一種融合心電信號(hào)和手握方向盤壓力的疲勞駕駛檢測(cè)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及汽車行車安全領(lǐng)域，特別是涉及一種融合心電信號(hào)和手握方向盤壓力 的疲勞駕駛檢測(cè)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來(lái)，隨著汽車保有量和機(jī)動(dòng)車駕駛?cè)说臄?shù)量迅速增加，道路交通安全問(wèn)題已 成為社會(huì)焦點(diǎn)。疲勞駕駛是造成特大交通事故的主要原因。因此，研究駕駛疲勞的檢測(cè)，對(duì) 于事故預(yù)防和改善交通安全狀況具有重大意義。引起駕駛疲勞的原因很多，最常見(jiàn)的有單 調(diào)的環(huán)境，駕駛時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，缺少睡眠等。一些研究采用主觀測(cè)量和精神測(cè)試來(lái)評(píng)測(cè)疲勞，如 反應(yīng)時(shí)間、注意力集中度和睡眠尺度量表等。最近幾年的研究中，駕駛疲勞檢測(cè)傾向于選擇 較為客觀的方法，如心電生理參數(shù)指標(biāo)、呼吸頻率檢測(cè)、面部識(shí)別等。本文通過(guò)模擬駕駛實(shí) 驗(yàn)，采集了 19位被試者的心電以及對(duì)方向盤的握力數(shù)據(jù)并進(jìn)行分析。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，心率 指數(shù)（Fi3/a)能較好地判斷駕駛清醒和疲勞狀態(tài)但是容易出現(xiàn)誤判的情況如有些心率緩 慢的駕駛員長(zhǎng)時(shí)間安靜單調(diào)駕駛也會(huì)誤判成疲勞狀態(tài)，故引入方向盤的握力檢測(cè)提出一種 融合算法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明針對(duì)目前單一疲勞檢測(cè)指標(biāo)的疲勞駕駛監(jiān)測(cè)手段的局限性提出了一個(gè)針 對(duì)心率參數(shù)和手握方向盤壓力參數(shù)融合參數(shù)指標(biāo)提出一種更科學(xué)準(zhǔn)確低誤報(bào)性監(jiān)測(cè)手段。
[0004] 本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)上述目的，采用如下技術(shù)方案：
[0005] -種融合心電信號(hào)和手握方向盤壓力的疲勞駕駛檢測(cè)方法，其特征在于包括下述 步驟：
[0006] (1)建立疲勞檢測(cè)模型：
[0007] 1. 1采集駕駛員的心電信號(hào)以及手握方向盤壓力信號(hào)，并對(duì)信號(hào)進(jìn)行濾波處理；
[0008] 1.2將心電信號(hào)和手握方向盤壓力信號(hào)數(shù)據(jù)導(dǎo)入疲勞方程繪制疲勞曲線；
[0009] 1. 3根據(jù)駕駛員的實(shí)際疲勞狀態(tài)和疲勞曲線建立疲勞檢測(cè)模型；
[0010] (2)疲勞駕駛報(bào)警：
[0011] 2. 1采集駕駛員的心電信號(hào)以及手握方向盤壓力信號(hào)，并對(duì)信號(hào)進(jìn)行濾波處理；
[0012] 2. 2將心電信號(hào)和手握方向盤壓力信號(hào)數(shù)據(jù)導(dǎo)入疲勞方程，并與已建立的疲勞檢 測(cè)模型相比較，如果符合疲勞駕駛預(yù)定模板，則發(fā)出報(bào)警信號(hào)。
[0013] 其進(jìn)一步特征在于：所述疲勞方程為，
[0015] 其中σ為心率系數(shù)，P為壓力系數(shù)，α為心率指數(shù)，β為壓力指數(shù)，Cr為駕駛時(shí) 的心率，Cr_為駕駛準(zhǔn)備時(shí)平均心率，Wp為駕駛時(shí)手握方向盤壓力，Wp_為駕駛準(zhǔn)備時(shí)手握 方向盤平均壓力，F(xiàn)i為駕駛間疲勞指數(shù)。
[0016] 所述疲勞檢測(cè)模型為，
[0017] 當(dāng)Fi〈0. 80為警醒狀態(tài)；
[0018] 當(dāng)Fi值為0· 80~0· 85時(shí)為興奮狀態(tài)；
[0019] 當(dāng)Fi值為0· 86~0· 90時(shí)為清醒狀態(tài)；
[0020] 當(dāng)Fi值為0.91~0.95時(shí)為稍困狀態(tài)；
[0021] 當(dāng)Fi值為0.96~1.00時(shí)為瞌睡狀態(tài)；
[0022] 當(dāng)Fi>l. 00時(shí)為睡眠狀態(tài)。
[0023] 所述疲勞駕駛預(yù)定模板為Fi多0· 96。
[0024] 上述心電信號(hào)的采集方法為，利用差分閾值的方法駕駛員檢測(cè)QRS波，得到RR間 期序列，并將誤檢、漏檢和異常的QRS波從RR間期序列中刪除；以lmin為時(shí)間窗口，計(jì)算RR 間期的均值，再以60除以均值，就得到心率beats/min，15s為窗口前移步長(zhǎng)，即重疊窗口為 45s；
[0025] 計(jì)算公式為：
[0027] 本發(fā)明通過(guò)單導(dǎo)聯(lián)心電采集設(shè)備采集到駕駛員實(shí)時(shí)心電信號(hào)并通過(guò)方向盤上壓 力傳感器實(shí)時(shí)獲取手握力數(shù)據(jù)，兩組數(shù)據(jù)導(dǎo)入疲勞駕駛指數(shù)融合方程并繪制方程曲線對(duì)照 疲勞駕駛參考評(píng)價(jià)表對(duì)駕駛員疲勞狀態(tài)作出實(shí)時(shí)評(píng)價(jià)。本發(fā)明方法對(duì)疲勞駕駛的檢測(cè)更為 合理和準(zhǔn)確，從而避免了疲勞駕駛的誤判。
【附圖說(shuō)明】
[0028] 圖1為建立疲勞檢測(cè)模型流程圖。
[0029] 圖2為疲勞駕駛報(bào)警流程圖。
[0030] 圖3為駕駛員心率示意圖。
[0031] 圖4為駕駛員疲勞曲線示意圖，其中FatigueDrivingIndex為疲勞駕駛指數(shù)，F(xiàn)i 為疲勞指數(shù)，I為時(shí)間段。
【具體實(shí)施方式】
[0032] -種融合心電信號(hào)和手握方向盤壓力的疲勞駕駛檢測(cè)方法包括建立疲勞檢測(cè)模 型和疲勞駕駛報(bào)警步驟。
[0033] 如圖1所示建立疲勞檢測(cè)模型步驟為：
[0034] 1. 1采集駕駛員的心電信號(hào)以及手握方向盤壓力信號(hào)，并對(duì)信號(hào)進(jìn)行濾波處理；
[0035] 1. 2將心電信號(hào)和手握方向盤壓力信號(hào)數(shù)據(jù)導(dǎo)入疲勞方程繪制疲勞曲線；
[0036] 1. 3根據(jù)駕駛員的實(shí)際疲勞狀態(tài)和疲勞曲線建立疲勞檢測(cè)模型。
[0037] 如圖2所示疲勞駕駛報(bào)警步驟為：
[0038] 2. 1采集駕駛員的心電信號(hào)以及手握方向盤壓力信號(hào)，并對(duì)信號(hào)進(jìn)行濾波處理；
[0039] 2. 2將心電信號(hào)和手握方向盤壓力信號(hào)數(shù)據(jù)導(dǎo)入疲勞方程，并與已建立的疲勞檢 測(cè)模型相比較，如果符合疲勞駕駛預(yù)定模板，則發(fā)出報(bào)警信號(hào)。
[0040] 駕駛員的心率如圖3所示，分析較為簡(jiǎn)單、直觀。研究表明心率的變化對(duì)于描述 駕駛疲勞具有潛在的意義。利用差分閾值的方法檢測(cè)QRS波，得到RR間期序列，RR間期就 是兩個(gè)R波峰之間的時(shí)間距離，并將誤檢、漏檢和異常的QRS波從RR間期序列中刪除。為 了得到心率，lmin為時(shí)間窗口，計(jì)算RR間期的均值，再以60除以均值，就得到心率（beats/
min)。15s為窗口前移步長(zhǎng)，即重疊窗口為45s。計(jì)算公式如下： (CR代表心率、mean(RRinterval)即平均RR間期）。
[0041] 從現(xiàn)有技術(shù)的研究可知，心率在整個(gè)駕駛過(guò)程中的變化是呈下降趨勢(shì)的，在最后 一個(gè)階段，也就是單調(diào)駕駛階段，心率顯著下降。使用方差分析心率在駕駛前后變化的程度 與方向，所有的被試者都有顯著性的下降（P〈〇. 01)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，隨著駕駛過(guò)程的進(jìn)行， 被試者在生理上心跳下降，心率降低并且在駕駛過(guò)程中的手握方向盤壓力在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程 中的變化是承下降趨勢(shì)的，這兩個(gè)相關(guān)因素都和駕駛員疲勞狀態(tài)有直接關(guān)系，為了更好的 判斷疲勞狀態(tài)我們分析大量數(shù)據(jù)做融合處理得出的經(jīng)驗(yàn)公式：
[0043] 其中σ為心率系數(shù)，P為壓力系數(shù)，α為心率指數(shù)，β為壓力指數(shù)，Cr為駕駛時(shí) 的心率，Cr_為駕駛準(zhǔn)備時(shí)平均心率，Wp為駕駛時(shí)手握方向盤壓力，Wp_為駕駛準(zhǔn)備時(shí)手握 方向盤平均壓力，F(xiàn)i為駕駛間疲勞指數(shù)。
[0044] 圖4是一組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)曲線，根據(jù)疲勞尺度表發(fā)現(xiàn)在第10階段以后我們被測(cè)駕駛員 出現(xiàn)了瞌睡跡象。根據(jù)此制定了一個(gè)疲勞尺度表這樣我們可以直接通過(guò)此表分析心率數(shù)據(jù) 和駕駛員手握方向盤壓力數(shù)據(jù)得出駕駛員當(dāng)前疲勞程度。
[0045]
[0046] 根據(jù)上述的疲勞尺度表，設(shè)定疲勞駕駛預(yù)定模板為達(dá)到瞌睡標(biāo)準(zhǔn)（疲勞指數(shù) 彡0.96)即可開始報(bào)警。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種融合屯、電信號(hào)和手握方向盤壓力的疲勞駕駛檢測(cè)方法，其特征在于包括下述步 驟： (1) 建立疲勞檢測(cè)模型： 1. 1采集駕駛員的屯、電信號(hào)W及手握方向盤壓力信號(hào)，并對(duì)信號(hào)進(jìn)行濾波處理； 1. 2將屯、電信號(hào)和手握方向盤壓力信號(hào)數(shù)據(jù)導(dǎo)入疲勞方程繪制疲勞曲線； 1. 3根據(jù)駕駛員的實(shí)際疲勞狀態(tài)和疲勞曲線建立疲勞檢測(cè)模型； (2) 疲勞駕駛報(bào)警： 2. 1采集駕駛員的屯、電信號(hào)W及手握方向盤壓力信號(hào)，并對(duì)信號(hào)進(jìn)行濾波處理； 2. 2將屯、電信號(hào)和手握方向盤壓力信號(hào)數(shù)據(jù)導(dǎo)入疲勞方程，并與已建立的疲勞檢測(cè)模 型相比較，如果符合疲勞駕駛預(yù)定模板，則發(fā)出報(bào)警信號(hào)。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的融合屯、電信號(hào)和手握方向盤壓力的疲勞駕駛檢測(cè)方法，其特 征在于：所述疲勞方程為：其中σ為屯、率系數(shù)，P為壓力系數(shù)，α為屯、率指數(shù)，β為壓力指數(shù)，化為駕駛時(shí)的屯、 率，Cr_為駕駛準(zhǔn)備時(shí)平均屯、率，Wp為駕駛時(shí)手握方向盤壓力，Wp_為駕駛準(zhǔn)備時(shí)手握方向 盤平均壓力，F(xiàn)i為駕駛間疲勞指數(shù)。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的融合屯、電信號(hào)和手握方向盤壓力的疲勞駕駛檢測(cè)方法，其特 征在于：所述疲勞檢測(cè)模型為， 當(dāng)FKO. 80為警醒狀態(tài)； 當(dāng)Fi值為0. 80~0. 85時(shí)為興奮狀態(tài)； 當(dāng)Fi值為0. 86~0. 90時(shí)為清醒狀態(tài)； 當(dāng)Fi值為0. 91~0. 95時(shí)為稍困狀態(tài)； 當(dāng)Fi值為0. 96~1. 00時(shí)為磕睡狀態(tài)； 當(dāng)Fi〉1.00時(shí)為睡眠狀態(tài)。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的融合屯、電信號(hào)和手握方向盤壓力的疲勞駕駛檢測(cè)方法，其特 征在于：所述疲勞駕駛預(yù)定模板為Fi> 0. 96。5. 根據(jù)權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)所述的融合屯、電信號(hào)和手握方向盤壓力的疲勞駕駛檢測(cè) 方法，其特征在于：所述屯、電信號(hào)的采集方法為，利用差分闊值的方法駕駛員檢測(cè)QRS波， 得到RR間期序列，并將誤檢、漏檢和異常的QRS波從RR間期序列中刪除；WImin為時(shí)間窗 口，計(jì)算RR間期的均值，再W60除W均值，就得到屯、率beats/min，15s為窗口前移步長(zhǎng)，即 重疊窗口為45s;計(jì)算公式為：Cr代表屯、率，mean(RRinte;rval)即平均RR間期。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種融合心電信號(hào)和手握方向盤壓力的疲勞駕駛檢測(cè)方法，其特征在于包括a、心電信號(hào)采集、手握方向盤壓力信號(hào)采集；b、根據(jù)手握方向盤壓力變換以及心率變異性特征建立的疲勞評(píng)價(jià)融合算法；c、通過(guò)采集心電信號(hào)以及手握方向盤壓力信號(hào)導(dǎo)入到步驟b中疲勞評(píng)價(jià)算法來(lái)判定駕駛員是否疲勞駕駛。該檢測(cè)方法通過(guò)監(jiān)測(cè)駕駛員自體生理信號(hào)和手握方向盤壓力能夠更直接準(zhǔn)確的判斷駕駛清醒和疲勞狀態(tài)。本發(fā)明采集到駕駛員實(shí)時(shí)心電信號(hào)并實(shí)時(shí)獲取手握力數(shù)據(jù)，兩組數(shù)據(jù)導(dǎo)入疲勞駕駛指數(shù)融合方程并繪制方程曲線對(duì)照疲勞駕駛參考評(píng)價(jià)表對(duì)駕駛員疲勞狀態(tài)作出實(shí)時(shí)評(píng)價(jià)。本發(fā)明方法對(duì)疲勞駕駛的檢測(cè)更為合理和準(zhǔn)確，從而避免了疲勞駕駛的誤判。
【IPC分類】G08B21/06, A61B5/0245
【公開號(hào)】CN105243789
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510549054
【發(fā)明人】吳健康, 管仲達(dá), 戴仲升, 韓禹, 顧冬冬
【申請(qǐng)人】江蘇智海電子技術(shù)有限公司
【公開日】2016年1月13日
【申請(qǐng)日】2015年8月31日