張博陽(yáng)　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(cè)研究

張博陽(yáng)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(cè)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(duì)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(dòng)法、追蹤車輛行駛路線法、記錄駕駛員對(duì)于突發(fā)事件的反應(yīng)時(shí)間法和監(jiān)測(cè)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(shí)監(jiān)測(cè)到疲勞駕駛。腦電波以電信號(hào)的形式反映了大腦生理和心理上的活動(dòng)，通過(guò)檢測(cè)腦電波能精確、可靠的監(jiān)測(cè)疲勞駕駛，本文將主要論述腦電波在監(jiān)測(cè)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(guò)程中由于長(zhǎng)時(shí)間處于高度警覺(jué)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?，駕駛環(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(zhǎng)時(shí)間駕駛、藥物誘因等。疲勞駕駛會(huì)導(dǎo)致駕駛員反應(yīng)時(shí)間延長(zhǎng)、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(cè)和報(bào)警兩個(gè)基本功能。當(dāng)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)到駕駛員的腦電波幅值高于一定值而頻率低于一定值時(shí)，認(rèn)為駕駛員進(jìn)入疲勞狀態(tài)，并發(fā)出語(yǔ)音、振動(dòng)，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(shí)腦電信號(hào)的采集和處理

研究表明，腦電信號(hào)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(hào)，容易受到外界其它信號(hào)的干擾，使腦電波測(cè)量變得比較困難，故在信號(hào)放大電路中采用高輸入阻抗、高共模抑制比的前置輸入級(jí)，并使用低通濾波器濾除高頻波的干擾，再經(jīng)過(guò)信號(hào)放大得到容易檢測(cè)的大約為2v的信號(hào)。

由于腦電波信號(hào)具有以上特征，本文采用功率譜來(lái)研究駕駛員腦電波的變化特征。通過(guò)采集駕駛員的腦電波信號(hào)，計(jì)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(duì)應(yīng)關(guān)系。

為了提高計(jì)算的精度，本研究采用頻域分析的方法處理腦電信號(hào)。通過(guò)快速傅里葉變換將傳感器采集到的時(shí)域腦電信號(hào)轉(zhuǎn)化為頻域信號(hào)，分別進(jìn)行功率絕對(duì)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(guò)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(cè)系統(tǒng)

3.1介紹基于腦電波的疲勞駕駛監(jiān)測(cè)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(bào)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(cè)駕駛員的腦電波信號(hào)，系統(tǒng)硬件部分完成信號(hào)的采集，軟件通過(guò)信號(hào)處理得到駕駛員腦電波信號(hào)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(cè)到疲勞駕駛，系統(tǒng)將該信息通過(guò)通信系統(tǒng)反饋給汽車中控臺(tái)，中控臺(tái)喚醒報(bào)警裝置提示駕駛員已疲勞駕駛，并開(kāi)啟汽車危險(xiǎn)報(bào)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(cè)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(cè)傳感器、胎壓檢測(cè)模塊、人體紅外線感應(yīng)模塊、PM2.5氣體檢測(cè)模塊、DHT11溫濕度檢測(cè)模塊。通過(guò)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(lái)完成本車與其它車輛之間距離的測(cè)量，指紋識(shí)別模塊用來(lái)采集駕駛員的指紋信息，傳感器采集駕駛員的腦電波信號(hào)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(hào)后經(jīng)過(guò)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(lái)，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(cè)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(tái)來(lái)編寫(xiě)系統(tǒng)軟件。設(shè)計(jì)軟件程序控制傳感器采集信號(hào)和控制板處理信號(hào)，采用android系統(tǒng)能方便的設(shè)計(jì)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(dòng)的把信息反饋給駕駛員。

4　結(jié)語(yǔ)

基于腦電波的駕駛員疲勞駕駛監(jiān)測(cè)技術(shù)是一種新型的汽車安全預(yù)警技術(shù)，通過(guò)檢測(cè)腦電波能精確、可靠的監(jiān)測(cè)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(cè)系統(tǒng)，為駕駛員疲勞駕駛監(jiān)測(cè)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(shì)［J］.青島理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2007，03:91-94.

［4］楊才坤.疲勞駕駛檢測(cè)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(jì)劃項(xiàng)目 項(xiàng)目編號(hào)SHKJ2015-008

U491.254

A

1003-5168（2015）11-058-01

張博陽(yáng)（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：?jiǎn)纹瑱C(jī)技術(shù)。