本發(fā)明涉及汽車工作信息采集技術(shù)，涉及車載小型直升機技術(shù)，涉及基于眼動軌跡、心率快慢的駕駛員精神狀態(tài)獲取技術(shù)，尤其涉及一種基于物聯(lián)網(wǎng)的，同步獲得汽車、駕駛員信息的車載信息記錄系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

目前的車載信息記錄系統(tǒng)大多只能采取汽車的工作信息和車前監(jiān)控錄像，能清楚記錄汽車的工作信息，但對駕駛員當(dāng)時的精神狀態(tài)卻一無所知。導(dǎo)致事故發(fā)生的因素可能不止一個，除了汽車工況之外，還有可能是因為駕駛員分神、疲勞駕駛、情緒過分激動，甚至是因為更換了駕駛員，而這一切都是現(xiàn)有車載黑匣子所無法測量記錄的。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于物聯(lián)網(wǎng)的車載信息記錄系統(tǒng)。

本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的：一種基于物聯(lián)網(wǎng)的車載信息記錄系統(tǒng)，包括車載黑匣子模塊、車載直升機模塊、車載眼動軌跡獲取模塊、心率獲取模塊和移動終端模塊；

所述車載黑匣子模塊采集并記錄汽車的工作信息，包括汽車行駛狀態(tài)下的速度、加速度和車前影像；

所述車載直升機模塊由直升機嵌入式系統(tǒng)完成，該嵌入式系統(tǒng)包括微型直升機、ARM處理器、無線通訊模塊、壓電式碰撞傳感器、GPS傳感器、高度計、轉(zhuǎn)速測量儀、陀螺儀及攝像頭傳感器；當(dāng)汽車受到一定程度的碰撞后，微型直升機自動起飛拍攝汽車周遭的情況，防止重要信息因爆炸等原因而無法被記錄；

所述車載眼動軌跡獲取模塊由攝像頭完成，獲取駕駛員眼動軌跡；

所述心率獲取模塊由安裝在汽車方向盤上的手握式心率監(jiān)測器完成，獲取駕駛員的心率信號；

所述移動終端模塊可由車載電腦完成，提供各模塊的同步時鐘信號，并對眼動信號、心率信號進行處理，判斷并記載駕駛員當(dāng)時的精神狀態(tài)。

進一步地，對駕駛員的眼動軌跡、心率進行同步采集分析，據(jù)此判斷駕駛員的精神狀態(tài)。事后讀取黑匣子中儲存的信息，便可清楚事發(fā)時汽車的工作信息和駕駛員的精神狀態(tài)。

進一步地，采集具有動態(tài)特性的眼球運動軌跡作為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，直接反應(yīng)人體的生理狀態(tài)，克服了傳統(tǒng)方法中的很多不可控的干擾因素的影響，比如夜晚強光、駕駛員的強睜眼狀態(tài)等等，能夠?qū)ρ矍蜻\動軌跡進行準(zhǔn)確的定位和采集，據(jù)此精確的判斷駕駛員的精神狀態(tài)。

進一步地，根據(jù)眼動軌跡判斷駕駛員在出事時是否分神或已進入疲勞狀態(tài)。對眼動軌跡進行分析，根據(jù)注視率、注視時間判斷駕駛員是否分神；根據(jù)眼動規(guī)律判斷駕駛員是否已進入疲勞狀態(tài)，當(dāng)眼動軌跡越規(guī)律或動得比較少，就說明駕駛員已進入疲勞狀態(tài)。根據(jù)心率的快慢輔助判斷駕駛員當(dāng)時的情緒狀態(tài)。因為人情緒緊張焦慮或者飲酒后，心率都會明顯加速，所以心率的快慢可輔助判斷駕駛員情緒是否焦慮緊張或者處于酒駕狀態(tài)。

進一步地，所述移動終端對眼動軌跡獲取模塊輸入的圖像進行人臉識別，利用積分投影法識別瞳孔，采用Hough變換圓檢測方法，在經(jīng)邊緣提取和二值化處理后的圖像上建立眼部-臉部相對坐標(biāo)系，對瞳孔進行準(zhǔn)確定位和軌跡跟蹤；建立眼動-精神狀態(tài)關(guān)系評判模型，根據(jù)眼動軌跡的相關(guān)參數(shù)判斷駕駛員的精神狀態(tài)，所述眼動軌跡的相關(guān)參數(shù)包括注視率、注視時間、眼動軌跡規(guī)律。

進一步地，所述車載直升機模塊對事故信息的記錄包括以下步驟：

(1)當(dāng)壓電式碰撞傳感器檢測到一定強度的碰撞時，輸出電壓發(fā)生變化，當(dāng)其超過設(shè)定值時，直升機升空；直升機升空模式有兩種：A、ARM處理器立即向微型直升機發(fā)出發(fā)射指令，發(fā)射微型直升機；B、汽車在存放直升機的位置(一般在車頂部)，設(shè)置自動彈射裝置，當(dāng)自動彈射裝置檢測到車體碰撞，如飛機飛行員座椅自動彈射模式將無人直升飛機按照設(shè)定的彈射力F彈射出去，F(xiàn)有預(yù)先設(shè)定的大小和方向，保證無人機能彈射到適當(dāng)?shù)母叨群头秶?，彈射的同時啟動無人直升機的電源，完成初始化，彈射到一定高度，無人直升機上的陀螺儀檢測到開始下降的拐點(就是力F下拋射直升機到拋物線最高點，地心引力方向的速度Vg＝0時，重力加速度可以檢測到速度垂直方向的變化——反向)，則自動開啟直升機螺旋槳，按照直升機姿態(tài)等控制模式平衡直升機；

(2)在模式A升空模式下，當(dāng)微型直升機收到發(fā)射指令時，首先執(zhí)行初始化任務(wù)，對操作系統(tǒng)自身以及外圍設(shè)備進行初始化；

(3)微型直升機的姿態(tài)控制。姿態(tài)控制是微小型無人直升機自主飛行控制的基礎(chǔ)，該直升機嵌入式系統(tǒng)選用PID控制方法分別對滾轉(zhuǎn)、俯仰和偏航三個通道進行協(xié)調(diào)控制。θ為俯仰角，φ為滾轉(zhuǎn)角，ψ為偏航角，統(tǒng)稱為姿態(tài)角；p、q、r為直升機角速度在體軸系的三分量。直升機姿態(tài)角與角速度之間的運動學(xué)關(guān)系：

利用數(shù)值解決方法解決微分方程，利用PID算法及角速度傳感器控制姿態(tài)角，穩(wěn)定控制微型直升機的飛行姿態(tài)。

(4)微型直升機的位置控制。模糊控制方法不需要對象的數(shù)學(xué)模型，而是模擬人的

思維方式對系統(tǒng)進行有效控制，具有魯棒性強，適合處理非線性等優(yōu)點。故采用模糊控制規(guī)律設(shè)計直升機閉環(huán)位置控制器，控制微型直升機在汽車上方一定高度做圓周運動。

(5)微型直升機的自主飛行。根據(jù)微型直升機的姿態(tài)、位置控制原理，采用雙閉環(huán)控制微型直升機的飛行。具體如下：根據(jù)GPS、高度計的信息確定直升機當(dāng)前位置。根據(jù)當(dāng)前位置，輸出飛行姿態(tài)：若高度低于設(shè)定值，輸出向上飛行的姿態(tài)；若高度高于設(shè)定值，輸出向下飛行的姿態(tài)；若高度在設(shè)定值，則輸出向左偏轉(zhuǎn)的飛行姿態(tài)，使其做圓周運動。PID控制器根據(jù)設(shè)定姿態(tài)與當(dāng)前姿態(tài)的偏差值，輸出控制信號控制舵機，舵機控制微型直升機的飛行。當(dāng)前姿態(tài)由陀螺儀傳感器獲得直升機當(dāng)前角速度，再用數(shù)值解決方法解“姿態(tài)角-角速度”微分方程，獲得當(dāng)前姿態(tài)角。

(6)事故現(xiàn)場的拍攝。當(dāng)微型直升機飛行到一定高度時，開啟攝像頭，將汽車周遭的信息拍攝下來，并通過無線通訊模塊將信息傳遞給移動終端，處理后存儲在車載黑匣子內(nèi)，同時也存儲在微型直升機自帶的存儲卡中。

進一步地，該系統(tǒng)還包括氣球彈射升空記錄模塊，在碰撞事故發(fā)生后，氣球彈射升空記錄模塊啟動氣球彈射升空拍照模式，彈射出內(nèi)有壓縮氦氣的氣球；該升空氣球有連接線與汽車連接，同時該氣球安裝攝像頭模塊、通信模塊、存儲模塊，攝像頭模塊安裝在氣球底部，且鏡頭對地面呈俯視模式，可實現(xiàn)對汽車及其周圍進行高空鳥瞰拍攝，氣球的通信模塊，將拍攝視頻或/和照片傳輸給汽車，并導(dǎo)入黑匣子，同時也可通過氣球攝像機自帶的存儲卡進行存儲。

本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明提供了一種新型的車載信息記錄系統(tǒng)，在原有的信息記錄系統(tǒng)上，對駕駛員的信息也進行了采集。具體采集了駕駛員的心率信號和眼動軌跡信號，據(jù)此獲取駕駛員的生理信息，輔助評估事發(fā)時駕駛員的精神狀態(tài)。在法院審理量刑時或在保險公司確定賠償方案時，事故時駕駛員的精神狀態(tài)是一項重要的參考數(shù)據(jù)。系統(tǒng)包括車載直升機模塊，由直升機嵌入式系統(tǒng)完成，當(dāng)汽車受到一定程度的碰撞后，微型直升機自動起飛拍攝汽車周遭的情況，防止重要信息因爆炸等原因而無法被記錄；根據(jù)事故時汽車的工作信息和駕駛員的精神狀態(tài)，可以最大程度地還原事故情形。

附圖說明

圖1為本發(fā)明系統(tǒng)整體框圖；

圖2為本發(fā)明眼動軌跡處理算法流程圖；

圖3為本發(fā)明直升機模塊控制系統(tǒng)方框圖；

圖4為本發(fā)明檢測到的汽車加速度數(shù)據(jù)；

圖5為本發(fā)明檢測到的汽車速度數(shù)據(jù)；

圖6為一個實施例檢測到的司機精神狀態(tài)數(shù)據(jù)；

圖7為另一個實施例檢測到的司機精神狀態(tài)數(shù)據(jù)。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進一步詳細(xì)說明。

如圖1所示，本發(fā)明提供了一種基于物聯(lián)網(wǎng)的車載信息記錄系統(tǒng),包括車載黑匣子模塊、車載直升機模塊、車載眼動軌跡獲取模塊、心率獲取模塊和移動終端模塊。

車載黑匣子模塊包括汽車的物理傳感器，獲取汽車的工作信息；直升機模塊在事故發(fā)生后第一時間獲取汽車周遭環(huán)境信息；眼動軌跡獲取模塊獲取駕駛元的眼動軌跡信號；心率獲取模塊獲取駕駛員的心率信號；上述模塊的時鐘信號由移動終端(可為車載電腦)提供，上述模塊所采集的信號傳輸給移動終端，由其處理分析；移動終端對信號處理分析后，將數(shù)據(jù)存入車載黑匣子中。

如圖2所示，所述移動終端對眼動軌跡獲取模塊輸入的圖像進行人臉識別，利用積分投影法識別瞳孔，采用Hough變換圓檢測方法，在經(jīng)邊緣提取和二值化處理后的圖像上建立眼部-臉部相對坐標(biāo)系，對瞳孔進行準(zhǔn)確定位和軌跡跟蹤。建立眼動-精神狀態(tài)關(guān)系評判模型，根據(jù)眼動軌跡的相關(guān)參數(shù)：如注視率、注視時間、眼動軌跡規(guī)律等，判斷駕駛員的精神狀態(tài)。

如圖3所示，所述車載直升機模塊由直升機嵌入式系統(tǒng)完成，該嵌入式系統(tǒng)包括微型直升機、ARM處理器、無線通訊模塊、壓電式碰撞傳感器、GPS傳感器、高度計、轉(zhuǎn)速測量儀、陀螺儀及攝像頭傳感器；當(dāng)汽車受到一定程度的碰撞后，微型直升機自動起飛拍攝汽車周遭的情況，防止重要信息因爆炸等原因而無法被記錄；所述車載直升機模塊對事故信息的記錄包括以下步驟：

(1)當(dāng)壓電式碰撞傳感器檢測到一定強度的碰撞時，輸出電壓發(fā)生變化，當(dāng)其超過設(shè)定值時，直升機升空；直升機升空模式有兩種：A、ARM處理器立即向微型直升機發(fā)出發(fā)射指令，發(fā)射微型直升機；B、汽車在存放直升機的位置(一般在車頂部)，設(shè)置自動彈射裝置，當(dāng)自動彈射裝置檢測到車體碰撞，如飛機飛行員座椅自動彈射模式將無人直升飛機按照設(shè)定的彈射力F彈射出去，F(xiàn)有預(yù)先設(shè)定的大小和方向，保證無人機能彈射到適當(dāng)?shù)母叨群头秶?，彈射的同時啟動無人直升機的電源，完成初始化，彈射到一定高度，無人直升機上的陀螺儀檢測到開始下降的拐點(就是力F下拋射直升機到拋物線最高點，地心引力方向的速度Vg＝0時，重力加速度可以檢測到速度垂直方向的變化——反向)，則自動開啟直升機螺旋槳，按照直升機姿態(tài)等控制模式平衡直升機；

(2)在模式A升空模式下，當(dāng)微型直升機收到發(fā)射指令時，首先執(zhí)行初始化任務(wù)，對操作系統(tǒng)自身以及外圍設(shè)備進行初始化；

(3)微型直升機的姿態(tài)控制。姿態(tài)控制是微小型無人直升機自主飛行控制的基礎(chǔ)，該直升機嵌入式系統(tǒng)選用PID控制方法分別對滾轉(zhuǎn)、俯仰和偏航三個通道進行協(xié)調(diào)控制。θ為俯仰角，φ為滾轉(zhuǎn)角，ψ為偏航角，統(tǒng)稱為姿態(tài)角；p、q、r為直升機角速度在體軸系的三分量。直升機姿態(tài)角與角速度之間的運動學(xué)關(guān)系：

利用數(shù)值解決方法解決微分方程，利用PID算法及角速度傳感器控制姿態(tài)角，穩(wěn)定控制微型直升機的飛行姿態(tài)。

(4)微型直升機的位置控制。模糊控制方法不需要對象的數(shù)學(xué)模型，而是模擬人的

思維方式對系統(tǒng)進行有效控制，具有魯棒性強，適合處理非線性等優(yōu)點。故采用模糊控制規(guī)律設(shè)計直升機閉環(huán)位置控制器，控制微型直升機在汽車上方一定高度做圓周運動。

(5)微型直升機的自主飛行。根據(jù)微型直升機的姿態(tài)、位置控制原理，采用雙閉環(huán)控制微型直升機的飛行。具體如下：根據(jù)GPS、高度計的信息確定直升機當(dāng)前位置。根據(jù)當(dāng)前位置，輸出飛行姿態(tài)：若高度低于設(shè)定值，輸出向上飛行的姿態(tài)；若高度高于設(shè)定值，輸出向下飛行的姿態(tài)；若高度在設(shè)定值，則輸出向左偏轉(zhuǎn)的飛行姿態(tài)，使其做圓周運動。PID控制器根據(jù)設(shè)定姿態(tài)與當(dāng)前姿態(tài)的偏差值，輸出控制信號控制舵機，舵機控制微型直升機的飛行。當(dāng)前姿態(tài)由陀螺儀傳感器獲得直升機當(dāng)前角速度，再用數(shù)值解決方法解“姿態(tài)角-角速度”微分方程，獲得當(dāng)前姿態(tài)角。

(6)事故現(xiàn)場的拍攝。當(dāng)微型直升機飛行到一定高度時，開啟攝像頭，將汽車周遭的信息拍攝下來，并通過無線通訊模塊將信息傳遞給移動終端，處理后存儲在車載黑匣子內(nèi)，同時也存儲在微型直升機自帶的存儲卡中。

事故發(fā)生后，警方或保險公司可讀取黑匣子中的信息，根據(jù)事故發(fā)生前后一定時間的數(shù)據(jù)，還原事故發(fā)生時汽車跟駕駛員的狀態(tài)即可厘清事故責(zé)任。以一起車禍撞人事故為例，事故發(fā)生后，讀取黑匣子中的信息。如圖4所示，t0時刻為車前攝像頭拍攝到行人出馬路的時刻，t1時刻加速度突變，即為司機踩剎車的時間，假設(shè)(t1-t0)為3s，遠(yuǎn)超正常反應(yīng)時間0.3s～1s。如圖5所示，在行人出馬路前汽車行駛速度正常，無超速責(zé)任。而司機所需要承擔(dān)的責(zé)任跟他事故前的精神狀態(tài)有很大關(guān)系。如果讀取的司機信息如圖6所示，司機在t0時刻前心跳速率正常，無酒駕嫌疑；但眼動軌跡慢，注釋率低，注視時間短，根據(jù)眼動-精神狀態(tài)模型判斷：司機極有可能是因為疲勞駕駛導(dǎo)致注意力不集中，反應(yīng)速度較慢。司機需要承擔(dān)較大的責(zé)任。而如果讀取的司機信息如圖7所示，司機在t0時刻前一段時間心跳突然加速，即有可能是因為某些原因?qū)е虑榫w緊張，或者是突發(fā)疾?。欢蹌榆壽E正常，注視率低，注視時間短，根據(jù)眼動-精神狀態(tài)模型判斷：司機未疲勞駕駛，但注意力低；綜合兩個模塊信息分析可得：司機極有可能是因為情緒緊張或突發(fā)疾病導(dǎo)致注意力無法集中，影響了反應(yīng)的速度。對于兩種不同的精神狀態(tài)所引起的車禍，司機所要承擔(dān)的責(zé)任明顯不同。

除此之外，該系統(tǒng)中在其他事故中也能發(fā)揮很大的作用。在兩車相撞致人死亡事故中，我們可以調(diào)取兩車碰撞前后的數(shù)據(jù)，如果在兩車碰撞前，受害人有心律明顯不正常，眼神渙散等情況發(fā)生，再結(jié)合受害人的病史分析，那么導(dǎo)致受害人死亡的原因極有可能是因為突發(fā)疾病，而非車禍。顯而易見，在還原分析一起車禍?zhǔn)鹿蕰r，汽車工作狀態(tài)與駕駛員精神狀態(tài)在同步時鐘下的參考數(shù)據(jù)是相當(dāng)重要的。

在特定碰撞事故發(fā)生后，除了直升機升空拍攝模式外，還有一種氣球彈射升空拍照模式，彈射出黃色或其他顏色氣球(內(nèi)有壓縮氦氣)。該升空氣球有連接線與汽車連接，同時該氣球安裝有攝像頭模塊、通信模塊、存儲模塊，攝像頭模塊安裝在氣球底部，且鏡頭對地面呈俯視模式，可實現(xiàn)對汽車及其周圍進行高空鳥瞰拍攝，氣球內(nèi)部的通信模塊，將拍攝視頻或/和照片傳輸給汽車，并導(dǎo)入黑匣子，同時氣球攝像機自帶一定容量的存儲卡也進行存儲，以備事后讀取。

氣球拍攝模式，在自由度及維度范圍要比微型直升飛機模式小，主要原因是受到攝像頭角度和位置的限制，僅僅能提供全景俯視鳥瞰圖，同時在事故后期，如果連鎖事故發(fā)生，很可能導(dǎo)致氣球與汽車連接線損毀，則氣球會飛向空中(特例：當(dāng)氣球重力與升力設(shè)計平衡，則也可以停留在空中)。