一种车用主动式智能安全监控仪器的制作方法

专利名称：一种车用主动式智能安全监控仪器的制作方法
技术领域：
本发明涉及汽车电子和人工智能领域。具体公开一种车用主动式智能安全监控仪 器及其监控方法，用于汽车主动安全检测和报警求助。可达到GPS/GSM集成移动定位、高速 公路超速报警、车辆定位防盗自动报警、车辆定位防抢报警、防疲劳驾驶警示、重大交通事 故自动定位报警求助等功能。
背景技术：
汽车电子发展的一大趋势是安全性。市场对于能够保证驾驶更加安全的技术和产 品有着庞大的需求。现在已经在被动安全技术取得了重大的进展，如碰撞传感器、气囊、安 全带、随动转向结构、以及金属板冲撞区等产品。但是，最新的发展方向是主动安全性，通过 采用传感器、嵌入式系统等技术，用于提醒驾驶者安全控制汽车、防盗、防抢、自动求助。国内外的相关研究主要集中在定位、防疲劳驾驶、电子防盗技术三方面，不过都是 单一功能和单一产品。欧盟在交通事故求助报警方面有些研究。1、定位技术。移动定位技术目前广泛应用的是GPS，但GPS在建筑物密集的城市 基本起不到作用。为弥补这个不足，在城市定位中还应用了 GPS0NE，据说定位精度可达到 5-50米，但实际应用开发误差极大，有时达到1000米以上，技术不够成熟。2、防疲劳驾驶技术。国外对于这种技术都在研究中，开发出了一些产品，但需要 改装汽车或重新设计且价格高昂，目前已经有部分高级轿车在应用。如美国Attention Technologies公司推出的Driver Fatigue Monitor (DD850)通过红外摄像头采集驾驶人眼 部信息，采用PERCL0S作为疲劳报警指标，可直接安装在仪表盘上，但只有晚上才有效，且 眼部信息采集误差极大，对于眼睛很小的人或戴墨镜的驾驶员几乎不起作用；美国Digital Installations开发的S. A. M.疲劳报警装置利用置于方向盘下方的磁性条检测方向盘转 角，如果一段时间内驾驶员没有对方向盘进行任何修正操作，则系统推断驾驶员进入疲劳 状态，并触发报警。但如果在蛇形路、连续弯道、盘山路、环形路中误报非常严重。国内对驾驶人安全状态监测技术的研究起步较晚，相关研究主要在大学等研究机 构进行。相关领域的研究主要集中在基于视频信号的驾驶人眼部生理特征的研究方面，且 目前各种算法在识别精度、可靠性、实时性等基础性能方面尚存在问题。3、电子防盗技术。国内外电子防盗器主要有三种。中控式防盗比较实用，拥有特 殊锁紧螺母的防盗器可以应付一般的偷车贼；单向防盗器具有遥控锁车功能，遇到异常震 动时会报警；双向防盗器进行了改进，能够在遥控器上显示车辆状态，更为直观。但当车主 用遥控器开关车门时，藏在附近的偷车贼可以用接收器盗取信号并解码。目前无论哪种防 盗技术，车主远离汽车后都失控，且车被盗后无踪可觅。4、交通事故自动报警。目前国内尚无此方面的研究和相关产品。欧盟有一种求助 系统是发生碰撞安全气囊打开而触发报警。如果安全气囊不爆出，如坠落、多数车侧碰等， 则无法实现。本发明设计思想来源于汽车主动安全仪器的实际需求，目前为国内外第一款功能集成性汽车主动安全监控仪器。本发明集多种实用功能于一体，且功能并不是简单累加，而 是关键技术相互补充，达到一加一大于二的效果。所采用、集成和创新的技术提高了安全监 控效果且价格低廉。

发明内容
本发明的目的是提供一种车用主动式智能安全监控仪器及其监控方法。该仪器利 用GPS实现定位、位移防盗、测速、计时，利用GSM实现辅助定位、SMS自动报警，利用CCD结 合模式识别监控疲劳驾驶、盗窃、抢劫和交通事故状态，利用加速度传感器检测交通事故强 度。本发明可达到GPS/GSM集成移动定位、高速公路超速报警、车辆定位防盗自动报警、车 辆定位防抢报警、防疲劳驾驶警示、重大交通事故自动定位报警求助等功能。本发明解决上述问题所采用的技术方案是车用主动式智能安全监控仪器(简称安监仪)，其特征在于包括嵌入式系统(以 嵌入式微处理器为核心，监控程序和相关算法固化在芯片中)、GPS模块、GSM模块、SIM卡 读卡器、蜂鸣警报器、CCD摄像头、多轴加速度传感器、供电系统(包括锂离子电池、太阳能 电池、电源适配器接口)、机壳(含锂电池和SIM卡盖)、功能板(位于机壳上，含电源指示 灯、防盗遥控接收器、防抢遥控接收器、警报器中断按键)、集成电路板，无线电防盗遥控器、 卡扣式无线电防抢遥控器、电源适配器。嵌入式系统以嵌入式微处理器为核心，监控程序和相关算法固化在芯片中，通过 集成电路与GPS模块、GSM模块、蜂鸣警报器、CCD摄像头、多轴加速度传感器、供电系统、功 能板、锂电池和SIM卡盖连接，接收GPS、GSM、(XD、多轴加速度传感器、功能板和锂电池和 SIM卡盖的信息，并发送控制信号给GSM、蜂鸣警报器；GPS模块通过集成电路与嵌入式微处理器和供电系统连接，接收卫星定位数据并 将格式数据(含经度、纬度、日期、时间、速度、方位角等)不断传送给嵌入式微处理器；GSM模块通过集成电路与嵌入式微处理器、供电系统和SIM卡读卡器连接，接受嵌 入式系统的指令以SMS方式通过SIM卡向特定接收人发送报警求助信息，或通过SIM卡接 受外部定位指令，GSM利用基站三角定位法通过AT指令(需在移动服务提供商处开通)将 所在区域的位置信息以SMS发送给外部接收人；SIM卡读卡器通过连接电路与GSM模块连接，容纳SIM卡片；蜂鸣警报器通过集成电路与嵌入式微处理器和供电系统连接，接收嵌入式系统的 控制指令发出警报鸣叫；(XD摄像头通过连接电路与集成电路板之嵌入式微处理器、供电系统连接，将采集 到的视频信号传送给嵌入式系统，嵌入式系统利用模式识别技术和算法进行信息处理和信 号检测，判定环境状态，当达到设定阀值则向相应部件发出控制信号；多轴加速度传感器通过集成电路与嵌入式微处理器和供电系统连接，将检测到的 各轴向加速度或减速度变化转化成电压值送给嵌入式系统，嵌入式系统利用模式识别技术 和算法进行信息处理和信号检测，判定环境状态，当达到设定阀值则向相应部件发出控制 信号；供电系统通过输电电路与锂电池和SIM卡盖、功能板、集成电路板连接，通过集成 电路板与嵌入式微处理器、GPS模块、GSM模块、蜂鸣警报器、CCD摄像头、多轴加速度传感器连接起来，提供所需电力。供电系统由锂离子电池和太阳能电池构成，可用电源适配器接口 连接电源适配器通过车内点烟器接口给锂离子电池充电或直接使用车载蓄电池电力；机壳为安监仪外壳，所述功能板位于机壳上，通过连接电路和集成电路板上的嵌 入式微处理器、供电系统连接。防盗遥控接收器接收防盗遥控器启动指令并传送给嵌入式 系统，启动防盗程序，车辆进入布防状态；防盗遥控接收器接收防盗遥控器关闭指令并传送 给嵌入式系统，关闭防盗程序，车辆进入撤防状态；防抢遥控接收器接收卡扣式防抢遥控器 报警指令并传送给嵌入式系统，启动防抢程序，GSM模块在嵌入式系统控制下向特定接收人 发出抢劫报警信息；按压警报器中断按键被则继电器断开，蜂鸣警报器停止鸣叫；电源灯 直接和供电系统连接，有电红灯长亮，低电红灯闪烁，没电灯熄灭；锂电池和SIM卡盖位于机壳上，设置常开电路，通过连接电路和供电系统、集成电 路板上的微处理器连接，当车处于布防状态时，锂电池和SIM卡盖被打开则常开电路中断， 嵌入式系统检测到该信号启动防盗报警程序；当车处于撤防状态时，锂电池和SIM卡盖常 开电路处于中断状态；集成电路板承载嵌入式微处理器、GPS模块、GSM模块、多轴加速度传感器、蜂鸣警 报器和其它一些辅助电气元件，通过印刷电路与各部件边为一体；无线电防盗遥控器，由芯片、触发电路、按钮、钮扣电池和发射器组成，布防和撤防 时按相应按钮。无线电遥控可进行编码设计，保证一机一码；卡扣式无线电防抢遥控器，可卡在方向盘左手边，以利于驾驶员在紧急情况下隐 蔽触发，由芯片、触发电路、按钮、钮扣电池和发射器组成，抢劫发生时按下按钮，可发射无 线电信号进而启动安监仪的防抢程序。无线电遥控可进行编码设计，保证一机一码；电源适配器由仪器接口、电路、变压器和车载点烟器接口组成，将点烟器12V输入 电压转换需要的输出电压，在安监仪低电或无电时进行充电或直接给安监仪供电。所述的车用主动式智能安全监控仪器(XD采用红外摄像头，俯仰角度和左右角度 可在一定范围内调整。所述的车用主动式智能安全监控仪器多轴加速度传感器是线加速度计。所述的车用主动式智能安全监控仪器无线电防盗遥控器可与车钥匙一体化设计， 锁车则启动防盗程序进入布防状态，开门则关闭防盗程序进入撤防状态。所述的车用主动式智能安全监控仪器可以吸盘方式安装于汽车前挡风玻璃左上 部或中间下部，亦可以粘贴方式安装于操作台顶部中间。本发明所述的监控方法特征在于，根据安监仪的不同功能，其监控方法不同，安监 仪具有GPS/GSM集成移动定位、高速公路超速报警、定位防盗自动报警、定位防抢报警、防 疲劳驾驶警示、重大交通事故自动定位报警求助等6种功能及监控方法，其中GPS/GSM集成移动定位监控方法如下(1)车辆通过安监仪GPS模块将自身有关信息传送给监控中心的监控计算机；(2)监控中心的监控计算机将有关信息转换到GIS系统或存储的电子地图中；(3)GIS或电子地图根据坐标数据显示车辆具体位置；(4)若在城市等建筑物密集区，GPS无法定位时，监控中心通过短消息广播请求各 监控对象位置；(5)车辆通过安监仪GSM模块(三角定位法)将自身信息以SMS全部发送到短消息业务中心；(6)监控中心通过中继线路(如DDN)从短消息业务中心获取数据并利用GIS或电 子地图确定车辆具体位置。高速公路超速报警监控方法如下(1)安监仪根据不同区域高速公路对不同种类车辆限速标准设定超速阀值(如辽 宁省高速公路轿车限速120km/h，客车限速110km/h，货车限速100km/h)； (2)车辆通过安监仪GPS模块采集相对位移速度并传送给嵌入式系统；(3)当车辆行驶速度超过设定阀值，嵌入式系统发送报警控制信号给蜂鸣警报器 逻辑电路继电器；(4)继电器接通电路蜂鸣警报器鸣叫，车辆降到阀值速度以下，在嵌入式系统控制 下30秒后断开电路，亦可人工按压警报器中断按键断开电路，停止鸣叫；(5)车辆降到阀值速度以下后，安监仪启动新一轮超速报警程序。定位防盗自动报警监控方法如下(1)车辆停泊，司机锁车或按下防盗遥控器启动按钮；(2)安监仪接收无线指令启动防盗程序，车辆布防；(3)GPS/GSM标定初始坐标并向嵌入式系统传送数据；(4)(XD进入监控状态记录视野内初始画面并向嵌入式系统传送数据；(5)锂电池和SIM卡盖常开电路接通；(6)嵌入式系统记录初始数据、检测常开电路状态并进入防盗程序；(7)如果车辆被移动，GPS/GSM坐标发生变化；(8)嵌入式系统将新坐标与初始坐标进行比对，当发生变化则向GSM模块发出防 盗报警指令；(9)如果窃贼将安监仪撤除，(XD视野内画面发生变化(10)嵌入式系统将新画面与初始画面进行比对，当发生变化则向GSM模块发出防 盗报警指令；(11)如果窃贼将安监仪电池和SIM卡盖打开把电池或SIM卡拔出，则常开电路中 断；(12)嵌入式系统检测到电池和SIM卡盖常开电路中断则向GSM模块发出防盗报警 指令；(13)GSM模块接受防盗报警指令以SMS向特定接收人发出报警信息(theft+坐标 +速度+时间)(14)特定接收人收到信息可迅速查明情况或报警；(15)在车辆被非法移动情况中，安监仪将间隔一定时间向特定接收人发出报警信 息，可追踪车辆位置，为破案和寻车提供直接线索。定位防抢报警监控方法如下(1)当抢劫发生，司机可隐蔽按下卡在方向盘左手边的防抢遥控器按钮；(2)安监仪接收无线指令并传送给嵌入式系统；(3)嵌入式系统启动防抢程序并向GPS/GSM请求定位数据；(4)嵌入式系统定时向GSM模块发送防抢报警指令和最新数据；
(5)GSM模块接受指令以SMS不断向特定接收人发出报警信息(rob+坐标+速度+ 时间)(6)特定接收人收到信息可迅速报警并跟踪和标定位置，为解救被劫持者、缉拿犯 罪嫌疑人赢得时间和机会；防疲劳驾驶警示监控方法如下(1)防盗程序关闭，防疲劳驾驶程序启动；(2) C⑶摄像头采集司机头部状态进行视频处理并将处理后的数据传送给嵌入式 系统(疲劳驾驶时，司机会出现瞌睡打盹、点头的规律动作，实验发现点头的动作和瞌睡有 非常好的相关性)；(3)当司机长时间驾驶，出现疲劳打盹点头状态；(4)嵌入式系统采用模式识别技术和算法提取特征并与疲劳驾驶特征库进行特征 比对；(5)GPS将坐标、速度信息不断并传送给嵌入式系统；(6)如果连续一定时间坐标无变化或速度为零则嵌入式系统判定车辆处于停泊状 态，(7)如果停泊状态被打破则嵌入式微处理器开始计时，记录连续驾驶时间(8)嵌入式系统检测驾驶持续时间；(9)当点头视频数据特征比对符合疲劳驾驶且持续驾驶时间检测值达到或超过设 定阀值，嵌入式系统判定司机疲劳驾驶；(10)嵌入式系统控制接通继电器，蜂鸣警报器接通电路并持续鸣叫；(11)司机可人工按压警报器中断按键关闭警报器，停车休息；(12)当警报器被关闭后，嵌入式系统启动新一轮疲劳驾驶检测。重大交通事故自动定位报警求助监控方法如下(1)车辆行驶或停泊中；(2)发生严重碰撞或坠落事故；(3)多轴加速度传感器检测各轴向加速度或减速度并将变化值转换成电压信号传 送给嵌入式系统(4)嵌入式系统判断电压值是否达到或超过阀值(5) (XD摄像头采集画面信息；(6)当发生重大交通事故时，车辆产生巨大振动，(XD摄像头采集的画面发生剧烈 抖动，该视频信息经过模数转换传送给嵌入式系统；(7)嵌入式系统采用模式识别技术和相应算法提取特征值并与特征库进行比对， 判断是否出现剧烈振动；(8)当嵌入式系统判定某轴向加速度传感器输出电压达到或超过设定阀值而且监 控画面出现剧烈振动则启动重大交通事故自动定位报警求助程序；(9)嵌入式系统发送交通事故报警控制信号给蜂鸣警报器逻辑电路继电器；(10)继电器接通电路蜂鸣警报器并持续鸣叫；(11)无论司机清醒与否，在15秒之内蜂鸣警报器没有关闭，嵌入式系统向GSM发 出事故报警求助指令和坐标数据；
(12)GSM模块接受指令以SMS向特定接收人发出报警信息(S0S+坐标+速度+时 间)，每隔3分钟发送一条信息，共发送3条信息；(13)特定接收人收到信息可迅速报警并跟踪和标定位置，为救助事故伤者赢得时 间和机会；(14)若15秒内蜂鸣警报器被关闭，则嵌入式系统不发出求助指令。本发明的有益效果在于(1)本发明设计思想来源于汽车主动安全仪器的实际需求，目前为国内外第一款 功能集成性汽车主动安全监控仪器。本发明集多种实用功能于一体，所采用和创新的技术 提高了安全监控效果且价格低廉。产品功能并不是简单累加，而是关键技术相互补充，达到 一加一大于二的效果。嵌入式系统是核心，用于所有功能；GPS即用于定位监控，还用于定 位防盗、防抢定位，交通事故定位、防疲劳驾驶计时、超速警示测速；GSM即用于无线定位， 还用于防盗SMS报警、防抢SMS报警、交通事故SMS报警；CCD和模式识别即用于防疲劳驾 驶警示，还用于防盗监控，(XD还可用来对抢劫监视，交通事故中的驾驶员状态监视。(2) GPS/GSM集成移动定位技术使定位更全面准确。GPS在城市建筑密集区将无法 定位，GSM定位利用成熟的GSM通信网络，采用基站三角定位方法，精度可达到300米，越发 达的城市基站越多，定位精度越高。而且GSM还具有短信收发功能，通信成本低。实验结果 表明，这种GPS/GSM集成移动定位技术可达到准确、实时、全天候、无盲点定位。(3)主动防盗技术缩短了车辆被盗时的报警响应时间，增加了监控点，可使车主在 最短的时间内得到信息并可以随时跟踪被盗车辆，为侦破提供最直接的线索，提高侦破效 率。(4)主动防抢技术为被抢劫司机提供了隐蔽的报警手段，赢得了被救援的时间和 机会，同时能够使警方随时跟踪被劫持车辆，为实施救援和抓获犯罪嫌疑人提供支持。(5)疲劳驾驶头部视频检测技术提高了疲劳驾驶判别率。目前国内外在疲劳驾驶 视频检测技术中广泛使用的是对驾驶员眼部的检测，如眨眼次数、瞳孔扫描，或是对车道标 线扫描。眼部检测很不准确，眼睛扫描面积小，对于眼睛很小的人或戴墨镜的驾驶员几乎不 起作用；车道标线扫描受环境限制很大，在雨、雪、雾天气或车道标线很不清晰、无标线道路 基本不起作用。本发明采用驾驶员头部状态扫描、图像模式识别的方法和相应算法、特征 库，能够大大提高对疲劳驾驶的判断，疲劳驾驶时，司机会出现瞌睡打盹、点头的规律动作。 实验发现点头的动作和瞌睡有非常好的相关性。头部扫描面积大、点头信息容易采集，算法 容易设计，特征库容易建立，而且不受气候、环境和司机个体差异的影响。(6)重大交通事故自动报警技术使求助时间大大缩短。目前国内尚无此方面的研 究。欧盟的求助系统是发生碰撞安全气囊打开而触发报警。如果安全气囊不爆出，如坠落、 多数车侧碰等，则无法实现。本项目开发的自动报警技术利用三轴加速度传感器，在正、侧 碰或坠落情况下，减速度达到设计值，安监仪辅助CCD视频抖动参量来判定发生重大车祸， 准确性和实用性更高。据预测，利用这种自动报警技术可以使救助时间平均缩短50%。


图1是车用主动式智能安全监控仪器结构框2是GPS/GSM集成移动定位技术原理图
图3是定位防盗自动报警技术原理4是高速公路超速警示技术原理5是定位防抢报警技术原理6是防疲劳驾驶警示技术原理7是(XD视频监控+模式识别+连续驾驶时间检测数据流程8是重大交通事故自动定位报警求助技术原理图
具体实施例方式如图1所示，为本发明设计的仪器结构图。由机壳、集成电路板、供电系统、CCD摄 像头、无线电防盗遥控器、卡扣式防抢了遥控器、电源适配器等几部分组成。机壳是仪器的 外壳，设有功能板，用于显示电源状态、接收无线电信号、中断警报；还有锂电池和SIM卡 盖，设有常开电路，用于防止窃贼卸下锂电池和SIM卡。集成电路板是仪器的核心，承载嵌 入式微处理器、GPS模块、GSM模块、多轴加速度传感器、蜂鸣警报器和其它一些辅助电气元 件，嵌入式微处理器是处理中心，通过印刷电路与各部件连为一体，接收并处理信息，发出 指令。供电系统由可充电锂离子电池、太阳能电池和车载直流电(通过电源适配器连接点 烟器接口)组成并提供不间断供电。CCD摄像头用来进行视频监控和采集并将信息提供给 嵌入式系统。无线电防盗遥控器由钮扣式电池供电，用来发出编码的无线电指令进行车辆 布防和撤防，可与汽车遥控钥匙一体化设计，锁门布防，开门撤防。卡扣式防抢了遥控器由 钮扣式电池供电，用来发出编码的无线电指令触发防抢报警程序。电源适配器可为供电系 统锂离子电池充电或直接连接利用车载12V直流电供电。如图2所示，为本发明GPS/GSM集成移动定位技术原理图。定位系统由监控中心 (这个监控中心也可以是特定接收人)和车载定位终端(安监仪)两部分构成，安监仪中 GSM模块不但与监控中心通过短消息进行通信之外还要通过STK从移动运营商获得位置服 务的信息。安监仪以短消息的形式将GPS位置信息或从GSM网络获得的定位信息发送至监 控中心。监控中心集成GIS地图，依靠接收的短消息中的定位信息来完成移动单元与电子 地图的匹配及一些导航、控制、报警、求助指令等。如图3所示，为本发明是定位防盗自动报警技术原理图。当安监仪功能板防盗遥 控接收器接收到遥控器的启动指令，将此信息传送给嵌入式微处理器，嵌入式系统启动防 盗程序。处理器记录此时从GPS模块或GSM模块获得的坐标数据为初始坐标并写入历史数 据库。从GPS模块和GSM模块获得的坐标信息不断写入处理器内存，经相应的算法处理与 初始坐标进行比对，并将处理结果存入实时数据库。布防时CCD摄像头采集视野内画面信 息并传送给嵌入式微处理器，处理器记录此时画面为初始画面并写入历史数据库。从(XD 获得的画面信息不断写入处理器内存，经相应的算法处理与初始画面进行比对，并将处理 结果存入实时数据库。布防时锂电池和SIM卡盖常开电路接通，处理器记录此时状态为初 始状态并写入历史数据库，同时不断检测常开电路状态并写入实时数据库。供电系统处理 工作状态，白天可由太阳能电池供电，夜间可由锂电池或连接电源适配器由车载蓄电池供 电。当坐标、监控画面和常开电路状态中任何一个数据发生变化则系统判定车辆被盗，从而 向GSM模块发出报警指令。GSM模块通过SIM卡以SMS向最近的基站发出报警信息(theft+ 坐标+速度+时间)，并由基站转发将信息发送给特定接收人。特定接收人亦可使用AT命令经过中转基站和移动服务商随时了解车辆的位置信息。当安监仪功能板防盗遥控接收器 接收到遥控器的关闭指令，将此信息传送给嵌入式微处理器，嵌入式系统关闭防盗程序。如图4所示，为本发明高速公路超速警示技术原理图。防盗报警程序关闭，高速公 路超速警示程序启动，存在历史数据库中的预设限速值被读入内存。供电系统处理工作状 态，白天可由太阳能电池供电，夜间可由锂电池或连接电源适配器由车载蓄电池供电。嵌入 式微处理器记录从GPS模块获得的相对位移速度数据为初始速度并写入实时数据库。从 GPS模块获得的速度信息不断写入处理器内存，经相应的算法处理与预设限速值进行比对， 并将处理结果存入实时数据库。当最新速度数据超过预设限速值则系统判定车辆超速，处 理器控制继电器接通蜂鸣警报器电路，警报器鸣叫。警报状态下当最新速度数据低于预设 限速值则系统判定车辆已不超速，处理器控制继电器断开蜂鸣警报器电路，警报器停止鸣 叫。警报器可人工断开，人工断开后警报器不再呼叫，当最新速度数据低于预设限速值则系 统判定车辆已不超速，系统启动新一轮超速报警程序。如图5所示，为本发明定位防抢报警技术原理图。当安监仪功能板防抢遥控接收 器接收到遥控器的报警指令，将此信息传送给嵌入式微处理器，嵌入式系统判定车辆遭到 抢劫从而启动防抢程序。供电系统处理工作状态，白天可由太阳能电池供电，夜间可由锂电 池或连接电源适配器由车载蓄电池供电。从GPS模块和GSM模块获得的坐标、速度、时间信 息不断写入处理器内存，存入实时数据库。嵌入式微处理器向GSM模块发出报警指令。GSM 模块通过SIM卡以SMS向最近的基站发出报警信息(rob+坐标+速度+时间)，并由基站转 发将信息发送给特定接收人。特定接收人亦可使用AT命令经过中转基站和移动服务商随 时了解车辆的位置信息。如图6所示，为本发明防疲劳驾驶警示技术原理图。防盗报警程序关闭，防疲劳驾 驶警示程序启动。供电系统处理工作状态，白天可由太阳能电池供电，夜间可由锂电池或连 接电源适配器由车载蓄电池供电。CCD摄像头采集驾驶员头部动作，将此信息传送给嵌入式 微处理器。嵌入式微处理器对视频数据利用相应算法进行特征提取、分类并登记特征在库。 从CCD获得的视频数据不断写入处理器内存，经相应的算法处理与历史数据库中的特征库 疲劳驾驶特征进行比对，并将处理结果存入实时数据库。从GPS模块的坐标、速度信息不断 写入处理器内存，存入实时数据库。如果连续一定时间坐标无变化或速度为零则嵌入式系 统判定车辆处于停泊状态，当停泊状态被打破则嵌入式微处理器开始计时，记录连续驾驶 时间，并将计时信息不断写入实时数据库。当司机头部监控视频特征比对符合疲劳驾驶且 被记录的连续驾驶时间达到或超过设定阀值，则系统判定司机疲劳驾驶，处理器控制继电 器接通蜂鸣警报器电路，警报器鸣叫。司机可人工按下警报器中断按钮停止鸣叫并停车休 息。若停止鸣叫后司机不停车休息，只要头部监控视频特征比对符合疲劳驾驶则系统判定 司机疲劳驾驶，处理器再次控制继电器接通蜂鸣警报器电路，警报器鸣叫。司机停车休息后 系统进入新一轮防疲劳驾驶程序。如图7所示，为本发明C⑶视频监控+模式识别+连续驾驶时间检测数据流程图。 根据车内照明情况，CCD摄像头进行光圈调节和控制，被采集到的驾驶员头部运动状态模拟 数据经降噪、滤波、放大等视频处理后进行模数转换成数字格式，通过与嵌入式系统的输入 输出接口传送给嵌入式微处理器，处理器调用防疲劳驾驶程序，对捕获的头部运动数字图 像进行点头动作的分离与检测，即模式识别。程序调用模式识别算法对获得的点头动作数
13据进行特征值计算并提取特征值，提取的特征登记到疲劳驾驶特征库并进行分类。每次提取的分类特征与特征库中的设定值进行比对，比对结果存入实时数据库等待决策。GPS不断 从卫星获得坐标、速度数据并输入嵌入式系统，处理器根据相应的算法记录连续驾驶时间 并写入实时数据库等待决策。 如图8所示，为本发明重大交通事故自动定位报警求助技术原理图。安监仪上电， 重大交通事故自动定位报警求助程序启动。供电系统处理工作状态，白天可由太阳能电池 供电，夜间可由锂电池或连接电源适配器由车载蓄电池供电。多轴加速度传感器检测各轴 向加速度或减速度变化，经模数转换不断输送给嵌入式微处理器，嵌入式系统将得到的数 据与历史数据库中的加速度变化设定阀值进行比对，并将结果存入实时数据库。CCD摄像头 采集视频信息经模数转换不断输送给嵌入式微处理器，嵌入式系统将得到的视频数据进行 视频抖动异常检测，并将结果存入实时数据库。当某一个轴向的加速度或减速度变化达到 或超过设定阀值且同时系统检测到视频抖动出现异常，则判定车辆出现重大交通事故，从 而向GSM模块发出报警求助指令。GSM模块通过SIM卡以SMS向最近的基站发出报警求助 信息(S0S+坐标+速度+时间)，每隔3分钟发一次，共发3次，并由基站转发将信息发送给 特定接收人，从而报警或救援。特定接收人亦可使用AT命令经过中转基站和移动服务商随 时了解车辆的位置信息。
权利要求
车用主动式智能安全监控仪器(简称安监仪)，其特征在于包括嵌入式系统(以嵌入式微处理器为核心，监控程序和相关算法固化在芯片中)、GPS模块、GSM模块、SIM卡读卡器、蜂鸣警报器、CCD摄像头、多轴加速度传感器、供电系统(包括锂离子电池、太阳能电池、电源适配器接口)、机壳(含锂电池和SIM卡盖)、功能板(位于机壳上，含电源指示灯、防盗遥控接收器、防抢遥控接收器、警报器中断按键)、集成电路板，无线电防盗遥控器、卡扣式无线电防抢遥控器、电源适配器。所述嵌入式系统以嵌入式微处理器为核心，监控程序和相关算法固化在芯片中，通过集成电路与GPS模块、GSM模块、蜂鸣警报器、CCD摄像头、多轴加速度传感器、供电系统、功能板、锂电池和SIM卡盖连接，接收GPS、GSM、CCD、多轴加速度传感器、功能板和锂电池和SIM卡盖的信息，并发送控制信号给GSM、蜂鸣警报器；所述GPS模块通过集成电路与嵌入式微处理器和供电系统连接，接收卫星定位数据并将格式数据(含经度、纬度、日期、时间、速度、方位角等)不断传送给嵌入式微处理器；所述GSM模块通过集成电路与嵌入式微处理器、供电系统和SIM卡读卡器连接，接受嵌入式系统的指令以SMS方式通过SIM卡向特定接收人发送报警求助信息，或通过SIM卡接受外部定位指令，GSM利用基站三角定位法通过AT指令(需在移动服务提供商处开通)将所在区域的位置信息以SMS发送给外部接收人；所述SIM卡读卡器通过连接电路与GSM模块连接，容纳SIM卡片；所述蜂鸣警报器通过集成电路与嵌入式微处理器和供电系统连接，接收嵌入式系统的控制指令发出警报鸣叫；所述CCD摄像头通过连接电路与集成电路板之嵌入式微处理器、供电系统连接，将采集到的视频信号传送给嵌入式系统，嵌入式系统利用模式识别技术和算法进行信息处理和信号检测，判定环境状态，当达到设定阀值则向相应部件发出控制信号；所述多轴加速度传感器通过集成电路与嵌入式微处理器和供电系统连接，将检测到的各轴向加速度或减速度变化转化成电压值送给嵌入式系统，嵌入式系统利用模式识别技术和算法进行信息处理和信号检测，判定环境状态，当达到设定阀值则向相应部件发出控制信号；所述供电系统通过输电电路与锂电池和SIM卡盖、功能板、集成电路板连接，通过集成电路板与嵌入式微处理器、GPS模块、GSM模块、蜂鸣警报器、CCD摄像头、多轴加速度传感器连接起来，提供所需电力。供电系统由锂离子电池和太阳能电池构成，可用电源适配器接口连接电源适配器通过车内点烟器接口给锂离子电池充电或直接使用车载蓄电池电力；所述机壳为安监仪外壳，所述功能板位于机壳上，通过连接电路和集成电路板上的嵌入式微处理器、供电系统连接。防盗遥控接收器接收防盗遥控器启动指令并传送给嵌入式系统，启动防盗程序，车辆进入布防状态；防盗遥控接收器接收防盗遥控器关闭指令并传送给嵌入式系统，关闭防盗程序，车辆进入撤防状态；防抢遥控接收器接收卡扣式防抢遥控器报警指令并传送给嵌入式系统，启动防抢程序，GSM模块在嵌入式系统控制下向特定接收人发出抢劫报警信息；按压警报器中断按键被则继电器断开，蜂鸣警报器停止鸣叫；电源灯直接和供电系统连接，有电红灯长亮，低电红灯闪烁，没电灯熄灭；所述锂电池和SIM卡盖位于机壳上，设置常开电路，通过连接电路和供电系统、集成电路板上的微处理器连接，当车处于布防状态时，锂电池和SIM卡盖被打开则常开电路中断，嵌入式系统检测到该信号启动防盗报警程序；当车处于撤防状态时，锂电池和SIM卡盖常开电路处于中断状态；所述集成电路板承载嵌入式微处理器、GPS模块、GSM模块、多轴加速度传感器、蜂鸣警报器和其它一些辅助电气元件，通过印刷电路与各部件边为一体；所述无线电防盗遥控器，由芯片、触发电路、按钮、钮扣电池和发射器组成，布防和撤防时按相应按钮。无线电遥控可进行编码设计，保证一机一码；所述卡扣式无线电防抢遥控器，可卡在方向盘左手边，以利于驾驶员在紧急情况下隐蔽触发，由芯片、触发电路、按钮、钮扣电池和发射器组成，抢劫发生时按下按钮，可发射无线电信号进而启动安监仪的防抢程序。无线电遥控可进行编码设计，保证一机一码；所述电源适配器由仪器接口、电路、变压器和车载点烟器接口组成，将点烟器12V输入电压转换需要的输出电压，在安监仪低电或无电时进行充电或直接给安监仪供电。
2.根据权利要求1所述的车用主动式智能安全监控仪器，其特征在于CCD采用红外摄 像头，俯仰角度和左右角度可在一定范围内调整。
3. 根据权利要求1所述的车用主动式智能安全监控仪器，其特征在于所述的多轴加 速度传感器是线加速度计。
4.根据权利要求1所述的车用主动式智能安全监控仪器，其特征在于无线电防盗遥 控器可与车钥匙一体化设计，锁车则启动防盗程序进入布防状态，开门则关闭防盗程序进 入撤防状态。
5.根据权利要求1所述的车用主动式智能安全监控仪器，其特征在于车用主动式智 能安全监控仪器可以吸盘方式安装于汽车前挡风玻璃左上部或中间下部，亦可以粘贴方式 安装于操作台顶部中间。
6.权利要求1所述的车用主动式智能安全监控仪器的监控方法，其特征在于，根据安 监仪的不同功能，其监控方法不同，安监仪具有GPS/GSM集成移动定位、高速公路超速报 警、定位防盗自动报警、定位防抢报警、防疲劳驾驶警示、重大交通事故自动定位报警求助 等6种功能及监控方法，其中GPS/GSM集成移动定位监控方法如下(1)车辆通过安监仪GPS模块将自身有关信息传送给监控中心的监控计算机；(2)监控中心的监控计算机将有关信息转换到GIS系统或存储的电子地图中；(3)GIS或电子地图根据坐标数据显示车辆具体位置；(4)若在城市等建筑物密集区，GPS无法定位时，监控中心通过短消息广播请求各监控 对象位置；(5)车辆通过安监仪GSM模块(三角定位法)将自身信息以SMS全部发送到短消息业 务中心；(6)监控中心通过中继线路(如DDN)从短消息业务中心获取数据并利用GIS或电子地 图确定车辆具体位置。高速公路超速报警监控方法如下(1)安监仪根据不同区域高速公路对不同种类车辆限速标准设定超速阀值(如辽宁省 高速公路轿车限速120km/h，客车限速110km/h，货车限速100km/h)；(2)车辆通过安监仪GPS模块采集相对位移速度并传送给嵌入式系统；(3)当车辆行驶速度超过设定阀值，嵌入式系统发送报警控制信号给蜂鸣警报器逻辑 电路继电器；(4)继电器接通电路蜂鸣警报器鸣叫，车辆降到阀值速度以下，在嵌入式系统控制下 30秒后断开电路，亦可人工按压警报器中断按键断开电路，停止鸣叫；(5)车辆降到阀值速度以下后，安监仪启动新一轮超速报警程序。 定位防盗自动报警监控方法如下(1)车辆停泊，司机锁车或按下防盗遥控器启动按钮；(2)安监仪接收无线指令启动防盗程序，车辆布防；(3)GPS/GSM标定初始坐标并向嵌入式系统传送数据；(4)CCD进入监控状态记录视野内初始画面并向嵌入式系统传送数据；(5)锂电池和SIM卡盖常开电路接通；(6)嵌入式系统记录初始数据、检测常开电路状态并进入防盗程序；(7)如果车辆被移动，GPS/GSM坐标发生变化；(8)嵌入式系统将新坐标与初始坐标进行比对，当发生变化则向GSM模块发出防盗报 警指令；(9)如果窃贼将安监仪撤除，(XD视野内画面发生变化(10)嵌入式系统将新画面与初始画面进行比对，当发生变化则向GSM模块发出防盗报 警指令；(11)如果窃贼将安监仪电池和SIM卡盖打开把电池或SIM卡拔出，则常开电路中断；(12)嵌入式系统检测到电池和SIM卡盖常开电路中断则向GSM模块发出防盗报警指令；(13)GSM模块接受防盗报警指令以SMS向特定接收人发出报警信息(theft+坐标+速 度+时间)(14)特定接收人收到信息可迅速查明情况或报警；(15)在车辆被非法移动情况中，安监仪将间隔一定时间向特定接收人发出报警信息， 可追踪车辆位置，为破案和寻车提供直接线索。定位防抢报警监控方法如下(1)当抢劫发生，司机可隐蔽按下卡在方向盘左手边的防抢遥控器按钮；(2)安监仪接收无线指令并传送给嵌入式系统；(3)嵌入式系统启动防抢程序并向GPS/GSM请求定位数据；(4)嵌入式系统定时向GSM模块发送防抢报警指令和最新数据；(5)GSM模块接受指令以SMS不断向特定接收人发出报警信息(rob+坐标+速度+时间)(6)特定接收人收到信息可迅速报警并跟踪和标定位置，为解救被劫持者、缉拿犯罪嫌 疑人赢得时间和机会；防疲劳驾驶警示监控方法如下(1)防盗程序关闭，防疲劳驾驶程序启动；；(2)CCD摄像头采集司机头部状态进行视频处理并将处理后的数据传送给嵌入式系统 (疲劳驾驶时，司机会出现瞌睡打盹、点头的规律动作，实验发现点头的动作和瞌睡有非常好的相关性)；(3)当司机长时间驾驶，出现疲劳打盹点头状态；(4)嵌入式系统采用模式识别技术和算法提取特征并与疲劳驾驶特征库进行特征比对；(5)GPS将坐标、速度信息不断并传送给嵌入式系统；(6)如果连续一定时间坐标无变化或速度为零则嵌入式系统判定车辆处于停泊状态，(7)如果停泊状态被打破则嵌入式微处理器开始计时，记录连续驾驶时间(8)嵌入式系统检测驾驶持续时间；(9)当点头视频数据特征比对符合疲劳驾驶且持续驾驶时间检测值达到或超过设定阀 值，嵌入式系统判定司机疲劳驾驶；(10)嵌入式系统控制接通继电器，蜂鸣警报器接通电路并持续鸣叫；(11)司机可人工按压警报器中断按键关闭警报器，停车休息；(12)当警报器被关闭后，嵌入式系统启动新一轮疲劳驾驶检测。 重大交通事故自动定位报警求助监控方法如下(1)车辆行驶或停泊中；(2)发生严重碰撞或坠落事故；(3)多轴加速度传感器检测各轴向加速度或减速度并将变化值转换成电压信号传送给 嵌入式系统(4)嵌入式系统判断电压值是否达到或超过阀值(5)(XD摄像头采集画面信息；(6)当发生重大交通事故时，车辆产生巨大振动，C⑶摄像头采集的画面发生剧烈抖 动，该视频信息经过模数转换传送给嵌入式系统；(7)嵌入式系统采用模式识别技术和相应算法提取特征值并与特征库进行比对，判断 是否出现剧烈振动；(8)当嵌入式系统判定某轴向加速度传感器输出电压达到或超过设定阀值而且监控画 面出现剧烈振动则启动重大交通事故自动定位报警求助程序；(9)嵌入式系统发送交通事故报警控制信号给蜂鸣警报器逻辑电路继电器；(10)继电器接通电路蜂鸣警报器并持续鸣叫；(11)无论司机清醒与否，在15秒之内蜂鸣警报器没有关闭，嵌入式系统向GSM发出事 故报警求助指令和坐标数据；(12)GSM模块接受指令以SMS向特定接收人发出报警信息(S0S+坐标+速度+时间)， 每隔3分钟发送一条信息，共发送3条信息；(13)特定接收人收到信息可迅速报警并跟踪和标定位置，为救助事故伤者赢得时间和 机会；(14)若15秒内蜂鸣警报器被关闭，则嵌入式系统不发出求助指令。全文摘要
本发明涉及汽车电子和人工智能领域，具体公开一种车用主动式智能安全监控仪器及其监控方法。包括嵌入式系统(含微处理器，监控程序和相关算法固化在芯片中)、GPS模块、GSM模块、SIM读卡器、警报器、CCD摄像头、多轴加速度传感器、供电系统(锂电池、太阳能电池、电源适配器接口)、集成电路板、机壳(含功能板和电池盖)、防盗遥控器、卡扣式防抢遥控器、电源适配器。该仪器利用GPS实现定位、位移防盗、测速、计时，利用GSM实现辅助定位、SMS自动报警，利用CCD结合模式识别监控疲劳驾驶、盗、抢和车祸状态，利用加速度传感器检测车祸状态。本发明可达到移动定位、超速报警、定位防盗自动报警、定位防抢报警、防疲劳驾驶警示、交通事故自动定位报警求助等功能。
文档编号G08B19/00GK101857008SQ20101015974
公开日2010年10月13日 申请日期2010年4月29日 优先权日2010年4月29日
发明者王立颖, 路军 申请人:路军