基于駕駛數據的主動安全預警系統設計

張弘華，余員琴，李 晨，王 葉

（湖南交通工程學院 電氣與信息工程學院，湖南 衡陽 421009）

0 引言

交通安全已經成為當今世界共同面對的一個重大社會問題，對于正處于快速發展過程中的我國來講，形勢則更加嚴峻[1]。交通事故發生前1 s有效地給車載系統和駕駛員發出警報，則可避免90%的交通事故，而要是能在交通事故發生前2 s駕駛人采取相應的措施，幾乎所有的交通事故都能避免[2]。目前汽車上應用的預警裝置很多，如車載防撞系統和倒車雷達系統，可實時測量汽車前或后物體之間的距離，提醒駕駛員采取相應措施避免發生碰撞事故[1]。車輛安全技術分為基于先進的防范措施主動安全技術和事故發生中及發生后被動安全技術。本文從駕駛行為數據、機器視覺、人工智能等技術實現對駕駛行為、車輛周邊環境的監測和預警，提前發現潛在危險并及時提醒相關人員，實現車輛整體安全的閉環控制，以此減少交通事故的發生。

1 駕駛數據分析

駕駛員對車輛安全行駛起著關鍵性的作用。研究表時，導致交通事故的眾多因素中，由駕駛員造成的占70%左右[3]。為保障駕駛員安全駕駛，可通過監測終端設備實時采集和分析駕駛員駕駛行為數據（面部及行為特征）來實現對不正當的駕駛行為進行實時監控和預警。

1.1 駕駛員駕駛行為數據分析

疲勞駕駛和危險駕駛行為是駕駛員駕駛行為數據分析的主要來源。疲勞駕駛可從腦電、心電、肌電信號發生異常，伴有頻繁眨眼、點頭、打呵欠等面部疲勞特征，轉向盤、油門和制動踏板長時間不動，甚至車輛會出現蛇形等危險駕駛行為，以及駕車時間等方面進行實時監控和預警。危險駕駛行為從駕駛員抽煙動作、手機打電話、低頭玩手機、離開駕駛位、急加速、急變道、急轉彎及急剎車等觸發系統報警提醒駕駛員安全駕駛。

1.2 行車環境數據分析

在“人-車-路-環境”的交通系統中駕駛員主要用視覺來感知行車環境，行車環境監測系統可彌補人眼不足，從而減少了交通事故的發生。行車環境從車輛前向碰撞、行人碰撞、車道偏離、車距、限速標志、超速等進行實時監測和預警。

2 系統整體結構設計

系統整體結構設計如圖1所示，包括各類傳感器、二次儀表、報警監測系統采集機、控制單元。

圖1 系統整體結構

系統利用各類傳感器對檢測對象的參量變化進行采集和轉換處理，由網絡傳輸至轉換器；轉換器對接收到的信號進行轉換，對轉換后獲取的電脈信號實施放大整形，并發送至二次儀表；二次儀表對獲取的電脈信號實施線性化處理的同時調節儀表的量程和靈敏度等，將被測參量以數字形式進行體現。系統通過串行通訊方法將二次儀表與系統報警監測系統采集機連接起來。對于二次儀表傳輸的信息，報警監測系統采集機采用組態軟件MCGS實施處理，同時對被監測參數進行呈現、報警、處理等，完成被測參量的自動報警監測。

2.1 傳感器設計

傳感器通常包括傳感/傳輸、檢測器、解調器和信號處理電路等[4]。如圖2所示，將被測信號導入測量區，測量區內的信號受外界被測參數的影響轉變為被調制的信號轉換為電信號，利用信號處理電路將電信號處理成為可用信號，實現被測參數的確定。

2.2 控制單元設計

報警監測系統核心是控制單元，其主要功能是控制系統中的各個模塊，并對檢測領域實施控制、顯示、數據處理以及通信等操作，采編采用ATMEGA162單片機為微控制器，其具有簡化指令集、功耗低、運行效率高等優勢。微控制器還能夠控制硬件系統，系統初始化、控制傳感器監測、數據處理、通過主顯/輔顯單元顯示監測結果等。

3 系統軟件工作流程設計

系統通過VC++及MS SQL Server 2000實施軟件設計，軟件設計中包含數據采集與傳輸功能模塊、信號處理功能模塊、各監測點實時數據與歷史變化趨勢顯示功能模塊、后臺數據管理功能模塊和報警功能模塊5個功能模塊。系統軟件工作流程如圖3所示，采用傳感信號解調儀將傳感器中的各類信號解調出后對信號進行轉換處理，獲得顯示結果，達到峰值進而生成報警日志。

圖2 傳感器的基本結構

圖3 系統軟件工程流程圖

4 結語

主動安全報警系統是整合現代信息技術和傳感技術來擴展駕駛員的感知能力，在“人-車-路-環境”的綜合信息中辨識是否存在安全隱患，在事故發生前及時預測潛在不安全因素，對駕駛員駕駛行為進行預警，確保了駕駛員的生命財產安全，結合現在機動車的發展情況來看具有較大的發展前景。