一种高速公路疲劳驾驶预警装置及方法与流程

本发明涉及道路交通安全技术领域，具体涉及一种高速公路疲劳驾驶预警装置及方法。

背景技术：

如今疲劳驾驶已成为引发交通事故的主要原因之一，由于高速公路车速快的特点，疲劳驾驶特别容易引发交通事故。

现如今，针对驾驶员疲劳驾驶的识别预警方案主要以车载的方式，利用摄像头结合处理算法识别驾驶员面部神态，并在出现疲劳驾驶的情况下发出警报，提醒驾驶员及时休息。然而，该方案因识别算法局限性，普遍存在受光照变化，车辆颠簸等问题的影响，容易产生误报、漏报的情况。另外由于采用车载的方式，仅在个别高端车型采用，若想实现大范围应用，在成本缩减及技术完善上还需一段时间。

另一方面，现有疲劳预警方法均以车载警报为主，具体主要以语音报警、车载震动装置及视觉图像提醒等方式，该系列方法的主要不足在于缺乏强制性，即驾驶员在接受到疲劳警报的情况下可以选择忽视警报继续疲劳驾驶且驾驶员即使接受预警也无法及时进行疲劳缓解，起不到预警的作用。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提出一种高速公路疲劳驾驶预警装置及方法，本发明利用摄像头识别驾驶员的年龄、性别及连续驾驶时间，从而确定驾驶员的疲劳状态，装置简单易于推广应用；且本装置设置于高速公路服务区附近，能够及时引导疲劳驾驶车辆进入服务区进行休息，从而大大提高预警的作用。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现。

技术方案一：

一种高速公路疲劳驾驶预警装置，包括：第一高清摄像头、第二高清摄像头、情报板、服务器和显示器；所述第一高清摄像头设置于高速公路上的服务区入口前，用于采集即将经过服务区的车辆信息；所述第二高清摄像头与第一高清摄像头对应的设置于该服务区出口处，用于采集服务区出口处的车辆信息；所述第一高清摄像头和第二高清摄像头分别通过光纤与所述服务器连接；

所述服务器设置于控制中心，用于处理第一高清摄像头和第二高清摄像头传输的车辆信息，识别车辆的车牌号码和驾驶员信息；并判断车辆是否处于疲劳驾驶状态，根据判断结果控制情报板和显示器显示相应信息；

所述情报板设置于服务区入口前，用于显示疲劳驾驶车辆的车牌号码并引导其进入服务区休息；

所述显示器位于控制中心，用于显示未进入服务区休息的疲劳驾驶车辆的车牌号码。

本发明技术方案一的特点和进一步的改进在于：

进一步的，所述车辆信息为数据采集时刻、车辆图像和驾驶员面部图像。

进一步的，所述第一高清摄像头设置于服务区入口前1000m处。

更进一步的，所述情报板设置于服务区入口前300m处。

进一步的，所述服务器与情报板通过光纤连接。

技术方案二：

一种高速公路疲劳驾驶预警方法，包括以下步骤：

步骤1，利用第一高清摄像头采集服务区入口前的车辆信息，并判断车辆是否处于疲劳驾驶状态，若是，则对疲劳驾驶车辆进行预警，并转至步骤2，否则，重新采集服务区入口前的车辆信息；

其中，所述车辆信息为采集时刻、车辆的图像和驾驶员面部图像；

步骤2，利用第二高清摄像头采集服务区出口处的车辆信息，并与疲劳驾驶车辆的车牌号码进行匹配，若疲劳驾驶车辆在预设匹配时间内匹配成功，则判断疲劳驾驶车辆已进入服务区休息，否则，对疲劳驾驶车辆进行二次预警。

本发明技术方案二的特点和进一步的改进在于：

进一步的，所述判断车辆是否处于疲劳驾驶状态，其具体为：

首先，通过对车辆图像的分析，识别车辆的车牌号码；

其次，通过对驾驶员面部图像的分析，提取驾驶员面部信息，并将其与居民身份信息库进行比对，确定驾驶员身份信息；其中，所述驾驶员身份信息为驾驶员的年龄、性别和驾龄；

再次，根据车辆的车牌号码在高速公路收费站系统中确定该驾驶员进入高速公路的时间。

最后，根据疲劳驾驶判定规则，判断车辆是否处于疲劳驾驶状态。

进一步地，所述通过对车辆图像的分析，识别车辆的车牌号码，具体为：(a)采用水平方向的一维梯度算子，对车辆的车牌进行粗定位；

其中，r、d分别为预设参数，其选取与图像中车牌的大小有关，t为车牌判断阈值；r/2+d大于车牌中字符笔画的宽度；

(b)采用像素平均值进行图像二值化，得到二值化图像；

其中，二值化的阈值为：g(i,j)为像素(i,j)的灰度值，图像的宽度为y，高度为x。

(c)采用水平方向投影值，确定车牌宽度方向区域位置；

设定图像的宽度为y，高度为x，设定数组hsum[i]存放水平方向的投影值；

自下而上搜索图像，确定车牌宽度方向区域位置为：

hsum[i+k]>m1≤k≤10；

其中，m为预设常数；

(d)采用垂直方向投影值确定车牌高度方向位置；

设定数组vsum[i]存放垂直方向的投影值，当vsum[i+k]>0时，确定为车牌高度方向位置；

(e)利用车牌的宽高比，确定车牌位置；

设nwidth为车牌区域的长度，nheight为车牌区域的高度，当3<(nwidth/nheight)<5时，确定该区域为车牌位置；

(f)利用训练好的车牌识别模型识别车牌位置处的车牌号码，得到相应车牌号码。

进一步的，所述疲劳驾驶判定规则具体为：

(a)驾驶员连续驾驶时间超过4小时；

(b)驾驶员驾龄小于十年且连续驾驶时间达到3.5小时；

(c)驾驶员为女性、驾龄小于十年且连续驾驶时间达到3小时；

若满足以上任一条件，则判断车辆处于疲劳驾驶状态。

进一步的，所述对疲劳驾驶车辆进行预警为：在情报板上显示疲劳驾驶车辆的车牌号码，并引导其进入服务区休息。

进一步的，所述与疲劳驾驶车辆的车牌号码进行匹配，具体为：识别车辆车牌号码后判断其与疲劳驾驶车辆的车牌号码是否相同。

进一步的，所述对疲劳驾驶车辆进行二次预警为服务器控制显示器显示未进入服务区休息的疲劳驾驶车辆信息，由控制中心人员对疲劳驾驶车辆进行人工二次预警。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

(1)本发明装置通过在服务区入口和出口设置摄像头，实现了对疲劳驾驶车辆进行两次预警的效果，且能够在预警后及时引导车辆进入服务区休息，大大提高预警效果，提高驾驶安全。

(2)本发明方法简单，与传统的车载检测方式相比，实现成本非常低，不需要对每一辆车进行改变，只需宏观的在公路上设置几个摄像头即可，这种方式易于推广实施，可实施性高。

附图说明

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。

图1为本发明的一种高速公路疲劳驾驶预警装置的结构示意图；

图2位本发明的一种高速公路疲劳驾驶预警方法流程示意图；

以上图中，1第一高清摄像头；2第二高清摄像头；3情报板；4服务区；5服务器；6显示器。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域的技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。

参考图1，本发明提供一种高速公路疲劳驾驶预警装置，包括：第一高清摄像头1、第二高清摄像头2、情报板3、服务器5和显示器6；所述第一高清摄像头1设置于高速公路上的服务区4入口前，用于采集即将经过服务区4的车辆信息；所述第二高清摄像头2与第一高清摄像头1对应的设置于该服务区4出口处，用于采集服务区4出口处的车辆信息；所述第一高清摄像头1和第二高清摄像头2分别通过光纤与所述服务器5连接；

所述服务器5设置于控制中心，用于处理第一高清摄像头1和第二高清摄像头2传输的车辆信息，识别车辆的车牌号码和驾驶员信息；并判断车辆是否处于疲劳驾驶状态，根据判断结果控制情报板3和显示器6显示相应信息；

所述情报板3设置于服务区4入口前，用于显示疲劳驾驶车辆的车牌号码并引导其进入服务区4休息；

所述显示器6位于控制中心，用于显示未进入服务区4休息的疲劳驾驶车辆的车牌号码。

上述实施例中，所述车辆信息为采集时刻、车辆图像和驾驶员面部图像。

上述实施例中，所述第一高清摄像头1设置于服务区4入口前1000m处，所述第二高清摄像头2设置于服务区4出口处，第一高清摄像头1和第二高清摄像头2设置于能够拍清楚驾驶员面部图像的位置，例如道路交通违章监控摄像头的安装处；所述情报板3设置于服务区4入口前300m处的路边。

上述实施例中，所述服务器5与情报板3通过光纤连接。

上述实施例中，显示器6为led显示器，控制中心为远程控制中心，有工作人员人工监视。

上述实施例中，情报板3用于显示疲劳驾驶车辆的车牌号码，以为疲劳驾驶车辆的驾驶员提出警示信息，并显示引导信息引导其进入服务区4休息。

参考图2，本发明还提供了一种高速公路疲劳驾驶预警方法，包括以下步骤：

步骤1，利用第一高清摄像头采集服务区入口前的车辆信息，并判断车辆是否处于疲劳驾驶状态，若是，则对疲劳驾驶车辆进行预警，并转至步骤2，否则，重新采集服务区入口前的车辆信息；

其中，所述车辆信息为车辆的图像和驾驶员面部图像；

具体地，判断车辆是否处于疲劳驾驶状态的具体过程为：

首先，通过对车辆图像的分析，识别车辆的车牌号码；

示例性地，通过对车辆图像的分析，识别车辆的车牌号码，具体过程为：

(a)采用水平方向的一维梯度算子，对车辆的车牌进行粗定位；

其中，r、d的选取与图像中车牌的大小有关，t为车牌判断阈值，用于对所选图像对比度的控制。r，d，t的选取可以根据输入图像的实际情况进行调整，只要保证r/2+d大于车牌中字符笔画的宽度可起到加强车牌区域边缘特征的作用。而根据车牌字符色与底色的对比度，t值一般可在30-50间选取。本实施例取r＝6，d＝6，t＝50。

(b)采用像素平均值进行图像二值化，得到二值化图像；

其中，二值化的阈值为：g(i,j)为像素(i,j)的灰度值，图像的宽度为y，高度为x。

(c)采用水平方向投影值，确定车牌宽度方向区域位置；

设定图像的宽度为y，高度为x，设定数组hsum[i]存放水平方向的投影值；

自下而上搜索图像，确定车牌宽度方向区域位置为：

hsum[i+k]>m1≤k≤10；

其中，m为预设常数；本实施例求得水平投影值后，依次从图像的下方开始查找，当满足以上条件时，即认为找到了牌照可能存在的区域；取m为10。

(d)采用垂直方向投影值确定车牌高度方向位置；

设定数组vsum[i]存放垂直方向的投影值，当vsum[i+k]>0时,确定为车牌高度方向位置；

(e)利用车牌的宽高比，确定车牌位置；

利用车牌的长宽比固有特性，去除不是车牌的区域。设nwidth为车牌区域的长度，nheight为车牌区域的高度，当3<(nwidth/nheight)<5时，确定该区域为车牌位置；

(f)利用训练好的车牌识别模型识别车牌位置处的车牌号码，得到相应车牌号码。

其次，通过对驾驶员面部图像的分析，提取驾驶员面部信息，并将其与居民身份信息库进行比对，确定驾驶员身份信息；其中，所述驾驶员身份信息为驾驶员的年龄、性别和驾龄；

具体过程为：

(1)驾驶员面部信息提取

首先，设置输入尺寸为12*12，生成候选区域，输出为每一部分的置信度与bounding-box位置，此步根据不同的阈值设定，会生成不同数量的候选区域，在实际裁剪的过程中，会根据图片尺寸设置尺度为图片比例的1/20；

其次，精炼网络，对第一步得到的候选区域，设置尺寸为24*24，通过第一步的置信度，设置一定的阈值同时利用非极大值抑制算法(nms)进行进一步过滤，得到置信度更加高同时较为准确的候选框；

最后为输出网络，对于上一阶段的图片，设置尺寸为48*48，然后结合人脸关键点的多任务学习，得到最终的输出候选框和人脸关键点的位置。

(2)依此逐一将居民身份信息库中的图像与所获得的驾驶员面部图像传入face++人脸对比接口实现人脸对比。

(3)对比完成后将反馈人脸对比结果的置信度，该值在0到100之间，并且值越大代表着两张人脸是同一个人的概率越大。

此处对置信度阈值进行设定，其含有1e-3、1e-4和1e-5三个数值，并且每个值都是0到100之间的浮点数，都代表着不同的误识率，若置信度的值小于1e-3的值，则几乎不可能是同一个人；若置信度的值大于1e-5，则是同一个人的概率非常高。并且此阈值并非是静态的，因此每一次对比得出的阈值都不一定相同。

再次，根据车辆的车牌号码在高速公路收费站系统中确定该驾驶员进入高速公路的时间。

最后，根据疲劳驾驶判定规则，判断车辆是否处于疲劳驾驶状态。

所述疲劳驾驶判定规则具体为：

(a)驾驶员连续驾驶时间超过4小时；

(b)驾驶员驾龄小于十年且连续驾驶时间达到3.5小时；

(c)驾驶员为女性、驾龄小于十年且连续驾驶时间达到3小时；

若满足以上任一条件，则判断车辆处于疲劳驾驶状态。

本发明的预警装置设置于高速公路的每个服务区附近，因此，对于在进入高速后已经进入服务区休息过的车辆，驾驶员的连续驾驶时间从上一次服务区出口处的第二高清摄像头捕捉到车辆信息时的时刻为起始时刻进行计算。

若发现疲劳驾驶车辆，则服务器控制情报板发布车辆车牌号码，以预警疲劳驾驶车辆并引导其进入前方服务区休息。

步骤2，利用第二高清摄像头采集服务区出口处的车辆信息，并与疲劳驾驶车辆的车牌号码进行匹配，若疲劳驾驶车辆在预设匹配时间内匹配成功，则判断疲劳驾驶车辆未进入服务区休息；则对疲劳驾驶车辆进行二次预警。

具体的，匹配成功是指疲劳驾驶车辆在一分钟内被第二高清摄像头铺捉到，即车辆的车牌号码和驾驶员与第一高清摄像头捕捉到的相同，而其车牌号码识别和驾驶员识别方法同步骤1相同，说明驾驶员未进入服务区休息，则服务器控制led显示器显示疲劳驾驶车辆信息，提醒控制中心工作人员对未休息的疲劳驾驶车辆进行二次预警。

本发明与现有的车载检测不同，通过简便的摄像头设置即可实现对高速公路疲劳驾驶车辆的预警，包括两次外界干预式预警，对疲劳驾驶车辆进行强制性预警；且本发明的预警的位置设置于服务区附近，能够及时的对疲劳驾驶车辆进行引导休息，达到真正的预警效果，提高高速公路驾驶安全性。另一方面，与传统的车载检测方式相比，本发明实现成本非常低，不需要对每一辆车进行改变，只需宏观的在公路上设置几个摄像头即可，这种方式易于推广实施，可实施性高。

本发明采用路侧装载摄像头的方式采集驾驶员人脸信息并记录驾驶时刻，所采集的人脸信息与所接入有关部门公民身份数据库比对，获取驾驶员身份包括性别、驾龄等信息，通过这一系列个性化数据确定驾驶员个性化疲劳驾驶时间阈值。若驾驶员实际驾驶时间超过该阈值，位于服务区前的路侧提醒装置(高音喇叭，路面灯光引导装置)将提醒并引导驾驶员及时进入服务区休息。若驾驶员未及时进入服务区休息，报警装置将触发，从而将驾驶员信息传递给道路交通管理部门做进一步处理，从而提高疲劳警报效果。

虽然，本说明书中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。