王文彬

（華北水利水電大學(xué)，河南 鄭州 450045）

汽車(chē)酒后駕駛智能監(jiān)控策略研究

王文彬

（華北水利水電大學(xué)，河南 鄭州 450045）

文章根據(jù)NIRS特性，使用偏最小二乘法和小波分析理論，建立一個(gè)酒精監(jiān)測(cè)預(yù)測(cè)模型，并以此為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)出一套酒后駕駛智能監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)分為啟動(dòng)監(jiān)控和運(yùn)行監(jiān)控兩種模式，可從源頭上杜絕酒駕的發(fā)生。

NIRS；酒后駕駛；酒精檢測(cè)

CLC NO.:U471.3Document Code:AArticle ID:1671-7988 (2017)06-18-02

前言

酒精可以抑制人體中樞神經(jīng)的運(yùn)動(dòng)，令人反應(yīng)減慢、影響動(dòng)作協(xié)調(diào)、視力、專(zhuān)注力、認(rèn)知能力等，從而導(dǎo)致嚴(yán)重車(chē)禍及傷亡。我國(guó)2011年修訂道路交通安全法第九十一條，加大了對(duì)酒后駕駛行為的打擊力度。此外，我國(guó)對(duì)酒后駕駛智能監(jiān)控系統(tǒng)也做了深入的研究，并取得了一些成果。但這些技術(shù)尚有一些缺陷，并不能從源頭全方面的解決酒駕問(wèn)題，本文基于這些問(wèn)題提出了一個(gè)全新的酒精監(jiān)控策略，可有效的控制酒駕現(xiàn)象，并協(xié)助公安交警部門(mén)完成酒駕取證工作。

1、系統(tǒng)工作原理和總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1.1 工作原理

酒精檢測(cè)是汽車(chē)酒精檢測(cè)智能監(jiān)控系統(tǒng)的核心，使用近紅外光譜檢測(cè)可以實(shí)現(xiàn)無(wú)損血液酒精濃度檢測(cè)，提高檢測(cè)的精確性和可行性。

本系統(tǒng)要求近紅外檢測(cè)部位為微動(dòng)脈血管豐富的人體組織，故選擇手指指腹和手掌為檢測(cè)部位。手指指腹與手掌相比較，手指指腹微動(dòng)脈血管更為豐富，為保證檢測(cè)精度，在運(yùn)行檢測(cè)模式中，對(duì)手指腹進(jìn)行二次檢測(cè)確認(rèn)，以防誤判。

根據(jù)NIRS特性，使用近紅外漫透反射檢測(cè)法及朗伯-比爾定律對(duì)近紅外光譜定量分析，運(yùn)用偏最小二乘法理論和小波分析理論，建立一個(gè)酒精檢測(cè)預(yù)測(cè)模型[1～2]。偏最小二乘法綜合了多元線(xiàn)性回歸（MLR）、主成分分析（PCR）和典型相關(guān)分析（COA）的優(yōu)點(diǎn)，可以很好的處理酒精檢測(cè)中多自變量、多因變量、樣本少和變量多重相關(guān)性問(wèn)題[3]。通過(guò)小波分析將檢測(cè)信號(hào)進(jìn)行小波變換，然后得到一系列的小波系數(shù)，然后根據(jù)條件對(duì)這些系數(shù)進(jìn)行處理，剔除噪音信號(hào)，然后將剔除噪音的小波系數(shù)進(jìn)行重構(gòu)，得到精確的檢測(cè)數(shù)據(jù)，從而判斷駕駛員血液中的酒精濃度[4]。

1.2 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)包括系統(tǒng)電源、中央控制器、駕駛員檢測(cè)模塊、NIRS酒精檢測(cè)模塊、攝像頭、GPRS通信模塊、雙閃報(bào)警、聲光報(bào)警、繼電器、發(fā)動(dòng)機(jī)電源等。系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如下圖。

圖1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖

本系統(tǒng)把NIRS酒精檢測(cè)模塊集成在方向盤(pán)，方向盤(pán)外圍有三顆NIRS手掌酒精檢測(cè)傳感器，用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)；中間有一顆NIRS指腹酒精檢測(cè)傳感器，用于啟動(dòng)檢測(cè)和二次確認(rèn)。

2、系統(tǒng)工作流程

本系統(tǒng)旨在切斷飲酒者與車(chē)輛的聯(lián)系，使飲酒者無(wú)法駕駛車(chē)輛，即飲酒者無(wú)法啟動(dòng)車(chē)輛，也無(wú)法駕駛已經(jīng)啟動(dòng)的車(chē)輛，因此系統(tǒng)分為啟動(dòng)監(jiān)控和運(yùn)行監(jiān)控兩種模式。

2.1 啟動(dòng)監(jiān)控模式

汽車(chē)接通電源后，系統(tǒng)激活，檢測(cè)到駕駛員后，進(jìn)入啟動(dòng)監(jiān)控模式，系統(tǒng)聲光引導(dǎo)駕駛員進(jìn)行指腹酒精檢測(cè)，通過(guò)數(shù)據(jù)處理得到駕駛員血液中酒精濃度 C，若 C≥20mg/ 100mL，則斷開(kāi)發(fā)動(dòng)機(jī)電源，汽車(chē)無(wú)法啟動(dòng)，啟動(dòng)雙閃燈和聲光報(bào)警，并對(duì)酒駕人員進(jìn)行拍照，獲取車(chē)輛位置和時(shí)間信息，然后與車(chē)輛信息一起上傳到遠(yuǎn)程服務(wù)器，作為證據(jù)提供給交警部門(mén)；若C＜20mg/100mL，則啟動(dòng)汽車(chē)，然后進(jìn)入運(yùn)行監(jiān)控模式[5]。

2.2 運(yùn)行監(jiān)控模式

圖2 系統(tǒng)工作流程圖

在汽車(chē)啟動(dòng)后，進(jìn)入運(yùn)行監(jiān)控模式，NIRS手掌酒精檢測(cè)傳感器實(shí)時(shí)采集血液酒精濃度信息，然后通過(guò)數(shù)據(jù)處理得到駕駛員血液中酒精濃度C，若≤20mg/100 mL，則繼續(xù)采集。若 C≥20mg/100mL，引導(dǎo)駕駛員進(jìn)行二次確認(rèn)，若 C依然超標(biāo)，則斷開(kāi)發(fā)動(dòng)機(jī)電源，使汽車(chē)無(wú)法啟動(dòng)，啟動(dòng)雙閃燈和聲光報(bào)警，并對(duì)酒駕人員進(jìn)行拍照，獲取車(chē)輛位置和時(shí)間信息，然后與車(chē)輛信息一起上傳到遠(yuǎn)程服務(wù)器，作為證據(jù)提供給交警部門(mén)；若二次確認(rèn)C未超標(biāo)，則進(jìn)入運(yùn)行監(jiān)控模式。

系統(tǒng)工作流程如圖2。

3、系統(tǒng)創(chuàng)新設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)創(chuàng)新使用了NIRS酒精檢測(cè)技術(shù)，并實(shí)現(xiàn)了與汽車(chē)酒后駕駛智能監(jiān)控的完美對(duì)接，可有效杜絕酒駕現(xiàn)象。本系統(tǒng)的主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)有：

1）把系統(tǒng)創(chuàng)新的分為啟動(dòng)監(jiān)控模式和運(yùn)行監(jiān)控模式，切斷飲酒者與車(chē)輛的聯(lián)系，使飲酒者無(wú)法啟動(dòng)車(chē)輛，也無(wú)法駕駛已經(jīng)啟動(dòng)的車(chē)輛，從源頭上杜絕酒駕的發(fā)生。

2）本系統(tǒng)創(chuàng)新地把NIRS酒精檢測(cè)應(yīng)用到汽車(chē)酒后駕駛智能監(jiān)控系統(tǒng)中，提高對(duì)血液酒精檢測(cè)的精度和可行性。

3）創(chuàng)新使用NIRS指腹酒精檢測(cè)和NIRS手掌酒精檢測(cè)相結(jié)合，并使用二次確認(rèn)，防止誤判，既提高檢測(cè)精度又體現(xiàn)了人性化設(shè)計(jì)。

4、結(jié)語(yǔ)

近年隨著我國(guó)交通水平和人民生活水平的提高，我國(guó)汽車(chē)保有量不斷增加，而酒后駕駛引發(fā)交通事故的數(shù)量也呈現(xiàn)不斷上升的趨勢(shì)，該酒后駕駛智能監(jiān)控系統(tǒng)能夠從源頭全方面的解決此類(lèi)問(wèn)題，大大提高駕駛員駕車(chē)的安全性，減少此類(lèi)交通事故的發(fā)生。

[1] 嚴(yán)衍祿,景茂,張錄達(dá),王萬(wàn)軍.付里葉變換近紅外漫反射光譜分析測(cè)量誤差的研究[J].北京農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),1990,16:37-47.

[2] 嚴(yán)衍祿,趙龍蓮.近紅外光譜分析基礎(chǔ)與應(yīng)用[M].北京:中國(guó)輕工業(yè)出版社,2005:39-42.

[3] 李艷沖,邵學(xué)廣,蔡文生.基于多模型共識(shí)的偏最小二乘法用于近紅外光譜定量分析[J].高等學(xué)?；瘜W(xué)學(xué)報(bào),2007,28(2):246-249.

[4] Li ZY, Zhang M, Wang Y, et al. Wavelet Analysis of Sacral Tissue Oxygenation Oscillations by Nearinfrared Spectroscopy in Persons with Spinal Cord Injury, Microvascular Research 2011,81(1):81-87.

[5] 國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫局.《車(chē)輛駕駛醉酒駕車(chē)的測(cè)試人員血液、呼氣酒精濃度閾值與檢驗(yàn)》,GB19522—2004.

Research on Intelligent Monitoring and Control Strategy of Drunk Driving

Wang Wenbin
（North China University of Water Resources and Electric Power, Henan Zhengzhou 450045）

According to the characteristics of NIRS, we use partial least squares method and wavelet analysis theory to establish a predictive model of alcohol monitoring. And based on this, we design an intelligent monitoring system for drunk driving. The system can be divided into two modes: start monitoring mode and operation monitoring mode, that to prevent the occurrence of drunk driving from the source.

NIRS; drunk driving; alcohol detection

U471.3

A

1671-7988 (2017)06-18-02

王文彬，就讀于華北水利水電大學(xué)。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.06.006