基于驾驶数据的主动安全预警系统设计

2021-03-22张弘华余员琴

无线互联科技 2021年3期

张弘华，余员琴，李晨，王叶

（湖南交通工程学院电气与信息工程学院，湖南衡阳 421009）

0 引言

交通安全已经成为当今世界共同面对的一个重大社会问题，对于正处于快速发展过程中的我国来讲，形势则更加严峻[1]。交通事故发生前1 s有效地给车载系统和驾驶员发出警报，则可避免90%的交通事故，而要是能在交通事故发生前2 s驾驶人采取相应的措施，几乎所有的交通事故都能避免[2]。目前汽车上应用的预警装置很多，如车载防撞系统和倒车雷达系统，可实时测量汽车前或后物体之间的距离，提醒驾驶员采取相应措施避免发生碰撞事故[1]。车辆安全技术分为基于先进的防范措施主动安全技术和事故发生中及发生后被动安全技术。本文从驾驶行为数据、机器视觉、人工智能等技术实现对驾驶行为、车辆周边环境的监测和预警，提前发现潜在危险并及时提醒相关人员，实现车辆整体安全的闭环控制，以此减少交通事故的发生。

1 驾驶数据分析

驾驶员对车辆安全行驶起着关键性的作用。研究表时，导致交通事故的众多因素中，由驾驶员造成的占70%左右[3]。为保障驾驶员安全驾驶，可通过监测终端设备实时采集和分析驾驶员驾驶行为数据（面部及行为特征）来实现对不正当的驾驶行为进行实时监控和预警。

1.1 驾驶员驾驶行为数据分析

疲劳驾驶和危险驾驶行为是驾驶员驾驶行为数据分析的主要来源。疲劳驾驶可从脑电、心电、肌电信号发生异常，伴有频繁眨眼、点头、打呵欠等面部疲劳特征，转向盘、油门和制动踏板长时间不动，甚至车辆会出现蛇形等危险驾驶行为，以及驾车时间等方面进行实时监控和预警。危险驾驶行为从驾驶员抽烟动作、手机打电话、低头玩手机、离开驾驶位、急加速、急变道、急转弯及急刹车等触发系统报警提醒驾驶员安全驾驶。

1.2 行车环境数据分析

在“人-车-路-环境”的交通系统中驾驶员主要用视觉来感知行车环境，行车环境监测系统可弥补人眼不足，从而减少了交通事故的发生。行车环境从车辆前向碰撞、行人碰撞、车道偏离、车距、限速标志、超速等进行实时监测和预警。

2 系统整体结构设计

系统整体结构设计如图1所示，包括各类传感器、二次仪表、报警监测系统采集机、控制单元。

图1 系统整体结构

系统利用各类传感器对检测对象的参量变化进行采集和转换处理，由网络传输至转换器；转换器对接收到的信号进行转换，对转换后获取的电脉信号实施放大整形，并发送至二次仪表；二次仪表对获取的电脉信号实施线性化处理的同时调节仪表的量程和灵敏度等，将被测参量以数字形式进行体现。系统通过串行通讯方法将二次仪表与系统报警监测系统采集机连接起来。对于二次仪表传输的信息，报警监测系统采集机采用组态软件MCGS实施处理，同时对被监测参数进行呈现、报警、处理等，完成被测参量的自动报警监测。

2.1 传感器设计

传感器通常包括传感/传输、检测器、解调器和信号处理电路等[4]。如图2所示，将被测信号导入测量区，测量区内的信号受外界被测参数的影响转变为被调制的信号转换为电信号，利用信号处理电路将电信号处理成为可用信号，实现被测参数的确定。

2.2 控制单元设计

报警监测系统核心是控制单元，其主要功能是控制系统中的各个模块，并对检测领域实施控制、显示、数据处理以及通信等操作，采编采用ATMEGA162单片机为微控制器，其具有简化指令集、功耗低、运行效率高等优势。微控制器还能够控制硬件系统，系统初始化、控制传感器监测、数据处理、通过主显/辅显单元显示监测结果等。

3 系统软件工作流程设计

系统通过VC++及MS SQL Server 2000实施软件设计，软件设计中包含数据采集与传输功能模块、信号处理功能模块、各监测点实时数据与历史变化趋势显示功能模块、后台数据管理功能模块和报警功能模块5个功能模块。系统软件工作流程如图3所示，采用传感信号解调仪将传感器中的各类信号解调出后对信号进行转换处理，获得显示结果，达到峰值进而生成报警日志。