智能穿戴設備在汽車安全方面的應用

冉光偉, 馬樂，陳橋芳，祝秀芬

(1.廣州汽車集團股份有限公司汽車工程研究院，廣東廣州 511434；2.華南理工大學廣州學院工程研究院，廣東廣州 510800)

智能穿戴設備在汽車安全方面的應用

冉光偉1, 馬樂2，陳橋芳2，祝秀芬2

(1.廣州汽車集團股份有限公司汽車工程研究院，廣東廣州 511434；2.華南理工大學廣州學院工程研究院，廣東廣州 510800)

通過智能穿戴設備采集并監測駕駛員脈搏、心率、呼吸、血壓等身體關鍵數據，當這些重要的人體數據處于異常情況時，通過藍牙或者WiFi網絡將異常判定傳輸給車上的Telematics系統，Telematics系統通過車聯網向Telematics后臺服務交互平臺發出報警信息，并且自動或手動撥打急救電話，同時Telematics系統會通過車載網絡總線向車載安全控制系統發出相關信號，讓車輛自動做出安全合理的操作，提示駕駛員做相應緊急操作；若駕駛員異常情況嚴重，則車輛將進行自動駕駛或靠邊停車，并且自動撥打緊急救助電話等，在很大程度上保障駕駛員以及車輛安全。

智能穿戴設備；Telematics系統；身體健康數據

0 引言

目前汽車制造業已經成為全球一個重要的產業。伴隨著汽車產量和消費量的不斷增長，中國已經成為一個汽車大國[1]。汽車給人們工作和生活帶來了方便、快捷、舒適的出行條件，由于人們生活水平的提高，越來越多人將汽車作為消費品來使用[2],汽車已經基本普及到了每一個家庭。

但由于汽車是由個體操作的高速運行交通工具，其運行安全很大程度上受到駕駛員生理和心理因素的影響[3-4]。

一些駕駛員在駕駛過程中身體狀況易遇到突發情況，例如駕駛員比較容易突發的疾病主要有[5-6]：心律失常、心肌梗死、腦溢血、低血糖休克、呼吸系統、惡性腫瘤、心臟病、損傷與中毒以及消化系統疾病等。不管是哪種疾病，最嚴重的直接后果就是駕駛員失去駕駛能力而導致車輛失控，給車輛、所有乘員以及道路交通環境帶來危險。于是開發一種汽車自動安全控制系統在當今社會非常必要，特別是在人口與車輛密集的地區尤為重要。

基于上述的潛在問題，作者提出一種新的解決方案，由智能穿戴設備自動實時監控駕駛員身體狀態，當駕駛員身體狀況出現異常時，智能穿戴設備發出異常警報給Telematics系統(Telematics系統是電信Telecommunication與信息科學Information的合成詞，名為移動通信導航信息系統，也稱為車載遠程信息處理系統)，由Telematics系統處理并做出相應措施：(1)控制車輛打開安全警示燈，并進入安全駕駛模式，如根據路況緩慢減速、靠邊停車、查找最近的醫院并且自動駕駛前往；(2)向后臺數據中心發送實時數據，自動撥打緊急求助電話等。

1 系統工作原理

類似基于網絡的生理檢測系統[7-8]，在汽車當前的安全系統的情況下，加入人體檢測的智能穿戴設備，使汽車擁有一定的“智慧”，隨時監測駕駛員的身體狀況[9]，并使得駕駛員被動地處于身體監控狀態。而Telematics系統則是此安全駕駛系統的“大腦”[10]，負責完成對汽車安全駕駛控制以及與外界應急通信的工作；智能穿戴設備則是此系統的“傳感器”，負責完成駕駛員身體數據與“大腦”之間的傳輸工作。系統框圖如圖1所示。

圖1 系統框架

在此系統方案中，不但涉及智能穿戴設備與車載Telematics系統的互聯機制，而且包括車載Telematics系統從智能穿戴的駕駛員獲得身體異常數據時，迅速針對不同車況、路況情況下的汽車進行安全駕駛控制，并且同時完成緊急救援呼叫以及重要的實時車況、駕駛員身體數據與汽車后臺服務數據中心之間數據傳輸。各設備之間的工作流程及通信機制如下：

(1)智能穿戴設備通過藍牙或WiFi與Telematics系統連接，實時將駕駛員相關身體數據發給Telematics系統，其中包括了駕駛員身體出現異常狀況的數據。駕駛員身體異常數據分為兩種：一種是身體出現異常，但未超出告警限值的；第二種是身體出現異常，且超出告警限值的。

(2)當Telematics系統接收到駕駛員身體異常信息時，會跟駕駛員健康數據相比,判斷是否超出告警門限。若是，則通過ECALL自動撥打緊急呼救中心號碼。

(3)Telematics系統實時將駕駛員相關身體數據與TSP(Telematics Service Platform，即Telematics后臺服務交互平臺，簡稱TSP)進行實時交互，TSP可以監測駕駛員在駕駛時的身體狀況，當駕駛員出現身體異常但未達到告警限值時，可通過Telematics系統中的多媒體功能向駕駛員做出警示；當超出告警限值，則同時與緊急呼叫中心協同工作，如發布駕駛員身體告警信息及數據以及車輛所處實時狀態數據等，以便緊急呼救中心能夠及時有效地實施救援工作。

(4)Telematics系統在接收到智能穿戴設備傳送的駕駛員身體異常信息時，會向TSP發送駕駛員身體狀況數據、車輛信息及車輛定位信息等。當異常數據超出告警限值時，Telematics系統會發出指令給汽車主動安全駕駛控制系統，對汽車進行必要的控制和操作。如在保障汽車安全的前提下，激活自動緊急剎車系統，安全剎車，靠邊停車，并打開安全警示燈等。

2 駕駛員健康數據采集與處理

當車輛啟動時，Telematics系統會監測已注冊的智能穿戴設備連接情況，未連接則提醒駕駛員打開智能穿戴設備，已連接則提醒連接已成功。連接成功后，Telematics系統將定周期監控駕駛員健康數據，需要監控數據類型[11]及處理機制如下：

(1)心臟各項參數，如心率、心律。心率(心跳頻率)不宜過高、過低，心律(心跳節律)應該有規律，若超過一定限值(如正常心跳應為60～100 次/min)或者心律不齊(如可能發生的急性心肌梗死或心肌炎導致的心律不齊等)，則通過Telematics系統提醒、警告駕駛員，嚴重時可通過Telematics系統對汽車進行必要的主動安全駕駛控制。

(2)血液循環參數，如血壓、血糖濃度、血液酒精濃度等。血壓包括收縮壓(正常值90～140 mmHg)和舒張壓(正常值60～90 mmHg)；對于血糖濃度，應根據是否為孕婦、空腹還是就餐來判斷其值是否正常。血糖過高有可能為糖尿病患者，不適合駕駛車輛；血糖過低會導致暈厥會更加危險。血液酒精濃度不應大于20 mg/100 mL。如以上參數異常，則通過Telematics系統提醒、警告駕駛員，嚴重時須通過Telematics系統對汽車進行必要的主動安全駕駛控制。

(3)體溫參數。人體正常體溫一般為35～37.2 ℃，如超過此限值，則通過Telematics系統提醒、警告駕駛員，嚴重時須通過Telematics系統對汽車進行必要的主動安全駕駛控制。

(4)瞌睡、休克警報。現在部分智能穿戴設備已經可以監測佩戴者是否處于瞌睡或者休克狀態，如監控到駕駛員在打瞌睡，則通過Telematics系統提醒、警告駕駛員，若發現駕駛員處于睡眠或休克狀態時，則需要Telematics系統對汽車進行必要的主動安全駕駛控制。

(5)情緒指數[12-14]。目前已有部分智能穿戴設備可以通過一些算法(如加入心跳、血壓、腦電波、皮膚溫度、眼部活動以及人體行為等參數計算)獲取佩戴者的情緒情況，如低落、亢奮、愉悅、悲傷、焦慮、恐懼、憤怒等。駕駛員處于部分情緒狀態時是不適合駕駛車輛的，智能穿戴設備可以根據一定的算法決定告警限值，并通過Telematics系統提醒駕駛員，情況嚴重時可激活Telematics系統對汽車進行自動安全駕駛控制。

3 結論

文中提出的駕駛員安全監測系統通過智能穿戴設備監測駕駛員健康狀況，并利用車載Telematics系統接收駕駛員健康數據，判斷駕駛員的正常和非正常駕駛狀態。在非正常駕駛情況下，采取安全駕駛策略，主動干預駕駛員駕駛行為，避免駕駛員由于突發性的心肌梗死、腦血栓、血壓異常、低血糖或者酒駕等導致其失去駕駛能力而造成車毀人亡的意外，提高駕駛安全性。

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ApplicationofSmartWearableDevicesinAutomobileSafety

RAN Guangwei1，MA Yue2，CHEN Qiaofang2，ZHU Xiufen2

(1.Automotive Engineering Institute,Guangzhou Automobile Group Co.,Ltd.,Guangzhou Guangdong 511434, China;2.Engineering Institute, Guangzhou College of South China University of Technology, Guangzhou Guangdong 510800, China)

The driver’s body key data such as pulse, heart rate, respiration, blood pressure etc collected by smart wearable devices were transmitted to the Telematics system on the car by Bluetooth or WiFi network when these important human data were in abnormal situation. The telematics system would send alarm information to Telematics service platform and emergency telephone call was automatically or manual dialled. At the same time, the Telematics system would send related signal to vehicle safety control system through CAN network，and make the vehicle adopt reasonable and safe action automatically. For example, there was abnormal reminder to prompt the driver to make corresponding emergency operation. If the abnormal situation was serious, the vehicle would automatically drive or pull over, and emergency call was automatically dialled in order to ensure safety of drivers and vehicles.

Smart wearable devices; Telematics; Body health data

2017-07-31

廣東省粵港共性技術招標項目專項資金支持項目(2013B010138002)

冉光偉(1980—)，男，學士，工程師，主要從事車聯網及汽車電子控制單元的開發。E-mail:lvyang_ran@126.com。

10.19466/j.cnki.1674-1986.2017.12.002

TP368

A

1674-1986(2017)12-006-03