基于车联网和医疗大数据的车载健康检测系统

陆斯，孟广威，曲志鹏，孙贺亮

(上汽大众汽车有限公司，上海 201804)

0 引言

在竞争激烈的现代社会，快节奏的生活使越来越多的人处于亚健康状态。一旦身体出现不适，将面临就诊预约难、排队久的问题。同时，也有许多人在生病的初发阶段未察觉、不在意或不愿就诊，反而造成了病情的延误。

事实上，汽车作为目前人们出行最常用的交通工具，承载了生活中大量的碎片时间。为此，作者提出一种车载健康检测系统，在不影响司机和乘客的驾乘行为的情况下对其健康状况进行监控和检测，对结果进行分析并发送给专业医生，供医生进行远程诊断并反馈专业建议。这样，既能省去人们去医院挂号排队的时间，还能建立个人健康档案，实时监控健康状况。此外，该检测系统还具有分析和学习能力，能判断司机的身体状况是否适合驾驶、是否需要休息，并具备防止疲劳驾驶、防止酒驾等功能。

1 系统介绍

如图1所示，整个系统可分为4个模块，主要包括信号采集与处理模块、健康状态检测模块、健康参数显示模块以及医疗数据传输模块。信号采集模块将具备体温检测、心率检测、车内空气质量检测等多项功能；数据处理模块将在车载终端和云端对采集到的数据进行格式转换，使用云计算进行大数据分析，对不同乘客建立个人健康档案，记录并诊断身体状况。健康参数显示模块则是整套系统对外的一个窗口，方便客户实时查看相关参数指标。医疗数据传输终端仅在乘客身体出现异样并在乘客允许的情况下与医生连线以便进行进一步诊断。为保障乘客个人信息的隐私性，图1中虚线部分仅在乘客允许的情况下进行处理。

图1 车载健康检测系统

2 信号采集方案

2.1 温度检测

体温检测为红外检测方式。红外线温度传感器测量时不与被测物体直接接触，且灵敏度高，反应快，是理想的测量传感器类型。探测出对应的温度后，将测量出的数据进行数据变换，经CAN总线传输，显示在仪表板屏幕上。

具体实现可有两个方案：方案一是将红外检测传感器布置在座椅两侧面及顶棚，且使座椅上的红外线温度传感器倾斜一定角度，如图2所示，使之朝向驾驶人的腋下位置，顶棚传感器对准驾驶员的额头。这种布置有以下几点好处：(1)人体腋下温度及额头温度更接近人体真实温度，可以较好地反映身体的体温情况；(2)布置在座椅上可消除驾驶人调节座位位置带来的影响；(3)通过测量两边腋下温度及额头温度可以减小测量误差，使测量结果更准确。方案二是将红外温度测量仪布置在座椅头枕上，如图3所示。这样当驾驶员头部靠近头枕时，温度测量仪就会测量驾驶员耳蜗温度。此方法类似医用测量方法，结果更具参考价值。

图2 温度检测方案一示意

图3 温度检测方案二示意

2.2 心率检测

心率测量传感器系统是将反射式光电传感器布置在安全带内、方向盘及座椅靠背上，如图4所示。通过对人体心跳信号的检测与处理，最后将数据传输到仪表板显示屏上。将心率传感器布置以上几个地方，有以下几点好处：首先，安全带、方向盘及座椅直接接触驾驶员的身体，更能精确获取到心跳数据；其次，当汽车启动而没有检测到3个传感器传输的心跳数据时，说明驾驶员没有按要求系安全带或双手离开方向盘，或是驾驶员没有用正确的坐姿进行驾驶，此时可以提醒驾驶员系好安全带、紧握方向盘、调整坐姿，3个传感器缺失一定时间的数据时，可传输信号给ECU，使车辆紧急靠边制动停车；第三，假如心率持续2 h检测到心率数据而无中断的时间，说明驾驶员可能进入疲劳驾驶的状态，此时可以提醒驾驶员休息，以减少由疲劳驾驶而引发交通事故的风险；第四，这种系统还能帮助老年人进行健康管理，或帮助病人随时掌握心脏状况，以便能在紧急情况下迅速联系医生。

图4 心率检测方案示意

2.3 血压检测

座椅背侧面配备便携式血压检测仪器，如图5所示：驾驶员方便时就可以马上使用进行血压检测，省时省力；不用时就可以将设备收纳在座椅旁，不占用车内空间。

图5 血压测量示意

2.4 车内气体检测

车内的空气质量检测也是健康检测系统的一个重要组成部分，空气监测系统可以随时监测车内氧气含量、有机挥发物及PM2.5等项目。具体的传感器将集成在中央通道扶手内，如图6所示。

弹性模量和硬度是材料的两个重要参数，本文实验结果和前人对各种材料的分析表明，弹性模量随着硬度的增大呈非线性增加。2004年Bao等人给出了弹性模量和硬度之间的关其中Rs为能力耗散系数;Bao认为材料的弹性模量与硬度之间存在非线性增加的关系，弹性模量随材料的能量耗散而发生变化。对于弹性模量相近的材料，硬度越低，在接触或挤压过程中局部能量耗散就越大，应力波传播距离小，不容易引起整体破坏，或者说材料具有脆性低，断裂阻力高的特点。

图6 空气测量示意

除了空气质量传感器外，方向盘处还将装备酒精检测装置，一旦检测到呼出气体酒精含量超标，系统将发出警报，以提醒乘客勿酒后驾驶。

2.5 健康状态检测

采集到各个健康指数后，将进行数据处理以及身体健康状况判断。具体的流程如图7所示。

图7 健康状态检测流程

步骤一，将温度、心率、血压、气体、检测器检测到的各项数据通过信号处理传入车载终端的个人健康数据库中；

步骤二，根据现有医学经验和要求，健康检测处理器根据传入的个人数据库中的数据，建立个人健康模型；

步骤三，将建立的个人健康模型和根据医院采用的标准健康参数值建立的标准模型进行对比，判断乘客的健康状况是否正常。若正常，则返回步骤一继续进行身体检测。若不正常，则进入步骤四；

步骤四，诊断乘客身体各项健康指标，对不符合健康指标的由车载终端系统发出警报，提醒乘客；

步骤五，询问乘客是否需要连线医生，若不需要则返回步骤一，若需要，则进入步骤六；

步骤七，连线医生根据初步体检报告进行初步诊断，反馈初步诊断结果的同时对乘客进行远程指导，进行简单治疗；

步骤八，根据反馈的诊断结果更新个人健康数据库，优化个人健康模型。

3 显示系统

采用由车内显示控制器、用户个人手机中的定制应用以及后台服务器构成的显示系统。系统架构如图8所示。

图8 健康状态检测显示系统架构

其中车内显示控制器为车载信号收集的载体，并且具有数据离线处理能力。可将数据传输给手机应用，为后台手机应用提供历史数据记录以及诸如在线健康咨询、健康商城等移动服务。后台可以通过大数据处理，结合用户所在城市的环境数据，提供实时可靠的后台在线分析数据给车内控制器及手机应用。

3.1 车内显示系统

健康状态检测车内显示系统架构如图9所示。

图9 健康状态检测车内显示系统架构

健康状态检测显示系统与整车的交互原理图如图10所示。

图10 健康状态检测显示系统与整车交互原理

3.1.1 车载总线信号处理

车载总线以高速CAN和以太网为主，目前车内通信以高速CAN居多，因此该系统主要由高速CAN进行信号传递。

3.1.2 显示系统附属传感器

中控娱乐系统也可搭载部分传感器或信号收集器，如红外线手势识别传感器、GPS传感器等。这些信号可以在该系统中作为辅助信息进行收集并处理，比如当检测到驾驶员有重大的身体问题时，位置信息(由GPS传感器获得)可以帮助定位车辆位置并激活紧急求助电话。

3.1.3 车外通信接口

与车外通信的方式有很多，比如蓝牙、Wi-Fi、4G网络等。使用蓝牙或Wi-Fi可以与手机APP进行通信，使用4G网络可以与后台服务器通信。

3.1.4 模拟系统

该系统的显示在现阶段将使用CANoe软件收集总线信息并显示(计算机端)。

图11 健康状态检测模拟系统

3.2 手机应用及医院终端

后台收集用户的健康信息后，处理后给出分析结果，通过蓝牙、Wi-Fi等把系统收集到的健康信息发送到用户手机上，用户可以在手机APP上查看历史信息、健康分析等。

为实现对乘客的远程身体检测，医院终端可直接使用现有计算机，只需具备初步分析报告以及与乘客视频的功能即可。

4 结论

阐述的一种以车联网为载体、以医疗大数据为基础的座舱健康监测系统，通过采集驾驶者身体的关键数据并进行处理，将检测结果与健康标准进行对比分析，判断驾驶者的健康状况并进行提醒及辅助性操作，还可将检测结果记录并发送医院终端进行诊断。该系统可以提高驾驶者对自身健康状况的了解程度，极大地减小因驾驶者自身健康原因导致的驾驶事故的风险。