基于模糊控制的手机安全控制系统的设计

侯帅格 沈艳辉 雷 斌

（西安工业大学电信学院，陕西 西安 710032）

据统计，开车打手机导致交通事故的风险比通常情况下高出4倍。经统计，很多追尾、刮擦等交通事故都是因开车打手机而引起的。[1]目前市场上出现的与手机安全相关的诸多产品中，车载电话以方便接听和使用手机为主，手机安全软件则侧重于手机隐私保护、查杀手机病毒、手机程序和系统防护、反骚扰和垃圾短信过滤等。本文另辟蹊径，提出一种基于模糊控制的手机安全控制系统的设计。旨在在用户开车的前提下，系统通过对环境的感知和判断，由控制系统决策出当前的不安全等级，进而约束手机使用者对手机部分功能的使用，以此来提高使用者对环境的注意力，尽可能的保护手机使用者的人身安全。[2]

1 系统的组成和基本原理

系统的组成如图1所示。感知模块通过多种传感器采集得到手机的外界环境参数、行为参数、速度参数。模糊控制决策模块对感知模块输入的变量，先进行模糊量化处理，然后依据模糊控制规则，进行模糊推理，决策出手机当前的不安全等级。手机功能模块根据决策模块输出的不安全等级对手机的功能做出相应的限制与拓展。当用户遇到突发情况需要使用手机的某个受限功能，可以通过人机交互模块解锁相应功能。

图1 安全控制系统的组成

2 系统的核心模块设计

2.1 感知模块

该模块的功能在于获取手机用户所处的环境参数、速度参数，参数的获取可以通过以下方法：a.通过CAN总线读取汽车控制系统中已经测到的相关数据；b.获取汽车行车记录仪中的相关数据；c.可以通过额外安装的速度传感器和噪声传感器来得到相关的数据。数据得到后，进行单位转换和一定的处理然后得到感知参数。

2.2 模糊控制决策模块

该模块中，以感知模块输出的外界环境参数（e）、速度参数(s)作为输入变量，输出为手机用户的不安全等级(D)。其中e和s为连续值，D为离散值，其中D由模糊矢量d和D对应的隶属度决定。

其中外界环境参数表征的是外界环境的嘈杂声音的分贝值，速度参数表征的用户的开车速度。量化时依据现实环境中，人们对行车速度、声音分贝值的认知来进行非均匀量化。

2.2.1 输入输出变量的模糊化

设e、s和d的模糊变量分别为E、S和D，其中E、S和D的模糊集均为{S,MS,M,MB,B}，量化论域均为{-3，-2，-1,0,1,2,3}，不同的变量采用不同的量化阶，量化采用非均匀量化方法，模糊变量的隶属度均如表1所示：

?

L：表示环境的分贝值小；行车的速度低；不安全的等级低；M：表示环境的分贝值中等；行车的速度中等；不安全的等级中等；H：表示环境的分贝值大；行车的速度高；不安全的等级为高；ML,MH为复合含义，分别对应中等偏小（低）和中等偏大（高）。

2.2.2 模糊控制规则的形成

根据日常生活中，手机使用者开车时不同速度和车内的嘈杂程度下对手机的使用习惯，将该系统模糊控制规则的语言形式表示如下：

2.2.3 模糊关系的确定

根据上边的控制规则可以表示出模糊关系R：

式中×表示直积。

同理，可得到其它直积，并得到R如下：

2.2.4 模糊决策

参数 e、s和 d 对应的模糊矢量为 e′、s′和d′。模糊控制器的输出量D 由E′、S′与模糊关系R按推理合成规则来确定。

即 d=（e′×s′）·R（·表征模糊关系的合成）

经过模糊推理所决定的控制量d是一个模糊矢量，取隶属度最大原则和对应的隶属度确定D值(即最可能的不安全等级)。

2.3 手机功能模块

该模块针对模糊控制决策模块输出的不安全等级D，对手机的可使用功能加以限制和拓展。

不同等级下的功能做如下规定：

D=H：通话功能受限，转为手机小秘书托管状态；手机其他功能暂时锁定。

D=MH：部分电话可接听，同时间隔一定时间提醒用户降低速度或停车；其他电话仍由手机小秘书托管。短信转为语音即时播报；其他功能锁定。

D=M：所有电话可接听，同时提醒用户注意安全；短信转为语音即时播报；其他功能锁定。

D=ML：通话和短信功能恢复正常，手机上网功能受限。

D=L：手机功能不受限，短信转为语音即时播报，但在用户使用手机中，间隔一定时间提醒用户注意行车安全。

其中手机小秘书功能如下：

1）当有来电时，小秘书通知对方，用户正在行车中，不方便接听，请对方稍后再拨。

2）若某一电话不断来电，来电频率达到一定值时，可提醒用户停车，并语音告知用户来电用户电话簿中姓名，并提醒用户减速或停车。

3）若用户在中高速和高速情况下语音通话，则提醒用户降速或停车，若超过一定时间，告知手机主叫方和被叫方，通话将在几秒钟后结束，因为当前用户当前正在开车中，速度较高，长时间通话将威胁人身安全。

2.4 人机交互模块

该模块是针对用户在某些特殊情况下，必须使用手机的某项功能时，可以通过人机交互功能解锁某功能。为方便用户操作，可以通过语音指令解锁某一功能，该操作需要用户手机具有语音识别功能。若没有，可以匹配相关的硬件装置来实现，比如蓝牙耳机等。

3 结论

本文介绍的基于模糊控制的手机安全控制系统与目前市场上的手机安全软件和车载电话不同，相比更侧重于安全的考虑。该系统在现实应用中有很大的使用价值，本文主要是针对保护手机用户开车中的人身安全展开思路，但在实现应用中，环境因素不止一个，除文中讨论的之外，还有不同的驾驶条件下，比如山路和高速公路，其速度的影响会有很大的差异，其模糊控制规则有很大的的不同，故该系统在实际应用中还需要考虑更多的现实因素的影响。

[1]谢毅.“非注意盲视”开车打手机易酿交通事故.汽车之家.2010.04.12.

[2]李士勇.模煳控制·神经控制和智能控制论[M].哈尔滨工业大学出版社.1998

[3]尹辉娟，史智兴.模糊控制技术在节水灌溉中的应用[J].安徽农业科学.2009,37，23:90-91.

[4]闻新.MATLAB模糊逻辑工具箱的分析与应用[M].科学出版社 2001