基于樹(shù)莓派4B的司機(jī)疲勞駕駛警報(bào)系統(tǒng)

王健，楊秀奇，王亞威

（遼寧科技大學(xué) 電信學(xué)院，遼寧 鞍山 114000）

0 引言

隨著科技的不斷發(fā)展，汽車(chē)已經(jīng)成為了我們生產(chǎn)生活中必不可少的交通工具，而交通事故也成為一個(gè)很大的問(wèn)題，安全出行也成了每一位駕駛?cè)说脑竿?。公安部交通局的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示：由于疲勞駕駛導(dǎo)致的交通事故占總交通事故的21%，而且數(shù)據(jù)還在不斷上升。分析了疲勞駕駛的相關(guān)實(shí)例以及疲勞駕駛使司機(jī)的一些表現(xiàn)，為了避免因疲勞駕駛而導(dǎo)致的交通事故，設(shè)計(jì)了基于樹(shù)莓派4B的司機(jī)疲勞駕駛報(bào)警系統(tǒng)。

1 疲勞駕駛報(bào)警發(fā)展現(xiàn)狀和問(wèn)題分析

目前我剛現(xiàn)存的疲勞駕駛檢測(cè)報(bào)警系統(tǒng)，也在不斷的發(fā)展當(dāng)中，但是有很多的不足的地方。經(jīng)研究分析，主要有這幾部分原因不足：

（1）目前大多數(shù)汽車(chē)沒(méi)有疲勞駕駛識(shí)別裝置。我國(guó)大多數(shù)的汽車(chē)內(nèi)還未安裝疲勞駕駛識(shí)別裝置，這就導(dǎo)致存在疲勞駕駛出現(xiàn)時(shí)也無(wú)法進(jìn)行警報(bào)，進(jìn)而可能導(dǎo)致交通事故的發(fā)生[1]。

（2）公路電子眼檢測(cè)。公路旁電子眼檢測(cè)車(chē)輛駕駛?cè)说那闆r，但是公路電子眼只能檢測(cè)到比較明顯的駕駛?cè)藙?dòng)作。而在無(wú)公路電子眼的地方則無(wú)法進(jìn)行疲勞駕駛檢測(cè)，所以還會(huì)存在一定的弊端。

（3）疲勞駕駛檢測(cè)錯(cuò)誤率高?，F(xiàn)存的疲勞駕駛裝置大多都是通過(guò)單片機(jī)加單目攝像頭進(jìn)行處理，所以導(dǎo)致處理速度和準(zhǔn)確率太低，無(wú)法準(zhǔn)確及時(shí)的進(jìn)行疲勞駕駛警報(bào)[2]。

2 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)

經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)分析和考慮到了對(duì)圖像的處理能量以及疲勞檢測(cè)的準(zhǔn)確性，系統(tǒng)的總設(shè)計(jì)如圖1所示。系統(tǒng)分為圖像采集輸入模塊、人工智能計(jì)算模塊、通信模塊、顯示輸出模塊四大部分組成。圖像輸出采集模塊由AI攝像頭、語(yǔ)音采集模塊等組成；人工智能計(jì)算模塊由視/音頻解碼芯片、存儲(chǔ)器、數(shù)字信息處理芯片、控制器組成；通信模塊由無(wú)線模塊、藍(lán)牙模塊、有線模塊組成；顯示輸出模塊由服務(wù)器、移動(dòng)終端、顯示器組成[3-4]。

圖1 系統(tǒng)總設(shè)計(jì)圖

圖像采集輸入模塊包括AI攝像頭和語(yǔ)音采集模塊，AI攝像頭能夠同時(shí)選中多張人像進(jìn)行攝像和拍照，保證駕駛員人像的清晰。人工智能計(jì)算模塊包括視/音頻解碼芯片、存儲(chǔ)器、數(shù)字信號(hào)處理芯片和控制器，圖像采集輸入模塊輸入的信號(hào)經(jīng)過(guò)視/音頻解碼芯片完成對(duì)模擬視頻和音頻信號(hào)的數(shù)字化，經(jīng)過(guò)視/音頻解碼芯片處理，信號(hào)再經(jīng)過(guò)數(shù)字信號(hào)處理芯片進(jìn)行信號(hào)變換、濾波、檢測(cè)和快速運(yùn)算，在存儲(chǔ)器端進(jìn)行存儲(chǔ)，最終將所有數(shù)據(jù)傳送至控制器[5-7]。顯示輸出模塊包括服務(wù)器、移動(dòng)終端和顯示器，服務(wù)器用來(lái)存儲(chǔ)所有車(chē)內(nèi)人員的數(shù)據(jù)信息，同時(shí)對(duì)駕駛員的狀態(tài)進(jìn)行設(shè)定，移動(dòng)終端用來(lái)實(shí)現(xiàn)在手機(jī)終端實(shí)時(shí)觀看車(chē)內(nèi)人員的數(shù)據(jù)，顯示器實(shí)時(shí)顯示駕駛員疲勞程度參數(shù)與閾值參數(shù)進(jìn)行對(duì)比。

圖像采集模塊采集到的的視頻和音頻信號(hào)通過(guò)視/音頻解碼芯片將模擬量完成數(shù)字化，并傳輸給數(shù)字信號(hào)處理芯片進(jìn)行信號(hào)變換、濾波、檢測(cè)和快速運(yùn)算，將所有存儲(chǔ)器內(nèi)和數(shù)字信號(hào)處理芯片處理后的數(shù)據(jù)都傳輸給控制器，在控制器內(nèi)進(jìn)行編程，將數(shù)據(jù)信號(hào)在程序中完成數(shù)據(jù)管理的邏輯關(guān)系，通過(guò)通信裝置分別存儲(chǔ)在服務(wù)器和手機(jī)終端，并實(shí)時(shí)在顯示器上顯示所需的參數(shù)，達(dá)到高效檢查目的。如圖2所示。

圖2 圖像存儲(chǔ)等設(shè)計(jì)圖

3 下位機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

疲勞駕駛檢測(cè)系統(tǒng)下位機(jī)的的設(shè)計(jì)方案如圖所示。選用了目前社會(huì)流行的樹(shù)莓派4B作為控制芯片，因?yàn)槠鋵?duì)代碼數(shù)據(jù)的處理速度快，而檢測(cè)圖像數(shù)據(jù)對(duì)處理器的處理速度要求很高，所以經(jīng)過(guò)不斷的實(shí)驗(yàn)最終選定了樹(shù)莓派4B作為本系統(tǒng)的下位機(jī)核心處理單元，AI攝像頭采用了OPENCV，opencv內(nèi)有集成處理器可以先將采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行初步的處理，然后再向樹(shù)莓派進(jìn)行傳輸。聲音報(bào)警系統(tǒng)報(bào)警系統(tǒng)則選用蜂鳴器，因?yàn)榉澍Q器供電要求低只需很低的電壓就可以驅(qū)動(dòng)它進(jìn)行工作[8]。供電系統(tǒng)采用車(chē)載電源進(jìn)行供電。每當(dāng)車(chē)啟動(dòng)后改系統(tǒng)就會(huì)運(yùn)行。如圖3所示。

圖3 下位機(jī)具體結(jié)構(gòu)框圖

4 上位機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

上位機(jī)軟件的主要數(shù)據(jù)處理環(huán)節(jié)如圖4所示，主要包括4個(gè)子模塊：數(shù)據(jù)接收單元、數(shù)據(jù)字典維護(hù)、數(shù)據(jù)查詢單元、數(shù)據(jù)顯示單元、數(shù)據(jù)備份和數(shù)據(jù)恢復(fù)。此設(shè)計(jì)可以快速準(zhǔn)確的判斷車(chē)輛駕駛員情況。

圖4 控制中心軟件功能框圖

數(shù)據(jù)接收單元將下位機(jī)系統(tǒng)發(fā)送過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)，并將數(shù)據(jù)與預(yù)先設(shè)置好的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，如有發(fā)現(xiàn)異常則進(jìn)行一次數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，然后進(jìn)行第二次檢查，經(jīng)過(guò)反復(fù)的數(shù)據(jù)接收和數(shù)據(jù)對(duì)比最終形成下一步的執(zhí)行命令。數(shù)據(jù)查詢單元?jiǎng)t是對(duì)之前的數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢，如有遇到錯(cuò)判或者錯(cuò)誤報(bào)警等情況便于更好的進(jìn)行判斷。設(shè)立數(shù)據(jù)字典維護(hù)單元的目的是對(duì)核心數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)，防止數(shù)據(jù)代碼跑飛。數(shù)據(jù)顯示單元進(jìn)行數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)顯示，上位機(jī)當(dāng)檢查到異常數(shù)據(jù)后將數(shù)據(jù)重點(diǎn)顯示出來(lái)，從而更好的進(jìn)行警告等功能。數(shù)據(jù)備份和災(zāi)難恢復(fù)單元?jiǎng)t是為突發(fā)事件設(shè)立的單元，當(dāng)遇到突發(fā)事件斷電或其他情況導(dǎo)致設(shè)備癱瘓實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)丟失時(shí)，通過(guò)本系統(tǒng)訪問(wèn)本地?cái)?shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行上傳，軟件數(shù)據(jù)庫(kù)則采用Microsoft SQL Server，可以更加準(zhǔn)確地儲(chǔ)存數(shù)據(jù)信息，并通過(guò)SQL語(yǔ)言進(jìn)行查詢。

5 結(jié)語(yǔ)

該系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)進(jìn)行，并持續(xù)調(diào)用攝像頭，捕捉視頻和圖片，監(jiān)測(cè)疲勞值。在駕駛過(guò)程中，類(lèi)似打哈欠，高頻率閉眼，半睡半醒狀態(tài)，進(jìn)入睡覺(jué)，超過(guò)最長(zhǎng)允許駕駛時(shí)間（可設(shè)置），都會(huì)增加相應(yīng)的疲勞值。當(dāng)疲勞值超過(guò)設(shè)定的閾值時(shí)，會(huì)導(dǎo)致該裝置發(fā)出聲音的提醒；當(dāng)疲勞值超過(guò)最高允許值時(shí)，會(huì)觸發(fā)疲勞駕駛警報(bào)，發(fā)出警報(bào)聲并彈出警告窗口，如果司機(jī)還不減速停車(chē)進(jìn)行調(diào)整，則會(huì)通過(guò)電話模塊向交通進(jìn)行自動(dòng)報(bào)警。從而，及時(shí)的提醒或驚醒用戶，使得用戶手動(dòng)或聲控地解除警報(bào)或提醒，并及時(shí)的尋找地方停車(chē)休息。從而此有效的避免了駕駛?cè)说钠隈{駛，消除了疲勞駕駛的嚴(yán)重的安全隱患。