一种基于手机的疲劳驾驶监测方法与流程

本发明属于安全驾驶领域，具体涉及一种基于手机的疲劳驾驶监测方法。

背景技术：

疲劳驾驶是指驾驶员在长时间连续行车后，产生生理机能和心理机能的失调，从而在客观上出现的驾驶技能和反应下降的现象。若驾驶员在出现驾驶疲劳后继续驾驶车辆，会感到困倦瞌睡，注意力不集中，判断能力下降，甚至出现精神恍惚和瞬间记忆消失，出现动作迟误或过早，操作停顿或修正时间不当等不安全因素，极易发生道路交通事故。

如今疲劳驾驶已经成为全球范围内导致交通死亡事故的重要原因之一，据统计，美国每年由于驾驶员在驾驶过程中跌入睡眠状态而导致大约10万起交通事故。同时，我国有超过三分之一的交通事故是由于驾驶员疲劳驾驶引起的，而且疲劳驾驶引发的往往都是重大事故。每年，因疲劳驾驶引起交通事故造成高达数千亿元的经济损失，同时导致9万多人死亡或重伤。我国交通法规定，连续驾驶超过4小时应停车休息。

随着科技进步，智能手机已经越来越普及，中国城市已成为全球五大智能手机普及率最高的地区之一。同时，智能手机的性能也发生了质的飞跃，智能手机大都配备了摄像头、加速度传感器、距离传感器、陀螺仪等各种传感器，支持GPS导航。这些传感器能够记录下驾驶员在驾驶中出现的一些诸如打瞌睡、点头、闭眼等动作。

目前针对疲劳驾驶也有比较多的检测方法，例如：脑电图、心电图、脉搏跳动检测、肌电图信号检测、头部位置检测、实线方向检测等。但是上述方法大都存在算法效率、实时性等方面的一些不足之处，目前市场上出现的疲劳预警装置均为附加装置，需要额外购买安装，且价格昂贵。

技术实现要素：

针对上述问题，本文将智能手机的摄像头、GPS、加速度传感器等应用到疲劳驾驶方面。本发明提出的方法一方面价格便宜，符合大众的消费水平，另一方面达到的精度也很理想。

实现本发明的技术方案如下：

一种基于手机的疲劳驾驶监测方法，首先，利用GPS全球定位系统，对驾驶员目前地理位置进行检测，判断是否在道路行驶；其次使用驾驶员眼部特征及疲劳风险系数进行判断，再记录一定时间内驾驶员点头的次数，当超过一定阈值，判定为有疲劳驾驶倾向；最后结合加速度值的变化判断驾驶员是否正在进行踩油门或刹车操作；以及陀螺仪检测到的方向盘的方向变化来判定驾驶员是否正常驾驶；

在眼部特征判断超过阈值和点头次数超过阈值的基础上，如果监测的加速度值和陀螺仪值在一段时间内保持稳定不变，则判断该驾驶员为疲劳驾驶。

进一步，所述眼部特征包括眼睑闭合度、擦眼次数、眨眼持续时间、眨眼频率。

进一步，

3、根据权利要求2所述的一种基于手机的疲劳驾驶监测方法，其特征在于，所述眼部特征的疲劳风险系数的分配比例如下：

当擦眼睛次数在5-6次时，则占比设为5％；当在6-7次时，占比设为10％；当在7-8次时，占比设为15％；当大于8次时，则占比设为20％；

当眼睑闭合度为50％-60％时，则设占比为10％；当眼睑闭合度为60％-70％时，则设占比为20％；当眼睑闭合度为70％-80％时，则设占比为30％；当眼睑闭合度为80％-100％时，则设占比为50％；

当眨眼频率在10-15次/min，则占比设为5％；当在15-20/min时，则占比设为10％；当大于20次/min时，占比设为15％；

当眨眼持续时间为0.25-0.275s时，占比设为5％，当眨眼持续时间为0.275-0.3s时,占比设为10％；当大于0.3s时,占比设为15％。

进一步，所述点头频率的疲劳风险系数按疲劳程度不同，点头频率在4次及以上，则乘以70％；否则乘以30％。

进一步，监测加速度值和陀螺仪值的时间周期设为4秒。

进一步，还包括在判断为疲劳驾驶之后，通过扬声器报警以提示驾驶员。

本发明的有益效果：

1、目前市场上流行的疲劳驾驶监测装置都需要额外的购置装备，例如：疲劳监测眼镜等，需要花费一定的费用，本发明很好的解决了这个问题，利用目前广泛使用的智能手机进行监测。成本低廉。

2、本发明无需昂贵的传感器。只利用了手机上传感器，摄像头、加速度传感器、陀螺仪、扬声器就能进行疲劳监测，并且达到的精度也很理想，实用性强。

附图说明

图1本发明方法的总体流程图；

图2是利用眼部特征判断是否疲劳驾驶的示意图；

图3是利用头部特征判断是否疲劳驾驶的示意图；

图4是利用手机内置陀螺仪判断是否疲劳驾驶的示意图；

图5是利用加速度传感器判断是否疲劳驾驶的示意图。

具体实施方式

本发明考虑到单一使用某一特征作为判断标准，会出现误判等情况。故而几种技术相结合，首先利用GPS全球定位系统，对驾驶员目前地理位置进行检测是否在道路行驶，如果发现驾驶员在高速上，则额外高度重视，其次使用上述眼部特征进行判断。以眼睑闭合度为为主方法，其他几种方法为辅助方法。再通过记录在一定时间内点头的次数，当超过一定阈值，在忽略自然点头的因素之外，判定为有疲劳驾驶倾向；最后结合加速度值的变化判断是否驾驶员正在进行踩油门或刹车操作；以及陀螺仪检测到的方向盘的方向变化来判定驾驶员是否正常驾驶。如果加速度值保持稳定不变，陀螺仪的在一定时间内保持稳定，并且在眼睛特征都超过一定阈值，点头次数超过一定阈值的基础上，可以判断该驾驶员为疲劳驾驶。这几种方法相结合来判断疲劳驾驶从而使得疲劳判断更加可靠。在精度方面取得较大提高。

下面结合附图和具体实施例对本发明作详细说明。

如图1所示，本发明方法的总体步骤包括：

S1，利用GPS(全球定位系统)定位当前驾驶员所处的地理位置(以用来判断是否在道路上行驶)。

S2，将手机放置在方向盘正前端的中间位置，利用手机的摄像头对驾驶员是否疲劳驾驶做出进一步判断，通过摄像头观察眼睑闭合度、擦眼次数、眨眼持续时间、眨眼频率等眼部特征以及点头频率等头部特征。将这些特征数据与正常驾驶的特征数据对比，如果未超过，则判断为正常驾驶，否则为有疲劳驾驶倾向。按照不同的判定结果，将眼睑闭合度、擦眼次数、眨眼持续时间、眨眼频率分别乘以疲劳风险系数50％，20％，15％，15％作为疲劳风险，如图2所示。

眨眼持续时间：指眼睛一次完全睁开到下一次完全睁开所经历的时间。首先分析正常驾驶情况下驾驶人的眨眼持续时间，再次基础上分析变化规律。通过对若干名被测试者测试发现，当驾驶员处于精力充沛的情况下，眨眼持续时间主要分布的区间为[0.25s，0.3s]。随着驾驶人疲劳程度的加深，眨眼持续时间延长。由于会出现异常情况，通过连续3次都检测到眨眼持续时间在[1s-2s]时才判断疲劳的发生。

眨眼频率：指单位时间内眨眼的次数。眨眼频率与是否疲劳驾驶有一定的联系。眼跳幅度：指眼跳开始到眼跳结束所跨越的范围。眼跳幅度能准确反映驾驶员的注意深度。如果眨眼频率大于一定的阈值或小于一定的阈值，则表示驾驶员疲劳。

眼睑闭合度：指眼睛闭合时间占特定时间(1分钟或30秒)的百分比。通常情况下，眼睛闭合面积80％以上的时间百分比，最能反映人的疲劳程度。

点头频率：也就是在一定时间内点头的次数，即点头频率。如果大于一定的阈值(本发明阈值为4次)，则判定为疲劳驾驶。按照疲劳程度不同，在点头频率在4次及以上，则乘以70％；否则乘以30％。

具体分配比例：首先，对于驾驶员而言，正常情况下，每分钟擦拭眼睛的频率大概5-8次，假设频率在5-6次，则占比为5％，当在6-7次，占比为10％，当在7-8次，占比为15％，当大于8次，则占比为20％；然后考虑下一个影响因素眼睑闭合度，正常人的眼睑闭合度占眼睛大小的50％，将50％-80％的分成如下部分，即当眼睑闭合度为50％-60％时，考虑到的占比为10％，当眼睑闭合度为60％-70％时，考虑到的占比为20％，当眼睑闭合度为70％-80％时，考虑到的占比为30％，当眼睑闭合度为80％-100％时，考虑到的占比为50％，当眼睑闭合度达到80％及以上，则考虑全部的所占比即50％；然后是眨眼频率，正常人眨眼频率为10-20/min,将人眨眼频率分成三部分，当10-15/min,占比为5％，当15-20/min,占比为10％，当大于20次时，占比为15％；最后考虑到眨眼持续时间，正常人的眨眼时间为0.25s-0.3s,将眨眼持续时间分成三部分，其中当眨眼持续时间为0.25-0.275s时，占比为5％，当持续时间为0.275-0.3,占比为10％，当大于0.3s,占比为15％。

举个例子，现在有个驾驶员他此时每分钟擦拭眼睛为6-7次，眼睑闭合度为80％-90％，眨眼频率为每分钟15-20次，眨眼持续时间为0.4s.则此时算出的总的疲劳占比为85％。

S3，结合手机加速度值的变化，来判断驾驶员是否进行踩油门/刹车等操作；利用陀螺仪的变化来检测转向盘的操作情况。如果一段时间内，未检测到加速度值有明显变化、并且转向盘无操作，则判断为疲劳驾驶。当发现疲劳驾驶，则手机通过扬声器发出报警声，提醒驾驶员注意安全。

陀螺仪：若手机如上述放置在方向盘中间，当一段时间内方向盘转动，则手机的方向也会发生改变，此时，内置陀螺仪能够记录下方向的变化。当司机处于正常驾驶的环境下，会时不时的使方向盘发生轻微的变化；然而当司机处于疲劳驾驶的时候，一段时间内，手持方向盘不进行任何操作。利用陀螺仪记录4s内方向盘的变化以辅助判断是否疲劳驾驶，如图4所示。

加速度传感器：首先根据加速度的值，判定用户目前处于驾驶状态，然后分析水平方向的加速度在一段时间内是否发生变化，本发明设定在4s时间内，如果在4s内加速度值发生明显变化，则反映该驾驶员在进行踩油门或刹车操作；否则判断为疲劳驾驶。如图5所示。

将上述几种判断方法结合起来判断疲劳驾驶，当最后疲劳风险大于90％时，则判定为疲劳驾驶，并提醒用户注意安全。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。