智能穿戴設(shè)備在汽車安全方面的應(yīng)用

冉光偉, 馬樂，陳橋芳，祝秀芬

(1.廣州汽車集團(tuán)股份有限公司汽車工程研究院，廣東廣州 511434；2.華南理工大學(xué)廣州學(xué)院工程研究院，廣東廣州 510800)

智能穿戴設(shè)備在汽車安全方面的應(yīng)用

冉光偉1, 馬樂2，陳橋芳2，祝秀芬2

(1.廣州汽車集團(tuán)股份有限公司汽車工程研究院，廣東廣州 511434；2.華南理工大學(xué)廣州學(xué)院工程研究院，廣東廣州 510800)

通過智能穿戴設(shè)備采集并監(jiān)測駕駛員脈搏、心率、呼吸、血壓等身體關(guān)鍵數(shù)據(jù)，當(dāng)這些重要的人體數(shù)據(jù)處于異常情況時，通過藍(lán)牙或者WiFi網(wǎng)絡(luò)將異常判定傳輸給車上的Telematics系統(tǒng)，Telematics系統(tǒng)通過車聯(lián)網(wǎng)向Telematics后臺服務(wù)交互平臺發(fā)出報警信息，并且自動或手動撥打急救電話，同時Telematics系統(tǒng)會通過車載網(wǎng)絡(luò)總線向車載安全控制系統(tǒng)發(fā)出相關(guān)信號，讓車輛自動做出安全合理的操作，提示駕駛員做相應(yīng)緊急操作；若駕駛員異常情況嚴(yán)重，則車輛將進(jìn)行自動駕駛或靠邊停車，并且自動撥打緊急救助電話等，在很大程度上保障駕駛員以及車輛安全。

智能穿戴設(shè)備；Telematics系統(tǒng)；身體健康數(shù)據(jù)

0 引言

目前汽車制造業(yè)已經(jīng)成為全球一個重要的產(chǎn)業(yè)。伴隨著汽車產(chǎn)量和消費(fèi)量的不斷增長，中國已經(jīng)成為一個汽車大國[1]。汽車給人們工作和生活帶來了方便、快捷、舒適的出行條件，由于人們生活水平的提高，越來越多人將汽車作為消費(fèi)品來使用[2],汽車已經(jīng)基本普及到了每一個家庭。

但由于汽車是由個體操作的高速運(yùn)行交通工具，其運(yùn)行安全很大程度上受到駕駛員生理和心理因素的影響[3-4]。

一些駕駛員在駕駛過程中身體狀況易遇到突發(fā)情況，例如駕駛員比較容易突發(fā)的疾病主要有[5-6]：心律失常、心肌梗死、腦溢血、低血糖休克、呼吸系統(tǒng)、惡性腫瘤、心臟病、損傷與中毒以及消化系統(tǒng)疾病等。不管是哪種疾病，最嚴(yán)重的直接后果就是駕駛員失去駕駛能力而導(dǎo)致車輛失控，給車輛、所有乘員以及道路交通環(huán)境帶來危險。于是開發(fā)一種汽車自動安全控制系統(tǒng)在當(dāng)今社會非常必要，特別是在人口與車輛密集的地區(qū)尤為重要。

基于上述的潛在問題，作者提出一種新的解決方案，由智能穿戴設(shè)備自動實(shí)時監(jiān)控駕駛員身體狀態(tài)，當(dāng)駕駛員身體狀況出現(xiàn)異常時，智能穿戴設(shè)備發(fā)出異常警報給Telematics系統(tǒng)(Telematics系統(tǒng)是電信Telecommunication與信息科學(xué)Information的合成詞，名為移動通信導(dǎo)航信息系統(tǒng)，也稱為車載遠(yuǎn)程信息處理系統(tǒng))，由Telematics系統(tǒng)處理并做出相應(yīng)措施：(1)控制車輛打開安全警示燈，并進(jìn)入安全駕駛模式，如根據(jù)路況緩慢減速、靠邊停車、查找最近的醫(yī)院并且自動駕駛前往；(2)向后臺數(shù)據(jù)中心發(fā)送實(shí)時數(shù)據(jù)，自動撥打緊急求助電話等。

1 系統(tǒng)工作原理

類似基于網(wǎng)絡(luò)的生理檢測系統(tǒng)[7-8]，在汽車當(dāng)前的安全系統(tǒng)的情況下，加入人體檢測的智能穿戴設(shè)備，使汽車擁有一定的“智慧”，隨時監(jiān)測駕駛員的身體狀況[9]，并使得駕駛員被動地處于身體監(jiān)控狀態(tài)。而Telematics系統(tǒng)則是此安全駕駛系統(tǒng)的“大腦”[10]，負(fù)責(zé)完成對汽車安全駕駛控制以及與外界應(yīng)急通信的工作；智能穿戴設(shè)備則是此系統(tǒng)的“傳感器”，負(fù)責(zé)完成駕駛員身體數(shù)據(jù)與“大腦”之間的傳輸工作。系統(tǒng)框圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)框架

在此系統(tǒng)方案中，不但涉及智能穿戴設(shè)備與車載Telematics系統(tǒng)的互聯(lián)機(jī)制，而且包括車載Telematics系統(tǒng)從智能穿戴的駕駛員獲得身體異常數(shù)據(jù)時，迅速針對不同車況、路況情況下的汽車進(jìn)行安全駕駛控制，并且同時完成緊急救援呼叫以及重要的實(shí)時車況、駕駛員身體數(shù)據(jù)與汽車后臺服務(wù)數(shù)據(jù)中心之間數(shù)據(jù)傳輸。各設(shè)備之間的工作流程及通信機(jī)制如下：

(1)智能穿戴設(shè)備通過藍(lán)牙或WiFi與Telematics系統(tǒng)連接，實(shí)時將駕駛員相關(guān)身體數(shù)據(jù)發(fā)給Telematics系統(tǒng)，其中包括了駕駛員身體出現(xiàn)異常狀況的數(shù)據(jù)。駕駛員身體異常數(shù)據(jù)分為兩種：一種是身體出現(xiàn)異常，但未超出告警限值的；第二種是身體出現(xiàn)異常，且超出告警限值的。

(2)當(dāng)Telematics系統(tǒng)接收到駕駛員身體異常信息時，會跟駕駛員健康數(shù)據(jù)相比,判斷是否超出告警門限。若是，則通過ECALL自動撥打緊急呼救中心號碼。

(3)Telematics系統(tǒng)實(shí)時將駕駛員相關(guān)身體數(shù)據(jù)與TSP(Telematics Service Platform，即Telematics后臺服務(wù)交互平臺，簡稱TSP)進(jìn)行實(shí)時交互，TSP可以監(jiān)測駕駛員在駕駛時的身體狀況，當(dāng)駕駛員出現(xiàn)身體異常但未達(dá)到告警限值時，可通過Telematics系統(tǒng)中的多媒體功能向駕駛員做出警示；當(dāng)超出告警限值，則同時與緊急呼叫中心協(xié)同工作，如發(fā)布駕駛員身體告警信息及數(shù)據(jù)以及車輛所處實(shí)時狀態(tài)數(shù)據(jù)等，以便緊急呼救中心能夠及時有效地實(shí)施救援工作。

(4)Telematics系統(tǒng)在接收到智能穿戴設(shè)備傳送的駕駛員身體異常信息時，會向TSP發(fā)送駕駛員身體狀況數(shù)據(jù)、車輛信息及車輛定位信息等。當(dāng)異常數(shù)據(jù)超出告警限值時，Telematics系統(tǒng)會發(fā)出指令給汽車主動安全駕駛控制系統(tǒng)，對汽車進(jìn)行必要的控制和操作。如在保障汽車安全的前提下，激活自動緊急剎車系統(tǒng)，安全剎車，靠邊停車，并打開安全警示燈等。

2 駕駛員健康數(shù)據(jù)采集與處理

當(dāng)車輛啟動時，Telematics系統(tǒng)會監(jiān)測已注冊的智能穿戴設(shè)備連接情況，未連接則提醒駕駛員打開智能穿戴設(shè)備，已連接則提醒連接已成功。連接成功后，Telematics系統(tǒng)將定周期監(jiān)控駕駛員健康數(shù)據(jù)，需要監(jiān)控數(shù)據(jù)類型[11]及處理機(jī)制如下：

(1)心臟各項(xiàng)參數(shù)，如心率、心律。心率(心跳頻率)不宜過高、過低，心律(心跳節(jié)律)應(yīng)該有規(guī)律，若超過一定限值(如正常心跳應(yīng)為60～100 次/min)或者心律不齊(如可能發(fā)生的急性心肌梗死或心肌炎導(dǎo)致的心律不齊等)，則通過Telematics系統(tǒng)提醒、警告駕駛員，嚴(yán)重時可通過Telematics系統(tǒng)對汽車進(jìn)行必要的主動安全駕駛控制。

(2)血液循環(huán)參數(shù)，如血壓、血糖濃度、血液酒精濃度等。血壓包括收縮壓(正常值90～140 mmHg)和舒張壓(正常值60～90 mmHg)；對于血糖濃度，應(yīng)根據(jù)是否為孕婦、空腹還是就餐來判斷其值是否正常。血糖過高有可能為糖尿病患者，不適合駕駛車輛；血糖過低會導(dǎo)致暈厥會更加危險。血液酒精濃度不應(yīng)大于20 mg/100 mL。如以上參數(shù)異常，則通過Telematics系統(tǒng)提醒、警告駕駛員，嚴(yán)重時須通過Telematics系統(tǒng)對汽車進(jìn)行必要的主動安全駕駛控制。

(3)體溫參數(shù)。人體正常體溫一般為35～37.2 ℃，如超過此限值，則通過Telematics系統(tǒng)提醒、警告駕駛員，嚴(yán)重時須通過Telematics系統(tǒng)對汽車進(jìn)行必要的主動安全駕駛控制。

(4)瞌睡、休克警報?，F(xiàn)在部分智能穿戴設(shè)備已經(jīng)可以監(jiān)測佩戴者是否處于瞌睡或者休克狀態(tài)，如監(jiān)控到駕駛員在打瞌睡，則通過Telematics系統(tǒng)提醒、警告駕駛員，若發(fā)現(xiàn)駕駛員處于睡眠或休克狀態(tài)時，則需要Telematics系統(tǒng)對汽車進(jìn)行必要的主動安全駕駛控制。

(5)情緒指數(shù)[12-14]。目前已有部分智能穿戴設(shè)備可以通過一些算法(如加入心跳、血壓、腦電波、皮膚溫度、眼部活動以及人體行為等參數(shù)計算)獲取佩戴者的情緒情況，如低落、亢奮、愉悅、悲傷、焦慮、恐懼、憤怒等。駕駛員處于部分情緒狀態(tài)時是不適合駕駛車輛的，智能穿戴設(shè)備可以根據(jù)一定的算法決定告警限值，并通過Telematics系統(tǒng)提醒駕駛員，情況嚴(yán)重時可激活Telematics系統(tǒng)對汽車進(jìn)行自動安全駕駛控制。

3 結(jié)論

文中提出的駕駛員安全監(jiān)測系統(tǒng)通過智能穿戴設(shè)備監(jiān)測駕駛員健康狀況，并利用車載Telematics系統(tǒng)接收駕駛員健康數(shù)據(jù)，判斷駕駛員的正常和非正常駕駛狀態(tài)。在非正常駕駛情況下，采取安全駕駛策略，主動干預(yù)駕駛員駕駛行為，避免駕駛員由于突發(fā)性的心肌梗死、腦血栓、血壓異常、低血糖或者酒駕等導(dǎo)致其失去駕駛能力而造成車毀人亡的意外，提高駕駛安全性。

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ApplicationofSmartWearableDevicesinAutomobileSafety

RAN Guangwei1，MA Yue2，CHEN Qiaofang2，ZHU Xiufen2

(1.Automotive Engineering Institute,Guangzhou Automobile Group Co.,Ltd.,Guangzhou Guangdong 511434, China;2.Engineering Institute, Guangzhou College of South China University of Technology, Guangzhou Guangdong 510800, China)

The driver’s body key data such as pulse, heart rate, respiration, blood pressure etc collected by smart wearable devices were transmitted to the Telematics system on the car by Bluetooth or WiFi network when these important human data were in abnormal situation. The telematics system would send alarm information to Telematics service platform and emergency telephone call was automatically or manual dialled. At the same time, the Telematics system would send related signal to vehicle safety control system through CAN network，and make the vehicle adopt reasonable and safe action automatically. For example, there was abnormal reminder to prompt the driver to make corresponding emergency operation. If the abnormal situation was serious, the vehicle would automatically drive or pull over, and emergency call was automatically dialled in order to ensure safety of drivers and vehicles.

Smart wearable devices; Telematics; Body health data

2017-07-31

廣東省粵港共性技術(shù)招標(biāo)項(xiàng)目專項(xiàng)資金支持項(xiàng)目(2013B010138002)

冉光偉(1980—)，男，學(xué)士，工程師，主要從事車聯(lián)網(wǎng)及汽車電子控制單元的開發(fā)。E-mail:lvyang_ran@126.com。

10.19466/j.cnki.1674-1986.2017.12.002

TP368

A

1674-1986(2017)12-006-03