一種基于冥想度與專注度的疲勞駕駛腦電監(jiān)測方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于腦電波監(jiān)測技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種基于冥想度與專注度的疲勞駕 駛腦電監(jiān)測方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來，隨著汽車保有量的增加和公路建設(shè)規(guī)模的擴大，交通事故等問題日益突 出。中國是世界上人口最多的國家，道路交通事故死亡人數(shù)也是全世界最高的國家，連續(xù)數(shù) 年一直居世界第一位。司機冒險疲勞駕駛，無疑會對自己和乘客的安全帶來隱患。駕駛疲勞 的研究分為主觀和客觀兩種方法，主觀的研究方法有主觀調(diào)查表、駕駛員自我記錄、睡眠習(xí) 慣調(diào)查表、斯坦福睡眠尺度表四種?？陀^的研究方法有腦電圖、眼電圖、肌電圖、呼吸氣流、 呼吸效果、動脈血液氧飽和時的溫度和心電圖等測量方法。盡管上述方法的駕駛疲勞判定 結(jié)果是比較準確的，但由于上述方法一般是在駕駛前或駕駛后進行測量的，因而是超前或 滯后的，而非實時的，況且在駕駛室有限的空間內(nèi)安置復(fù)雜的檢測儀器也是十分困難的；而 且，駕駛員脫離駕駛室或未進入駕駛室的精神狀態(tài)是不同的，再精確的儀器的測量結(jié)果也 會大受影響。
[0003] 腦電波控制技術(shù)在生物醫(yī)學(xué)，計算機等領(lǐng)域成為近年來的熱點研究之一。傳統(tǒng) 的皮下腦波采集方法，既復(fù)雜，又不方便，因此很難推廣到其它領(lǐng)域。目前，在國內(nèi)腦機 接口技術(shù)正處于發(fā)展起步階段，相關(guān)的研究還比較少。TGAMCThinkGear AM)模塊是美國 NeuroSky (神念科技）公司為大眾市場應(yīng)用所設(shè)計的腦波傳感器ASIC模塊，也稱TGAM腦電 模塊（簡稱TGAM模塊）。此TGAM(ThinkGear AM)模塊可以處理并輸出腦波頻率譜、腦電信 號質(zhì)量、原始腦電波和三個Neurosky的eSense參數(shù)：專注度，冥想度（也稱放松度）和眨 眼偵測。實際使用時，通過串口可獲取TGAM模塊傳輸過來的數(shù)據(jù)，TGAM模塊分別以512Hz 的頻率發(fā)送原始數(shù)據(jù)包（即原始腦電波），且以IHz的頻率發(fā)送經(jīng)eSense?算法處理后的 數(shù)據(jù)包。因而，TGAM模塊每秒內(nèi)輸出的專注度和冥想度數(shù)據(jù)均為一個。其中，專注度數(shù)據(jù) (也稱專注度指數(shù)）表明了使用者精神"集中度"水平或"注意度"水平的強烈程度，該指數(shù) 值的范圍是〇到100。冥想度數(shù)據(jù)（也稱放松度指數(shù)）表明了使用者精神"平靜度"水平或 者"放松度"水平，該指數(shù)值的范圍是0到100。
[0004] 由于TGAM(ThinkGear AM)模塊和人體的界面只需一個簡單的干接觸點，所以可以 很容易的運用于玩具、視頻游戲和健康設(shè)備中，又由于能耗小，適合用在以電池供電的便攜 式消費產(chǎn)品的應(yīng)用上。因此，需開發(fā)一種方法步驟簡單、設(shè)計合理且實現(xiàn)方便、使用效果好 的基于冥想度與專注度的疲勞駕駛腦電監(jiān)測方法，能簡便、快速對駕駛員的疲勞駕駛狀態(tài) 進行準確監(jiān)測。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于針對上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種基于冥想 度與專注度的疲勞駕駛腦電監(jiān)測方法，其方法步驟簡單、設(shè)計合理且實現(xiàn)方便、使用效果 好，能簡便、快速對駕駛員的疲勞駕駛狀態(tài)進行準確監(jiān)測。
[0006] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種基于冥想度與專注度的疲 勞駕駛腦電監(jiān)測方法，其特征在于該方法包括以下步驟：
[0007] 步驟一、腦電波信號采集：采用腦電信號獲取裝置且按照預(yù)先設(shè)定的采樣頻率對 駕駛員的腦電波信號進行采集及預(yù)處理，并將預(yù)處理后的腦電波信號同步傳送至腦電信號 監(jiān)測裝置；
[0008] 所述腦電信號獲取裝置與腦電信號監(jiān)測裝置之間以無線通信方式進行通信；所述 腦電信號獲取裝置為TGAM模塊，所述TGAM模塊包括對駕駛員的腦電波信號進行提取的腦 電信號提取裝置和對腦電信號提取裝置所提取信號進行采樣及預(yù)處理的腦電信號預(yù)處理 裝置，所述腦電信號預(yù)處理裝置與腦電信號提取裝置相接，所述腦電信號提取裝置包括對 駕駛員額葉區(qū)的電位進行實時采樣的第一腦電電極以及對駕駛員的耳部電位進行實時采 樣的第二腦電電極和第三腦電電極，所述第一腦電電極、第二腦電電極和第三腦電電極均 與腦電信號預(yù)處理裝置相接；所述腦電信號監(jiān)測裝置包括主控芯片以及分別與主控芯片相 接的第二無線通信模塊和報警提示單元，所述報警提示單元由主控芯片進行控制且其與主 控芯片相接；所述腦電信號預(yù)處理裝置與第一無線通信模塊相接，所述腦電信號預(yù)處理裝 置通過第一無線通信模塊和第二無線通信模塊與主控芯片進行通信；
[0009] 步驟二、腦電波信號分析處理：所述主控芯片按照采樣時間先后順序，對腦電信號 獲取裝置每秒內(nèi)采集并預(yù)處理后的腦電波信號分別進行分析處理，并根據(jù)分析處理結(jié)果對 此時駕駛員是否處于疲勞駕駛狀態(tài)進行判斷；并且，所述主控芯片對腦電信號獲取裝置每 秒內(nèi)采集并預(yù)處理后的腦電波信號的分析處理方法均相同；對腦電信號獲取裝置任一秒內(nèi) 采集并預(yù)處理后的腦電波信號進行分析處理時，過程如下：
[0010] 步驟201、腦電波信號同步存儲：對此時接收到的腦電信號獲取裝置一秒內(nèi)采集 并預(yù)處理后的腦電波信號進行同步存儲；
[0011] 步驟202、冥想度與專注度提取：從此時所處理腦電波信號中提取出冥想度M與專 注度A ;
[0012] 步驟203、疲勞程度計算：根據(jù)步驟202中提取出的冥想度M與專注度A，并按照公 式4=^ (1_1)，計算得出此時駕駛員的疲勞程度
[0013] 步驟204、閾值比較：調(diào)用閾值比較模塊，對步驟203中計算得出的此時駕駛員的 疲勞程度^1與匕進行差值比較：當> F。時，說明此時為待判定疲勞時刻，并進入步驟 A .A 205;否則，返回步驟201，對腦電信號獲取裝置下一秒內(nèi)采集并預(yù)處理后的腦電波信號進 行分析處理；
[0014] 其中，F(xiàn)。為預(yù)先設(shè)定的疲勞程度判斷閾值且F。為1. 2~1. 6 ;
[0015] 步驟205、下一秒駕駛員疲勞程度計算：按照步驟201至步驟203中所述的方法， 對腦電信號獲取裝置下一秒內(nèi)采集并預(yù)處理后的腦電波信號進行分析處理，計算得出所述 待判定疲勞時刻后下一秒內(nèi)駕駛員的疲勞程度I;
[0016] 步驟206、K-I次重復(fù)步驟206,獲得所述待判定疲勞時刻后K秒內(nèi)駕駛員的疲勞 程度;其中，K為正整數(shù)且K = 8~15 ; A
[0017] 步驟207、疲勞駕駛判斷：調(diào)用所述閾值比較模塊，對步驟206中獲得的所述待判 定疲勞時刻后K秒內(nèi)駕駛員的疲勞程度分別與F。進行差值比較：當所述待判定疲勞時 刻后K秒內(nèi)駕駛員的疲勞程度4均大于F。時，說明此時駕駛員處于疲勞駕駛狀態(tài)，所述主 A 控芯片控制報警提示單元進行報警提示；否則，說明此時駕駛員處于正常駕駛狀態(tài)；
[0018] 步驟208、返回步驟201，對腦電信號獲取裝置下一秒內(nèi)采集并預(yù)處理后的腦電波 信號進行分析處理。
[0019] 上述一種基于冥想度與專注度的疲勞駕駛腦電監(jiān)測方法，其特征是：步驟206中 所述的K = 10。
[0020] 上述一種基于冥想度與專注度的疲勞駕駛腦電監(jiān)測方法，其特征是：步驟204中 所述的F。= 1. 4。
[0021] 上述一種基于冥想度與專注度的疲勞駕駛腦電監(jiān)測方法，其特征是：步驟207中 當所述待判定疲勞時刻后K秒內(nèi)駕駛員的疲勞程度4均大于F。時，所述主控芯片控制報警 A 提示單元進行報警提示之前，還需調(diào)用多閾值比較判斷模塊，對步驟201中所接收的腦電 波信號進行分析處理，并根據(jù)分析處理結(jié)果對此時駕駛員的疲勞駕駛狀態(tài)進行驗證，過程 如下：
[0022] 步驟B1、特征信號提?。核鲋骺匦酒{(diào)用特征提取模塊，從此時所處理腦電波 信號中提取出7個特征信號；
[0023] 步驟B2、特征量確定：所述主控芯片將步驟Bl中7個所述特征信號的信號值作 為此時所處理腦電波信號的7個特征量；7個所述特征信號分別為原始腦電波、Iowa波、 higha波、1〇￥β波、highi3波、Θ波和δ波信號，7個所述特征量分別為R、\、AH、B^B H、 I^PD;
[0024] 步驟一中所述腦電信號獲取裝置對駕駛員的腦電波信號進行采集及預(yù)處理時，所 述原始腦電波的采樣頻率為512Hz，Iowa波、high a波、low β波、high β波、Θ波和δ 波的采樣頻率均為IHz ;7個所述特征信號中，所述原始腦電波信號的數(shù)量為512個，Iowa 波、higha波、1〇￥β波、highP波、Θ波和δ波信號的數(shù)量均為一個；
[0025] 其中，R為從此時所處理腦電波信號中提取出的512個所述原始腦電波信號的信 號值的平均值，\為從此時所處理腦電波信號中提取出的Iowa波信號的信號值，Ah為從 此時所處理腦電波信號中提取出的high a波信號的信號值，BJ%從此時所處理腦電波信號 中提取出的IowP波信號的信號值，Bh為從此時所處理腦電波信號中提取出的highi3波信 號的信號值，T為從此時所處理腦電波信號中提取出的Θ波信號的信號值，D為從此時所處 理腦電波信號中提取出的S波信號的信號值；
[0026] 步驟B3、多閾值比較：所述主控芯片根據(jù)預(yù)先確定的7組疲勞駕駛判斷閾值且調(diào) 用閾值比較模塊，對步驟B2中確定的7個所述特征量分別進行閾值比較，并采用計數(shù)器對 閾值比較結(jié)果進行記錄；
[0027] 所述計數(shù)器的初始計數(shù)值為0 ;
[0028] 7組所述疲勞駕駛判斷閾值分別為一組原始腦電波判斷閾值、一組Iowa波判斷 閾值、一組high a波判斷閾值、一組Iow β波判斷閾值、一組high β波判斷閾值、一組Θ波 判斷閾值和一組δ波判斷閾值；其中，所述原始腦電波判斷閾值包括原始腦電波疲勞閾值 Rs了和原始腦電波清醒閾值R WT，所述low a波判斷閾值包括low a波疲勞閾值\ST和low a 波清醒閾值A(chǔ)mt，所述high a波判斷閾值包括high a波疲勞閾值A(chǔ)HS#P high a波清醒閾 值A(chǔ)hwt，所述low β波判斷閾值包括low β波疲勞閾值&ST和low β波清醒閾值B "τ，所述 high β波判斷閾值包括high β波疲勞閾值BHS#P high β波清醒閾值Bhwt，所述Θ波判斷 閾值包括Θ波疲勞閾值Tst和Θ波清醒閾值T wt，所述δ波判斷閾值包括δ波疲勞閾值 Dst和δ波清醒閾值Dwt;
[0029] 對步驟Β2中確定的7個所述特征量分別進行閾值比較時，所述主控芯片調(diào)用閾值 比較模塊，對特征量R與一組原始腦電波判斷閾值、特征量\與一組low a波判斷閾值、特 征量Ah與一組high a波判斷閾值、特征量B ^與一組IowP波判斷閾值、特征量B H與一組 high β波判斷閾值、特征量T與一組Θ波判斷閾值以及特征量D與一組δ波判斷閾值分 別進行閾值比較；
[0030] 其中，對特征量R與一組原始腦電波判斷閾值進行閾值比較時，先將特征量R與Rst 進行差值比較：當R < RsJt，主控芯片將此時所述計時器的計數(shù)值加5 ;否則，所述計時器 的計數(shù)值不變；之后，將特征量R與Rwt進行差值比較：當R > Rwt時，主控芯片將此時所述 計時器的計數(shù)值減5 ;否則，所述計時器的計數(shù)值不變；
[0031 ] 對特征量A1與一組low a波判斷閾值進行閾值比較時，先將特征量A為A ?5Τ進行 差值比較：當\< A ^時，將此時所述計時器的計數(shù)值加1 ;否則，所述計時器的計數(shù)值不 變；之后，將特征量\與A "τ進行差值比較：當A ΜΤ時，將此時所述計時器的計數(shù)值減 1 ;否則，所述計時器的計數(shù)值不變；
[0032] 對特征量Ah與一組high a波判斷閾值進行閾值比較時，先將特征量A Η與A ^進 行差值比較：當AH< AHSjt，將此時所述計時器的計數(shù)值加1 ;否則，所述計時器的計數(shù)值不 變；之后，將特征量Ah與A HWT進行差值比較：當A H> A _時，將此時所述計時器的計數(shù)值減 1 ;否則，所述計時器的計數(shù)值不變；
[0033] 對特征量與一組low β波判斷閾值進行閾值比較時，先將特征量B ^與B m進行 差值比較：當B ^時，將此時所述計時器的計數(shù)值加2 ;否則，所述計時器的計數(shù)值不 變；之后，將特征量^與B "τ進行差值比較：當B ΜΤ時，將此時所述計時器的計數(shù)值減 2 ;否則，所述計時器的計數(shù)值不變；
[0034] 對特征量Bh與一組high β波判斷閾值進行閾值比較時，先將特征量B Η與B ^進 行差值比較：當BH< B^時，將此時所述計時器的計數(shù)值加2 ;否則，所述計時器的計數(shù)值不 變；之后，將特征量Bh與B HWT進行差值比較：當B H> B _時，將此時所述計時器的計數(shù)值減 2 ;否則，所述計時器的計數(shù)值不變；
[0035] 對特征量T與一組Θ波判斷閾值進行閾值比較時，先將特征量T與Tst進行差值 比較：當T < 1^時，將此時所述計時器的計數(shù)值加1 ;否則，所述計時器的計數(shù)值不變；之 后，將特征量T與Twt進行差值比較：當T > 1~"時，將此時所述計時器的計數(shù)值減1 ;否則， 所述計時器的計數(shù)值不變；
[0036] 對特征量D與一組δ波判斷閾值分別進行閾值比較時，先將特征量D與Dst進行 差值比較：當D < ^時，將此時所述計時器的計數(shù)值加6 ;否則，所述計時器的計數(shù)值不變； 之后，將特征量D與Dwt進行差值比較：當D > D "時，將此時所述計時器的計數(shù)值減6 ;否 貝1J，所述計時器的計數(shù)值不變；
[0037] 步驟M、疲勞駕駛判斷：所述主控芯片根據(jù)步驟B3中多閾值比較完成后所述計數(shù) 器的計數(shù)值，對此時駕駛員的疲勞駕駛狀態(tài)進行判斷：當此時所述計數(shù)器的計數(shù)值> N時， 說明經(jīng)驗證此時駕駛員處于疲勞駕駛狀態(tài)，所述主控芯片控制報警提示單元進行報警提 示；否則，說明經(jīng)驗證此時駕駛員處于疲勞駕駛狀態(tài)；
[0038] 其中，N為正整數(shù)且N= 52~58。
[0039] 上述一種基于冥想度與專注度的疲勞駕駛腦電監(jiān)測方法，其特征是：步驟二中進 行腦電波信號分析處理之前，先采用主控芯片對步驟B3中7組所述疲勞駕駛判斷閾值進行 確定；
[0040] 對步驟B3中7組所述疲勞駕駛判斷閾值進行確定時，先采用腦電信號獲取裝置獲 取駕駛員P秒內(nèi)的腦電波信號，再根據(jù)所獲得的駕駛員P秒內(nèi)的腦電波信號對7組所述疲 勞駕駛判斷閾值進行確定；其中，P為正整數(shù)且P = 50~70 ;
[0041] 根據(jù)所獲得的駕駛員P秒內(nèi)的腦電波信號對7組所述疲勞駕駛判斷閾值進行確定 時，包括以下步驟：
[0042] 步驟B31、特征信號提?。合葟乃@得的駕駛員P秒內(nèi)的腦電波信號中提取出 512XP個原始腦電波信號、P個Iowa波信號、P個higha波信號、P個1 〇￥β波信號、P個 highi3波信號、P個Θ波信號和P個δ波信號，并對Α^Α^Α^Α^Β^Β^Β^Β^Τμ、 Tsd、Dm和D SD分別進行計算；
[0043] 其中Rm和Rsd分別為512XP個原始腦電波信號的信號值的平均值和標準差，A ui和 A1^sd分別為P個low a波信號的信號值的平均值和標準差，A HM和A HSD分別為P個high a波 信號的信號值的平均值和標準差，Bui和B 分別為P個low β波信號的信號值的平均值和 標準差，Bhm和B HSD分別為P個high β波信號的信號值的平均值和標準差，T Μ和T SD分別為 P個Θ波信號的信號值的平均值和標準差，Dm和Dsd分別為P個δ波信號的信號值的平均 值和標準差；
[0044] 步驟 Β32、閾值計算：根據(jù)公式