a signalizace únavy ridice behem rízení vozidla a zarízení k provádení tohoto zpusobu - Google Patents

Abstract

Rešení se týká zpusobu, pri kterém se po dobu 5 až 25 minut snímá pohyb volantu a/nebo axiální a radiální zrychlení vozidla a/nebo teplota v kabine a/nebo rychlost vozidla a/nebo osvetlení v kabine a/nebo hluk v kabine a/nebo otácky motoru. Tyto výstupy se zpracovávají a vytvárí se referencní soubor dat. Poté pokracuje snímání aktuální hodnoty výstupu a jejich hodnoty se porovnávají s hodnotami zreferencního souboru dat. V prípade, že se aktuálne namerené hodnoty blíží alespon jednomu lokálnímu maximu únavy predikovanému referencním souborem dat a hodnotami prubežne merenými pak se generují signály pro ridice. Rešení se rovnež týká zarízeník provádení tohoto zpusobu, které je tvoreno snímacem pohybu volantu a/nebo snímaci axiálního a radiálního zrychlení vozidla a/nebo snímacem teploty v kabine a/nebo snímacem rychlosti vozidla a/nebo snímacem osvetlení v kabine a/nebo snímacem hluku v kabine a/nebo snímacem otácek motoru, které jsoupripojeny k jednotce (3) digitálního zpracování signálu tvorené signálovým procesorem realizujícím komunikaci s obvody snímací jednotky (2), ke kteréje pripojeno signalizacní zarízení (6).

Description

Způsob detekce a signalizace únavy řidiče během řízení 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 io sběru dat a jejich digitální zpracování v reálném čase, algoritmy umělé inteligence.

Dosavadní stav techniky i? Jsou známa bezpečnostní zařízení pracující na principu potvrzování bdělosti řidiče. V určitých intervalech musí řidič prokazovat svou bdělost stisknutím tlačítka. Tento typ bezpečnostního zařízení jc využíván hlavně v železniční dopravě, je ale známo i provedení pro silniční motorová vozidla. Je znám i bezpečnostní systém vyhodnocující signály ze zdravotne-signalizačního zařízení. Také jsou známy elektronické snímače pohybu očních víček zabudované do brý lí, nebo pří20 stroj umístěný za uchem řidiče, signalizující pokles jeho hlavy.

Známá řešení jsou uvedena například v následujících materiálech. Conimercial motor vchiclc driver fatigue and alertness study (DFAS), Teehnieal summary EIIWA, report EHWA - MC-97 001. 1996; Eederal Highway Adminislration. LJ. S. Department of Transportation: Trucking

Research Institute, American Trucking Assoeiations Foundation: Transportation Dcvelopment 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 faktoru, 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 dobroo volníkú - 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

4(i 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.

V konferenčním příspěvku Eye-tracking for detectíon of driver fatigue; Eriksson. Papanikotopoulos - Department of Computer Sciences. Minnesota University; IEEE Conference on Inlelligent Transportation Systems je popsán systém, který' lokalizuje a sleduje oči řidiče. Systém pracuje s >0 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 lak, aby žádným způsobem nenarušoval činnost řidiče a nevyžadoval od něho žádnou interakci.

- I CZ 300170 Bó

V článku A drowsincss deteelion systém: Ogawa. Suzuki. Sucnaga - 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 ji 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 stavu do signalizačního zařízení upozorňujícího řidiče na vznik ío útlumu jeho činnosti. Ve vozidle je umístěno signalizační zařízení s vizuální a akustickou informační soustavou. Řidič potvrzuje svoji připravenost na vnější impulzy kvitovacími prvky pohyby volantu, nožní spínač. Řidič je tak nucen k aktivní spolupráci se systémem.

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

Veškerá tato zařízení mají základní nevýhodu v tom, Že bud¹ přímo ke své činnosti potřebují aktivní účast řidiče, nebo vyžadují před započetím jízdy instalaci přístrojů a senzorů na tělo řidiče.

Dále je známo řešení FR 2742706 u kterého se sleduje poloha plynového pedálu, okamžitá rychlost, rotace volantu. Jedná se o přím o vazebný systém. Jádrem detektoru je dvou vrstva neu25 ronová síť. popis jejíž speciální architektury tvoří 90 % přihlášky ER 2742706. Detekční mechanismus jednak srovnává aktuální stav s předem napevno daným etalonem a jednak si pro dosud nerozpoznané vzory vytváří další třídy.

Doba a způsob načítání výchozích signálů, které jsou zohledněn) při detekci, probíhá ve 2 po ío sobě jsoucích časových oknech s typickou délkou 1 min a 20 s. Algoritmus detekuje pomoci neuronové sítě jakékoliv signifikantní změny charakteru vektoru výchozích signálů, tedy i náhodné a nezpůsobené nástupem únavy.

Řešení podle ER 274270 neumožňuje predikci, tj. předvídání nástupu rizikového únavového stab vu. Řešení podle ER 2742706 umožňuje pouze detekci a sledování dosavadního trendu únavy.

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.

4o umocněné jak nedostatečným výpočetním výkonem systémů zpracovávajících snímaný obraz v reálnem čase, vedoucím k současné nepoužitelnosti všech kamerových systémů, tak i ke značným rozdílům mezi řidiči různého věku, pohlaví, momentální nálady, motivaci a pod. , 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 řidi45 či, 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.

5<) Podstata vyiíáIezu

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

- 2 C7. 300170 B6 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 výstupu a jejich hodnoty sc porovnávají s hodnotami z referenčního souboru dat a s hodnotami průběžně měřenými, V případě stoupajícího trendu aktuálně naměřených a standardních hodnot se generují s 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 io otáček motoru. Tyto snímače jsou připojeny k jednotce digitálního zpracování signálu DSP. K této DSP jednotce je připojeno signalizační zařízení. Signalizační zařízení je s výhodou tvoření) jednotkou akustické a/nebo světelné signalizace.

Podstata vynálezu se dá rozložit do dvou vzájemně souvisejících částí. První spočívá v samotném i? 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, umožňuje individuální přístup ke každému řidiči, jeho stylu jízdy a měnícím se parametrům okolního prostředí.

Vlastní zařízení se skládá zc 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 obsahoval mikropočítač, mikroprocesor s periferními obvody. PC, ěi speciálně navrženou strukturu

2? programovatelných logických polí a paměl'. 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.

3(1

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. Izv. epizody se opakují s periodou eea od 20 do 60 s. střednědobé cykly, opakující se s periodou eea 1525 min 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 standardním hodnotám. Momentální únavu podstatnou měrou ovlivňují střednědobé cykly, viz obr. 2. křivka průběhu únavy G. I odpočatý člověk se může během nej vyššího střednědobého útlumu jevit z hlediska momentální únavy jako relativně unavený; a člověk velice unavený se může jevit ve svém střednědobém maximu jako relativně

4o málo unavený; Na 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 ěi přímo dopravní nehodě. Ačkoliv to nebylo prokázáno, protože během experimentů se tento jev nevyskytl, lze předpokládat, že v době největšího střed45 nědobého útlumu dochází k tzv. mikrospánkům. jejichž následky u řidičů dálkových autobusů či kamionů jsou téměř vždy více než katastrofální.

V přihlašovaném řešení je použita, například oproti ER 2742706, jiná sada výchozích veličin, ve které se kromě technických signálů, jako jsou volant, zrychlení, otáčky, rychlost, vyskytují také

5(i enviromentální parametry; jako je teplota, osvětlení a hluk v kabině, které umožňují mnohem preciznější a jemnější rozpoznání únavového stavu řidiče a berou ' ohled i na kvalitu prostředí v jízdní kabině. Tato má podle stávajících poznatků velmi podstatný vliv na chování řidiče a pro kvalitní detektor únavy není možně ji nezahrnout do výpočtu.

Přihlašované řešení umožňuje zpětnovazební interakci detektoru s řidičem, tj. řidič má možnost sdělit detektoru, typicky stiskem tlačítka, svůj závěr o správnosti detekce díky tomu lze v případě potřeby rozhodovací algoritmus vestavěného sekvenčního automatu průběžně dotrénovávat. Jádrem řešení je sekvenční učící se automat, který prochází několika vnitřními stavy - každý z těchto stavů odpovídá určitému stupni únavy. Stav s nej vyšší mírou příslušnosti určuje výsledný detekovaný stav. Přechodová pravidla sekvenčního automatu se automaticky modifikují na základě zpětné vazby od sledovaného řidiče. Detekce probíhá po dobu až několika desítek minut. Zachyceny jsou jak krátkodobé epizody jako u ER 2742706 v řádu minut, tak i střednědobé změny v řádu desítek minut. Důležitou skutečností je kvaziperiodická povaha střednědobých cyklů únavy κι a postupně pomalu narůstající trend jednotlivých ukazatelů únavy. Tyto vlastnosti se ukazují jako naprosto klíčové pro správnou detekci a zejména predikci únavového stavu.

Zařízení umí na základě vývoje odhadu úrovně ukazatelů únavy vzhledem ke kvaziperiodě střednědobého únavového cyklu (v řádu 15-25 minut) předvídat nebezpečný nástup únavy. Puto mož15 nost predikce rizikového stavu PR 2742706 zcela postrádá. Jedná se o naprosto klíčovou odlišnost, díky které přihlašované řešení umožňuje na základě vyvolaného alarmu přijmout preventivní opatření, nikoliv pouze upozornit na již nastalou krizovou situaci, jako je tomu například v případě ER 2742706.

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

2s křivka průběhu únavy.

Příklady provedení vynálezu

Na obr. 1 je znázorněn automobil i včetně řidiče a parametrů okolního prostředí. V prostoru automobilu i Jsou umístěny obvody 2 snímání parametrů automobilu J a okolního prostředí. Jako jsou snímače měření pohybů volantu, teploty, osvětlení a hladiny hluku v kabině, axiálního a radiálního zrychlení automobilu 1, rychlosti automobilu i 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 samouéícího se klasifikátoru 5, tak zvaného sekvenčního 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 čí DRAM. sloužící ke krátkodobému i dlouhodobému uchovávání algoritmů, provozních dat i vyhodnocovaných stereotypů Jízdy konkrétního řidiče. Ke klasifikátoru 5 Jc připojeno signalizační zařízení 6. upozorňující na blížící se maximum únavy. Na obr. 2 Je uvedeno zobrazení epizod střednědobých únavových o 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 konkrétní příkladné provedení tvořené kompaktním zařízením na vyhodnocová50 ní únavy řidiče během řízení automobilu i. Toto zařízení je napájeno palubním napětím 12 (24) V 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

-4 C7. 300170 B6 kabině automobilu 1 v podobě termistoru, snímačem osvětlení v kabině automobilu i tvořeným fotorezistorem. snímačem hladiny hluku v kabině automobilu a snímačem axiálního a radiálního zry chlení automobilu .1 tvořeným dvouosým akcelerometrem. Dále jsou obvody 2 doplněny běžnými snímači rychlosti automobilu I a otáček motoru. Všechny výše uvedené 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 io 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 zry chlení vozidla - dvouosý akcelcrometr, jednotkou snímající teplotu v kabině vozidla - termistor a jednotkou i? 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 20 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 IT1) diodami s ^Ί5 proměnným řízením jasu, které interpretují pravděpodobnost a intenzitu únavy. Pří dosažení kritické hodnoty je řidič navíc upozorněn akustickým signálem z. piezoelementu. který je umístěn v kabině vozidla.

5() Průmyslová využité 1 nost

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. ni PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Způsob detekce a signalizace únavy řidiče během řízení vozidla, vyznačující sc tí m . že se po dobu 5 až 25 minut snímá pohyb volantu a/nebo axiální a radiální zrychlení

   45 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 stoupajícího trendu aktuálně naměřených a standardních hodnot se generují signály pro řidiče.

   5(1
2. 2. Zařízení k provádění způsobu podle nároku 1, v y z n a č u j í c í se t í m , 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

   - 5 CZ 300170 B6 a/nebo snímačem hluku v kabině a/nebo snímačem otáček motoru, které jsou připojeny k DSP (digitální zpracování signálu) jednotce (
3. 3) tvořené signálovým procesorem realizujícím komunikaci s obvody snímací jednotky (2). ke které je připojeno signalizační zařízení (ó).

   5 3. Zařízení podle nároku 2. v y z n a č u j í c í se t í m , že signalizační zařízení (6) je tvořenojednotkou světelné a/nebo akustické signalizace.
4. 4. Zařízení k provádění způsobu podle kteréhokoli z výše uvedených nároků, vyznačující se t í m , že je opatřeno tlačítkem pro potvrzení přijetí světelné a/nebo akustické signál iif) zace.