陸斯，孟廣威，曲志鵬，孫賀亮

(上汽大眾汽車有限公司，上海 201804)

0 引言

在競爭激烈的現(xiàn)代社會，快節(jié)奏的生活使越來越多的人處于亞健康狀態(tài)。一旦身體出現(xiàn)不適，將面臨就診預約難、排隊久的問題。同時，也有許多人在生病的初發(fā)階段未察覺、不在意或不愿就診，反而造成了病情的延誤。

事實上，汽車作為目前人們出行最常用的交通工具，承載了生活中大量的碎片時間。為此，作者提出一種車載健康檢測系統(tǒng)，在不影響司機和乘客的駕乘行為的情況下對其健康狀況進行監(jiān)控和檢測，對結果進行分析并發(fā)送給專業(yè)醫(yī)生，供醫(yī)生進行遠程診斷并反饋專業(yè)建議。這樣，既能省去人們去醫(yī)院掛號排隊的時間，還能建立個人健康檔案，實時監(jiān)控健康狀況。此外，該檢測系統(tǒng)還具有分析和學習能力，能判斷司機的身體狀況是否適合駕駛、是否需要休息，并具備防止疲勞駕駛、防止酒駕等功能。

1 系統(tǒng)介紹

如圖1所示，整個系統(tǒng)可分為4個模塊，主要包括信號采集與處理模塊、健康狀態(tài)檢測模塊、健康參數(shù)顯示模塊以及醫(yī)療數(shù)據(jù)傳輸模塊。信號采集模塊將具備體溫檢測、心率檢測、車內空氣質量檢測等多項功能；數(shù)據(jù)處理模塊將在車載終端和云端對采集到的數(shù)據(jù)進行格式轉換，使用云計算進行大數(shù)據(jù)分析，對不同乘客建立個人健康檔案，記錄并診斷身體狀況。健康參數(shù)顯示模塊則是整套系統(tǒng)對外的一個窗口，方便客戶實時查看相關參數(shù)指標。醫(yī)療數(shù)據(jù)傳輸終端僅在乘客身體出現(xiàn)異樣并在乘客允許的情況下與醫(yī)生連線以便進行進一步診斷。為保障乘客個人信息的隱私性，圖1中虛線部分僅在乘客允許的情況下進行處理。

圖1 車載健康檢測系統(tǒng)

2 信號采集方案

2.1 溫度檢測

體溫檢測為紅外檢測方式。紅外線溫度傳感器測量時不與被測物體直接接觸，且靈敏度高，反應快，是理想的測量傳感器類型。探測出對應的溫度后，將測量出的數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)變換，經CAN總線傳輸，顯示在儀表板屏幕上。

具體實現(xiàn)可有兩個方案：方案一是將紅外檢測傳感器布置在座椅兩側面及頂棚，且使座椅上的紅外線溫度傳感器傾斜一定角度，如圖2所示，使之朝向駕駛人的腋下位置，頂棚傳感器對準駕駛員的額頭。這種布置有以下幾點好處：(1)人體腋下溫度及額頭溫度更接近人體真實溫度，可以較好地反映身體的體溫情況；(2)布置在座椅上可消除駕駛人調節(jié)座位位置帶來的影響；(3)通過測量兩邊腋下溫度及額頭溫度可以減小測量誤差，使測量結果更準確。方案二是將紅外溫度測量儀布置在座椅頭枕上，如圖3所示。這樣當駕駛員頭部靠近頭枕時，溫度測量儀就會測量駕駛員耳蝸溫度。此方法類似醫(yī)用測量方法，結果更具參考價值。

圖2 溫度檢測方案一示意

圖3 溫度檢測方案二示意

2.2 心率檢測

心率測量傳感器系統(tǒng)是將反射式光電傳感器布置在安全帶內、方向盤及座椅靠背上，如圖4所示。通過對人體心跳信號的檢測與處理，最后將數(shù)據(jù)傳輸?shù)絻x表板顯示屏上。將心率傳感器布置以上幾個地方，有以下幾點好處：首先，安全帶、方向盤及座椅直接接觸駕駛員的身體，更能精確獲取到心跳數(shù)據(jù)；其次，當汽車啟動而沒有檢測到3個傳感器傳輸?shù)男奶鴶?shù)據(jù)時，說明駕駛員沒有按要求系安全帶或雙手離開方向盤，或是駕駛員沒有用正確的坐姿進行駕駛，此時可以提醒駕駛員系好安全帶、緊握方向盤、調整坐姿，3個傳感器缺失一定時間的數(shù)據(jù)時，可傳輸信號給ECU，使車輛緊急靠邊制動停車；第三，假如心率持續(xù)2 h檢測到心率數(shù)據(jù)而無中斷的時間，說明駕駛員可能進入疲勞駕駛的狀態(tài)，此時可以提醒駕駛員休息，以減少由疲勞駕駛而引發(fā)交通事故的風險；第四，這種系統(tǒng)還能幫助老年人進行健康管理，或幫助病人隨時掌握心臟狀況，以便能在緊急情況下迅速聯(lián)系醫(yī)生。

圖4 心率檢測方案示意

2.3 血壓檢測

座椅背側面配備便攜式血壓檢測儀器，如圖5所示：駕駛員方便時就可以馬上使用進行血壓檢測，省時省力；不用時就可以將設備收納在座椅旁，不占用車內空間。

圖5 血壓測量示意

2.4 車內氣體檢測

車內的空氣質量檢測也是健康檢測系統(tǒng)的一個重要組成部分，空氣監(jiān)測系統(tǒng)可以隨時監(jiān)測車內氧氣含量、有機揮發(fā)物及PM2.5等項目。具體的傳感器將集成在中央通道扶手內，如圖6所示。

彈性模量和硬度是材料的兩個重要參數(shù)，本文實驗結果和前人對各種材料的分析表明，彈性模量隨著硬度的增大呈非線性增加。2004年Bao等人給出了彈性模量和硬度之間的關其中Rs為能力耗散系數(shù);Bao認為材料的彈性模量與硬度之間存在非線性增加的關系，彈性模量隨材料的能量耗散而發(fā)生變化。對于彈性模量相近的材料，硬度越低，在接觸或擠壓過程中局部能量耗散就越大，應力波傳播距離小，不容易引起整體破壞，或者說材料具有脆性低，斷裂阻力高的特點。

圖6 空氣測量示意

除了空氣質量傳感器外，方向盤處還將裝備酒精檢測裝置，一旦檢測到呼出氣體酒精含量超標，系統(tǒng)將發(fā)出警報，以提醒乘客勿酒后駕駛。

2.5 健康狀態(tài)檢測

采集到各個健康指數(shù)后，將進行數(shù)據(jù)處理以及身體健康狀況判斷。具體的流程如圖7所示。

圖7 健康狀態(tài)檢測流程

步驟一，將溫度、心率、血壓、氣體、檢測器檢測到的各項數(shù)據(jù)通過信號處理傳入車載終端的個人健康數(shù)據(jù)庫中；

步驟二，根據(jù)現(xiàn)有醫(yī)學經驗和要求，健康檢測處理器根據(jù)傳入的個人數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)，建立個人健康模型；

步驟三，將建立的個人健康模型和根據(jù)醫(yī)院采用的標準健康參數(shù)值建立的標準模型進行對比，判斷乘客的健康狀況是否正常。若正常，則返回步驟一繼續(xù)進行身體檢測。若不正常，則進入步驟四；

步驟四，診斷乘客身體各項健康指標，對不符合健康指標的由車載終端系統(tǒng)發(fā)出警報，提醒乘客；

步驟五，詢問乘客是否需要連線醫(yī)生，若不需要則返回步驟一，若需要，則進入步驟六；

步驟七，連線醫(yī)生根據(jù)初步體檢報告進行初步診斷，反饋初步診斷結果的同時對乘客進行遠程指導，進行簡單治療；

步驟八，根據(jù)反饋的診斷結果更新個人健康數(shù)據(jù)庫，優(yōu)化個人健康模型。

3 顯示系統(tǒng)

采用由車內顯示控制器、用戶個人手機中的定制應用以及后臺服務器構成的顯示系統(tǒng)。系統(tǒng)架構如圖8所示。

圖8 健康狀態(tài)檢測顯示系統(tǒng)架構

其中車內顯示控制器為車載信號收集的載體，并且具有數(shù)據(jù)離線處理能力?？蓪?shù)據(jù)傳輸給手機應用，為后臺手機應用提供歷史數(shù)據(jù)記錄以及諸如在線健康咨詢、健康商城等移動服務。后臺可以通過大數(shù)據(jù)處理，結合用戶所在城市的環(huán)境數(shù)據(jù)，提供實時可靠的后臺在線分析數(shù)據(jù)給車內控制器及手機應用。

3.1 車內顯示系統(tǒng)

健康狀態(tài)檢測車內顯示系統(tǒng)架構如圖9所示。

圖9 健康狀態(tài)檢測車內顯示系統(tǒng)架構

健康狀態(tài)檢測顯示系統(tǒng)與整車的交互原理圖如圖10所示。

圖10 健康狀態(tài)檢測顯示系統(tǒng)與整車交互原理

3.1.1 車載總線信號處理

車載總線以高速CAN和以太網為主，目前車內通信以高速CAN居多，因此該系統(tǒng)主要由高速CAN進行信號傳遞。

3.1.2 顯示系統(tǒng)附屬傳感器

中控娛樂系統(tǒng)也可搭載部分傳感器或信號收集器，如紅外線手勢識別傳感器、GPS傳感器等。這些信號可以在該系統(tǒng)中作為輔助信息進行收集并處理，比如當檢測到駕駛員有重大的身體問題時，位置信息(由GPS傳感器獲得)可以幫助定位車輛位置并激活緊急求助電話。

3.1.3 車外通信接口

與車外通信的方式有很多，比如藍牙、Wi-Fi、4G網絡等。使用藍牙或Wi-Fi可以與手機APP進行通信，使用4G網絡可以與后臺服務器通信。

3.1.4 模擬系統(tǒng)

該系統(tǒng)的顯示在現(xiàn)階段將使用CANoe軟件收集總線信息并顯示(計算機端)。

圖11 健康狀態(tài)檢測模擬系統(tǒng)

3.2 手機應用及醫(yī)院終端

后臺收集用戶的健康信息后，處理后給出分析結果，通過藍牙、Wi-Fi等把系統(tǒng)收集到的健康信息發(fā)送到用戶手機上，用戶可以在手機APP上查看歷史信息、健康分析等。

為實現(xiàn)對乘客的遠程身體檢測，醫(yī)院終端可直接使用現(xiàn)有計算機，只需具備初步分析報告以及與乘客視頻的功能即可。

4 結論

闡述的一種以車聯(lián)網為載體、以醫(yī)療大數(shù)據(jù)為基礎的座艙健康監(jiān)測系統(tǒng)，通過采集駕駛者身體的關鍵數(shù)據(jù)并進行處理，將檢測結果與健康標準進行對比分析，判斷駕駛者的健康狀況并進行提醒及輔助性操作，還可將檢測結果記錄并發(fā)送醫(yī)院終端進行診斷。該系統(tǒng)可以提高駕駛者對自身健康狀況的了解程度，極大地減小因駕駛者自身健康原因導致的駕駛事故的風險。