基于人脸识别技术的智能防酒驾系统

杨维昊 尹航 李想 张以诺

摘 要：智能防酒驾系统应用人工智能、物联网和图像识别技術，改变已有的各种检测设备在检测过程中的逻辑思路，采用新的实施方案，对传统的防酒驾系统进行升级、创新并应用，通过新的逻辑思路，预防代替酒精检测认证驾车情况，以减少交通事故，保障人们生命和行驶安全。

关键词：智能防酒驾系统;人工智能;图像识别;行驶安全

0 绪论

随着人工智能的发展以及物联网技术的应用，越来越多的新兴科技被应用于传统行业和领域，诸多传统行业的设备、产品、方法等不断创新发展，更多的走进人们生活，带来生活便捷和质量的提升。行车安全是近些年大家关注的领域，其中，重大伤亡事故往往离不开酒驾这个刺耳的名词，据世界卫生组织（WHO）统计，全球每年有120多万人死于交通事故，平均每20秒就有一人死于交通事故，其中大约有50%～60%的交通事故与酒后驾驶有关[1-2]，酒驾引起重大伤亡事故呈愈演愈烈之势，除去严格执法，推行预防酒驾的新技术方案也是减少和杜绝酒驾的有力手段。一种基于人脸识别技术的智能防酒驾系统，应用人工智能、物联网和图像识别技术，对传统的防酒驾系统进行升级，创新并应用，能够降低酒驾事故，提升行车安全，防酒驾系统能进一步确保人们的生命安全，减少交通事故，对于一个和谐稳定的社会起到着不能忽视的作用[3]。

1 现状分析及问题

（1）呼气式检测装置。目前，国内外防酒驾装置的技术原理大多数是基于呼气式检测技术。它的基本原理是通过气体传感器检测呼出气体中的酒精浓度，传感器会产生与酒精浓度相对应的电信号，该电信号会被传输到车辆的中央控制单元以识别驾驶员血液中的酒精含量，并且根据检测结果，采取了各种措施来防止酒后驾驶，例如限制速度或切断发动机。该检测系统主要作为交通执法人员酒后驾驶的检测方法，需要执法人员当场进行，而且这种方法只能对部分车辆进行抽样检查，检测范围有限，很多驾驶员心存侥幸，或者经常出现不配合执法人员完成酒后驾驶检测的情况。

（2）基于单片机技术的车载酒精检测装置。在单片机发展的基础之上，提出了基于STM32的车载酒精检测系统的设计方案。该方案是一种基于物联网的车载防酒驾装置，利用酒精传感器去检测驾驶员呼出气体的酒精含量或者检测车内的酒精含量，来判断是否存在驾驶员酒后驾车的情况。当系统检测到酒精浓度超出正常值后，通过控制车内的制动装置对汽车进行限速和强制停车处理。该检测系统因为其本身漏洞比较大，所以还未进行大规模的应用。因为在检测过程中，如果出现车内其他人员饮酒，但是驾驶员并未饮酒的情况，同样会导致车内环境的酒精浓度提高，如果在这种情况下，装置检测酒精含量超标的话，就会导致车内不能正常的驾驶。

（3）近红外光谱酒精检测技术。近红外光谱法（NIR）是近年来发展迅速的一种快速检测技术，具有分析速度快，无创性的特点。近年来，近红外光谱法检测血液成分的技术已经在临床应用中相对成熟。清华大学的李刚教授通过近红外吸收光谱法测量了血氧的饱和浓度。李刚教授提出了一种无损检测近红外光谱的血液成分的方法。我们可以将近红外光谱技术植入酒精检测系统中，从而使酒精驾驶检测系统更加科学、及时。该检测系统准确性比较高，漏洞比较小，但是目前仍然在测试阶段，无法预知在实际应用的具体能够发挥多大的作用，而且该方法所需技术比较复杂，较其他方法更加繁琐，同时造价也比较昂贵。

（4）防酒驾系统需要解决的问题。应该避免出现旁人代替驾驶员进行酒精检测的情况;应该避免在启动汽车后，出现未进行酒精检测的人员驾驶车辆的情况;应该避免环境中的酒精含量对酒精检测的结果的影响。

2 系统概述

智能防酒驾系统包括两个部分：一是基于树莓派开发板开发的车载设备检测系统，使用python语言开发;二是基于web开发的显示设备，使用C#、HTML、Javascript等语言开发，通过显示设备能够展示在启动和驾驶汽车途中出现的驾驶员行为异常提示的车载展示系统。整个系统包括开关模块、拍照模块、人脸识别模块、酒精检测模块、打火模块、驾驶员监测模块、登录模块、错误提示模块等。

智能防酒驾系统是一套实时监控系统，可以识别驾驶员从驾驶前到停车后的精神状态和酒精浓度，并提供相应的警告信息，有助于事故预防和辅助事故识别。通过监测驾驶员的酒精含量和状态，识别驾驶员是否酒后驾驶，从而达到防止酒后驾车的目的，同时杜绝出现酒后驾车的侥幸心理的行为。除预警外，智能防酒驾系统还可以通过干预车辆的控制系统降低车速并安全停靠，以此降低酒后驾驶造成交通事故的概率。应用智能防酒驾系统，将传统的酒后驾驶被动检测转变为主动预防，将酒后驾驶危害降至最低，具有极大的社会价值。

3 系统实现

智能防酒驾系统使用物联网技术与人脸识别技术，以树莓派开发板为开发平台，协调各个功能模块，应用程序通常通过socket向网络发出请求或者应答网络请求[3]，实现对驾驶员的酒精检测与汽车的控制。

（1）工作流程。系统开关模块安装在开发板上，控制着汽车的启动关闭和系统的启动关闭，该模块使用物理按键，当驾驶员第一次按动按键时为开启系统，依次进行各个模块的检测操作，如果各个模块检测合格则汽车启动，当驾驶员第二次按动按键时为关闭系统并且关闭汽车，并且把该信息上传到数据库。系统启动后首先通过拍照模块控制着摄像头进行拍照，获取汽车驾驶座上的驾驶员图像，然后调用酒精检测模块对驾驶员进行检测，驾驶员对检测模块进行呼气的同时，系统再次调用拍照模块拍照获取进行酒精检测人员图像，通过酒精检测模块判断驾驶员是否饮酒，如果饮酒则不会启动汽车，同时，显示模块提示酒精检测未合格，如果不饮酒则进入图像对比模块，同时，显示模块提示酒精检测合格，进入图像对比模块。图像对比模块通过拍照模块获取汽车驾驶座上驾驶员照片和进行酒精检测人员照片比对，判断是否为一个人，如果为同一人则汽车启动，如果不为一人则系统不会启动汽车，并且显示提醒驾驶员需要进行酒精检测，如果判断为同一人则调用汽车启动模块启动汽车。当汽车启动成功后，开启驾驶员监测模块，在行驶过程中调用拍照模块和图像对比模块，随机对驾驶员进行拍照，由图像对比模块与进行酒精检测的人员的人脸信息进行比对，如果为同一人不会提醒，如果发现不同，则显示模块则会显示警告，并且在一定时间后使用汽车启动模块将汽车熄火，如果还需要继续驾驶则重新开启系统进行检测工作。

（2）智能防酒驾系统输入子系统和输出子系统组成：1）输入子系统包括：装置开关模块、摄像头模块、酒精检测模块、人脸识别模块、汽车打火模块、驾驶员监测模块;装置开关模块负责驾驶员启动汽车时，自动启动该装置进行相应的检测;摄像头模块负责拍照，分别获取驾驶人员面部图像和进行检测的人员的面部信息，并存储;酒精检测模块负责对驾驶人员进行酒精含量的检测;人脸识别模块通过摄像头模块拍照获取的人脸信息进行识别比对，判断是否为同一人;汽车打火模块当驾驶员通过酒精检测模块，并且通过人脸识别模块判断为同一人时，汽车打火启动，否则汽车不启动;驾驶员监测模块负责行驶过程中随机对驾驶员进行拍照。2）输出子系统包含显示模块。

4 结语

智能防酒驾系统关键在于该系统中使用了人脸识别技术，改变了已有的各种检测设备在检测过程中的逻辑思路，采用新的实施方案，驾驶检测过程中不仅使用酒精传感器获取驾驶者酒精浓度，而且还应用摄像头对装置启动时和驾驶过程中人员进行抓拍，并应用人脸识别技术判断是否出现旁人代替酒精检测的情况，通过这种逻辑保证保障行驶安全。未来，通过对大数据背景下的计算机网络数据库安全问题进行分析研究[5]，从多方面进行管理和技术提升，包括：软件升级，数据加密，病毒防治，授权认证等，为系统安全提供保证。

参考文献：

[1]陈贺.中国交通事故死亡状况及酒驾处罚对交通事故死亡率的影响[D].北京：中国疾病预防控制中心，2017.

[2]梁集贤，杨青，荆莹.驾驶员血液中酒精浓度（BAC）与交通事故相关性研究[J].现代交通技术，2007，4（5）：63-65.

[3]张志勇，王雪文.传感器原理及应用[M].北京：北京航空航天大学出版社，2004.

[4]何咏明.JAVA中使用Socket通讯的实现[J].长江工程职业技术学院学报，2012，29（4）：35-37.

[5]崔素丽.基于单片机的智能防酒驾系统设计与实现[J].电脑编程技巧与维护，2019（12）：140-141.