基于人體生理數(shù)據(jù)檢測(cè)的安全停車報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)＊

杜國(guó)靜，劉玉振，李曉菲

（山東華宇工學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院，山東 德州 253034）

前言

近年來(lái)，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展和人們生活水平的不斷提高，汽車已經(jīng)成為了家家戶戶的必須品[1]，根據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì)結(jié)果得知，截至2020年底，全國(guó)機(jī)動(dòng)車保有量約3.67億輛，與 2019年相對(duì)比較，今年我國(guó)汽車保有量增加了 0.19億輛。隨著汽車數(shù)量的增加，給我們的生活出行帶來(lái)了極大的便利，但是由于社會(huì)生活節(jié)奏的不斷加快和工作壓力的增加，突發(fā)性疾病的發(fā)病率不斷上升。當(dāng)在工作過(guò)程中突發(fā)疾病，會(huì)對(duì)他人的生命財(cái)產(chǎn)安全造成了不同程度的影響，自己也不能得到及時(shí)的救治，尤其是駕駛員在行車時(shí)的突發(fā)性疾病影響更甚。因此，我們針對(duì)長(zhǎng)時(shí)間工作的車輛設(shè)計(jì)了該安全停車系統(tǒng)，用于在行車過(guò)程中，當(dāng)駕駛員突發(fā)疾病無(wú)法控制車輛時(shí)，進(jìn)行一系列的緊急自動(dòng)操作，使該車輛可以第一時(shí)間進(jìn)行安全停車，并通知到急救中心及緊急聯(lián)系人進(jìn)行救援，提高了外界的救援速度，極大程度的保障了駕駛員及乘客安全。

1 安全停車報(bào)警系統(tǒng)的研究背景

近年來(lái)，隨著私家車的逐漸增多，交通事故發(fā)生的機(jī)率也不斷的上升，汽車本身自帶的主動(dòng)安全裝置和被動(dòng)安全裝置，可以在交通事故發(fā)生時(shí)能最大程度的保障人們的生命安全。目前汽車上的主動(dòng)安全裝置和被動(dòng)安全裝置只是在交通事故發(fā)生時(shí)，用于減小駕駛員及其他人員的傷亡，無(wú)法解決因駕駛員突發(fā)疾病或意外造成的車輛失控帶來(lái)人員傷亡的問(wèn)題。

現(xiàn)階段我國(guó)在人體生理數(shù)據(jù)檢測(cè)模塊，通訊系統(tǒng)，安全停車系統(tǒng)等領(lǐng)域發(fā)展都發(fā)展的比較成熟，但是基于心率系統(tǒng)的安全停車系統(tǒng)在國(guó)內(nèi)外目前沒(méi)有結(jié)合起來(lái)研究的成果，是一片藍(lán)海區(qū)域。隨著人們生活水平的不斷提高，和當(dāng)今信息化社會(huì)的到來(lái)，一款基于5G網(wǎng)絡(luò)緊急情況下智能停車裝置的設(shè)計(jì)是必然會(huì)出現(xiàn)的。該系統(tǒng)在駕駛時(shí)可實(shí)現(xiàn)突發(fā)性疾病監(jiān)測(cè)報(bào)警并且靠邊停車，最大限度保障駕駛員及乘客生命財(cái)產(chǎn)安全。

2 安全停車報(bào)警系統(tǒng)的組成和工作原理

2.1 安全停車報(bào)警系統(tǒng)的組成

智能停車裝置主要由人體生理數(shù)據(jù)檢測(cè)模塊、控制單元、通訊模塊、語(yǔ)音播報(bào)系統(tǒng)和停車控制系統(tǒng)四部分構(gòu)成。人體生理數(shù)據(jù)檢測(cè)模塊用于在行車過(guò)程中時(shí)刻檢測(cè)駕駛身體情況，避免行車過(guò)程中因駕駛員身體不適和突發(fā)疾病的發(fā)生，而導(dǎo)致不可逆轉(zhuǎn)的事故；控制單元主要用于接受人體生理數(shù)據(jù)檢測(cè)模塊對(duì)駕駛員身體檢測(cè)的反饋信息，通過(guò)對(duì)反饋信息的處理分析，進(jìn)而控制通訊模塊和停車控制系統(tǒng)相對(duì)作用；通訊模塊采用了目前速度最快的第五代移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)，主要用于第一時(shí)間向外界發(fā)出求救通知，提高外界的救援的速度；語(yǔ)音播報(bào)系統(tǒng)由內(nèi)外兩套擴(kuò)音器組成，當(dāng)系統(tǒng)激活后，外擴(kuò)音器對(duì)外重復(fù)播報(bào)報(bào)警語(yǔ)音包，引起他人和車輛的注意，避免追尾事故的發(fā)生，同時(shí)車內(nèi)擴(kuò)音器會(huì)通過(guò)通訊系統(tǒng)與醫(yī)護(hù)人員相連，醫(yī)護(hù)人員會(huì)對(duì)發(fā)病駕駛員進(jìn)行心里安慰，安撫駕駛員情緒；停車控制系統(tǒng)主要用于當(dāng)駕駛員因疾病不能操控車輛時(shí)，自動(dòng)的完成車輛避障、緩慢減速和靠邊停車等一系列的操作，保證在無(wú)人駕駛的情況下安全停車；通過(guò)各部件協(xié)同配合，完成突發(fā)性疾病監(jiān)測(cè)、報(bào)警、靠邊停車等一系列復(fù)雜工作過(guò)程，以最大限度確保駕駛員及乘客生命財(cái)產(chǎn)安全。

圖1 安全停車報(bào)警系統(tǒng)的組成

2.2 安全停車報(bào)警系統(tǒng)的工作原理

駕駛?cè)嗽谛熊囃局型话l(fā)疾病時(shí)，人體生理數(shù)據(jù)檢測(cè)模塊檢測(cè)到駕駛員身體異常，此時(shí)激活通訊模塊及停車系統(tǒng)，通訊模塊利用了目前最先進(jìn)的5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，通過(guò)語(yǔ)音包形式以最快的速度向緊急道路救援、急救中心、緊急聯(lián)系人發(fā)送遇險(xiǎn)通知，與此同時(shí)外擴(kuò)音器對(duì)外重復(fù)播報(bào)報(bào)警語(yǔ)音包，引起他人和車輛的注意，避免追尾事故的發(fā)生，同時(shí)車內(nèi)擴(kuò)音器會(huì)通過(guò)通訊系統(tǒng)與醫(yī)護(hù)人員相連，醫(yī)護(hù)人員會(huì)對(duì)發(fā)病駕駛員進(jìn)行心里安慰，安撫駕駛員情緒；車載電腦控制危險(xiǎn)報(bào)警閃光燈及轉(zhuǎn)向燈開啟；安全電機(jī)配合停車軌跡控制剎車緩慢減速；車載雷達(dá)獲取本車與周圍車輛的位置信息，建立平面坐標(biāo)系，根據(jù)在線預(yù)測(cè)算法得到周圍車輛的預(yù)測(cè)行車軌跡，并根據(jù)周圍車輛的預(yù)測(cè)行車軌跡生成本車的行車軌跡，并根據(jù)在線預(yù)測(cè)算法實(shí)時(shí)修正本車的行車軌跡，直至靠邊停車動(dòng)作完成。

此時(shí)在線預(yù)測(cè)算法計(jì)算結(jié)束，安全電機(jī)控制剎車使制動(dòng)力保持，預(yù)防車輛運(yùn)動(dòng)造成對(duì)駕駛員及乘客的二次傷害，此時(shí)點(diǎn)火開關(guān)斷開，發(fā)動(dòng)機(jī)熄火，但不斷開車載電源，使危險(xiǎn)報(bào)警燈常亮，擴(kuò)音器繼續(xù)播報(bào)，以警示其他車輛及行人。

圖2 安全停車報(bào)警系統(tǒng)的工作原理

3 通訊模塊的設(shè)計(jì)

5G作為最先進(jìn)的第五代移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)，其應(yīng)用將深入到社會(huì)的各個(gè)領(lǐng)域，為現(xiàn)代化的信息社會(huì)提供全方位的服務(wù)，促進(jìn)各行各業(yè)的轉(zhuǎn)型與升級(jí)。為了滿足這些行業(yè)的發(fā)展需求，5G技術(shù)將帶來(lái)超低的業(yè)務(wù)時(shí)延、超高的連接數(shù)密度、超高的頻譜利用效率、超低的功耗、超高移動(dòng)性支持等[2]。5G的數(shù)據(jù)傳輸速率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于以前的蜂窩網(wǎng)絡(luò)，最高可達(dá) 10Gbit/s，比當(dāng)前的有線互聯(lián)網(wǎng)要快，比先前的4GLTE蜂窩網(wǎng)絡(luò)快100倍[3]。另外有較低的網(wǎng)絡(luò)延遲（更快的響應(yīng)時(shí)間），低于1毫秒，而4G為30-70毫秒，為現(xiàn)在的信息化社會(huì)提供了網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的保障，5G不僅是一場(chǎng)技術(shù)革命更蘊(yùn)含千萬(wàn)億級(jí)市場(chǎng)。

該通訊模塊采用5G移動(dòng)技術(shù)，利用5G網(wǎng)絡(luò)的速度快、延時(shí)性低等優(yōu)點(diǎn)提高外界的救援速度。該車控制系統(tǒng)會(huì)在人體生理數(shù)據(jù)檢測(cè)模塊檢測(cè)到駕駛員身體異常或者駕駛員提前按下緊急情況按鍵時(shí)，激活5G通訊模塊和北斗定位模塊，北斗定位模塊會(huì)準(zhǔn)確的獲取當(dāng)?shù)氐奈恢眯畔?，控制系統(tǒng)會(huì)將當(dāng)?shù)氐奈恢眯畔⒖焖贉?zhǔn)確送至5G通訊模塊，通訊模塊會(huì)將預(yù)設(shè)報(bào)警信息及實(shí)時(shí)位置快速準(zhǔn)確的編輯成文本，第一時(shí)間以語(yǔ)音包的形式告知急救中心和緊急聯(lián)系人，以最大限度確保駕駛員及乘客生命財(cái)產(chǎn)安全，避免因報(bào)警不及時(shí)而導(dǎo)致的救援延誤。

圖3 通訊模塊的設(shè)計(jì)

4 語(yǔ)音播報(bào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

當(dāng)人體生理數(shù)據(jù)檢測(cè)模塊檢測(cè)到駕駛員身體異?；蛘唏{駛員提前按下緊急情況按鍵時(shí)，車載擴(kuò)音器會(huì)重復(fù)對(duì)外播報(bào)提前設(shè)置好的報(bào)警語(yǔ)音包，在進(jìn)行安全停車的過(guò)程中提醒其他車輛和行人注意安全，避免交通事故的發(fā)生，同時(shí)引起他人的注意，可以及時(shí)得到他人的搶救或安全補(bǔ)救。當(dāng)車輛安全?？亢螅刂葡到y(tǒng)會(huì)控制危險(xiǎn)報(bào)警燈進(jìn)行工作，提醒后方車輛請(qǐng)注意避讓，避免出現(xiàn)車輛追尾等情況的發(fā)生，對(duì)突發(fā)疾病的駕駛員減少了二次傷害。

圖4 語(yǔ)音播報(bào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

當(dāng)車輛安全靠邊停車后，通訊模塊會(huì)接通醫(yī)護(hù)人員與車輛的通訊頻道，使醫(yī)護(hù)人員能時(shí)刻觀察到發(fā)病駕駛員的狀況，可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的情況，可準(zhǔn)確分配相關(guān)的醫(yī)護(hù)人員前往搶救，還可以通過(guò)語(yǔ)音指導(dǎo)讓駕駛員進(jìn)行自救。醫(yī)護(hù)人員還可通過(guò)語(yǔ)音系統(tǒng)，對(duì)發(fā)病駕駛員進(jìn)行心里安慰，安撫駕駛員情緒。

5 安全停車控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

當(dāng)系統(tǒng)激活后，危險(xiǎn)報(bào)警閃光燈及轉(zhuǎn)向燈開啟，自動(dòng)的實(shí)現(xiàn)安全泊車的功能。此時(shí)，行車電腦會(huì)接管方向盤，通過(guò)傳感器系統(tǒng)感知環(huán)境信息，根據(jù)傳感器系統(tǒng)的檢測(cè)信息得出道路上各車輛相對(duì)位置，然后生成車輛行車軌跡，車輛根據(jù)行車軌跡進(jìn)行循跡避障，并根據(jù)在線預(yù)測(cè)算法實(shí)時(shí)修正本車的行車軌跡，從而行車電腦會(huì)通過(guò)動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)轉(zhuǎn)動(dòng)車輪，控制車輛無(wú)碰撞地進(jìn)行自動(dòng)泊車，直至靠邊停車動(dòng)作完成。

安全停車系統(tǒng)裝有各種傳感器，可檢測(cè)周圍車輛信息及與周圍車輛距離之間的距離，并通過(guò)數(shù)據(jù)線傳輸給控制系統(tǒng);并由控制系統(tǒng)分析處理后，得出汽車的當(dāng)前位置和周圍的環(huán)境參數(shù)，依據(jù)上述參數(shù)作出安全靠邊停車的路線策略，并將其轉(zhuǎn)換成電信號(hào);所述的車輛停車系統(tǒng)接受電信號(hào)后，依據(jù)指令作出汽車的行駛?cè)缃嵌?、方向及?dòng)力支援方面的一系列操作，直至靠邊停車動(dòng)作完成。

6 總結(jié)

基于人體生理數(shù)據(jù)檢測(cè)的安全停車報(bào)警系統(tǒng)，對(duì)于提升公共交通安全，有著較大的益處，是人體生理數(shù)據(jù)信息與智能駕駛相結(jié)合的一條新徑。另外本次的研究?jī)?nèi)容可為未來(lái)車輛智能駕駛的研究提供一定的參考和借鑒意義。