基于腦電波的駕駛員疲勞駕駛監(jiān)測研究

張博陽　蘇寶林　盛桂敏

（綏化學(xué)院電氣工程學(xué)院，黑龍江　綏化　152000）

基于腦電波的駕駛員疲勞駕駛監(jiān)測研究

張博陽蘇寶林盛桂敏

（綏化學(xué)院電氣工程學(xué)院，黑龍江綏化152000）

交通事故中有很大一部分是由疲勞駕駛引起的，在各種疲勞駕駛預(yù)警技術(shù)中，基于腦電波的駕駛員疲勞駕駛監(jiān)測技術(shù)是一種新型的汽車安全預(yù)警技術(shù)，研究其基本理論和實(shí)現(xiàn)方法對保證人身安全和減少交通事故都有重大的意義。

腦電波；疲勞駕駛；預(yù)警系統(tǒng)

目前，駕駛員疲勞駕駛預(yù)警系統(tǒng)已成為科研人員研究的熱點(diǎn)，較實(shí)用的方法有監(jiān)控眼部活動法、追蹤車輛行駛路線法、記錄駕駛員對于突發(fā)事件的反應(yīng)時間法和監(jiān)測駕駛員的腦電波法。但是，前三種方法不能在駕駛員疲勞之前及時監(jiān)測到疲勞駕駛。腦電波以電信號的形式反映了大腦生理和心理上的活動，通過檢測腦電波能精確、可靠的監(jiān)測疲勞駕駛，本文將主要論述腦電波在監(jiān)測疲勞駕駛方面的應(yīng)用。

1　疲勞駕駛和腦電波的概念

疲勞駕駛是駕駛員在車輛行駛過程中由于長時間處于高度警覺或緊張的狀態(tài)而出現(xiàn)的困倦瞌睡、駕駛技能下降的現(xiàn)象。疲勞駕駛是由駕駛環(huán)境和駕駛員兩方面的原因?qū)е碌模{駛環(huán)境因素又分為天氣因素、交通狀況、車況等，駕駛員自身因素分為睡眠不足、長時間駕駛、藥物誘因等。疲勞駕駛會導(dǎo)致駕駛員反應(yīng)時間延長、操控能力下降、判斷失誤增多等，威脅駕駛安全。

疲勞駕駛預(yù)警系統(tǒng)是判斷駕駛員是否進(jìn)入疲勞狀態(tài)并發(fā)出警示的裝置。顯然，疲勞駕駛預(yù)警系統(tǒng)有監(jiān)測和報警兩個基本功能。當(dāng)系統(tǒng)監(jiān)測到駕駛員的腦電波幅值高于一定值而頻率低于一定值時，認(rèn)為駕駛員進(jìn)入疲勞狀態(tài)，并發(fā)出語音、振動，提示駕駛員已發(fā)生駕駛疲勞，提示或強(qiáng)制駕駛員進(jìn)入休息狀態(tài)。目前，一些著名的汽車生產(chǎn)廠家已經(jīng)在其產(chǎn)品上安裝了疲勞駕駛預(yù)警系統(tǒng)。

2　疲勞駕駛時腦電信號的采集和處理

研究表明，腦電信號的幅值一般在50到100之間，有較強(qiáng)的背景噪聲，屬于弱信號，容易受到外界其它信號的干擾，使腦電波測量變得比較困難，故在信號放大電路中采用高輸入阻抗、高共模抑制比的前置輸入級，并使用低通濾波器濾除高頻波的干擾，再經(jīng)過信號放大得到容易檢測的大約為2v的信號。

由于腦電波信號具有以上特征，本文采用功率譜來研究駕駛員腦電波的變化特征。通過采集駕駛員的腦電波信號，計算出駕駛員腦電波的功率譜密度，將正常、清醒、疲勞、瞌睡等不同生理狀態(tài)下功率譜密度曲線進(jìn)行比較，獲得腦電波功率與駕駛員生理狀態(tài)之間的對應(yīng)關(guān)系。

為了提高計算的精度，本研究采用頻域分析的方法處理腦電信號。通過快速傅里葉變換將傳感器采集到的時域腦電信號轉(zhuǎn)化為頻域信號，分別進(jìn)行功率絕對值譜分析、功率占總功率比分析、不同波段功率比分析和不同波段功率總和比分析，通過比較發(fā)現(xiàn)不同波段功率綜合比分析區(qū)分駕駛員生理狀態(tài)的效果最明顯，故本研究采用該種功率譜分析的方法。然后，算出各波段的功率值，最后與臨界值進(jìn)行比較，判斷出駕駛員是否處于疲勞駕駛狀態(tài)。

3　基于腦電波的疲勞駕駛監(jiān)測系統(tǒng)

3.1介紹基于腦電波的疲勞駕駛監(jiān)測系統(tǒng)的組成和工作原理。

疲勞駕駛預(yù)警系統(tǒng)由帶電極的便攜頭套、報警裝置、硬件部分和軟件部分等組成。駕駛員戴上便攜頭套，便攜頭套上的電極檢測駕駛員的腦電波信號，系統(tǒng)硬件部分完成信號的采集，軟件通過信號處理得到駕駛員腦電波信號的幅值和頻率等信息，判斷駕駛員是否疲勞駕駛。如果系統(tǒng)監(jiān)測到疲勞駕駛，系統(tǒng)將該信息通過通信系統(tǒng)反饋給汽車中控臺，中控臺喚醒報警裝置提示駕駛員已疲勞駕駛，并開啟汽車危險報警閃光燈向其它車輛發(fā)出提示，以保證車輛運(yùn)行安全。

3.2介紹基于腦電波的疲勞駕駛監(jiān)測系統(tǒng)的硬件部分。

疲勞駕駛預(yù)警系統(tǒng)采用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，控制板采用三星S3C6410核心板。傳感器包括MQ3酒精傳感器、腦波帶疲勞檢測傳感器、胎壓檢測模塊、人體紅外線感應(yīng)模塊、PM2.5氣體檢測模塊、DHT11溫濕度檢測模塊。通過GSM短信觸發(fā)模塊和RT73型Wifi模塊實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)各部分的通信，超聲波模塊用來完成本車與其它車輛之間距離的測量，指紋識別模塊用來采集駕駛員的指紋信息，傳感器采集駕駛員的腦電波信號及外界變量，并將數(shù)據(jù)傳輸給控制主板，主板接收到數(shù)據(jù)信號后經(jīng)過處理判斷做出反應(yīng)，并在友好的人機(jī)交互界面將數(shù)據(jù)等信息顯示出來，提示駕駛員是否進(jìn)入了疲勞駕駛狀態(tài)，讓駕駛員根據(jù)實(shí)際情況作出相應(yīng)的調(diào)整，避免交通事故的發(fā)生。

3.3基于腦電波的疲勞駕駛監(jiān)測系統(tǒng)的軟件部分。

由于系統(tǒng)需要實(shí)現(xiàn)友好的人機(jī)交互，故采用android軟件平臺來編寫系統(tǒng)軟件。設(shè)計軟件程序控制傳感器采集信號和控制板處理信號，采用android系統(tǒng)能方便的設(shè)計人機(jī)交互界面的文字和按鈕，駕駛員能夠方便地給控制系統(tǒng)發(fā)出命令，汽車也能夠形象生動的把信息反饋給駕駛員。

4　結(jié)語

基于腦電波的駕駛員疲勞駕駛監(jiān)測技術(shù)是一種新型的汽車安全預(yù)警技術(shù)，通過檢測腦電波能精確、可靠的監(jiān)測疲勞駕駛。本文在介紹疲勞駕駛和腦電波概念的技術(shù)上，概括性的介紹了基于腦電波的疲勞駕駛監(jiān)測系統(tǒng)，為駕駛員疲勞駕駛監(jiān)測技術(shù)的進(jìn)一步研究奠定了基礎(chǔ)。

［1］殷艷紅.基于腦電波與眨眼的駕駛員疲勞模擬實(shí)驗(yàn)研究［D］.同濟(jì)大學(xué)，2008.

［2］于曉東.基于駕駛?cè)松碇笜?biāo)的駕駛疲勞量化方法研究［D］.吉林大學(xué)，2015.

［3］孫顯彬，唐洪偉，文妍.疲勞駕駛預(yù)警系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢［J］.青島理工大學(xué)學(xué)報，2007，03:91-94.

［4］楊才坤.疲勞駕駛檢測方法的研究及其嵌入式實(shí)現(xiàn)［D］.東北大學(xué)，2013.

課題項(xiàng)目：

綏化市科技計劃項(xiàng)目 項(xiàng)目編號SHKJ2015-008

U491.254

A

1003-5168（2015）11-058-01

張博陽（1983.04—），男，碩士，講師，研究方向：嵌入式系統(tǒng)。

蘇寶林（1977.02—），男，碩士，講師，研究方向：單片機(jī)技術(shù)。