一种基于表面肌电技术的驾驶员疲劳检测系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种基于表面肌电技术的驾驶员疲劳检测系统，包括疲劳检测终端设备和远程监控中心两部分，其中，疲劳检测终端设备设计为可穿戴头环，可穿戴头环上包括启动/关闭按钮、表面肌电检测电极、数据处理与控制器、振动电机和无线发射装置。本实用新型利用表面肌电检测技术的原理对眼部范围内表面肌电信号的检测实现疲劳状态的检测。通过本地检测预警和网络后台预警联动，可以加强营运单位对驾驶员驾驶状态的实时监管，解决了现有主流检测技术存在的如受驾驶员个体差异性和外部环境影响大、与疲劳特征相关性低、检测技术难度高等问题，为驾驶员疲劳检测提供了一种原理简单、实现难度相对较低、参数相关性大、准确性高的检测系统。
【专利说明】
一种基于表面肌电技术的驾驶员疲劳检测系统
技术领域
[0001]本实用新型涉及安全驾驶利用，特别涉及一种基于表面肌电技术的驾驶员疲劳检测系统。
【背景技术】
[0002]近年来，随着汽车保有量的迅速增加，我国道路交通安全形势异常严峻，交通事故已成为影响社会经济发展的重大问题。国内外多项研究表明，疲劳驾驶，以及由此所引起的跟车过近、车道偏离等危险驾驶行为是导致交通事故的重要原因。据美国高速公路交通安全管理局(NHTSA)最近进行的一次针对发生在三年以内的5，400多件交通事故的调查显示，疲劳驾驶是最频繁的“事故前关键性动作”，约占交通事故的37%。研究表明，通过对驾驶人疲劳状态进行实时检测，并在必要时刻对驾驶人的危险状态进行报警干预，可大大降低交通事故特别是恶性交通事故的发生。尤其对于从事长途客运、货运等营运作业，需要长时间连续驾车的驾驶人，行车中很难一直维持高警觉状态，疲劳驾驶的实时监控和干预就显得更加重要。
[0003]目前的疲劳检测方法主要有三种，第一种是基于机器视觉的驾驶员面部疲劳检测，即通过摄像头和疲劳检测算法分析驾驶员眼部和面部特征，判断其是否疲劳，这种方法虽然使用较广泛，但是受驾驶员个体差异性和外部环境影响较大，检测算法技术门槛高，目前已有产品的检测精度大都无法满足实用需求;第二种是基于交通工具行为特征的检测，如方向盘的操纵情况、车速、车道偏移情况等，这种检测方法所采集的数据跟疲劳驾驶相关性不大，且针对不同车型无法制定统一的产品标准，因此推广难度较大;第三种是基于驾驶员生理参数的检测方法，目前主流的是对脑电波(Electroencephalogram,EEG)的检测，脑电波是目前判断疲劳相对可靠的指标，但是它也是一个非常敏感的指标，对测试精度要求较高，功能实现较难，目前尚无可观的产品出现。
[0004]在此技术背景下，本实用新型提出了一种基于表面肌电技术的驾驶员疲劳检测系统，由于眼部参数最能反映疲劳状态(如眨眼频率、闭眼时长、单位时间内眼睛闭合时间所占比例等)，该设备主要利用检测电极检测眼皮范围内的表面肌电信号，根据该信号反映的肌肉状态判断眼部闭合状态，从而实现驾驶员疲劳状态的检测。此方法原理简单且以与疲劳相关度最高的眼部参数为依据，在一定程度上解决现有主流技术存在的诸多缺陷，具有十分重要的意义。
[0005]表面肌电信号:是指神经肌肉系统在完成各种随意性和非随意性活动时产生的生物电变化经表面电极引导、放大、记录和显示所获得的一维电压时间序列信号。表面电极可直接置于皮肤表面，使用方便。
【实用新型内容】
[0006]本实用新型目的是:提供一种基于表面肌电技术的驾驶员疲劳检测系统，系统主要通过一个安装有检测电极的可穿戴头环检测驾驶员眼皮范围内的表面肌电信号，根据该肌电信号图判断眼部开闭状态，从而实现疲劳状态的检测。通过本地检测预警和网络后台预警联动，可以加强营运单位对驾驶员驾驶状态的实时监管。其实用新型目的主要是:
[0007](I)该实用新型解决了现有主流检测技术存在的如受驾驶员个体差异性和外部环境影响大、与疲劳特征相关性低、检测技术难度高等问题，为驾驶员疲劳检测提供了一种原理简单、实现难度相对较低、参数相关性大、准确性高的检测方法；
[0008](2)该系统的检测设备采用可穿戴头环的设计，解决了现有车载设备存在的占用车内空间、影响车内美观、受车型影响大、推广难度较大等问题；
[0009](3)该系统的应用可以给驾驶员提供行车安全保障，减少因疲劳驾驶引发的交通事故，通过无线通信网络实现与远程监控中心的联动可以构建全方位的监控体系，进一步保障客货运营市场的安全运营秩序，提升运营单位智能化管理水平。
[0010]本实用新型的技术方案是:
[0011]—种基于表面肌电技术的驾驶员疲劳检测系统，包括疲劳检测终端设备和远程监控中心两部分，其中，疲劳检测终端设备设计为可穿戴头环，可穿戴头环上包括启动/关闭按钮、表面肌电检测电极、数据处理与控制器、振动电机和无线发射装置，其中，
[0012]启动/关闭按钮，置于头环外部一侧，与头环的供电电池连接，用于开启或关闭系统；
[0013]表面肌电检测电极，置于头环内侧眼部周围位置，用于采集眼部神经肌肉系统进行开闭运动时产生的电活动信号，并发送到数据处理与控制器；
[0014]数据处理与控制器，置于头环内侧，一方面对表面肌电检测电极采集的电活动信号进行分析，判断眼部开闭状态，根据眼睛闭合频率与时长判断驾驶员是否疲劳；另一方面，在系统判断驾驶员疲劳驾驶时，向振动电机发送振动信号，并通过无线发射装置将该疲劳信号传输至远程监控中心；
[0015]振动电机，置于头环内侧，在接收到数据处理与控制器发来的振动信号后产生振动，提示疲劳的驾驶员注意休息；
[0016]无线发射装置，置于头环内侧，在接收到数据处理与控制器发来的传输信号后，向远程监控中心实时发送疲劳信号；
[0017]远程监控中心，包括服务控制器和显示器平台，接收所述疲劳检测终端设备的无线发射装置推送的疲劳预警信息，进行处理保存，对驾驶员的疲劳驾驶信息进行报表统计管控。
[0018]优选的，所述无线发射装置采用GPRS传输天线。
[0019]优选的，所述表面肌电检测电极的数量为两个，分别置于头环内侧两个眼部周围位置。
[0020]本实用新型的基于表面肌电技术的驾驶员疲劳检测系统实现疲劳检测的方法步骤为:在疲劳检测终端设备电池安装完好的情况下，按下启动/关闭按钮后，电路闭合，系统开始工作启动后，置于眼部周围的表面肌电检测电极开始采集眼部肌肉运动的电活动信号，当眼睛进行开闭运动时，眼部肌肉的电活动信号会产生变化，经表面电极引导、放大、记录并显示，数据处理器根据电极所获得序列信号分析得出眼睛的闭合频率和时长等数据，当该数据达到设定的疲劳阈值，系统判断该驾驶员处于疲劳驾驶状态，系统数据处理与控制器向振动电机发送振动信号，振动电机产生振动对驾驶员进行预警提示，同时，控制器向无线发射模块发送信息传输信号，无线发射模块发送实时疲劳信号至远程监控中心;远程监控中心接收所述疲劳检测终端设备的无线发射装置推送的疲劳预警信息，进行处理保存，对驾驶员的疲劳驾驶信息进行报表统计管控。
[0021]本实用新型提出了一种基于表面肌电技术的驾驶员疲劳检测系统，系统利用表面肌电检测技术的原理对眼部范围内表面肌电信号的检测实现疲劳状态的检测。通过本地检测预警和网络后台预警联动，可以加强营运单位对驾驶员驾驶状态的实时监管。其有益效果主要体现在:
[0022](I)该实用新型提出的利用表面肌电检测技术实现疲劳检测的方法，原理简单、实现难度相对较低、参数相关性大，可实现对疲劳状态高精度、高鲁棒性、高可靠性的判别；
[0023](2)该系统的检测设备采用可穿戴头环的设计，不受车型影响，不占车内空间，利于推广普及；
[0024](3)该系统的应用可以给驾驶员提供行车安全保障，减少因疲劳驾驶引发的交通事故，通过无线通信网络实现与远程监控中心的联动可以构建全方位的监控体系，进一步保障客货运营市场的安全运营秩序，提升运营单位智能化管理水平。
【附图说明】
[0025]下面结合附图及实施例对本实用新型作进一步描述:
[0026]图1为本实用新型所述基于表面肌电技术的驾驶员疲劳检测系统的模块原理图；
[0027]图2为本实用新型所述的疲劳检测终端设备的硬件结构示意图；
[0028]图3为本实用新型基于表面肌电技术的驾驶员疲劳检测系统实现疲劳检测的工作流程图。
【具体实施方式】
[0029]如图1所示，本实用新型所揭示的一种基于表面肌电技术的驾驶员疲劳检测系统，包括疲劳检测终端设备和远程监控中心两部分。其中，如图2所示，疲劳检测终端设备设计为可穿戴头环I，可穿戴头环上包括启动/关闭按钮2、表面肌电检测电极3、数据处理与控制器4、振动电机5和无线发射装置6。
[0030]启动/关闭按钮2，置于头环外部一侧，与头环的供电电池连接，用于开启或关闭系统；
[0031]表面肌电检测电极3，数量为两个，分别置于头环内侧两个眼部周围位置，用于采集眼部神经肌肉系统进行开闭运动时产生的电活动信号，并发送到数据处理与控制器；
[0032]数据处理与控制器4，置于头环内侧，一方面对表面肌电检测电极采集的电活动信号进行分析，判断眼部开闭状态，根据眼睛闭合频率与时长判断驾驶员是否疲劳；另一方面，在系统判断驾驶员疲劳驾驶时，向振动电机发送振动信号，并通过无线发射装置将该疲劳信号传输至远程监控中心；
[0033]振动电机5，置于头环内侧，在接收到数据处理与控制器发来的振动信号后产生振动，提示疲劳的驾驶员注意休息；
[0034]无线发射装置6，置于头环内侧，采用GPRS传输天线，在接收到数据处理与控制器发来的传输信号后，向远程监控中心实时发送疲劳信号；
[0035]远程监控中心，包括服务控制器和显示器平台，接收所述疲劳检测终端设备的无线发射装置推送的疲劳预警信息，进行处理保存，对驾驶员的疲劳驾驶信息进行报表统计管控。
[0036]如图3所示，本实用新型的基于表面肌电技术的驾驶员疲劳检测系统实现疲劳检测的方法步骤为:
[0037](I)疲劳检测终端设备在电池安装完好后按下启动按钮即可正常工作，所述的肌电检测电极采集眼部肌肉运动的电活动信号，然后将信号发送至所述数据处理与控制器；
[0038](2)所述数据处理与控制器通过信号输入口获取驾驶人眼部电活动信号后传给内部的DSP处理器进行信号值计算，然后将计算结果发送给处理器进行分析处理，当该信号值达到系统设置的疲劳阈值时，系统判断此时驾驶员为疲劳驾驶；
[0039](3)当系统判断发生疲劳驾驶时，处理与控制器向所述振动电机发送振动指令，振动电机接收到振动指令后产生振动，对驾驶员进行预警提示，驾驶员接收到该提示后应适当停车休息。同时，数据处理与控制器向所述无线发射装置发送信息传输指令，无线发送装置接收到该指令后通过GPRS天线将实时的疲劳信号发送至远程监控中心；
[0040](4)远程监控中心接收疲劳信号后，进行解析处理并保存到数据库，同时在显示器平台上弹出文字提醒并发出语音报警，监控人员发现后可以通过其他远程通讯设备对驾驶员进行管控。
[0041]上述实施例只为说明本实用新型的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人能够了解本实用新型的内容并据以实施，并不能以此限制本实用新型的保护范围。凡根据本实用新型主要技术方案的精神实质所做的修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。
【主权项】
1.一种基于表面肌电技术的驾驶员疲劳检测系统，其特征在于:包括疲劳检测终端设备和远程监控中心两部分，其中，疲劳检测终端设备设计为可穿戴头环，可穿戴头环上包括启动/关闭按钮、表面肌电检测电极、数据处理与控制器、振动电机和无线发射装置，其中， 启动/关闭按钮，置于头环外部一侧，与头环的供电电池连接，用于开启或关闭系统；表面肌电检测电极，置于头环内侧眼部周围位置，用于采集眼部神经肌肉系统进行开闭运动时产生的电活动信号，并发送到数据处理与控制器； 数据处理与控制器，置于头环内侧，一方面对表面肌电检测电极采集的电活动信号进行分析，判断眼部开闭状态，根据眼睛闭合频率与时长判断驾驶员是否疲劳；另一方面，在系统判断驾驶员疲劳驾驶时，向振动电机发送振动信号，并通过无线发射装置将该疲劳信号传输至远程监控中心； 振动电机，置于头环内侧，在接收到数据处理与控制器发来的振动信号后产生振动，提示疲劳的驾驶员注意休息； 无线发射装置，置于头环内侧，在接收到数据处理与控制器发来的传输信号后，向远程监控中心实时发送疲劳信号； 远程监控中心，包括服务控制器和显示器平台，接收所述疲劳检测终端设备的无线发射装置推送的疲劳预警信息，进行处理保存，对驾驶员的疲劳驾驶信息进行报表统计管控。2.根据权利要求1所述的基于表面肌电技术的驾驶员疲劳检测系统，其特征在于:所述无线发射装置采用GPRS传输天线。3.根据权利要求1所述的基于表面肌电技术的驾驶员疲劳检测系统，其特征在于:所述表面肌电检测电极的数量为两个，分别置于头环内侧两个眼部周围位置。
【文档编号】A61B5/0488GK205433685SQ201521125712
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2015年12月31日
【发明人】李家文, 刘花, 张义文
【申请人】清华大学苏州汽车研究院（吴江）