智能穿戴设备在汽车安全方面的应用

冉光伟, 马乐，陈桥芳，祝秀芬

(1.广州汽车集团股份有限公司汽车工程研究院，广东广州 511434；2.华南理工大学广州学院工程研究院，广东广州 510800)

智能穿戴设备在汽车安全方面的应用

冉光伟1, 马乐2，陈桥芳2，祝秀芬2

(1.广州汽车集团股份有限公司汽车工程研究院，广东广州 511434；2.华南理工大学广州学院工程研究院，广东广州 510800)

通过智能穿戴设备采集并监测驾驶员脉搏、心率、呼吸、血压等身体关键数据，当这些重要的人体数据处于异常情况时，通过蓝牙或者WiFi网络将异常判定传输给车上的Telematics系统，Telematics系统通过车联网向Telematics后台服务交互平台发出报警信息，并且自动或手动拨打急救电话，同时Telematics系统会通过车载网络总线向车载安全控制系统发出相关信号，让车辆自动做出安全合理的操作，提示驾驶员做相应紧急操作；若驾驶员异常情况严重，则车辆将进行自动驾驶或靠边停车，并且自动拨打紧急救助电话等，在很大程度上保障驾驶员以及车辆安全。

智能穿戴设备；Telematics系统；身体健康数据

0 引言

目前汽车制造业已经成为全球一个重要的产业。伴随着汽车产量和消费量的不断增长，中国已经成为一个汽车大国[1]。汽车给人们工作和生活带来了方便、快捷、舒适的出行条件，由于人们生活水平的提高，越来越多人将汽车作为消费品来使用[2],汽车已经基本普及到了每一个家庭。

但由于汽车是由个体操作的高速运行交通工具，其运行安全很大程度上受到驾驶员生理和心理因素的影响[3-4]。

一些驾驶员在驾驶过程中身体状况易遇到突发情况，例如驾驶员比较容易突发的疾病主要有[5-6]：心律失常、心肌梗死、脑溢血、低血糖休克、呼吸系统、恶性肿瘤、心脏病、损伤与中毒以及消化系统疾病等。不管是哪种疾病，最严重的直接后果就是驾驶员失去驾驶能力而导致车辆失控，给车辆、所有乘员以及道路交通环境带来危险。于是开发一种汽车自动安全控制系统在当今社会非常必要，特别是在人口与车辆密集的地区尤为重要。

基于上述的潜在问题，作者提出一种新的解决方案，由智能穿戴设备自动实时监控驾驶员身体状态，当驾驶员身体状况出现异常时，智能穿戴设备发出异常警报给Telematics系统(Telematics系统是电信Telecommunication与信息科学Information的合成词，名为移动通信导航信息系统，也称为车载远程信息处理系统)，由Telematics系统处理并做出相应措施：(1)控制车辆打开安全警示灯，并进入安全驾驶模式，如根据路况缓慢减速、靠边停车、查找最近的医院并且自动驾驶前往；(2)向后台数据中心发送实时数据，自动拨打紧急求助电话等。

1 系统工作原理

类似基于网络的生理检测系统[7-8]，在汽车当前的安全系统的情况下，加入人体检测的智能穿戴设备，使汽车拥有一定的“智慧”，随时监测驾驶员的身体状况[9]，并使得驾驶员被动地处于身体监控状态。而Telematics系统则是此安全驾驶系统的“大脑”[10]，负责完成对汽车安全驾驶控制以及与外界应急通信的工作；智能穿戴设备则是此系统的“传感器”，负责完成驾驶员身体数据与“大脑”之间的传输工作。系统框图如图1所示。

图1 系统框架

在此系统方案中，不但涉及智能穿戴设备与车载Telematics系统的互联机制，而且包括车载Telematics系统从智能穿戴的驾驶员获得身体异常数据时，迅速针对不同车况、路况情况下的汽车进行安全驾驶控制，并且同时完成紧急救援呼叫以及重要的实时车况、驾驶员身体数据与汽车后台服务数据中心之间数据传输。各设备之间的工作流程及通信机制如下：

(1)智能穿戴设备通过蓝牙或WiFi与Telematics系统连接，实时将驾驶员相关身体数据发给Telematics系统，其中包括了驾驶员身体出现异常状况的数据。驾驶员身体异常数据分为两种：一种是身体出现异常，但未超出告警限值的；第二种是身体出现异常，且超出告警限值的。

(2)当Telematics系统接收到驾驶员身体异常信息时，会跟驾驶员健康数据相比,判断是否超出告警门限。若是，则通过ECALL自动拨打紧急呼救中心号码。

(3)Telematics系统实时将驾驶员相关身体数据与TSP(Telematics Service Platform，即Telematics后台服务交互平台，简称TSP)进行实时交互，TSP可以监测驾驶员在驾驶时的身体状况，当驾驶员出现身体异常但未达到告警限值时，可通过Telematics系统中的多媒体功能向驾驶员做出警示；当超出告警限值，则同时与紧急呼叫中心协同工作，如发布驾驶员身体告警信息及数据以及车辆所处实时状态数据等，以便紧急呼救中心能够及时有效地实施救援工作。

(4)Telematics系统在接收到智能穿戴设备传送的驾驶员身体异常信息时，会向TSP发送驾驶员身体状况数据、车辆信息及车辆定位信息等。当异常数据超出告警限值时，Telematics系统会发出指令给汽车主动安全驾驶控制系统，对汽车进行必要的控制和操作。如在保障汽车安全的前提下，激活自动紧急刹车系统，安全刹车，靠边停车，并打开安全警示灯等。

2 驾驶员健康数据采集与处理

当车辆启动时，Telematics系统会监测已注册的智能穿戴设备连接情况，未连接则提醒驾驶员打开智能穿戴设备，已连接则提醒连接已成功。连接成功后，Telematics系统将定周期监控驾驶员健康数据，需要监控数据类型[11]及处理机制如下：

(1)心脏各项参数，如心率、心律。心率(心跳频率)不宜过高、过低，心律(心跳节律)应该有规律，若超过一定限值(如正常心跳应为60～100 次/min)或者心律不齐(如可能发生的急性心肌梗死或心肌炎导致的心律不齐等)，则通过Telematics系统提醒、警告驾驶员，严重时可通过Telematics系统对汽车进行必要的主动安全驾驶控制。

(2)血液循环参数，如血压、血糖浓度、血液酒精浓度等。血压包括收缩压(正常值90～140 mmHg)和舒张压(正常值60～90 mmHg)；对于血糖浓度，应根据是否为孕妇、空腹还是就餐来判断其值是否正常。血糖过高有可能为糖尿病患者，不适合驾驶车辆；血糖过低会导致晕厥会更加危险。血液酒精浓度不应大于20 mg/100 mL。如以上参数异常，则通过Telematics系统提醒、警告驾驶员，严重时须通过Telematics系统对汽车进行必要的主动安全驾驶控制。

(3)体温参数。人体正常体温一般为35～37.2 ℃，如超过此限值，则通过Telematics系统提醒、警告驾驶员，严重时须通过Telematics系统对汽车进行必要的主动安全驾驶控制。

(4)瞌睡、休克警报。现在部分智能穿戴设备已经可以监测佩戴者是否处于瞌睡或者休克状态，如监控到驾驶员在打瞌睡，则通过Telematics系统提醒、警告驾驶员，若发现驾驶员处于睡眠或休克状态时，则需要Telematics系统对汽车进行必要的主动安全驾驶控制。

(5)情绪指数[12-14]。目前已有部分智能穿戴设备可以通过一些算法(如加入心跳、血压、脑电波、皮肤温度、眼部活动以及人体行为等参数计算)获取佩戴者的情绪情况，如低落、亢奋、愉悦、悲伤、焦虑、恐惧、愤怒等。驾驶员处于部分情绪状态时是不适合驾驶车辆的，智能穿戴设备可以根据一定的算法决定告警限值，并通过Telematics系统提醒驾驶员，情况严重时可激活Telematics系统对汽车进行自动安全驾驶控制。

3 结论

文中提出的驾驶员安全监测系统通过智能穿戴设备监测驾驶员健康状况，并利用车载Telematics系统接收驾驶员健康数据，判断驾驶员的正常和非正常驾驶状态。在非正常驾驶情况下，采取安全驾驶策略，主动干预驾驶员驾驶行为，避免驾驶员由于突发性的心肌梗死、脑血栓、血压异常、低血糖或者酒驾等导致其失去驾驶能力而造成车毁人亡的意外，提高驾驶安全性。

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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

广东省粤港共性技术招标项目专项资金支持项目(2013B010138002)

冉光伟(1980—)，男，学士，工程师，主要从事车联网及汽车电子控制单元的开发。E-mail:lvyang_ran@126.com。

10.19466/j.cnki.1674-1986.2017.12.002

TP368

A

1674-1986(2017)12-006-03