一种用于驾驶人的远程监控与异常预警的方法

1.一种用于驾驶人的远程监控与异常预警的方法，其特征在于：包括下述步骤：
（1）通过视频检测机中的摄像头拍摄驾驶人面部特征视频并将其传送给主机，主机根据面部特征法得出驾驶人视线的九个方向传输给处理器；
（2）通过GPS/北斗双模接收器采集机动车的位置坐标与速度数据，并将其传输给处理器；
（3）处理器根据接收到的信息进行处理，根据驾驶人通过左、右、后视镜观察所驾驶车辆的左、右、后侧交通情况的间隔时间来判断驾驶人注意力状态；
（4）处理器根据判断的注意力状态来选择驱动报警装置进行相应的报警；
（5）处理器将驾驶人图片、驾驶人注意力状态以及机动车位置坐标、速度数据通过3G无线路由器每秒一次向后台管控中心发送。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤（1）中的主机是根据环境光线强度来驱动红外照明灯的打开补光或关闭。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤（1）中的面部特征法是主机根据输入的视频定位驾驶人的眼睛、鼻子，根据左、右瞳孔质心分别与鼻尖投影点之间的距离，以及左、右瞳孔质心连线的中心点与鼻尖的距离来判断得出驾驶人视线的九个方向；所述驾驶人视线的九个方向为前方、左方、右方、上方、左上方、右上方、下方、左下方和右下方。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤（3）中的驾驶人注意力状态分为注意力正常、注意力分散、注意力异常与注意力严重异常四级。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤（4）中的报警装置包括设于驾驶室的提示灯、喇叭与机动车双跳灯；当处理器判断驾驶人注意力分散时，处理器驱动喇叭发出低音与提示灯进行慢闪；当处理器判断驾驶人注意力异常时，处理器驱动喇叭发出高音与提示灯进行快闪；当处理器判断驾驶人注意力严重异常时，处理器驱动喇叭发出高音、提示灯进行快闪，并打开双跳灯对周边行驶车辆进行警示。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤（5）中的驾驶人注意力状态，若严重异常时，后台管控中心通过3G无线路由器通话提醒驾驶人。

一种用于驾驶人的远程监控与异常预警的方法\n技术领域\n[0001] 本发明涉及机动车行驶主动安全技术领域，具体涉及一种用于驾驶人的远程监控与异常预警的系统及方法。\n背景技术\n[0002] 社会经济快速发展导致道路交通运输量激增，公路交通事故已成为全球范围内日益严重的公共安全问题。统计资料表明，其中驾驶员的人为因素导致的公路交通事故率最高占到90%左右，给人民的生命和财产安全带来严重伤害。在导致这些公路交通事故的驾驶员人为因素中，疲劳驾驶、酒后驾驶和精神分散驾驶是重要原因之一。据分析，驾驶员在\n3s时间内的注意力不集中造成了其中80%的交通事故，主要表现为车道偏离和追尾事故。\n[0003] 为了预防道路交通事故的发生，人们开发出基于视频图像智能处理技术的驾驶人疲劳状态检测仪以及基于酒精气味检测用于限制驾驶人酒后开车的“酒精锁”等技术和设备。这些技术和设备在使用时发挥了一定的作用，但也存在很大的局限性，如疲劳状态检测只针对部分驾驶人有效，无法对所有驾驶人进行准确的疲劳检测；驾驶室内的酒精气味检测在通风和不通风情况下有较大差异，无法准确判定驾驶人的饮酒与否。这些局限性限制了上述机动车行驶主动安全技术和装备的推广使用，不能彻底避免道路交通事故、尤其是重特大交通事故的发生。\n[0004] 道路交通运输管理部门为预防事故发生，利用全球卫星定位技术、现代通讯技术和计算机技术而开发出车辆的远程监控系统，可以实时获得机动车的位置和驾驶人的视频等信息，但无法实时获得驾驶人的注意力状态，也就不能在驾驶人注意力出现异常时给出预警提示和实施处警措施，只能在道路交通事故发生后作为事故原因分析材料使用，发挥不出预防事故的作用。\n发明内容\n[0005] 本发明要解决的技术问题是提供一种用于驾驶人的远程监控与异常预警的系统及方法，通过驾驶人视线方向与机动车行驶速度的检测，判断驾驶人的注意力状态，并在驾驶人注意力出现异常时及时给予提醒和报警，实现驾驶人远程在途的实时监控，并避免道路交通事故的发生。\n[0006] 本发明的技术方案为：\n[0007] 一种用于驾驶人的远程监控与异常预警的系统，包括用于检测并判断驾驶人视线方向的视频检测机与用于检测机动车位置、行驶速度的GPS/北斗双模接收器，所述视频检测机与GPS/北斗双模接收器的输出端分别与用于处理数据并判断驾驶人注意力的处理器的输入端电连接；所述处理器的输出端与报警装置电连接。\n[0008] 进一步，所述处理器的输出端电连接有3G无线路由器，所述3G无线路由器与后台管控中心进行无线通讯。\n[0009] 进一步，所述视频检测机包括摄像头与主机，所述摄像头的输出端与所述主机电连接，所述主机的输出端电连接有红外照明灯。\n[0010] 进一步，所述报警装置包括提示灯、喇叭与机动车的双跳灯，所述处理器的输出端分别与所述提示灯、喇叭与双跳灯的控制开关进行电连接。\n[0011] 本发明的另一个技术方案是提供一种用于驾驶人的远程监控与异常预警的方法，包括下述步骤：\n[0012] （1）通过视频检测机中的摄像头拍摄驾驶人面部特征视频并将其传送给主机，主机根据面部特征法得出驾驶人视线的九个方向传输给处理器；\n[0013] （2）通过GPS/北斗双模接收器采集机动车的位置坐标与速度数据，并将其传输给处理器；\n[0014] （3）处理器根据接收到的信息进行处理，根据驾驶人通过左、右、后视镜观察所驾驶车辆的左、右、后侧交通情况的间隔时间来判断驾驶人注意力状态；\n[0015] （4）处理器根据判断的注意力状态来选择驱动报警装置进行相应的报警；\n[0016] （5）处理器将驾驶人图片、注意力状态以及机动车位置坐标、速度数据通过3G无线路由器每秒一次向后台管控中心发送。\n[0017] 进一步，所述步骤（1）中主机根据环境光线强度来驱动红外照明灯的打开补光或关闭。\n[0018] 进一步，所述步骤（1）中面部特征法是主机根据输入的视频定位驾驶人的眼睛、鼻子，根据左、右瞳孔质心分别与鼻尖投影点之间的距离，以及左、右瞳孔质心连线的中心点与鼻尖的距离来判断得出驾驶人视线的九个方向；所述驾驶人视线的九个方向为前方、左方、右方、上方、左上方、右上方、下方、左下方和右下方。\n[0019] 进一步，所述步骤（3）中驾驶人注意力状态分为注意力正常、注意力分散、注意力异常与注意力严重异常四级。\n[0020] 进一步，所述报警装置包括设于驾驶室的提示灯、喇叭与机动车双跳灯；当处理器判断驾驶人注意力分散时，处理器驱动喇叭发出低音与提示灯进行慢闪；当处理器判断驾驶人注意力异常时，处理器驱动喇叭发出高音与提示灯进行快闪；当处理器判断驾驶人注意力严重异常时，处理器驱动喇叭发出高音、提示灯进行快闪，并打开双跳灯对周边行驶车辆进行警示。\n[0021] 进一步，所述步骤（5）中，若驾驶人注意力严重异常时，后台管控中心通过3G无线路由器通话提醒驾驶人。\n[0022] 本发明的驾驶人远程监控与异常预警系统所用设备由机动车电源统一供电，在机动车点火发动后自动进入工作模式，对驾驶人注意力状态进行实时监控；在驾驶人注意力状态出现异常时，自动发出报警提示，并上报后台管控中心。\n[0023] 研究显示，若在公路交通事故发生前的1.5s给驾驶人发出预警，则可避免90%的事故。因此，本发明采用视频图像智能处理技术检测驾驶人的视线方向，采用全球卫星定位（GPS/北斗）技术检测机动车的位置和行驶速度，由此实现对驾驶人注意力状态的判断和异常状态的检测，并针对不同异常状态给出不同的报警措施，实现驾驶人远程在途的实时监控而避免道路交通事故的发生。所以本发明在驾驶人一旦发生疲劳及精神分散等注意力异常时，及时地给予驾驶人主动预警，是减少公路交通事故行之有效的技术措施。\n[0024] 本发明的优点：\n[0025] （1）、本发明基于驾驶人视线方向的检测和机动车行驶速度的检测可以准确地判断驾驶人的注意力状态，实时检测出驾驶人注意力分散和异常情况，并实时驱动报警装置进行相应的预警来提醒驾驶人，避免或减少交通事故的发生。\n[0026] （2）、本发明可通过红外照明灯对车内光照亮度进行补充，并根据面部特征法对驾驶人视线方向进行检测，从而保障了驾驶人视线方向检测的准确性和可靠性。\n[0027] （3）、本发明将驾驶人注意力状态分为四级，其中异常状态分为分散、异常和严重异常，并采取不同的预警提醒措施，能够最大限度地保障机动车安全行驶。\n[0028] （4）、本发明可以在机动车上单独使用，作为驾驶人注意力不正常时的检测、提醒设备；也可以联网使用，作为机动车、驾驶人管理系统的一部分，实现事故处置预案的事先确定和事故后的原因分析。\n附图说明\n[0029] 图1是本发明的系统示意图；\n[0030] 图2是本发明驾驶人视线的九个方向示意图。\n[0031] 图3是本发明驾驶人视线方向检测示意图。\n[0032] 图4是本发明驾驶人注意力状态评估表。\n具体实施方式\n[0033] 实施例一：\n[0034] 如图1所示，一种用于驾驶人的远程监控与异常预警的系统，包括用于检测并判断驾驶人视线方向的视频检测机1与用于检测机动车位置、行驶速度的GPS/北斗双模接收器2，所述视频检测机1与GPS/北斗双模接收器2的输出端分别与用于处理数据并判断驾驶人注意力的处理器3的输入端电连接；所述处理器3的输出端与报警装置5电连接。处理器3的输出端电连接有3G无线路由器4，所述3G无线路由器4与后台管控中心6进行无线通讯。\n[0035] 进一步，所述视频检测机1包括摄像头1-1与主机1-2，所述摄像头1-1的输出端与主机1-2电连接，主机1-2的输出端电连接有红外照明灯1-3。调整摄像头1-1使其对准驾驶人面部，并使驾驶人面部占采集画面的1/3以上；调节红外照明灯1-3，使驾驶人面部位于补光范围内；摄像头1-1将采集到驾驶人面部视频图像输送给主机1-2，主机1-2根据面部特征法得出驾驶人视线的九个方向传输给处理器3。\n[0036] 进一步，所述报警装置5包括提示灯5-1、喇叭5-2与机动车的双跳灯5-4，所述处理器3的输出端分别与提示灯5-1、喇叭5-2与双跳灯的控制开关5-3进行电连接，使提示灯5-1可以按二种频率闪烁；调试安装在驾驶室内的喇叭5-2，使其可以工作在二种状态，一是低音、低频模式，一是高音、高频模式；接入机动车双跳灯的控制开关5-3，使双跳灯\n5-4可以接受手动控制，也可以接受处理器3的控制。\n[0037] 实施例二：\n[0038] 一种用于驾驶人的远程监控与异常预警的方法，包括下述步骤：\n[0039] （1）白天光线好时，红外照明灯关闭，摄像头拍摄驾驶人面部特征图片并将其传送给主机，主机根据视频定位驾驶人的眼睛、鼻子，根据左、右瞳孔质心分别与鼻尖投影点之间的距离判断驾驶人是“左视”、“右视”或“正视”：L1L2为“左视”；再根据左、右瞳孔质心连线的中心点与鼻尖的距离Dx与正视时的距离Do进行大小比较来判断驾驶人是“上视”、“下视”或“正视”： Dx>Do为“上视”、DxL2、DxL2、Dx=Do，则判断驾驶人为“左视”，即是观察左侧来观察机动车左侧的交通情况。同时，主机将判断结果传输给处理器；\n[0040] （2）GPS/北斗双模接收器采集机动车的位置坐标是城市道路、速度为40-60公里/小时，并将其传输给处理器；\n[0041] （3）处理器根据接收到的信息进行处理，检测出驾驶人通过左、右或后视镜观察所驾驶车辆的左、右或后侧交通情况的间隔时间为10-20秒，判断驾驶人注意力分散；\n[0042] （4）处理器驱动喇叭发出低音与提示灯进行慢闪，提前给驾驶人预警，以提示他注意力分散了，要提高注意力，避免交通事故的发生；\n[0043] （5）同时，处理器将驾驶人图片、注意力分散情况以及机动车位置坐标、速度数据通过3G无线路由器每秒一次向后台管控中心发送。\n[0044] 实施例三：\n[0045] 一种用于驾驶人的远程监控与异常预警的方法，包括下述步骤：\n[0046] （1）晚上光线不好时，主机驱动红外照明灯打开进行补光，摄像头拍摄驾驶人面部特征视频并将其传送给主机，主机根据视频定位驾驶人的眼睛、鼻子，根据左、右瞳孔质心分别与鼻尖投影点之间的距离L1、L2之间的大小来判断驾驶人是“左视”、“右视” 或“正视”： L1L2为“左视”；再根据左、右瞳孔质心连线的中心点与鼻尖的距离Dx与正视时的距离Do进行大小比较来判断驾驶人是“上视”、“下视”或“正视”： Dx>Do为“上视”、DxL2、DxL2、Dx=Do，则判断驾驶人为“左视”，即是观察左侧来观察机动车左侧的交通情况。同时，主机将判断结果传输给处理器；\n[0047] （2）GPS/北斗双模接收器采集机动车的位置坐标是国道、速度为60-100公里/小时，并将其传输给处理器；\n[0048] （3）处理器根据接收到的信息进行处理，检测出驾驶人通过左、右或后视镜观察所驾驶车辆的左、右或后侧交通情况的间隔时间为超过30秒，判断驾驶人注意力严重异常；\n[0049] （4）处理器驱动喇叭发出高音、提示灯进行快闪，并打开双跳灯对周边行驶车辆进行警示；以提醒驾驶人提高注意力，避免交通事故的发生；\n[0050] （5）同时，处理器将驾驶人图片、注意力分散情况以及机动车位置坐标、速度数据通过3G无线路由器每秒一次向后台管控中心发送；后台管控中心通过3G无线路由器通话提醒驾驶人。\n[0051] 实施例四：\n[0052] 如图2所示，视频检测机在检测到驾驶人面部轮廓基础上，通过特征分析定位驾驶人的眼睛和鼻子，进而检测出驾驶人的左、右瞳孔位置（LP、RP）和鼻尖的位置（NS）。将左瞳孔、右瞳孔的质心相连，得到直线RPLP，从驾驶人鼻尖（NS）引一条垂直于RPLP的直线，则该直线与RPLP的交点（P）即为鼻尖在直线RPLP的投影点，测出右瞳孔质心与鼻尖投影点之间的距离L1、左瞳孔质心与鼻尖投影点之间的距离L2。如果L1=L2，则驾驶人为“正视”，即视线方向为正前方；如果L1L2，驾驶人为“左视”，即视线方向为左方。\n[0053] 再测出直线RPLP的中心点（D）和驾驶人正视时的鼻尖（NS）之间的距离Do，再测出鼻尖（NS）与中心点（D）之间的实时距离Dx；如果Dx＝Do，驾驶人为“正视”，视线方向为正前方；如果DxDo，驾驶人为“上视”，即视线方向为上方。\n[0054] 如图3示，将上述驾驶人左右视线方向的检测结果和上下视线方向的检测结果进行合并，可以得到驾驶人视线的九个方向，即前方、左方、右方、上方、左上方、右上方、下方、左下方和右下方。如果检测到驾驶人视线方向为右视和下视，则判断驾驶人视线方向为右下方。\n[0055] 处理器根据接收到的驾驶人视线方向、机动车当前位置坐标（经度、纬度和高度）和行驶速度进行处理，根据驾驶人通过左、右、后视镜观察所驾驶车辆的左、右、后侧交通情况的间隔时间来判断驾驶人注意力状态，分为四级：0级：驾驶人注意力正常；1级：驾驶人注意力分散；2级：驾驶人注意力异常；3级：驾驶人注意力严重异常。\n[0056] 基于驾驶人观察左、右、后视镜了解机动车周边及后方交通情况需要的时间间隔、机动车当前的行驶速度，处理器对驾驶人当前的注意力状态做出估计。如图4所示，如果在\n10秒内驾驶人通过左、右或后视镜及时观察左、右两侧或后方交通情况1次以上，且视线方向80%时间朝向机动车行驶前方，则判断驾驶人注意力正常，表示为0级。如果机动车行驶速度为40-60公里/小时，驾驶人超过10秒且小于20秒才通过左、右或后视镜观察左、右两侧或后方交通情况1次，则判断驾驶人注意力分散，为1级。如果机动车行驶速度为60-100公里/小时，驾驶人超过10秒且小于20秒才通过左、右或后视镜观察左、右两侧或后方交通情况1次，则判断驾驶人注意力异常，为2级。如果机动车行驶速度为60-100公里/小时，驾驶人超过30秒才通过左、右或后视镜观察左、右两侧或后方交通情况1次，则判断驾驶人注意力严重异常，为3级。\n[0057] 针对驾驶人注意力状态出现的分散、异常、严重异常状态，车载报警装置通过机动车的喇叭和设置在仪表板上的红灯给出声光报警信息，提示驾驶人集中注意力。在驾驶人注意力正常时，车载报警提示设备没有输出；在驾驶人注意力分散时，车载报警提示设备输出低频、低强度声音信号，以及驱动仪表板上的红灯慢速闪烁进行提示；在驾驶人注意力出现异常时，车载报警提示设备输出高频、高强度声音信号，以及驱动仪表板上的红灯快速闪烁进行提示；在驾驶人注意力出现严重异常时，车载报警提示设备输出高频、高强度声音信号，以及驱动仪表板上的红灯快速闪烁进行提示，同时打开机动车的双跳灯对周边行驶车辆予以警示。\n[0058] 处理器通过3G无线路由器每秒一次向后台管控中心发送数据，发送的数据包括机动车位置坐标（经度、纬度和高度）、行驶速度、驾驶人注意力状态和摄像头抓拍的驾驶人图片。若3G无线路由器因没有3G信号或网络故障，机动车车载监控与预警系统与后台管控中心不能联网，则将采集的机动车位置坐标（经度、纬度和高度）、行驶速度、驾驶人注意力状态和摄像头抓拍的驾驶人图片暂存在车载存储设备，在3G无线网络工作正常后再上传到后台管控中心。后台管控中心基于机动车的上传信息，将机动车实时显示在电子地图上，若驾驶人注意力不正常，后台管理人员可以查看驾驶人的抓拍图片并与驾驶人通话，及时提醒驾驶人保持注意力集中。\n[0059] 以上实施例并非仅限于本发明的保护范围，所有基于本发明的基本思想而进行修改或变动的都属于本发明的保护范围。