一种疲劳驾驶监控预警方法及系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于疲劳驾驶检测技术领域，涉及一种疲劳驾驶监控预警方法及系统，特别是一种基于脑电信号和头部运动对疲劳驾驶进行监控预警的方法和系统。
【背景技术】
[0002]随着社会经济的高速发展，汽车的数量也迅猛提升，同时，交通事故也逐渐增多。世界卫生组织2009年的研究分析表明，37.91%的交通事故是由疲劳驾驶引起的。疲劳驾驶已经成为交通事故的重要因素，严重威胁着人们的生命和财产安全。因此，快速、实时、有效地检测疲劳驾驶状态并向驾驶员发出预警信号，将能有效地减少交通事故发生的概率。
[0003]疲劳驾驶是指驾驶员在长时间连续驾车后，产生心理机能和生理机能的失调，出现诸如视线模糊、反应迟钝、动作呆板、腰酸背疼、驾驶能力下降等现象。近年来，疲劳驾驶监测的研究发展迅速。目前，主要的监测方式有三种:一是基于驾驶员的自身特征，比如生理信号、面部表情的变化;二是基于驾驶员的行为特征，比如方向盘的控制;三是基于车辆运行特征，比如行车轨迹的变化。
[0004]目前，有基于疲劳时眼睛特征发生变化的监测系统，如中国专利公开号为CN104881956A所公开的通过PERCLOS(Percent Eye Closure)特征值检测驾驶员的疲劳程度。这种系统利用摄像头定位驾驶员的眼睛并进行一系列的判断，实时性好，检测成功率高，但易受光线的影响，有一定的局限性。
[0005]有基于疲劳时头部位置发生变化的监测系统，如中国专利公开号为CN204632055U所公开根据头部位置的变化规律判定驾驶员是否瞌睡。这种系统简单易行，但误判率高，不能对驾驶员的主观动作进行判断。
【发明内容】
[0006]有鉴于此，本发明的目的在于提供一种疲劳驾驶监控预警方法及系统，该方法和系统不仅能够及时检测出驾驶员是否处于疲劳驾驶状态，而且能对驾驶员的疲劳程度进行等级划分，给予相应的预警缓解疲劳，驾驶完成后，驾驶员可以根据一路上的疲劳等级进行自我反馈，提升安全驾驶质量。
[0007]为达到上述目的，本发明提供如下技术方案:
[0008]—种疲劳驾驶监控预警系统，该系统包括脑电信号采集分析模块1、加速度采集模块2、主控模块3、无线传输模块4以及预警模块5;
[0009]所述脑电信号采集分析模块I和加速度采集模块2分别与主控模块3进行电连接；主控模块3进一步与无线传输模块4以及预警模块5连接；
[0010]所述脑电信号采集分析模块I用于对驾驶员的脑电信号进行采集和分析，并将分析数据发送至主控模块3;
[0011]所述加速度采集模块2用于采集驾驶员头部的加速度信号，并向主控模块3发送三轴加速度值与角加速度值；
[0012]所述主控模块3用于对接收到的数据信号进行处理，判断驾驶员的疲劳驾驶等级，并发送相应的预警信息；
[0013]所述无线传输模块4，用于连接智能终端、车载系统或者云端，并向其发送驾驶过程中的疲劳等级；
[0014]所述预警模块5用于接收主控模块3发送的预警信息，并发出相应预警。
[0015]进一步，所述脑电信号采集分析模块I包括脑电信号采集模块11和脑电信号分析丰旲块12;
[0016]所述脑电信号采集模块11包括参考电极和信号电极，用于采集驾驶员的脑电信号；
[0017]所述脑电信号分析模块12用于对采集到的脑电信号进行分析处理和计算，并向主控模块发送注意力特征值和眨眼强度的参数。
[0018]进一步，所述主控模块3针对接收到的数据信息，结合注意力特征值、眨眼强度和头部运动三个参数对驾驶员进行疲劳检测，判断驾驶员的疲劳驾驶等级，并发送相应的预警信息。
[0019]进一步，所述预警模块5包括声预警模块51、光预警模块52和电预警模块53。
[0020]进一步，所述的脑电信号参考电极和声预警模块51为一个整体，以耳机的形式呈现;耳机外围金属片作为脑电信号参考电极，扬声器作为声预警模块51。
[0021]本发明还提供了一种疲劳驾驶监控预警方法，包括以下步骤:
[0022]S1:同步采集驾驶员行驶过程中的脑电信号和头部的加速度信号；
[0023]S2:分析计算采集的脑电信号，得到注意力特征值和眨眼强度;分析计算采集的加速度信号，得到头部运动情况；
[0024]S3:根据注意力特征值、眨眼强度和头部运动三个参数对疲劳驾驶进行判断和划分等级，其中注意力特征值为主要判断依据；
[0025]S4:若判断驾驶员处于疲劳状态，基于不同的疲劳等级对驾驶员发出不同程度的预警；
[0026]S5:通过无线传输，向智能终端、车载系统或云端实时推送驾驶员的驾驶状态和疲劳等级。
[0027]进一步，在步骤S3中，当注意力特征值小于一个阈值A并持续一段时间时，系统判定为疲劳，并通过注意力特征值、眨眼强度和头部运动三个参数对疲劳程度进行等级划分，每种疲劳等级对应不同程度的预警。
[0028]进一步，所述注意力特征值阈值A为动态阈值，由设定阈值和驾驶员开始驾驶时注意力特征值共同决定。
[0029]进一步，在步骤S3中，当眨眼强度大于阈值B并持续一段时间时，同时头部运动呈现低头规律时，系统判定为疲劳，并通过注意力特征值、眨眼强度和头部运动三个参数对疲劳程度进行等级划分，每种疲劳等级对应不同程度的预警。
[0030]进一步，所述眨眼强度阈值B为动态阈值，由设定阈值和驾驶员开始驾驶时眨眼强度特征值共同决定。
[0031]本发明的有益效果在于:I)疲劳驾驶检测功能完善，预警功能多样，利用注意力信息为主，眨眼强度和头部运动为辅的联合监测机制，检测成功率高，误判率低;2)不同的疲劳等级对应不同的预警模式，以不同强度的预警方式缓解疲劳，振奋精神;3)疲劳驾驶等级实时推送至手机终端和车载系统，驾驶员可以在驾驶结束后，进行积极的自我反馈，改善后续驾驶质量。
【附图说明】
[0032]为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明:
[0033]图1为疲劳驾驶监控预警系统的结构示意图；
[0034]图2为疲劳驾驶监控预警方法的流程图。
【具体实施方式】
[0035]下面将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。
[0036]图1为疲劳驾驶监控预警系统的结构示意图，如图所示，本系统包括脑电信号采集分析模块1、加速度采集模块2、主控模块3、无线传输模块4以及预警模块5。
[0037]其中，脑电信号采集分析模块I包括脑电信号采集模块11和脑电信号分析模块12;预警模块5包括声预警模块51，光预警模块52和电预警模块53。
[0038]各个模块功能如下:
[0039]脑电信号采集模块11，包括参考电极和信号电极，利用双电极系统采集驾驶员的脑电信号；脑电信号分析模块12，采用TGAM模块，将采集到的脑电信号进行分析处理和计算，向主控模块发送注意力特征值和眨眼强度的参数；
[0040]加速度采集模块2，利用加速度传感器采集驾驶员头部的加速度信号，并向主控模块发送三轴加速度值；
[0041 ]主控模块3，在本实施例中采用微处理器STM32F103V8，控制信号的采集和处理，结合注意力特征值、眨眼强度和头部运动三个参数对驾驶员进行疲劳检测，判断驾驶员是否疲劳，如果判断疲劳，进一步判断疲劳驾驶等级，并发送相应的预警信息；
[0042]无线传输模块4，采用蓝牙4.0芯片，可以连接智能终端和车载系统，并向其发送驾驶过程中的疲劳等级;采用移动通信模块，可将驾驶员状态发送到云端。
[0043]预警模块5，包括声预警模块51，光预警模块52和电预警模块53，接收主控模块发送的预警信息，并发出相应预警；
[0044]其中，声预警模块51采用佩戴式耳机，提供声音预警和播放音乐缓解疲劳;光预警模块52采用LED灯，提供不同频率的闪光预警；电预警模块53采用震动模块，提供不同幅度的震动预警;耳机模块包括参考电极和声预警模块51，将两个模块结合，提高装置的小型化和舒适度。
[0045]图2所示为疲劳驾驶监控预警方法的流程图，本方法具体步骤如下:
[0046]步骤1:同步采集驾驶员行驶过程中的脑电信号和头部的加速度信号。
[0047]利用耳机上的参考电极和额头的信号电极采集驾驶员的脑电信号，并将数据传入脑电信号分析模块。利用例如ADI公司