基本信息
- 项目名称：
- 基于多源图像的车辆疲劳驾驶智能预警系统
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”作品
- 小类：
- 信息技术
- 大类：
- 科技发明制作B类
- 简介：
- 本作品首次提出了KEEP-COOL疲劳驾驶安全等级评估方法：在车辆行驶中，车载系统对驾驶员的疲劳状态、路面状况和车辆自身参数进行实时检测，将三者融合后综合评估当前安全等级，并进行相应的声光预警提醒措施。同时，系统通过WLAN无线网络接入互联网，将车辆参数信息实时发送到远程监管中心，从而达到对车辆安全的集中管理和监控。
- 详细介绍：
- 研究发现，驾驶员的疲劳状态受多种因素影响，到目前为止还没有发现非常有效的指标或模型能够对疲劳等级进行精确的评价。现有的驾驶员疲劳状态监测方法大都基于某一单项指标，虽然在限定条件下能够达到一定的精度，但在实际复杂多变的行车环境下，其准确性和可靠性上还存在问题，难以达到预期要求。针对这一问题，本设计提出了KEEP-COOL疲劳驾驶安全等级评估方法，并依照这种方法提出了一系列的预警处理方案。本设计的创新之处主要有以下几点： 1、 KEEP-COOL疲劳驾驶智能安全等级评估方法 本系统运用了智能控制的方法，自动根据不同的车速、路况设定自适应灵敏度，对驾驶员进行疲劳预警。 本系统突破了以往的一些车辆疲劳驾驶预警系统采集信号时需接触人体（如测心跳速度，脑电波）的不便之处，主要通过摄像头采集驾驶者的面部图像信息进行非接触式的信号采集。这种图像检测具有人机交互友好、检测范围广、信息容量大、可扩展性强等优点。使智能车辆驾驶员更加舒适地驾驶。 绝大多数的交通事故是由于驾驶员错误造成的，据统计，2005年至2009年间美国全国发生的交通事故中，驾驶员疲劳致使车祸的频率为76%，车辆冲出车道发生的频率为42%，车辆碰撞发生频率为 68%。 本设计的最大的特点是融合了多种传感信息（包括驾驶人眼部特征、车道偏离、PSD等），根据本设计提出的KEEP-COOL疲劳驾驶安全等级评估方法，对车辆驾驶的安全等级进行综合的评估。在疲劳驾驶、车辆冲出车道，追尾等事故发生前进行预警，保障了驾驶员人身安全，减少了经济损失。经测试，本方法进行疲劳预警的效果，要远远优于单一指标时的预警效果。 2、 改进的图像处理实时算法 本系统对传统的人眼识别算法和车道检测算法进行了优化，通过训练新的AdaBoost级联分类器、引入Kalman预测算法、自适应阈值提取算法等方法，有针对性地提高了图像识别的精度和速度，增加了整个系统的实时性和准确性。 3、 WLAN无线网络远程监控 本系统的WLAN无线网络远程监控模块，将无线远程监控引入公共交通，尤其是客运、货运公司对车辆的实时远程监控中。提高了信息传输效率，保障了人身和财产安全。 同时，对交通管理部门与运输公司来说，实时监控车辆情况，防止驾驶员超速、超时驾驶。
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作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 发明目的 地球上平均每一秒钟就发生一起交通事故，超过80%的交通事故都是由于驾驶员疲劳驾驶或违章操作造成的。为了有效地减少此类交通事故的发生，保护人身财产的安全，我们设计并开发了这款车辆疲劳驾驶智能预警系统。 设计思路 本作品由车载疲劳驾驶预警系统与车辆安全远程监管中心组成。 车载系统：通过2组摄像头输入模块，分别对驾驶员面部图像和道路车道线图像进行特征提取和识别，同时通过多种传感器对车辆行驶的各项参数进行实时监控，通过Keep-Cool疲劳驾驶安全等级评估方法，评定车辆行驶的安全等级。 远程监控：采用最新一代的W-LAN无线网络通信技术，实现对多部车辆的实时安全等级的远程监控，集中式管理多条运输线路的驾驶员状态和车辆信息。 创新点 1、本作品独创性的提出了Keep-Cool车辆疲劳驾驶安全等级评估方法。 2、算法速度快，系统实时性高。 3、应用W-Lan无线网络通信技术，提高车辆管理效率和车辆安全性。 关键技术 1、多传感信息融合技术 2、快速图像处理算法 3、W-LAN无线网络通信技术 4、PERCLOS驾驶员疲劳指标 主要技术指标 1.算法时间小于50ms，识别准确率超过90% 2.PERCLOS(眼睛闭合时间占一定时间的百分率)与驾驶员疲劳程度成正比例关系 3.驾驶速度、驾驶时间与疲劳预警灵敏度相关 4.车辆的车道偏离度、导航角偏离度与疲劳预警决策相关
科学性、先进性
- 本作品的科学性和先进性主要体现在以下3个方面： 1、本作品独创性地提出了Keep-Cool疲劳驾驶安全等级评估方法，该方法融合了多种传感信息(包括驾驶员眼部特征、车道偏离和其他车辆参数），通过模糊控制规则库进行决策，对驾驶员的驾驶状态进行综合判断和处理。 2、本系统优化了图像处理和识别算法，在不影响精度的情况下，大大提高算法速度，平均单帧图像处理仅需几十毫秒时间，大大节省了主机资源，提高了系统实时性。 3、本系统采用的W-LAN无线网络通信技术机型远程监控，将驾驶员身份远程识别、无线网络远程监控引入交通安全，尤其是客运、货运行业实现对车辆的实时远程监控，提高了企业的管理效率，保障了人身和财产安全。
获奖情况及鉴定结果
- 无
作品所处阶段
- 实验室阶段，可进行模型演示
技术转让方式
- 面议
作品可展示的形式
- 模型，图片，录像，现场演示
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 技术特点和优势 ★ Keep-Cool疲劳驾驶安全等级评估方法 ★ 快速图像处理识别算法 ★ 高速无线网络通信技术 适用范围 需要进行车辆调度、运输和高安全性保障的企业和部门：如政府机关、出租车公司、公交客运公司、物流企业和货运公司等单位 推广前景的技术性说明 1、电子产品成本逐渐降低 2、机器视觉技术不断提高 3、网络覆盖范围越来越广 市场分析和经济效益预测 全球每年因为疲劳驾驶而引发事故造成的死亡人数50万，直接经济损失超100亿美元。如果本作品顺利投入生产并使用，保守估计可以减少20%的交通事故率，每年将挽救10万人的生命，减少20亿美元的财产损失。 车载系统预估成本在2000元/台，监控中心预估成本在10000元/台。保守估计，如一个有50台车辆的车队采购一套成本为11万元的设备，售价为80万元，假设全国每年售出10套，至少可获利600万元。
同类课题研究水平概述
- 21世纪以来，随着计算机技术和集成电路制造技术的发展，疲劳驾驶预警系统在实时性、可靠性、舒适度和集成度等方面有了较大的改善和提高。 在国内外的一些疲劳驾驶监测设备中，主要应用的是基于驾驶人生理反应特征和驾驶操作行为的检测方法，有代表性的产品： 美国Attention Technologies 公司推出的DD855，通过红外摄像头采集驾驶人眼部信息，采用PERCLOS作为疲劳报警指标，可直接安装在仪表盘上，报警的敏感度和报警音量均可调节，目前已推广应用，但只有晚上才有效。 美国AssistWare Technology 公司的SafeTRAC 通过车道保持状态结合驾驶人的方向盘操作特性判断驾驶人的疲劳状态。 英国ASTi Driver Alert 装置综合考虑驾驶员的睡眠信息、已完成的驾驶时长和类型，以及驾驶员的方向盘操作等各种因素判断驾驶人疲劳状态。装置运行前需要驾驶员输入自己过去24小时的睡眠信息。 日本庆应大学(2005) 中岛研究室利用EEG（脑电信号）评价驾驶人的睡意，研制的电子“清醒带”，使用时固定在驾驶员头部，通过前额部位的铝片变凉,使驾驶员睡意消除。 Philip W. Kithil 利用头部位置传感器检测驾驶人点头动作，根据头部位置的变化规律判定驾驶人是否瞌睡。 第四军医大学和航空医学研究所对人眼的状态检测和头部运动做了一系列的实验，在利用基于视频的眼部生理特征判断驾驶人疲劳方面做了较为深入的研究工作。但与国外研究相比还有一定的差距。 现有的驾驶员疲劳状态监测方法大都基于某一单项指标。驾驶人的生理特征和操作行为，除了与疲劳状态有关外，还受到个人习惯、行驶速度、道路环境、操作技能的影响，车辆的行驶状态也与车辆特性、道路等很多环境因素有关。现有技术虽然在限定条件下能够达到一定的精度，但在实际复杂多变的行车环境下，其准确性和可靠性上还存在问题，难以达到预期要求。 此外，驾驶员的疲劳状态受多种因素影响，到目前为止，国内外还没有发现非常有效的指标或模型能够对疲劳等级进行精确的评价。因此本系统提出了基于多信息融合Keep-Cool疲劳驾驶安全等级评估方法，对如何建立疲劳与驾驶行为之间关系的数学模型进行了探讨，提出了一种全新的疲劳驾驶安全等级划分标准。
