一种驾驶员疲劳检测装置的制作方法

本实用新型涉及人体状态检测装置领域，尤其涉及一种驾驶员疲劳检测装置。

背景技术：

目前，我国已经成为全球汽车制造中心和全球最大的汽车消费市场。根据公安部交管局发布的统计数据显示，截至2014年底，我国汽车保有量达到1.54亿辆，位居世界第二；根据2015年国民经济统计公报，2015年底全国民用汽车保有量达到1.72亿辆；2020年我国汽车保有量将达到2.80亿辆，2014年至2020年期间复合增长率为10.48％。中国机动车保有量仅为世界的1.9％，但交通事故死亡人数却占到了全球的15％，道路交通事故死亡人数连续数年居世界第一位，疲劳驾驶则是导致交通事故第二大诱因。同时驾驶员疲劳驾驶是引发交通事故的主要违法行为之一，是严重的安全隐患。疲劳驾驶是指驾驶员在长时间连续行车时，产生生理机能和心理机能的失调，出现驾驶技能下降的现象。驾驶员睡眠质量差或不足、长时间驾驶车辆，容易出现疲劳。疲劳驾驶会影响到驾驶员的注意力、思维判断和身体运动等方面。疲劳后继续驾驶车辆，会感到困倦瞌睡、四肢无力、注意力不集中、判断能力下降，甚至出现精神恍惚或瞬间记忆消失，出现动作迟误或过早，操作停顿或修正不当等不安全因素，极易发生道路交通事故。所以说有效的检测驾驶员是否疲劳驾驶是预防道路交通事故是否发生的重要手段。传统的检测手段或是通过驾驶员图像分析眨眼动作，或是分析驾驶员驾车操作，如车辆偏离中线、车辆制动时脚踏刹车的加速度信息，但是这些方法检测的是疲劳后期的表现，结果对交通事故的预防作用有限；采用生理信号可以有效的对早期疲劳进行识别，但是传统的检测方法需要佩戴专用的医学装置来检测(如通过脑电的方式)，笨重的装置和复杂的线路也会对驾驶员的操作和驾驶安全造成一定的影响。而在实际驾车环境中生理信号容易受到噪声影响，如果对采集生理信号不进行处理，可能会产生大量的虚假报警和漏报警。因此设计一种快捷轻便的装置来实现可靠准确的驾驶员疲劳驾驶检测是非常有必要的。

技术实现要素：

本实用新型的目的是针对以上不足之处，提供一种便携简单的驾驶员疲劳驾驶检测装置，能对疲劳程度进行实时的检测。

为实现上述实用新型目的，本实用新型的技术方案是：一种驾驶员疲劳检测装置，包括第一耳廓固定支架、第二耳廓固定支架，第一耳廓固定支架、第二耳廓固定支架分别固定在驾驶员的左耳廓、右耳廓上；所述第一耳廓固定支架底部通过第一柔性软管连接第一金属支撑电极，所述第二耳廓固定支架底部通过第二柔性软管连接第二金属支撑电极；所述第一金属支撑电极、第二金属支撑电极通过第三柔性软管连接，所述第三柔性软管中部设有控制单元；

所述第一耳廓固定支架底部对应驾驶员耳垂的部位设有第一反射式耳垂脉搏传感器，第二耳廓固定支架底部对应驾驶员耳垂的部位设有第二反射式耳垂脉搏传感器；所述第一反射式耳垂脉搏传感器、第二反射式耳垂脉搏传感器分别采集驾驶员左耳、右耳的脉搏数据；所述第一耳廓固定支架后部设有三轴加速度传感器、陀螺仪，所述三轴加速度传感器、陀螺仪采集驾驶员头部摆动的加速度数据；

所述第一金属支撑电极、第二支撑电极内侧面分别安装有第一心电传感器、第二心电传感器，所述第一金属支撑电极、第二支撑电极分别佩戴于驾驶员左锁骨、右锁骨上，支撑整个装置并实时采集驾驶员心电数据；

所述控制单元包括处理脉搏数据、加速度数据、心电数据的调理电路，根据检测结果响应的振动马达，能够无线充电的锂电池，以及判断驾驶员疲劳值、控制振动马达的控制芯片；所述控制单元佩戴于驾驶员后颈处；

所述第一反射式耳垂脉搏传感器、第二反射式耳垂脉搏传感器分别通过置于第一柔性软管、第二柔性软管、第三柔性软管中的导线与控制单元电连接，并将采集的左耳、右耳的脉搏数据传递至控制单元；所述三轴加速度传感器、陀螺仪通过置于第一柔性软管、第三柔性软管中的导线与控制单元电连接，并将采集的驾驶员头部摆动的加速度数据传递至控制单元；所述第一心电传感器、第二心电传感器分别通过置于第三柔性软管中的导线与控制单元电连接，并将采集的心电数据传递至控制单元；

所述第一反射式耳垂脉搏传感器、第二反射式耳垂脉搏传感器、三轴加速度传感器、陀螺仪、第一心电传感器、第二心电传感器、调理电路、振动马达、控制芯片均通过锂电池供电。

所述第一耳廓固定支架、第二耳廓固定支架采用硅胶材料；所述控制单元外设有轻质PVC材料外壳；所述第一金属支撑电极、第二支撑电极采用导电金属外壳。

本实用新型的有益效果是：

(1)在不影响正常驾驶操作下提取出驾驶员驾驶心电、两路脉搏以及头部运动信号；

(2)采用心电、两路脉搏传感器，以信号相关性筛选可信的信号，提高系统利用生理信号进行疲劳驾驶判断的可靠度；

(3)模糊融合两个序列计算的LF/HF能量比，提高系统判断的准确性；

(4)判断决策加入了生理信号和头部运动信号的疲劳判定指标，相对于单一的指标，进一步提高了疲劳早期预测和疲劳预测准确性。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为第一耳廓固定支架结构示意图；

图3为第一金属支撑电极结构示意图；

图4为第二金属支撑电极结构示意图；

图5为A、B序列产生流程图；

图6为A、B序列融合产生T序列流程图；

图7为判定是否疲劳驾驶的流程图。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

如图1-3所示，一种驾驶员疲劳检测装置，包括第一耳廓固定支架1、第二耳廓固定支架2，第一耳廓固定支架1、第二耳廓固定支架2分别固定在驾驶员的左耳廓、右耳廓上；所述第一耳廓固定支架1底部通过第一柔性软管3连接第一金属支撑电极5，所述第二耳廓固定支架2底部通过第二柔性软管4连接第二金属支撑电极6；所述第一金属支撑电极5、第二金属支撑电极6通过第三柔性软管7连接，所述第三柔性软管7中部设有控制单元8。

所述第一耳廓固定支架1底部对应驾驶员耳垂的部位设有第一反射式耳垂脉搏传感器9，第二耳廓固定支架2底部对应驾驶员耳垂的部位设有第二反射式耳垂脉搏传感器(未画出)；所述第一反射式耳垂脉搏传感器9、第二反射式耳垂脉搏传感器分别采集驾驶员左耳、右耳的脉搏数据；所述第一耳廓固定支架1后部设有三轴加速度传感器10、陀螺仪11，所述三轴加速度传感器10、陀螺仪11采集驾驶员头部摆动的加速度数据。

所述第一金属支撑电极5、第二支撑电极6内侧面分别安装有第一心电传感器12、第二心电传感器13，所述第一金属支撑电极5、第二支撑电极6分别佩戴于驾驶员左锁骨、右锁骨上，支撑整个装置并实时采集驾驶员心电数据。

所述控制单元8包括处理脉搏数据、加速度数据、心电数据的调理电路(未画出)，根据检测结果响应的振动马达(未画出)，能够无线充电的锂电池(未画出)，以及判断驾驶员疲劳值、控制振动马达的控制芯片(未画出)；所述控制单元8佩戴于驾驶员后颈处。

所述第一反射式耳垂脉搏传感器9、第二反射式耳垂脉搏传感器分别通过置于第一柔性软管3、第二柔性软管4、第三柔性软管7中的导线与控制单元8电连接，并将采集的左耳、右耳的脉搏数据传递至控制单元8；所述三轴加速度传感器10、陀螺仪11通过置于第一柔性软管3、第三柔性软管4中的导线与控制单元8电连接，并将采集的驾驶员头部摆动的加速度数据传递至控制单元8；所述第一心电传感器12、第二心电传感器13分别通过置于第三柔性软管7中的导线与控制单元8电连接，并将采集的心电数据传递至控制单元8。

所述第一反射式耳垂脉搏传感器9、第二反射式耳垂脉搏传感器、三轴加速度传感器10、陀螺仪11、第一心电传感器12、第二心电传感器13、调理电路、振动马达、控制芯片均通过锂电池供电。

所述第一耳廓固定支架1、第二耳廓固定支架2采用硅胶材料；所述控制单元8外设有轻质PVC材料外壳；所述第一金属支撑电极5、第二支撑电极6采用导电金属外壳。

本实用新型的驾驶员疲劳检测装置的检测方法，包括如下步骤

步骤S1：待驾驶员戴上监测装置后，启动装置。

步骤S2：第一金属支撑电极5的第一心电传感器12、第二金属支撑电极6的第二心电传感器13、第一耳廓固定支架1的第一反射式耳垂脉搏传感器9、第二耳廓固定支架2的第二反射式耳垂脉搏传感器开始采集，同时三轴加速度传感器10和陀螺仪11采集头部摆动的加速度数据，所采集的数据传至位于颈后的控制单元8。由算法和处理电路进行数据处理。

在步骤S2中，通过以下步骤判断驾驶员的疲劳值。

步骤S2-1：通过第一反射式耳垂脉搏传感器9、第二反射式耳垂脉搏传感器耳垂脉搏传感器，把数据传至控制单元8处理，判断左(Le)右耳(Re)脉搏的相关系数。

步骤S2-2：分析信号有效性，并获取RR间期序列T。

步骤S2-2-1：若相关系数≥0.9，则确认该脉搏信号可信，提取RR间期序列，并把其Le和Re间期序列命名X、Y，然后分别赋值给A、B序列，以便后面进行模糊融合。

若相关系数≤0.9，则检测心电信号R波和两路脉搏信号的峰值位置并提取两路脉搏信号和心电信号RR间期序列，两两计算上述三个序列的相关系数，取最大的相关系数ρ1，和次大的相关系数ρ2。提取ρ1和ρ2计算中共用序列，并赋值给A序列，产生ρ1的另一个序列赋值给B序列。

步骤S2-2-2：根据预先设定的权值分配策略融合A和B两个RR间期序列，并进一步进行心率变异性分析，A和B两个RR序列中对应第i个间期差小于50ms，输出最终用于心拍间期序列Ti＝0.5Ai+0.5Bi；否则，Ti＝0.7Ai+0.3Bi；

最终得到融合后RR间期序列T。

步骤S2-3：计算融合后的T序列的RR间期序列PSD谱，以0.15Hz作为HF(高频)和LF分解点，计算LF/HF。其中序列T的长度为N(要求N大于256)的功率谱密度(PSD)，PSD可以由快速傅里变换(FFT)方法或自回归滑动模型(AR)等求出。

步骤S2-4：通过三轴加速度传感器10和陀螺仪11，采集头部摆动加速度数据，并把数据传至控制单元8处理。通过三轴加速度传感器10可以测出x、y、z轴方向的加速度ax，ay，az，通过下式

计算合加速度s，并通过陀螺仪11测量x、y以及z轴方向的角速度ωx，ωy和ωz，通过对一定时间的积分作用，通过下式计算出头部在x、y以及z轴方向运动的弧度θx，θy和θz。

θ＝∑ωi

θ为泛指的θx，θy和θz，i为采样点，由以上公式可以估计出头部运动范围。

步骤S2-5：控制单元8会根据采集的信号持续的计算出θ、s，以及LF/HF结果，并将它们送入决策判断规则中。

考虑到驾驶员疲劳时，会出现打瞌睡，非自觉的头部晃动幅度加大的现象，同时，内在交感和副交感神经调节机制调节下，随着生理性疲劳程度增加会使得LF/HF增加。综合驾驶员头部运动状态和生理指标提出了疲劳判定决策规则如下：

(1)当LF/HF<0.6时，s和θ不再进行决策判断，系统以生理信号判断为主，判定此时驾驶员处于非疲劳状态；

(2)LF/HF>0.6，判定驾驶员出现疲劳中度预警，系统通过交互提醒驾驶员注意休息；启动头部运动检测，即s和θ参与决策判断；

(3)LF/HF>0.6，在1分钟时间窗内统计s超设定加速度阈值sT的次数K1(sT建议可取3个G的加速度值，也可以通过多次实验结果确定)，1s内x、y以及z轴方向的运动的弧度θx，θy和θz超过25度的次数K2，当K1和K2任意一个超过阙值Km次时(阙值Km建议取3次，也可以通过具体情况进行设置)，判定为严重疲劳状态。系统通过交互要求驾驶员强制休息。若K1和K2全未超过Km次时，判定为中度疲劳状态。系统通过交互提醒驾驶员需要休息。

所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。