[发明专利]基于前额脑电信号的可穿戴式疲劳驾驶监测系统及方法

说明书

本发明属于安全驾驶检测技术，为基于前额脑电信号的可穿戴式疲劳驾驶监测系统及方法，可实时监测驾驶员的疲劳状态，判断精确度高，预警及干预及时，佩戴舒适，携带方便。本系统包括依次连接的且均设置在可穿戴头带上的前额脑电信号采集模块、疲劳状态识别模块、结果反馈及干预模块，前额脑电信号采集模块采集驾驶员前额脑电信号，将所采集的脑电信号实时传输给疲劳状态识别模块；疲劳状态识别模块解析收到的脑电信号，进行数据预处理和特征提取后，采用离线训练得到的算法模型进行疲劳状态识别，并将识别结果发送到结果反馈及干预模块；结果反馈及干预模块在接收到识别模块传输来的疲劳状态时，对驾驶员予以提醒及干预。

技术领域

本发明属于安全驾驶检测技术，具体涉及基于前额脑电信号的可穿戴式疲劳驾驶监测系统及方法。

背景技术

在全球范围内，疲劳驾驶已经成为导致交通安全事故的重要原因之一。由于疲劳驾驶会导致驾驶员注意力无法集中、反应速度下降、对车辆的操控力下降，进而严重增加发生交通事故的概率。因此，研究疲劳驾驶的检测，对于事故预防和改善交通安全状况具有重大意义。可穿戴设备若能在驾驶员发生疲劳的初期就检测出疲劳反应，并发出警报，引起驾驶员的注意，则可以有效地保护驾驶员的生命财产安全。

现有主要的疲劳驾驶监测技术主要为动作捕捉方法、图像识别方法、驾驶员行为与车道偏离检测、生理参数测量方法等。在生理信号中，处于外围的生理信号，如心电、体温、呼吸、皮电等，因不是由大脑活动直接引起，不能快速、准确地反映疲劳程度。在众多的生理信号中，脑电信号能更直接、更客观的反应大脑本身的活动，有着良好的时间分辨率，而且具有无法人为控制、无法伪造的优势。通过直接检测驾驶员脑电信号，可以在不影响驾驶的情况下，达到提醒驾驶员疲劳的目的。这是一种较新的，有发展前景的疲劳驾驶检测技术。

脑电(EEG)作为中枢神经生理信号，与大脑活动状态相关，能有效反应驾驶员精神状态。从生物学角度看，EEG信号是由大脑节律信号、事件相关电位(ERP)及人体自发的电活动信号组成。EEG信号是一种包含多种频率分量的复杂综合波，其频率的主要变化范围在0.5-30Hz左右。一般研究中EEG信号按其频率范围可以被分为：δ波、θ波、α波和β波，即EEG信号的四个基本节律，它们在各方面的特性均不相同。一般将比α波慢的δ波和θ波统称为慢波，表示大脑处于抑制状态；将比α波快的β波称为快波，表示大脑处于兴奋状态。

但是，现有的基于脑电信号的疲劳驾驶监测系统主要存在以下几点不足：一是检测设备复杂，干扰驾驶员的正常操作，影响行车安全；二是由于个体差异，不同人的生理信号特征会有所不同，有的区别相当大，所以会有很大的局限性；三是系统检测出驾驶员疲劳后仅仅是预警，而没有进行相应的干预，帮助驾驶员恢复清醒状态。

发明内容

为了解决现有技术所存在的问题，本发明提供基于前额脑电信号的可穿戴式疲劳驾驶监测系统及方法，将检测设备集成在可穿戴头带上，采用干电极采集前额Fp1处脑电信号，降低了检测设备的复杂性，提供了，其舒适性、便携性、可靠性和实用性。

本发明系统采用以下技术方案解决上述技术问题：基于前额脑电信号的可穿戴式疲劳驾驶监测系统，包括依次连接的且均设置在可穿戴头带上的前额脑电信号采集模块、疲劳状态识别模块、结果反馈及干预模块；

前额脑电信号采集模块采集驾驶员前额脑电信号，将所采集的脑电信号实时传输给疲劳状态识别模块；

疲劳状态识别模块解析收到的脑电信号，进行数据预处理和特征提取后，采用离线训练得到的算法模型进行疲劳状态识别，并将识别结果发送到结果反馈及干预模块；

结果反馈及干预模块在接收到识别模块传输来的疲劳状态时，对驾驶员予以提醒及干预。

本发明方法基于本发明的监测系统，包括以下步骤：

步骤1、建立基于前额脑电信号的驾驶员疲劳状态识别模型；