一种基于时间变量的驾驶人疲劳监测预警系统及方法技术方案

本发明专利技术提供一种节省成本、易操作的基于时间变量的驾驶人疲劳监测预警系统，包括：定位系统用于确定车速，并确定车辆所处道路位置，同时记录车辆行驶轨迹；时间变量记录系统用于记录驾驶人疲劳各因素所对应的时间变量，并在收集完所有因素对应的时间后，将所有时间转换到统一标准；各因素所对应的时间变量包括睡眠时长、驾驶时长、休息时长和昼夜节律范围；疲劳监测系统用于接收所记录的时间变量，对驾驶人实时疲劳程度进行计算，得到计算结果；疲劳预警系统用于当疲劳监测系统的计算结果，超过已设定好的疲劳阈值时，对驾驶人进行报警；同时持续接收疲劳监测系统的计算结果，若计算结果持续超过已设定好的疲劳阈值，则再次进行报警。

A Driver Fatigue Monitoring and Early Warning System and Method Based on Time Variable

The invention provides a cost-saving and easy-to-operate driver fatigue monitoring and early warning system based on time variables, which includes: a positioning system for determining the speed of a vehicle, determining the location of the vehicle on the road, and recording the trajectory of the vehicle; a time variable recording system for recording the corresponding time variables of various factors of driver fatigue, and after collecting the corresponding time of all factors. The time variables corresponding to each factor include sleep time, driving time, rest time and circadian rhythm range; the fatigue monitoring system is used to receive the recorded time variables, calculate the real-time fatigue degree of drivers, and get the calculation results; the fatigue warning system is used when the calculation results of the fatigue monitoring system exceed the established ones. When the fatigue threshold is good, the driver will be alarmed. At the same time, the calculation results of the fatigue monitoring system will be received continuously. If the calculation results continue to exceed the set fatigue threshold, the driver will be alarmed again.

【技术实现步骤摘要】
一种基于时间变量的驾驶人疲劳监测预警系统及方法
本专利技术属于疲劳驾驶研究
，具体涉及一种基于时间变量的驾驶人疲劳监测预警系统及方法。
技术介绍
近年来，道路交通事故频发，世界卫生组织(WHO：WorldHealthOrganization)发布的2017年全球道路交通事故数据统计报告指出，统计全球178个国家的道路交通事故数据，每年大约有120万人因道路交通事故而失去生命，而其中疲劳驾驶是造成交通事故的重要原因之一。经过国内外学者的大量研究，发现疲劳驾驶是导致交通事故且是特大型交通事故的主要因素之一，以2014年我国道路交通事故统计数据为例进行说明，单次疲劳驾驶事故致死率在所有主要原因中位居第二位，且平均每两起事故就会造成1名交通参与者的死亡。驾驶员在进行疲劳驾驶时，其身体机能会显著降低，甚至丧失对车辆的把控能力，导致严重交通事故，所以对驾驶疲劳进行实时监测预警对交通安全具有重要意义。根据世界范围内针对疲劳、驾驶疲劳开展的研究，其结果表明，驾驶疲劳主要影响因素可以根据时间因素分为连续驾驶时长、驾驶前睡眠时长、驾驶期间休息时长、驾驶时所处昼夜节律范围。而先行驾驶疲劳监测设备多使用图像处理技术监测驾驶人面部表情变化，车道识别技术监测驾驶人是否发生车道偏离等，这些技术或多或少会影响驾驶人的驾驶表现，并且其所需安装费用较高。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是：提供一种基于时间变量的驾驶人疲劳监测预警系统及方法，节省成本，且易操作。本专利技术为解决上述技术问题所采取的技术方案为：一种基于时间变量的驾驶人疲劳监测预警系统，其特征在于：它包括：定位系统，用于确定车速，并确定车辆所处道路位置，同时记录车辆行驶轨迹；时间变量记录系统，用于记录驾驶人疲劳各因素所对应的时间变量，并在收集完所有因素对应的时间后，将所有时间转换到统一标准；所述的各因素所对应的时间变量包括睡眠时长tsl、驾驶时长、休息时长和昼夜节律范围；疲劳监测系统，用于接收所记录的时间变量，对驾驶人实时疲劳程度进行计算，得到计算结果，具体计算公式如下：对于连续驾驶时长tdr导致的驾驶人疲劳程度变化由以下公式进行求算：其中，α1、β1、∈1、α2、∈2均为常数，为由连续驾驶时长tdr导致的驾驶人疲劳程度变化；对于连续休息时长tre导致的驾驶人疲劳程度变化由以下公式进行求算：其中，δ1、δ2、δ3、γ1均为常数，为由连续休息时长tre导致的驾驶人疲劳程度变化；对于昼夜节律所处时间点tcc处驾驶人疲劳程度由以下公式进行求算：其中，ai、bi、ci均为常数，i＝1,2,3…8，为昼夜节律所处时间点tcc处驾驶人疲劳程度；针对不同睡眠时长tsl，驾驶人于驾驶前的初始疲劳程度由以下公式进行求算：其中，d、f均为常数，为不同睡眠时长tsl导致的驾驶人疲劳程度变化；则对于任一时刻驾驶人的总疲劳程度为：其中，FI(t)为驾驶人的总疲劳程度；疲劳预警系统，用于当疲劳监测系统的计算结果，超过已设定好的疲劳阈值时，对驾驶人进行报警；同时持续接收疲劳监测系统的计算结果，若计算结果持续超过已设定好的疲劳阈值，则再次进行报警。按上述系统，所述的定位系统包括位置判定功能模块、速度判定功能模块、轨迹记录模块；位置判定功能模块用于确定当前车辆所处的地理位置；速度判定功能模块用于根据前后两个时间点车辆所处的地理位置计算车辆的速度；轨迹记录模块用于将车辆所处的地理位置按时间顺序进行记录；所述的地理位置为车辆所处道路等级，道路等级包括高速公路、城市道路和城市快速路。按上述系统，所述的时间变量记录系统包括人机交互界面，用于驾驶人手动输入驾驶前24小时内的睡眠时长；所述的时间变量记录系统具体在车辆速度大于或等于80km/h、车辆处于高速公路或城市快速路时，开始连续驾驶时长计时；并确定此时驾驶人所处昼夜节律的起始时间点tcr，之后通过查表方式，将昼夜节律对应的疲劳值传输给疲劳监测系统；在连续驾驶时，如果驾驶人处于高速公路或城市快速路中段速度低于80km/h行驶或停车休息，则判定驾驶人进行休息，此时开始记录连续休息时长tre。利用所述的基于时间变量的驾驶人疲劳监测预警系统实现的预警方法，其特征在于：它包括以下步骤：S1、接收输入的驾驶前24小时内的睡眠时长；根据该睡眠时长确定初始疲劳值；针对不同睡眠时长tsl，驾驶人于驾驶前的初始疲劳程度由以下公式进行求算：其中，d、f均为常数，为不同睡眠时长tsl导致的驾驶人疲劳程度变化；S2、定位系统实时获取车辆的实时位置，并确定车辆的车速和所处的地理位置；S3、当车辆速度大于或等于80km/h、车辆处于高速公路或城市快速路时，时间变量记录系统开始连续驾驶时长计时；并确定此时驾驶人所处昼夜节律的起始时间点tcr，之后通过查表方式，将昼夜节律对应的疲劳值传输给疲劳监测系统；在连续驾驶时，如果驾驶人处于高速公路或城市快速路中段速度低于80km/h行驶或停车休息，则判定驾驶人进行休息，此时开始记录连续休息时长tre；S4、疲劳监测系统对所有信息复核，对驾驶人实时疲劳程度进行计算，得到计算结果，具体计算公式如下：对于连续驾驶时长tdr导致的驾驶人疲劳程度变化由以下公式进行求算：其中，α1、β1、∈1、α2、∈2均为常数，为由连续驾驶时长tdr导致的驾驶人疲劳程度变化；对于连续休息时长tre导致的驾驶人疲劳程度变化由以下公式进行求算：其中，δ1、δ2、δ3、γ1均为常数，为由连续休息时长tre导致的驾驶人疲劳程度变化；对于昼夜节律所处时间点tcc处驾驶人疲劳程度由以下公式进行求算：其中，ai、bi、ci均为常数，i＝1,2,3…8，为昼夜节律所处时间点tcc处驾驶人疲劳程度；则对于任一时刻驾驶人的总疲劳程度为：其中，FI(t)为驾驶人的总疲劳程度；S5、当疲劳监测系统的计算结果，超过已设定好的疲劳阈值时，对驾驶人进行报警；同时持续接收疲劳监测系统的计算结果，若计算结果持续超过已设定好的疲劳阈值，则再次进行报警。本专利技术的有益效果为：通过采集驾驶人开始驾驶后的连续驾驶时长、驾驶前睡眠时长、休息时长、所处昼夜节律范围对驾驶人实时疲劳程度进行分析并监测预警，节省成本，且易操作。附图说明图1是本专利技术的系统功能图。图2是本专利技术的系统工作流程图。图3是本专利技术的系统结构图。具体实施方式下面结合具体实例和附图对本专利技术做进一步说明。本专利技术提供一种基于时间变量的驾驶人疲劳监测预警系统及预测方法，如图1至图3所示，它包括：定位系统，用于确定车速，并确定车辆所处道路位置，同时记录车辆行驶轨迹；所述的定位系统包括位置判定功能模块、速度判定功能模块、轨迹记录模块；位置判定功能模块用于确定当前车辆所处的地理位置；速度判定功能模块用于根据前后两个时间点车辆所处的地理位置计算车辆的速度；轨迹记录模块用于将车辆所处的地理位置按时间顺序进行记录；所述的地理位置为车辆所处道路等级，道路等级包括高速公路、城市道路和城市快速路。本实施例采用GPS定位模块，采用ALIENTEK生产的一款高性能GPS模块ATK-NEO-6M，其核心单元为UBLOX公司的NEO-6M模组，工作电压在+2.7V-5.0V，具有50个通道，追踪灵敏度高达-161dBm,测量输出频率最高可到5Hz，定位精度在2.5mCEP。该系统是基于本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于时间变量的驾驶人疲劳监测预警系统，其特征在于：它包括：定位系统，用于确定车速，并确定车辆所处道路位置，同时记录车辆行驶轨迹；时间变量记录系统，用于记录驾驶人疲劳各因素所对应的时间变量，并在收集完所有因素对应的时间后，将所有时间转换到统一标准；所述的各因素所对应的时间变量包括睡眠时长tsl、驾驶时长、休息时长和昼夜节律范围；疲劳监测系统，用于接收所记录的时间变量，对驾驶人实时疲劳程度进行计算，得到计算结果，具体计算公式如下：对于连续驾驶时长tdr导致的驾驶人疲劳程度变化由以下公式进行求算：

【技术特征摘要】
1.一种基于时间变量的驾驶人疲劳监测预警系统，其特征在于：它包括：定位系统，用于确定车速，并确定车辆所处道路位置，同时记录车辆行驶轨迹；时间变量记录系统，用于记录驾驶人疲劳各因素所对应的时间变量，并在收集完所有因素对应的时间后，将所有时间转换到统一标准；所述的各因素所对应的时间变量包括睡眠时长tsl、驾驶时长、休息时长和昼夜节律范围；疲劳监测系统，用于接收所记录的时间变量，对驾驶人实时疲劳程度进行计算，得到计算结果，具体计算公式如下：对于连续驾驶时长tdr导致的驾驶人疲劳程度变化由以下公式进行求算：其中，α1、β1、∈1、α2、∈2均为常数，为由连续驾驶时长tdr导致的驾驶人疲劳程度变化；对于连续休息时长tre导致的驾驶人疲劳程度变化由以下公式进行求算：其中，δ1、δ2、δ3、γ1均为常数，为由连续休息时长tre导致的驾驶人疲劳程度变化；对于昼夜节律所处时间点tcc处驾驶人疲劳程度由以下公式进行求算：其中，ai、bi、ci均为常数，i＝1,2,3…8，为昼夜节律所处时间点tcc处驾驶人疲劳程度；针对不同睡眠时长tsl，驾驶人于驾驶前的初始疲劳程度由以下公式进行求算：其中，d、f均为常数，为不同睡眠时长tsl导致的驾驶人疲劳程度变化；则对于任一时刻驾驶人的总疲劳程度为：其中，FI(t)为驾驶人的总疲劳程度；疲劳预警系统，用于当疲劳监测系统的计算结果，超过已设定好的疲劳阈值时，对驾驶人进行报警；同时持续接收疲劳监测系统的计算结果，若计算结果持续超过已设定好的疲劳阈值，则再次进行报警。2.根据权利要求1所述的基于时间变量的驾驶人疲劳监测预警系统，其特征在于：所述的定位系统包括位置判定功能模块、速度判定功能模块、轨迹记录模块；位置判定功能模块用于确定当前车辆所处的地理位置；速度判定功能模块用于根据前后两个时间点车辆所处的地理位置计算车辆的速度；轨迹记录模块用于将车辆所处的地理位置按时间顺序进行记录；所述的地理位置为车辆所处道路等级，道路等级包括高速公路、城市道路和城市快速路。3.根据权利要求1所述的基于时间变量的驾驶人疲劳监测预警系统，其特征在于：所述的时间变量记录系统包括人机交互界面，用于驾驶人手动输入驾驶前24小时内的睡眠时长；所述的时间变量记录系统具体在车辆...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴超仲，张琦，张晖，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42