阅读说明：本技术 一种车辆转弯和变道场景下驾驶员分神驾驶检测和预警系统及方法 (Driver distraction driving detection and early warning system and method under vehicle turning and lane changing scenes ) 是由 叶智锐 陈天 许跃如 刘民 王超 于 2019-10-28 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种车辆转弯和变道场景下驾驶员分神驾驶检测和预警系统及方法,所述系统包括数据采集单元、数据处理单元、判定单元以及预警单元。数据采集单元实时收集车辆以及驾驶员状态信息,据此预先建立车辆转弯/变道情景判定标准；以及预先通过聚类算法输出驾驶员三种状态的指标特征范围,并将其输入数据处理单元以供与收集到的实时数据对比。在车辆实际行驶的过程中进入转弯/变道的情景下,数据采集单元实时收集车辆以及驾驶员状态信息,并将其输入到数据处理单元,判定驾驶员是否存在分神驾驶状态。最终由预警单元发出两级预警信息。本发明能够准确地识别车辆进入转弯/变道的情景,并全面地对驾驶员分神状态进行准确判断和预警。(The invention discloses a detection and early warning system and a method for distracted driving of a driver in vehicle turning and lane changing scenes. The data acquisition unit collects the state information of the vehicle and the driver in real time, and accordingly a vehicle turning/lane changing situation judgment standard is established in advance; and outputting the index characteristic ranges of the three states of the driver through a clustering algorithm in advance, and inputting the index characteristic ranges into a data processing unit for comparison with the collected real-time data. Under the circumstance that the vehicle enters a turning/lane changing situation in the actual running process, the data acquisition unit collects the vehicle and the state information of the driver in real time, inputs the state information into the data processing unit and judges whether the driver has a distracted driving state or not. And finally, the early warning unit sends out two-stage early warning information. The method and the system can accurately identify the situation that the vehicle enters the turning/lane changing and comprehensively and accurately judge and early warn the distraction state of the driver.)

一种车辆转弯和变道场景下驾驶员分神驾驶检测和预警系统 及方法

技术领域

本发明属于车辆驾驶员主动安全防控领域，尤其涉及一种车辆转弯和变道场景下驾驶员分神驾驶检测和预警系统及方法。

背景技术

在现代汽车产业不断发展、新兴技术不断涌现的过程当中，车辆行车安全以及车辆驾驶员的安全防控问题一直是人们关心的首要问题。对交通事故的统计数据显示，驾驶员的人为因素、如分神驾驶等行为是诱发交通事故的主要原因之一；而相当一部分的交通事故发生在车辆转弯和变道情景下。减少驾驶员行车过程中特殊情境下、如车辆转弯和变道时的分神行为是车辆驾驶员主动安全防控领域需要解决的重要问题之一。

驾驶员的分神驾驶行为其表现形式趋于多样化，在不同的驾驶情境下存在显著差异。目前现有的对驾驶员分神驾驶状态进行检测和预警的相关研究主要集中于车辆正常行驶过程中，通过认为预先定义的判断指标对驾驶员分神驾驶状态进行检测和判断。对于车辆行驶过程中特定情景下的驾驶员分神驾驶检测研究较少，并且未考虑车辆行驶过程中特定情景下驾驶员分神状态的界定标准可能存在的差异。

发明内容

发明目的：针对以上问题，本发明提出一种用于车辆转弯和变道时对驾驶员分神驾驶行为进行检测和预警的驾驶系统及方法，解决了现有用于检测车辆驾驶员分神驾驶状态的方法和系统中，未考虑车辆转弯和变道的特定场景下驾驶员分神状态的界定标准可能存在的差异问题；并提出三级预警信息，全面地对车辆驾驶员分神驾驶状态进行检测和预警。

技术方案：为实现本发明的目的，本发明所采用的技术方案是：

一种车辆转弯和变道场景下驾驶员分神驾驶检测和预警系统，包括数据采集单元、数据处理单元、判定单元和预警单元。

所述数据采集单元包括车辆转向灯闪烁检测装置、车辆方向盘转动检测装置、车辆行驶摄像头、非侵入式眼动仪以及握力传感器；所述数据采集单元用于采集行车过程中驾驶员以及车辆的状态信息，并将其传递至数据处理单元。

所述数据处理单元采用相关车载处理器终端，用于接收数据采集单元，即车辆转向灯闪烁检测装置、车辆方向盘转动检测装置、车辆行驶摄像头、非侵入式眼动仪以及握力传感器传送的数据，并将数据传递至相应的判定单元。所述数据处理单元用于将预先输入的预警层次的指标范围与实际行车过程中的车辆以及驾驶员状态信息对比。

所述判定单元包括车辆状态判定单元以及驾驶员状态判定单元，用于判定车辆是否进入转弯/变道行驶状态以及驾驶员是否存在分神驾驶状态。所述判定单元采用相关车载处理器终端，并与数据处理单元耦合配置，用于接收数据处理单元传送的数据，判断车辆是否进入转弯/变道的情景以及驾驶员是否存在分神驾驶的状态。

所述预警单元用于对驾驶员分神驾驶状态进行相应的预警，如指示灯闪烁、语音提示。所述预警单元采用相关车载音响以及车载指示灯，用于对I、II级驾驶员分神状态进行指示灯闪烁、语音提示预警。

进一步，所述车辆转向灯闪烁检测装置装配在车辆转向系统中，用于实时采集车辆转向灯闪烁数据；所述车辆方向盘转动检测装置装配在车辆方向控制系统中，用于实时采集车辆方向盘转动角度数据；所述车辆行驶摄像头装配在车辆两侧后视镜上，用于实时采集车辆方向以及轨迹变化数据；所述非侵入式眼动仪装配在车辆驾驶位仪表盘上方，其摄像头对准驾驶员面部的眼睛部位，用于实时采集驾驶员在驾驶车辆的过程中眼睛注视点的位置数据以及眼睛注视点位置的变化数据；所述握力传感器装配在车辆方向盘上，用于实时采集驾驶员在驾驶车辆的过程中其操纵手对方向盘的握力数据。

一种车辆转弯和变道场景下驾驶员分神驾驶检测和预警方法，包括以下步骤：

步骤1，采集车辆指标数据，确定车辆是否进入转弯/变道情景；

步骤2，通过预先采集车辆进入转弯/变道情景后的车辆和驾驶员状态数据，建立车辆以及驾驶员行为数据集；

步骤3，对采集到的车辆行驶状态数据以及驾驶员的驾驶状态数据进行FCM聚类分析，得到驾驶员分神状态及相应的预警层次；

步骤4，在车辆正常行驶过程中，采集车辆指标数据，判断车辆是否进入转弯/变道状态；如果车辆进入转弯/变道状态，进入步骤5，否则，继续采集数据；

步骤5，在确定车辆进入转弯/变道状态后，采集车辆行驶状态数据和驾驶员驾驶状态指标数据；将采集到的数据与聚类分析输出的预警层次的特征范围相比较，确定车辆驾驶员的驾驶状态；

步骤6，根据步骤5确定的车辆驾驶员的驾驶状态，判断是否进行驾驶分神预警，并根据预警层次采取相应的预警措施。

进一步，所述步骤1中，所述车辆指标数据包括车辆转向灯闪烁、车辆行车轨迹变化以及车辆方向盘转动；在车辆转向灯闪烁，且车辆行车轨迹发生变化，同时车辆方向盘转动时，判断车辆进入转弯/变道情景。

进一步，所述步骤2，通过预先采集车辆进入转弯/变道情景后的车辆和驾驶员状态数据，建立车辆以及驾驶员行为数据集；具体如下：

2-1，在判断车辆进入转弯/变道情景后，在时间周期T₁内，采集车辆行驶状态数据和驾驶员的驾驶状态数据；所述车辆的行驶状态数据包括车辆行车轨迹方向的角度变化范围CT、车辆方向盘的转动角度变化范围CD；所述驾驶员的驾驶状态数据包括驾驶员注视点位置的变化范围GP、驾驶员对方向盘的握力变化范围GF；

2-2，采集n个时间周期的车辆和驾驶员状态数据，将每一个时间周期内的车辆行驶状态数据和驾驶员驾驶状态数据编组，建立车辆以及驾驶员行为数据集。

进一步，所述步骤3，对采集到的车辆行驶状态数据以及驾驶员的驾驶状态数据进行FCM聚类分析，得到驾驶员分神状态及相应的预警层次；具体如下：

3-1，使用车辆和驾驶员行为数据集中的数据指标作为输入数据，采用FCM聚类方法对驾驶员的分神状态结合其采取的行为进行聚类估算，将聚类结果分为三个预警层次；

3-2，在聚类分析完成后，输出车辆行车轨迹方向的角度变化范围CT、车辆方向盘的转动角度变化范围CD、驾驶员注视点位置的变化范围GP、驾驶员对方向盘的握力变化范围GF四个指标对应于三个预警层次的特征范围；

3-3，将步骤3-2输出的四个指标作为数据处理及判定的依据，判断驾驶员分神驾驶状态；将车辆正常行驶过程中采集到的实时车辆和驾驶员数据与其进行对比，以确定驾驶员是否存在分神驾驶状态以及是否需要进行预警。

进一步，所述步骤3-1中三个预警层次如下：

I类预警：驾驶员未作出在车辆转弯/变道时相应的操作行为；

II类预警：驾驶员在车辆转弯/变道时采取了相应的操作，但是存在分神状态；

不预警：驾驶员在车辆转弯/变道时采取了相应的操作，不存在分神状态。

进一步，所述步骤5，在确定车辆进入转弯/变道状态后，采集车辆行驶状态数据和驾驶员驾驶状态指标数据；将采集到的数据与聚类分析输出的预警层次的特征范围相比较，确定车辆驾驶员的驾驶状态；具体如下：

如果驾驶员握力未超出握力变化范围GF，驾驶员注视点未超出注视点位置的变化范围GP，并且车辆轨迹未超出行车轨迹方向的角度变化范围CT，方向盘转角变化未超出转动角度变化范围CD，表示驾驶员在车辆转弯/变道时做出了相应操作行为，且不存在分神状态。

如果驾驶员握力未超出握力变化范围GF，驾驶员注视点未超出注视点位置的变化范围GP，同时车辆轨迹超出行车轨迹方向的角度变化范围CT以及方向盘转角变化超出转动角度变化范围CD，表明驾驶员未作出在车辆转弯/变道时相应的操作行为。

如果驾驶员握力超出握力变化范围GF，驾驶员注视点未超出注视点位置的变化范围GP，并且车辆轨迹未超出行车轨迹方向的角度变化范围CT，方向盘转角变化未超出转动角度变化范围CD，表明驾驶员在车辆转弯/变道时采取了相应的操作，但是存在分神状态。

进一步，所述步骤6，根据步骤5确定的车辆驾驶员的驾驶状态，判断是否进行驾驶分神预警，并根据预警层次采取相应的预警措施；具体如下：

若车辆驾驶员在车辆进入转弯/变道情景后，采取了相应的操作，而且未存在分神状态，则不进行预警，重新开始采集数据；

若车辆驾驶员在车辆进入转弯/变道情景后，未采取相应操作行为，则启动I类预警；

若车辆驾驶员在车辆进入转弯/变道情景后，采取了相应的操作，但操作时存在分神状态，则启动II类预警。

进一步，启动I类预警，通过车载指示灯闪烁提醒驾驶员；启动II类预警，通过车载指示灯闪烁以及语音提示提醒驾驶员。

有益效果：与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下有益的技术效果：

目前现有的对驾驶员分神驾驶状态进行检测和预警的相关研究主要集中于车辆正常行驶过程中，通过人为预先定义的判断指标对驾驶员分神驾驶状态进行检测和判断。对于车辆行驶过程中特定情景下的驾驶员分神驾驶检测研究较少，并且未考虑车辆行驶过程中特定情景下驾驶员分神状态的界定标准可能存在的差异。本发明的技术方案解决了现有用于检测车辆驾驶员分神驾驶状态的方法和系统中，未考虑车辆转弯和变道的特定场景下驾驶员分神状态的界定标准可能存在的差异问题；并提出三级预警信息，全面地对车辆驾驶员分神驾驶状态进行检测和预警。

附图说明

图1是本发明的检测和预警方法整体工作流程图；

图2是本发明中判断车辆是否进入转弯/变道状态的方法工作流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步的说明。

本发明提出一种用于车辆转弯和变道时对驾驶员分神驾驶行为进行检测和预警的驾驶系统，包括数据采集单元、数据处理单元、判定单元和预警单元。

所述数据采集单元包括车辆转向灯闪烁检测装置、车辆方向盘转动检测装置、车辆行驶摄像头、非侵入式眼动仪以及握力传感器；所述数据采集单元用于采集行车过程中驾驶员以及车辆的状态信息，并将其传递至数据处理单元。

所述数据处理单元采用相关车载处理器终端，用于接收数据采集单元，即车辆转向灯闪烁检测装置、车辆方向盘转动检测装置、车辆行驶摄像头、非侵入式眼动仪以及握力传感器传送的数据，并将数据传递至相应的判定单元。

所述数据处理单元预先输入基于车辆行车轨迹方向的角度变化范围CT、车辆方向盘的转动角度变化范围CD、驾驶员注视点位置的变化范围GP、驾驶员对方向盘的握力变化范围GF四个指标对驾驶员分神驾驶状态FCM聚类分析的结果以及三个预警层次的指标范围，以供与实际行车过程中的车辆以及驾驶员状态信息对比。

所述判定单元包括车辆状态判定单元以及驾驶员状态判定单元，用于判定车辆是否进入转弯/变道行驶状态以及驾驶员是否存在分神驾驶状态。所述判定单元采用相关车载处理器终端并与数据处理单元耦合配置，用于接受数据处理单元传送的数据，判断车辆是否进入转弯/变道的情景以及驾驶员是否存在分神驾驶的状态。其中，车辆状态判定单元的工作流程如图2所示。

所述预警单元用于对驾驶员分神驾驶状态进行相应的预警，如指示灯闪烁、语音提示。所述预警单元采用相关车载音响以及车载指示灯，对I、II级驾驶员分神状态进行指示灯闪烁、语音提示预警。

其中，所述车辆转向灯闪烁检测装置与车辆转向系统相耦合，用于实时采集车辆转向灯闪烁情况数据，为判断车辆是否进入转弯/变道情景提供数据依据。

所述车辆方向盘转动检测装置与车辆方向控制系统相耦合，与车辆方向盘设施共同装配，用于实时采集车辆方向盘转动角度数据，为判断车辆是否进入转弯/变道情景以及驾驶员是否存在分神驾驶状态提供数据依据。

所述车辆行驶摄像头与车辆两侧后视镜设施共同装配，用于实时采集车辆方向以及轨迹变化数据，为判断车辆是否进入转弯/变道情景以及驾驶员是否存在分神驾驶状态提供数据依据。

所述非侵入式眼动仪装配在车辆驾驶位仪表盘设施上方，其摄像头对准驾驶员面部的眼睛部位，用于实时采集驾驶员在驾驶车辆的过程中眼睛注视点的位置数据以及眼睛注视点位置的变化数据，为判断驾驶员是否存在分神驾驶状态提供数据依据。

所述握力传感器与车辆方向控制系统相耦合，与车辆方向盘设施共同装配，用于实时驾驶员在驾驶车辆的过程中其操纵手对方向盘的握力数据，为判断驾驶员是否存在分神驾驶状态提供数据依据。

一种车辆转弯和变道场景下驾驶员分神驾驶检测和预警方法，工作流程如图1所示，包括以下步骤：

步骤1，采集车辆指标数据，确定车辆是否进入转弯/变道情景；所述车辆指标数据包括车辆转向灯闪烁、车辆行车轨迹变化以及车辆方向盘转动。如图2所示，在车辆转向灯闪烁，且车辆行车轨迹发生变化，同时车辆方向盘转动时，判断车辆进入转弯/变道情景。

步骤2，通过预先采集车辆进入转弯/变道情景后的车辆和驾驶员状态数据，建立车辆以及驾驶员行为数据集；具体如下：

2-1，在判断车辆进入转弯/变道情景后，在时间周期T₁内，采集车辆行驶状态数据和驾驶员的驾驶状态数据；所述车辆的行驶状态数据包括车辆行车轨迹方向的角度变化范围CT、车辆方向盘的转动角度变化范围CD；所述驾驶员的驾驶状态数据包括驾驶员注视点位置的变化范围GP、驾驶员对方向盘的握力变化范围GF；

2-2，采集n个时间周期的车辆和驾驶员状态数据，将每一个时间周期内的车辆行驶状态数据和驾驶员驾驶状态数据编组，建立车辆以及驾驶员行为数据集。

步骤3，对采集到的车辆行驶状态数据以及驾驶员的驾驶状态数据进行FCM聚类分析，得到驾驶员分神状态及相应的预警层次；具体如下：

3-1，使用车辆和驾驶员行为数据集中的数据指标作为输入数据，使用FCM聚类方法对驾驶员的分神状态结合其采取的行为进行聚类估算，将聚类结果分为如下三个预警层次：

I类预警：驾驶员未作出在车辆转弯/变道时相应的操作行为；

II类预警：驾驶员在车辆转弯/变道时采取了相应的操作，但是存在分神状态；

不预警：驾驶员在车辆转弯/变道时采取了相应的操作，不存在分神状态。

3-2，在聚类分析完成后，输出车辆行车轨迹方向的角度变化范围CT、车辆方向盘的转动角度变化范围CD、驾驶员注视点位置的变化范围GP、驾驶员对方向盘的握力变化范围GF四个指标对应于三个预警层次的特征范围；

3-3，将步骤3-2输出的四个指标作为数据处理及判定的依据，判断驾驶员分神驾驶状态；将车辆正常行驶过程中采集到的实时车辆和驾驶员数据与其进行对比，以确定驾驶员是否存在分神驾驶状态以及是否需要进行预警。

步骤4，在车辆正常行驶过程中，采集车辆指标数据，判断车辆是否进入转弯/变道状态；如果车辆进入转弯/变道状态，进入步骤5，否则，继续采集数据。

步骤5，在确定车辆进入转弯/变道状态后，采集车辆行驶状态数据和驾驶员驾驶状态指标数据；将采集到的数据与聚类分析输出的预警层次的特征范围相比较，确定车辆驾驶员的驾驶状态；具体如下：

如果驾驶员握力未超出握力变化范围GF，驾驶员注视点未超出注视点位置的变化范围GP，并且车辆轨迹未超出行车轨迹方向的角度变化范围CT，方向盘转角变化未超出转动角度变化范围CD，表示驾驶员在车辆转弯/变道时做出了相应操作行为，且不存在分神状态。

如果驾驶员握力未超出握力变化范围GF，驾驶员注视点未超出注视点位置的变化范围GP，同时车辆轨迹超出行车轨迹方向的角度变化范围CT以及方向盘转角变化超出转动角度变化范围CD，表明驾驶员未作出在车辆转弯/变道时相应的操作行为。

如果驾驶员握力超出握力变化范围GF，驾驶员注视点未超出注视点位置的变化范围GP，并且车辆轨迹未超出行车轨迹方向的角度变化范围CT，方向盘转角变化未超出转动角度变化范围CD，表明驾驶员在车辆转弯/变道时采取了相应的操作，但是存在分神状态。

步骤6，根据步骤5确定的车辆驾驶员的驾驶状态，判断是否进行驾驶分神预警，并根据预警层次采取相应的预警措施；具体如下：

若车辆驾驶员在车辆进入转弯/变道情景后，采取了相应的操作，而且未存在分神状态，则不进行预警，重新开始采集数据；

若车辆驾驶员在车辆进入转弯/变道情景后，未采取相应操作行为，则启动I类预警，通过车载指示灯闪烁提醒驾驶员；

若车辆驾驶员在车辆进入转弯/变道情景后，采取了相应的操作，但操作时存在分神状态，则启动II类预警，通过车载指示灯闪烁以及语音提示提醒驾驶员。