一种轨道列车驾驶员疲劳驾驶预警装置及方法
【专利摘要】本发明涉及一种轨道列车驾驶员疲劳驾驶预警装置，装置包括摄像头(1)、单片机(2)和报警器(3)，所述的摄像头(1)和报警器(3)设置在列车驾驶室中并分别与单片机(2)连接，摄像头(1)朝向驾驶员面部，所述的摄像头(1)为红外CMOS摄像头，所述的单片机(2)与列车的速度传感器连接，单片机(2)实时读取速度传感器发送的速度信号，当列车行驶速度达到设定值时，单片机(2)控制摄像头(1)启动并实时采集驾驶员面部视频，单片机(2)根据面部视频信息判断是否报警，当列车行驶速度低于设定值时，单片机(2)控制摄像头(1)关闭。与现有技术相比，本发明具有能耗低、误判率低等优点。
【专利说明】
一种轨道列车驾驶员疲劳驾驶预警装置及方法
技术领域
[0001]本发明涉及一种基于图像处理的预警装置，尤其是涉及一种轨道列车驾驶员疲劳驾驶预警装置及方法。
【背景技术】
[0002]随着经济的快速发展，城市化的脚步逐渐的加快，城市的交通也越来越值得思考。地铁作为一种现代化、速度快的交通工具，对城市的发展起着很重要的作用。目前，电客车司机不仅是地铁运输的主力军，更是在行车中安全的重要保障。电客车司机作为一种社会贡献巨大的工作，更应该努力做好地铁安全的运管。在交通运输中，更应该得到社会的认可的和理解，充分地认识到电客车司机在地铁交通中的重要性。轨道列车驾驶员由于长期处于单一重复的工作状态，驾驶员容易产生疲劳感，从而导致在驾驶列车时注意力不集中。特别是驾驶员用餐完毕后，胃肠道为了进行食物的消化和吸收，进入胃肠道的血液增加，供应大脑的血液减少，列车驾驶员会感觉困倦，想睡觉。这容易导致列车驾驶员在行车过程中中断瞭望，影响行车安全。目前在道路交通领域检测疲劳驾驶的方法很多，如脸部表情，身体动作，眼睛的开关闭状态，方向盘转角等。其中眨眼频率，嘴巴张开大小的检测方法最直接，简单。因为每个人的眨眼频率不一样，不能采用统一标准的眨眼频率进行判断，这容易造成误判。
【发明内容】
[0003]本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种轨道列车驾驶员疲劳驾驶预警装置及方法。
[0004]本发明的目的可以通过以下技术方案来实现:
[0005]—种轨道列车驾驶员疲劳驾驶预警装置，包括摄像头、单片机和报警器，所述的摄像头和报警器设置在列车驾驶室中并分别与单片机连接，摄像头朝向驾驶员面部，为红外CMOS摄像头，所述的单片机与列车的速度传感器连接，单片机实时读取速度传感器发送的速度信号，当列车行驶速度达到设定值时，单片机控制摄像头启动并实时采集驾驶员面部视频，单片机根据面部视频信息判断是否报警，当列车行驶速度低于设定值时，单片机控制摄像头关闭。
[0006]所述的摄像头安装在驾驶员座椅正前方的挡风玻璃处。
[0007]所述的装置还包括报警解除开关，所述的报警解除开关设置在列车驾驶台上。
[0008]所述的报警器为蜂鸣器，设置在列车驾驶台侧面，朝向副驾驶方向。
[0009]所述的单片机包括集成有中央处理器和随机存储器的硅片。
[0010]—种使用所述的轨道列车驾驶员疲劳驾驶预警装置进行预警的方法，包括以下步骤:
[0011]SI，列车由始发站启动，摄像头为关闭状态；
[0012]S2，单片机实时读取列车速度传感器发送的速度信号，若列车速度超过设定值，启动摄像头，摄像头对驾驶员面部进行拍摄，拍摄时长达到设定长度后，单片机根据视频信息计算驾驶员眨眼频率及嘴部轮廓大小，并存储对应信息;若列车速度未超过设定值，则返回步骤S2;
[0013]S3，单片机实时读取列车速度传感器发送的速度信号，若列车速度超过设定值，则启动摄像头，摄像头对驾驶员面部进行拍摄，拍摄时长达到设定长度后，单片机根据视频信息计算驾驶员眨眼频率及嘴部轮廓大小，将对应信息与步骤S2中存储的信息进行比较，判断驾驶员是否为疲劳驾驶状态，若为疲劳驾驶，则单片机向报警器发送报警信号，否则关闭摄像头并返回步骤S3;若列车速度未超过设定值，则返回步骤S3。
[0014]所述的步骤S2和S3中，速度的设定值为10km/h。
[0015]所述的步骤S3中，判断驾驶员是否为疲劳驾驶状态具体方法包括:当驾驶员眨眼频率减小且嘴部轮廓变大，且变化程度均超过阈值时，判断司机为疲劳驾驶。
[0016]所述的步骤SI和S2中，设定长度为40s。
[0017]与现有技术相比，本发明具有以下优点:
[0018](I)当列车行驶速度达到设定值时，单片机控制摄像头启动并实时采集驾驶员面部视频，单片机根据面部视频信息判断是否报警，当列车行驶速度低于设定值时，单片机控制摄像头关闭，能耗低。
[0019](2)摄像头为红外CMOS摄像头，当轨道列车位于地下时，仍能拍摄到清晰图像;体积小，不影响驾驶员瞭望前方;耗电低，成本低;安装在驾驶员座椅正前方的挡风玻璃处，拍摄效果好，由于与驾驶员之间没有身体接触，因此可避免其主观上的排斥心理。
[0020](3)装置还包括与单片机连接的报警解除开关，报警解除开关设置在列车驾驶台上，司机解除警报时不会影响驾驶操作。
[0021](4)报警器为蜂鸣器，设置在列车驾驶台侧面，有利于报警声向副驾驶传递，减小驾驶员听不到报警声的造成的危险。
[0022](5)预警方法中，对列车启动后首次拍摄的视频得到的信息进行存储，所存储的信息为驾驶员注意力集中时的信息，有助于减少误判率。
[0023](6)当列车速度大于10km/h时，采集视频，此时列车处于运行状态，减少不必要的疲劳判断。
[0024](7)当驾驶员眨眼频率减小且嘴部轮廓变大，且变化程度超过阈值时，判断司机为疲劳驾驶，判断结果准确度高。
[0025](8)拍摄时长太短，容易造成图像采集误差大;拍摄时长太长，数据处理量大，达不到实时性要求。拍摄时长为40s，由此得到的眨眼频率和嘴部轮廓大小在真实程度上可以满足判断要求，且数据处理量可以满足实时要求。
【附图说明】
[0026]图1为本实施例预警装置的组成结构示意图；
[0027]图2为本实施例预警方法流程图；
[0028]附图标记:I为摄像头;2为单片机;3为报警器;4为报警解除开关;5为驾驶台；6为驾驶员座椅;7为挡风玻璃;8为速度传感器。
【具体实施方式】
[0029]下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
[0030]实施例
[0031]如图1所示，一种轨道列车驾驶员疲劳驾驶预警装置，包括摄像头1、单片机2和报警器3，摄像头I和报警器3设置在列车驾驶室中并分别与单片机2连接，摄像头I朝向驾驶员面部，单片机2与列车的速度传感器8连接，单片机2实时读取速度传感器发送的速度信号，当列车行驶速度达到设定值时，单片机2控制摄像头I启动并实时采集驾驶员面部视频，单片机2根据面部视频信息判断是否报警，当列车行驶速度低于设定值时，单片机2控制摄像头I关闭。
[0032]摄像头I为红外CMOS摄像头，安装在驾驶员座椅6正前方的挡风玻璃7处。
[0033]报警器3为蜂鸣器，设置在列车驾驶台5侧面。装置还包括报警解除开关4，报警解除开关4设置在列车驾驶台5上，朝向副驾驶方向，当驾驶员听到警报并重新集中注意力后，可以手动解除蜂鸣器的警报。
[0034]单片机2包括集成有中央处理器和随机存储器的硅片。
[0035]—种使用上述装置进行预警的方法，包括以下步骤:
[0036]SI，列车由始发站启动，摄像头I为关闭状态，即摄像头不进行拍摄；
[0037]S2，单片机2实时读取列车速度传感器8发送的速度信号，若列车速度超过10km/h，启动摄像头1，摄像头I对驾驶员面部进行拍摄，拍摄时长达到40s后，单片机2根据视频信息计算驾驶员眨眼频率及嘴部轮廓大小，并存储对应信息;若列车速度未超过设定值，则返回步骤S2;
[0038]本步骤采集列车从始发站启动后达到一定速度时的驾驶员面部特征信息，由于此时驾驶员注意力集中，且由于列车行驶过程中驾驶员通常不会更换，因此此时采集的信息作为评判标准，误判率低。
[0039]S3，单片机2实时读取列车速度传感器8发送的速度信号，若列车速度超过10km/h，则启动摄像头I，摄像头I对驾驶员面部进行拍摄，拍摄时长达到40s后，单片机2根据视频信息计算驾驶员眨眼频率及嘴部轮廓大小，将对应信息与步骤S2中存储的信息进行比较，判断驾驶员是否为疲劳驾驶状态，若为疲劳驾驶，则单片机2向报警器3发送报警信号，否则关闭摄像头I并返回步骤S3;若列车速度未超过设定值，则返回步骤S3。
[0040]步骤S3中，判断驾驶员是否为疲劳驾驶状态具体方法包括:当驾驶员眨眼频率减小且嘴部轮廓变大，且眨眼频率相对前期存储信息减少50%，嘴部轮廓相对前期存储信息变大超过50%时，判断司机为疲劳驾驶。
[0041]步骤S2和S3中，列车运行不平稳导致所拍摄的图像不够精确，应对图像信息进行噪音信号的纠正处理，然后再进行特征识别。
【主权项】
1.一种轨道列车驾驶员疲劳驾驶预警装置，包括摄像头(I)、单片机(2)和报警器(3)，所述的摄像头(I)和报警器(3)设置在列车驾驶室中并分别与单片机(2)连接，摄像头(I)朝向驾驶员面部，其特征在于，所述的摄像头(I)为红外CMOS摄像头，所述的单片机(2)与列车的速度传感器连接，单片机(2)实时读取速度传感器发送的速度信号，当列车行驶速度达到设定值时，单片机(2)控制摄像头(I)启动并实时采集驾驶员面部视频，单片机(2)根据面部视频信息判断是否报警，当列车行驶速度低于设定值时，单片机(2)控制摄像头(I)关闭。2.根据权利要求1所述的一种轨道列车驾驶员疲劳驾驶预警装置，其特征在于，所述的摄像头(I)安装在驾驶员座椅正前方的挡风玻璃处。3.根据权利要求1所述的一种轨道列车驾驶员疲劳驾驶预警装置，其特征在于，所述的装置还包括报警解除开关(4)，所述的报警解除开关(4)设置在列车驾驶台上。4.根据权利要求1所述的一种轨道列车驾驶员疲劳驾驶预警装置，其特征在于，所述的报警器(3)为蜂鸣器，设置在列车驾驶台侧面，朝向副驾驶方向。5.根据权利要求1所述的一种轨道列车驾驶员疲劳驾驶预警装置，其特征在于，所述的单片机(2)包括集成有中央处理器和随机存储器的硅片。6.—种使用如权利要求1所述的轨道列车驾驶员疲劳驾驶预警装置进行预警的方法，其特征在于，包括以下步骤: SI，列车由始发站启动，摄像头(I)为关闭状态； S2，单片机(2)实时读取列车速度传感器发送的速度信号，若列车速度超过设定值，启动摄像头(I)，摄像头(I)对驾驶员面部进行拍摄，拍摄时长达到设定长度后，单片机(2)根据视频信息计算驾驶员眨眼频率及嘴部轮廓大小，并存储对应信息;若列车速度未超过设定值，则返回步骤S2; S3，单片机(2)实时读取列车速度传感器发送的速度信号，若列车速度超过设定值，则启动摄像头(I)，摄像头(I)对驾驶员面部进行拍摄，拍摄时长达到设定长度后，单片机(2)根据视频信息计算驾驶员眨眼频率及嘴部轮廓大小，将对应信息与步骤S2中存储的信息进行比较，判断驾驶员是否为疲劳驾驶状态，若为疲劳驾驶，则单片机(2)向报警器(3)发送报警信号，否则关闭摄像头(I)并返回步骤S3;若列车速度未超过设定值，则返回步骤S3。7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述的步骤S2和S3中，速度的设定值为10km/ho8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述的步骤S3中，判断驾驶员是否为疲劳驾驶状态具体方法包括:当驾驶员眨眼频率减小且嘴部轮廓变大，且变化程度均超过阈值时，判断司机为疲劳驾驶。9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述的步骤SI和S2中，设定长度为40s。
【文档编号】G08B21/06GK106097658SQ201610654625
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年8月11日 公开号201610654625.9, CN 106097658 A, CN 106097658A, CN 201610654625, CN-A-106097658, CN106097658 A, CN106097658A, CN201610654625, CN201610654625.9
【发明人】杨俭, 袁天辰, 宋瑞刚, 林小松, 徐超群
【申请人】上海工程技术大学