汽车酒后驾驶智能监控策略研究

王文彬

（华北水利水电大学，河南 郑州 450045）

汽车酒后驾驶智能监控策略研究

王文彬

（华北水利水电大学，河南 郑州 450045）

文章根据NIRS特性，使用偏最小二乘法和小波分析理论，建立一个酒精监测预测模型，并以此为基础设计出一套酒后驾驶智能监控系统，该系统分为启动监控和运行监控两种模式，可从源头上杜绝酒驾的发生。

NIRS；酒后驾驶；酒精检测

CLC NO.:U471.3Document Code:AArticle ID:1671-7988 (2017)06-18-02

前言

酒精可以抑制人体中枢神经的运动，令人反应减慢、影响动作协调、视力、专注力、认知能力等，从而导致严重车祸及伤亡。我国2011年修订道路交通安全法第九十一条，加大了对酒后驾驶行为的打击力度。此外，我国对酒后驾驶智能监控系统也做了深入的研究，并取得了一些成果。但这些技术尚有一些缺陷，并不能从源头全方面的解决酒驾问题，本文基于这些问题提出了一个全新的酒精监控策略，可有效的控制酒驾现象，并协助公安交警部门完成酒驾取证工作。

1、系统工作原理和总体结构设计

1.1 工作原理

酒精检测是汽车酒精检测智能监控系统的核心，使用近红外光谱检测可以实现无损血液酒精浓度检测，提高检测的精确性和可行性。

本系统要求近红外检测部位为微动脉血管丰富的人体组织，故选择手指指腹和手掌为检测部位。手指指腹与手掌相比较，手指指腹微动脉血管更为丰富，为保证检测精度，在运行检测模式中，对手指腹进行二次检测确认，以防误判。

根据NIRS特性，使用近红外漫透反射检测法及朗伯-比尔定律对近红外光谱定量分析，运用偏最小二乘法理论和小波分析理论，建立一个酒精检测预测模型[1～2]。偏最小二乘法综合了多元线性回归（MLR）、主成分分析（PCR）和典型相关分析（COA）的优点，可以很好的处理酒精检测中多自变量、多因变量、样本少和变量多重相关性问题[3]。通过小波分析将检测信号进行小波变换，然后得到一系列的小波系数，然后根据条件对这些系数进行处理，剔除噪音信号，然后将剔除噪音的小波系数进行重构，得到精确的检测数据，从而判断驾驶员血液中的酒精浓度[4]。

1.2 总体结构设计

本系统包括系统电源、中央控制器、驾驶员检测模块、NIRS酒精检测模块、摄像头、GPRS通信模块、双闪报警、声光报警、继电器、发动机电源等。系统总体结构如下图。

图1 系统总体结构图

本系统把NIRS酒精检测模块集成在方向盘，方向盘外围有三颗NIRS手掌酒精检测传感器，用于实时监测；中间有一颗NIRS指腹酒精检测传感器，用于启动检测和二次确认。

2、系统工作流程

本系统旨在切断饮酒者与车辆的联系，使饮酒者无法驾驶车辆，即饮酒者无法启动车辆，也无法驾驶已经启动的车辆，因此系统分为启动监控和运行监控两种模式。

2.1 启动监控模式

汽车接通电源后，系统激活，检测到驾驶员后，进入启动监控模式，系统声光引导驾驶员进行指腹酒精检测，通过数据处理得到驾驶员血液中酒精浓度 C，若 C≥20mg/ 100mL，则断开发动机电源，汽车无法启动，启动双闪灯和声光报警，并对酒驾人员进行拍照，获取车辆位置和时间信息，然后与车辆信息一起上传到远程服务器，作为证据提供给交警部门；若C＜20mg/100mL，则启动汽车，然后进入运行监控模式[5]。

2.2 运行监控模式

图2 系统工作流程图

在汽车启动后，进入运行监控模式，NIRS手掌酒精检测传感器实时采集血液酒精浓度信息，然后通过数据处理得到驾驶员血液中酒精浓度C，若≤20mg/100 mL，则继续采集。若 C≥20mg/100mL，引导驾驶员进行二次确认，若 C依然超标，则断开发动机电源，使汽车无法启动，启动双闪灯和声光报警，并对酒驾人员进行拍照，获取车辆位置和时间信息，然后与车辆信息一起上传到远程服务器，作为证据提供给交警部门；若二次确认C未超标，则进入运行监控模式。

系统工作流程如图2。

3、系统创新设计

本系统创新使用了NIRS酒精检测技术，并实现了与汽车酒后驾驶智能监控的完美对接，可有效杜绝酒驾现象。本系统的主要创新点有：

1）把系统创新的分为启动监控模式和运行监控模式，切断饮酒者与车辆的联系，使饮酒者无法启动车辆，也无法驾驶已经启动的车辆，从源头上杜绝酒驾的发生。

2）本系统创新地把NIRS酒精检测应用到汽车酒后驾驶智能监控系统中，提高对血液酒精检测的精度和可行性。

3）创新使用NIRS指腹酒精检测和NIRS手掌酒精检测相结合，并使用二次确认，防止误判，既提高检测精度又体现了人性化设计。

4、结语

近年随着我国交通水平和人民生活水平的提高，我国汽车保有量不断增加，而酒后驾驶引发交通事故的数量也呈现不断上升的趋势，该酒后驾驶智能监控系统能够从源头全方面的解决此类问题，大大提高驾驶员驾车的安全性，减少此类交通事故的发生。

[1] 严衍禄,景茂,张录达,王万军.付里叶变换近红外漫反射光谱分析测量误差的研究[J].北京农业大学学报,1990,16:37-47.

[2] 严衍禄,赵龙莲.近红外光谱分析基础与应用[M].北京:中国轻工业出版社,2005:39-42.

[3] 李艳冲,邵学广,蔡文生.基于多模型共识的偏最小二乘法用于近红外光谱定量分析[J].高等学校化学学报,2007,28(2):246-249.

[4] Li ZY, Zhang M, Wang Y, et al. Wavelet Analysis of Sacral Tissue Oxygenation Oscillations by Nearinfrared Spectroscopy in Persons with Spinal Cord Injury, Microvascular Research 2011,81(1):81-87.

[5] 国家质量监督检验检疫局.《车辆驾驶醉酒驾车的测试人员血液、呼气酒精浓度阈值与检验》,GB19522—2004.

Research on Intelligent Monitoring and Control Strategy of Drunk Driving

Wang Wenbin
（North China University of Water Resources and Electric Power, Henan Zhengzhou 450045）

According to the characteristics of NIRS, we use partial least squares method and wavelet analysis theory to establish a predictive model of alcohol monitoring. And based on this, we design an intelligent monitoring system for drunk driving. The system can be divided into two modes: start monitoring mode and operation monitoring mode, that to prevent the occurrence of drunk driving from the source.

NIRS; drunk driving; alcohol detection

U471.3

A

1671-7988 (2017)06-18-02

王文彬，就读于华北水利水电大学。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.06.006