一種基于腕部加速度信號的駕駛疲勞識別方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)提供了一種基于腕部加速度信號的駕駛疲勞識別方法，包括：采集駕駛員腕部的三個軸向加速度信號，得到三個軸向的加速度值；根據(jù)三個軸向的加速度值計算合加速度值；分別計算Y軸向加速度值以及合加速度值的功率譜密度；根據(jù)功率譜密度分別計算Y軸向加速度以及合加速度在分段時間長度的0

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
一種基于腕部加速度信號的駕駛疲勞識別方法


[0001]本專利技術(shù)涉及運動信號處理
，具體涉及一種基于腕部加速度信號的駕駛疲勞識別方法。

技術(shù)介紹

[0002]駕駛疲勞是誘發(fā)道路交通事故的重要因素，在駕駛疲勞發(fā)生早期，及時發(fā)現(xiàn)和預警能夠預防事故的發(fā)生，對道路交通安全有重要的現(xiàn)實意義。
[0003]目前，針對駕駛疲勞的研究非常廣泛，包括間接通過車道偏移量、方向盤轉(zhuǎn)動角度，以及直接測量駕駛員生理信號和行為特征，來對駕駛員是否疲勞進行判斷。其中，間接測量法易受到道路環(huán)境及駕駛員個人駕駛習慣的影響，在實際應用中存在限制，直接測量法可以對駕駛員的生理或肢體運動狀態(tài)進行直接監(jiān)測，能在駕駛疲勞發(fā)生時及時進行識別并預警，效果更好。
[0004]腕部活動的加速度信號可以反映出駕駛員的行為學改變，駕駛疲勞會影響駕駛員的腕部活動特征；通過對腕部加速度信號的分析，可以對駕駛員的疲勞狀態(tài)進行識別。但是，在使用腕部加速度信號識別駕駛員的疲勞狀態(tài)時，駕駛員的個人駕駛習慣(如轉(zhuǎn)動方向盤的幅度和時間等特征)以及路況，可能對駕駛疲勞的識別產(chǎn)生影響。

技術(shù)實現(xiàn)思路

[0005]針對現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，為避免駕駛員個人駕駛習慣和路況對駕駛疲勞的識別產(chǎn)生影響，本專利技術(shù)提出一種對腕部加速度信號進行頻域分析用于駕駛疲勞識別的方法。
[0006]本專利技術(shù)采用的技術(shù)方案如下
[0007]第一方面，提供了一種基于腕部加速度信號的駕駛疲勞識別方法，包括：
[0008]采集駕駛員腕部的三個軸向加速度信號，得到三個軸向的加速度值；
[0009]根據(jù)三個軸向的加速度值計算合加速度值；
[0010]分別計算Y軸向加速度值以及合加速度值的功率譜密度；
[0011]根據(jù)功率譜密度分別計算Y軸向加速度以及合加速度在分段時間長度的0
?
4hz頻段范圍內(nèi)的功率；
[0012]根據(jù)Y軸向加速度的功率，以及合加速度的功率，結(jié)合駕駛疲勞閾值對駕駛疲勞進行識別和預警。
[0013]進一步的，駕駛疲勞閾值包括：
[0014]當Y軸加速度的功率值大于37.9，駕駛員處于疲勞狀態(tài)；
[0015]當Y軸加速度的功率值大于或等于33.2且小于或等于37.9，駕駛員處于過渡期；
[0016]當Y軸加速度的功率值為小于33.2時，駕駛員處于清醒狀態(tài)。
[0017]進一步的，當合加速度的功率值連續(xù)2min內(nèi)均小于10時，預警啟動，提醒駕駛員注意疲勞。
[0018]進一步的，三個軸向包括：人體整體坐標軸中的正中橫軸、正中矢狀軸和正中垂直
軸三個方向。
[0019]進一步的，根據(jù)加速度值使用多窗口法計算功率譜密度。
[0020]進一步的，根據(jù)功率譜密度使用復合辛卜生算法計算在分段時間長度的0
?
4hz頻段范圍內(nèi)的功率。
[0021]進一步的，分段時間長度大于或等于15秒且小于或等于60秒。
[0022]進一步的，計算三個軸向的加速度值之前，對三個軸向加速度信號進行濾波降噪處理。
[0023]第二方面，提供了一種基于腕部加速度信號的駕駛疲勞識別裝置，包括：
[0024]加速度傳感器，用于采集駕駛員腕部三個軸向的加速度信號；
[0025]計算器，與加速度傳感器無線通信連接，用于接收三個軸向的加速度信號，并根據(jù)加速度信號計算Y軸向加速度的功率以及合加速度的功率；還用于根據(jù)功率結(jié)合駕駛疲勞閾值對駕駛疲勞進行識別和預警。
[0026]進一步的，加速度傳感器為智能手環(huán)，計算器為智能手機。
[0027]由上述技術(shù)方案可知，本專利技術(shù)的有益技術(shù)效果如下：
[0028]1.僅僅使用腕部加速度信號即能實現(xiàn)對駕駛疲勞的識別，分析計算過程簡單、便于實施；
[0029]2.不需要采集多種生理及駕駛行為相關(guān)信號，抗干擾能力強；
[0030]3.可根據(jù)需要設(shè)置識別間隔時長，識別的實時性好。
附圖說明
[0031]為了更清楚地說明本專利技術(shù)具體實施方式或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對具體實施方式或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單介紹。在所有附圖中，類似的元件或部分一般由類似的附圖標記標識。附圖中，各元件或部分并不一定按照實際的比例繪制。
[0032]圖1為本專利技術(shù)實施例1的駕駛疲勞識別方法流程圖；
[0033]圖2為本專利技術(shù)實施例3的駕駛疲勞識別裝置架構(gòu)示意圖。
具體實施方式
[0034]下面將結(jié)合附圖對本專利技術(shù)技術(shù)方案的實施例進行詳細的描述。以下實施例僅用于更加清楚地說明本專利技術(shù)的技術(shù)方案，因此只作為示例，而不能以此來限制本專利技術(shù)的保護范圍。
[0035]需要注意的是，除非另有說明，本申請使用的技術(shù)術(shù)語或者科學術(shù)語應當為本專利技術(shù)所屬領(lǐng)域技術(shù)人員所理解的通常意義。
[0036]實施例1
[0037]本實施例提供了一種基于腕部三軸向加速度信號的駕駛疲勞識別方法。包括以下步驟：
[0038]1、采集駕駛員腕部的三個軸向加速度信號，計算三個軸向的加速度值
[0039]在具體的實施方式中，考慮到駕駛員的右手會不定時的操作排擋桿換擋，故優(yōu)選采集駕駛員左手腕部的三軸向加速度信號；采樣頻率為64Hz，可獲得質(zhì)量較好的加速度信號。
[0040]采用MEMS加速度計(
?
2g，+2g)測量駕駛員腕部三個軸向(X、Y及Z軸向)的加速度信號，按以下公式轉(zhuǎn)換為加速度值：
[0041][0042]其中，x是轉(zhuǎn)換后的加速度值，X是加速度計測得的X軸向原始數(shù)據(jù)，F(xiàn)s是加速度計的量程(2g)；Y及Z軸向的加速度值y、z采用同樣方法獲得。
[0043]2、根據(jù)三個軸向的加速度值計算合加速度值
[0044]在具體的實施方式中，合加速度值采用以下公式計算得到：
[0045][0046]其中，A
T
表示合加速度值，x、y、z分別代表人體整體坐標軸中的正中橫軸、正中矢狀軸和正中垂直軸三個方向，即上文中的(X、Y、Z向)的加速度值。
[0047]3、分別計算Y軸向的加速度值，以及合加速度值的功率譜密度
[0048]使用多窗口法計算功率譜密度。多窗口法使用由一系列正交錐形窗組成的離散長球序列來產(chǎn)生一系列的加窗數(shù)據(jù)，并計算這些加窗數(shù)據(jù)周期圖的平均值，將其作為信號的頻譜估計。除了正交性之外，這些錐形窗還具有最佳的時頻集中特性。因此，多窗口法得到的頻譜估計方差小、頻率分辨率較高。
[0049]4、根據(jù)功率譜密度分別計算Y軸向加速度，以及合加速度在分段時間長度的0
?
4hz頻段范圍內(nèi)的功率
[0050]分別根據(jù)三個軸向的功率譜密度，計算三個軸向加速度的功率；以及根據(jù)合加速度的功率譜密度，計算合加速度的功率。在計算時使用復合辛卜生算法(composite Simpson
’
s rule)，計算分段時間長度為15
?
60s、特定頻段范圍為本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護點】

【技術(shù)特征摘要】
1.一種基于腕部加速度信號的駕駛疲勞識別方法，其特征在于，包括：采集駕駛員腕部的三個軸向加速度信號，計算三個軸向的加速度值；根據(jù)三個軸向的加速度值計算合加速度值；分別計算Y軸向加速度值以及合加速度值的功率譜密度；根據(jù)功率譜密度分別計算Y軸向加速度以及合加速度在分段時間長度的0
?
4hz頻段范圍內(nèi)的功率；根據(jù)Y軸向加速度的功率，以及合加速度的功率，結(jié)合駕駛疲勞閾值對駕駛疲勞進行識別和預警。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的駕駛疲勞識別方法，其特征在于，所述駕駛疲勞閾值包括：當Y軸加速度的功率值大于37.9，駕駛員處于疲勞狀態(tài)；當Y軸加速度的功率值大于或等于33.2且小于或等于37.9，駕駛員處于過渡期；當Y軸加速度的功率值為小于33.2時，駕駛員處于清醒狀態(tài)。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的駕駛疲勞識別方法，其特征在于，當合加速度的功率值連續(xù)2min內(nèi)均小于10時，預警啟動，提醒駕駛員注意疲勞。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的駕駛疲勞識別方法，其特征在于，所述三個軸向包括：人體整體坐標軸中的正中橫軸、正中矢狀軸和...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：趙輝，向洪義，廖志康，車興平，李奎，謝靜茹，朱細燕，
申請(專利權(quán))人：中國人民解放軍陸軍特色醫(yī)學中心，
類型：發(fā)明
國別省市：