地铁安全驾驶智能辅助系统

刘志林

摘要：针对驾驶员疲劳检测研究中存在的难点，设计了一种基于图像识别特征提取的安全驾驶检测系统方案。系统中通过识别人体部位的特征进行图像识别与判断，利用无线节点将数据发送至接受端或车载端平台，软件中运用深度学习、信号处理算法提取混合信号中的目标成份，并进行分类识别，建立特征模型，实现对违规驾驶的实时监控和记录。该方法克服传统检测方法的单一和局限性，具备较好的准确率和行业适用性。

一、现状分析

1.1 瞌睡分析

1.1.1安全驾驶的重要性

驾驶作业是生产作业中的关键和决定性的一环，行规中明确任何作业以行车为主，安全行车作业其重要性不言而喻，正常的行车作业是确保正线正常运营的基础。每日的运营，从司机在车场检车出场开始至线路线网末班车回到车场止，但由于工作特殊性存在以下几方面的工作难点。

1.1.2 产生瞌睡的原因

由于行业特点及天气等外因影响司机的正常作业且列车在隧道驾驶时环境较暗、列车多采用ATO驾驶模式导致在特殊时间段生理信号反应导致瞌睡现象或者因司机主观原因导致在驾驶中产生瞌睡现象。正线驾驶中采用单人单岗进行作业，无法在司机突发问题或者瞌睡产生的第一时间提醒司机或者提报。

二、优化方案

2.1 地铁安全驾驶智能辅助系统的设计方案

在研究面部特征提取方法的基础上，设计了一种基于人脸和手势特征融合的违规驾驶检测方案，通过最新的物联网领域技术实现系统的搭建。系统子节点使用于探头、声检、终端云台，并采用新型人脸识别来导联布局方式釆集驾驶信号，子节点完成数据采样后，使用无线/Zigbee将数据发送到接收端或车载平台，利用高性能微处理器以及 APP软件相关算法完成信号的特征提取和分类识别，对驾驶员的生理疲劳状态、违规驾驶作出预警，并通过手机端通信将监测结果汇总至控制中心进行实时监控和记录。该法克服传统疲劳检测方法的单一和手势识别的局限性，可以很好地融入未来城市轨道交通系统中。

2.2 地铁安全驾驶智能辅助系统

安全驾驶智能辅助系统平台中，图像信号由声控、探头检测驾驶员进行采集数据，采集设备主要涉及电源、传感电极、放大电路等组件，同时包含微处理器、无线传感芯片，整体作为无线传感网节点加入系统。从接触式实用性出发，子节点在设计过程中从体积、功耗、舒适性等方面进行了相关优化。

图像、手势信号的产生的人体活动，叠加的信号通过逻辑处理电路进行判断并识别检测，在人体外部形成有规律的逻辑信号，这些信号的幅度非常微弱，但在不同导联位置有不同的特征，且通常会淹没于复杂的背景噪音。采用智能布局的方式的优势是电极置于信号源最强的导联位置，在实验准备充分的情况下，可以采集到相對理想的信号， 再运用盲源分离算法分离出各源信号，面部部位环境开阔，无附属物干扰，相对于其他表面信号不易于识别且幅度变小的同时干扰因素也减小，可将检测核心部署在面部部位。实验中将导联放置于人脸，从采集的信号中成功提取出a节律成分。手势信号是由肢体运动时动作引发的采集活动，肢体信号的幅度较大，通常可达到毫伏级别，面部附近干扰因素相对少，因此，试验中 可以采集到理想的检测信号。传统信号采集时，检测放置于司机室四周釆集动作频率特征参数，解决在实际试验中存在干扰视线、肢体不适等问题。基于同样的道理，将电极导联也置于人脸部位。

节点设计中依次完成微处理器、无线传感芯片、电源、传感电极等组件的选型调试以及放大电路详 细设计布局工作，精简节点重量和体积。

三、效果说明

3.1 创新性

开发行业首款地铁安全驾驶智能辅助系统，系统结合行业需求制作以声、光、安防结合的智能驾驶辅助装置，以声播提醒前方信号机、道叉等运营情况;以摄像结合图像识别技术检测判断司机当前驾驶是否符合标准驾驶如打瞌睡、抽烟、玩手机等违规情况进行报警提醒;后台软件检测司机驾驶情况、在控制中心发现司机违规操作在控制屏幕中显红并提醒，同时控制中心拥有控制权限，开发移动端APP对情况进行实时监控。

3.2 安全性

中心与厦门信息集团共同研发地铁安全驾驶智能辅助系统具有深度的轨道交通行业的实际运用案例经验，信息集团在深度调研和案例经验的结合下制作轨道交通专用型系统装置，能为地铁安全运营提供保障。拥有自主的产学研究院，具有多家技术联合支持，研发产品符合行业相关准则，使用过程拥有多软件的独立运行检测，在标准执行的基础上不会增加作业难度。

3.3 可推广性

设计开发行业内第一款地铁安全驾驶智能辅助系统装置，相对于虹膜等产品更加适用于地铁行业，主要因第一：系统不需链接外网，不会对现在的驾驶信号产生影响;第二：系统采用声控提醒司机前面情况及检测是否存在违规操作、进而监视瞌睡、手指口呼、佩戴口罩、抽烟、看其他设备的情况进行处理判断，设备不会影响司机正常驾驶作业且不需要佩戴不会产生作业负担影响判断，同时适用在行车及相关部门。

3.4 经济性

每块产品仅需3000元人民币左右，一次制作终身受用。从人力资源方面大大节省了公司在司机瞌睡方面的检查力度，相当于每条线路每月节省175个工时折合薪资近5000元，如因瞌睡导致无法正确行车导致冒进、脱轨等事件其影响更是不言而喻。同时在检查方面的弊端是无法及时提醒司机，而是在之后采取措施并不能在源头制止，这款产品解决了司机单岗作业的隐患点。

四、总结

设计制作检测装置在实际生产中产生重要作用，解决了司机在班中因主观或客观导致瞌睡现象。装置信号稳定，设计规格尺寸较小不会占用操作台，使用简单不会增加司机作业负担，经济实用型强，具有低造价、永使用、快提醒、便操作等优点。