Мониторинг состояния водителя за рулем

Ученые разработали приложение, чтобы водители оставались внимательными

Российские ученые разработали приложение для смартфона, которое ведет мониторинг состояния водителя, управляющего транспортным средством. Система определяет признаки сонливости и ослабленного внимания у водителя, помогает ему сосредоточиться и генерирует своевременные подсказки, исходя из ситуации на дороге.

Методика позволит снизить вероятность ДТП, происходящих по вине водителя, и сохранить жизнь и здоровье миллионов людей по всему миру. Бесплатное приложение Drive Safely доступно для скачивания в Google Play. Работа поддержана Президентской программой исследовательских проектов Российского научного фонда.

Мировая статистика аварий, произошедших по вине водителя, сегодня крайне неутешительна. Погодные условия и поломка автомобиля становятся причиной менее чем 10% дорожно-транспортных происшествий (ДТП). В остальных же случаях проблема заключается в невнимательности или излишней самонадеянности, нередко это совмещено с употреблением алкоголя. Системы безопасности и помощи водителю, предлагаемые производителями автомобилей, в основном анализируют пробки, дорожные знаки и расстояние до соседних машин. Они способны поддерживать постоянную скорость на трассах и применить экстренное торможение при опасном сближении с другими транспортными средствами.

Чтобы повысить безопасность вождения, петербургские ученые и программисты разработали приложение для смартфона, который можно закрепить на лобовом стекле автомобиля. Система работает параллельно с навигационной (например, «Яндекс.Карты» или Google Maps) и не мешает приему вызовов и сообщений. Современные смартфоны обладают высокой функциональностью и значительной вычислительной мощностью, кроме того, в них встроено большое количество различных датчиков. Например, с помощью фронтальной камеры можно отслеживать положение головы и степень открытости глаз, чтобы вовремя определить опасные признаки сонливости и ослабленного внимания. Громкость голоса и покраснение лба позволят вычислить излишне рискованных, нетрезвых или находящихся в состоянии стресса людей, которым система посоветует отдохнуть и не создавать опасной ситуации на дороге.

Ученые установили основные признаки усталости водителя и перевели их в численные параметры, такие как угол наклона головы и процент открытости глаз. Для обучения программы команда использовала открытые библиотеки и базы данных компьютерного зрения, а также статистику, собранную в ходе опытной эксплуатации системы добровольцами. Приложение анализирует данные с камеры смартфона на протяжении всей поездки и выдает предупреждения, помогающие взбодриться и сосредоточиться на вождении, когда человек начинает зевать или «клевать носом». Помимо этого смартфон фиксирует скорость машины и повороты, поэтому, когда автолюбитель смотрит не в ту сторону, в которую совершает маневр, программа привлекает его внимание звуковыми и световыми сигналами и помогает избежать аварийной ситуации. На данный момент разработанное приложение уже скачали более 5 тыс. человек со всего мира и более 500 активно им пользуются.

«Схожая система в данный момент разрабатывается в компании “Яндекс” для специальной инфракрасной камеры. Отличительной особенностью нашей программы стало использование смартфона, который на сегодняшний день есть у каждого человека и не требует установки в автомобиль какого-либо дополнительного оборудования. Мы ориентируемся на то, что наше приложение будет интересно как простым водителям, так и службам такси, логистическим, каршеринговым и другим компаниям, имеющим автопарки и заинтересованным в снижении аварийности их автомобилей. Система позволит администраторам получить доступ к перемещениям каждого водителя и к статистике опасных состояний, зафиксированных во время поездки. Так они смогут контролировать маршруты, соблюдение правил дорожного движения, а также режима труда и отдыха водителями компании»,— поделился руководитель проекта Алексей Кашевник, кандидат технических наук, доцент факультета информационных технологий и программирования Университета ИТМО.

По материалам «Methodology and Mobile Application for Driver Behavior Analysis and Accident Prevention»; Alexey Kashevnik, Igor Lashkov, Andrei Gurtov; журнал IEEE Xplore, сентябрь 2019 г.

Мониторинг состояния водителя за рулем

Наиболее эффективные системы мониторинга состояния водителя являются Attention Assist, Driver Alert Control и Seeing Machines. Их цель вовремя обнаружить и сообщить об изменения в организме человека.

Содержание статьи:

• Система AA в Mercedes
• DAC от Volvo
• SM на Jaguar
• Видео

Однообразная дорога или длительные поездки на автомобиле особенно ночью приводят к утомляемости водителя. Вследствие этого его реакция снижается, а утомляемость повышается. Это ведёт к тому, что организм не выдерживает нагрузку, и водитель попросту засыпает. Это приводит к многочисленным серьезным ДТП.

Для того, чтоб избежать подобных случаев, придумали системы, которые наблюдают и контролируют уровень усталости водителя. Сделать это можно с помощью 3 показателей. В первом случае наблюдаются действия водителя, затем движение автомобиля, и наконец взгляд водителя.

Attention Assist

Система Attention Assist осуществляет контроль, используя несколько параметров и элементов. Данную систему встраивают в автомобиль немецкой марки Mercedes-Benz. Система Attention Assist состоит их несколько датчиков, каждый их которых отвечает за особый показатель утомляемости. Это такие датчики, как например, рулевого колеса, двигателя или тормозной системы. Одним из главным является датчик блока управления.

Он проводит мониторинг физического состояния водителя за многими показателями. В первую очередь он контролирует манеру вождения, а именно скорость. Следующими показателями служат условия, в которых движется автомобиль. Здесь имеется ввиду, время длительности поездки и когда она происходит, в какое время суток.

Тормозная система и подрулевые переключатели относятся к управленческой системе, которая также контролируется системой. И наконец, осуществляется контроль за ускорением, а именно боковым и продольным.

Следя за нынешним состоянием, система сравнивает его с первоначальным. Если показатели сигнализируют о значительном отклонение от нормы, включается звуковой сигнал и на панели экрана выводиться сообщение «Attention Assist: Pause», предупреждающее остановиться водителя.

Сигнал оповещается каждые 15 минут в случае игнорирования предупреждения. Система приходит в действие на скорости от 80 км/ч. Анализ скорости, маневренности и снятие других параметров происходит через 30 минут после старта движения, так как чаще всего именно столько времени требуется для движения на дальние дистанции.

Driver Alert Control (DAC)

Следующая система контроля Driver Alert Control создана шведской автомобильной компанией Volvo. Здесь принцип построен на слежении за состоянием водителя через манеру движения автомобиля. Для этого в автомобиль Volvo встроена специальная видеокамера, которая следит за характером вождения на дороге. Происходит оценка траектории и её изменения с помощью датчика рулевого колеса и мониторинга дорожных полос. Вторая видеокамера следит за внешним состоянием водителя, а именно движением глаз.

Если фиксируется состояние переутомления, система оповещает водителя с помощью сигнала и сообщения «Driver Alert. Time for a break». Система начинает действовать на скорости от 60 км/ч.

Seeing Machines

Последняя система, контролирующая состояние водителя – Seeing Machine, внедренная в автомобиль британской марки Jaguar. Примечательно, что данная технология применяется не только в случае вождения автомобиля, а в других сферах. Построена система исключительно на мониторинге внешнего физического состояния водителя. Встроенная камера фиксирует положение глаз и их направление.

Совершенство данной технологии состоит в том, что она активизируется даже если водитель находится в солнцезащитных очках. Также эта система включает в себя дополнительные параметры. Например, системой фиксируется отсутствии внимания на зеркало заднего вида. В таком случае водителю приходит напоминание о данном действии.

Видео работы системы слежения за водителем:

Система контроля состояния водителя

Статистика дорожно-транспортных происшествий показывает, что причиной значительного количество аварий является физическое состояние водителя. Ряд крупных автопроизводителей активно работают над созданием различных систем контроля состояния водителя, призванных, как минимум, оповестить о наступлении опасного состояния человека и, как максимум, вмешаться в управление транспортным средством и предупредить происшествие. Работа ведется по нескольким направлениям, среди которых контроль усталости, оценка физического напряжения, определение болезненного состояния водителя.

Система контроля усталости водителя призвана обнаружить наступление усталости водителя и предупредить сон за рулем. Система предлагает сделать перерыв для отдыха путем предупреждающего звукового сигнала или сигнала на панели приборов («чашка кофе»). В настоящее время система контроля усталости водителя реализована на автомобилях Mercedes-Benz, Volvo, Lexus. Определение наступления усталости водителя осуществляется разными способами – оценкой действий водителя по управлению автомобилем, контролем характера движения автомобиля, наблюдением за лицом водителя с помощью видеокамеры.

Компания Volkswagen устанавливает на автомобили систему экстренной помощи, которая является расширением системы помощи движению по полосе. Если водитель не в состоянии управлять автомобилем (теряет сознание) система Emergency Assist принимает управление на себя и останавливает транспортное средство, а также предупреждает других участников движения об опасной ситуации.

Если водитель не использует рулевое управление в течение определенного времени, система Emergency Assist предупреждает его визуальными и звуковыми сигналами, подтормаживает автомобиль. При отсутствии реакции со стороны водителя система определяет, что он не в состоянии управлять автомобилем. Система помощи движению по полосе обеспечивает движение автомобиля в пределах занятой полосы, а адаптивный круиз-контроль предотвращает наезд на впереди идущий автомобиль. Для предупреждения других водителей включается аварийная сигнализация, автомобиль начинает двигаться змейкой в пределах полосы движения и в завершении останавливается.

Другим направлением развития систем контроля является оснащение транспортных средств биометрическими датчиками, с помощью которых можно следить за важными для здоровья показателями (пульс, частота дыхания, проводимость кожи и др.). Данные разработки являются перспективными и должны появиться на серийных автомобилях в самое ближайшее время.

Ближе всех к решению задачи находится компания Ford, которая предлагает систему оценки нагрузки водителя, призванную уменьшить рассеянность и чрезмерное напряжение. Физическое напряжение водителя оценивается путем обработки множества параметров:

• движения транспортного средства (скорость, продольное и поперечное ускорение, скорость рыскания);
• действий водителя (угол поворота рулевого колеса, положение педалей акселератора и тормоза);
• дорожный условий (плотность движения, характер дорожного покрытия);
• биометрических показателей (сердечный ритм, частота дыхания, температура кожи).

Если нагрузка на водителя достаточно высока, то система принимает меры для снижения напряжения, в том числе автоматически запускается функция блокирования мобильного телефона от входящих звонков (функция «не беспокоить»).

В работе системы оценки нагрузки водителя используются следующие биометрические датчики:

• пьезоэлектрический датчик в ремне безопасности для мониторинга частоты дыхания;
• проводящие накладки на ободе рулевого колеса для измерения пульса;
• инфракрасные датчики на ободе рулевого колеса для измерения температуры ладоней;
• инфракрасный датчик за рулевым колесом, контролирующий температуру лица.

Компания Jaguar Land Rover предлагает контролировать состояние водителя с помощью биометрических датчиков, встроенных в водительское сиденье. В системе Driver Wellness Monitoring используются датчики частоты дыхания и пульса. Если система определяет серьезные проблемы со здоровьем или излишнее возбуждение водителя, то принимаются меры для обеспечения безопасности движения. При стрессе регулируются внутреннее освежение, аудиосистема и климатическая установка. При наступлении внезапной и тяжелой болезни производится вызов экстренной помощи, а автомобиль автоматически останавливается.

В 2016 году компания Audi представила проект FitDriver под девизом «Моя Audi заботится обо мне». Жизненно важные параметры водителя, такие как пульс и температура, контролируются с помощью носимых устройств (тренировочный браслет или SmartWatch). Эти данные дополняются информацией о стиле вождения, частоте дыхания, погодных и дорожных условиях, представляемой различными автомобильными датчиками. В совокупности полученные данные позволяют определить текущее состояние водителя, в том числе повышенную усталость или стресс.

В результате всесторонней оценки физического состояния задействуются различные системы автомобиля для отдыха, восстановления и защиты водителя: массаж сидений, беззвучный режим телефона, климат-контроль, адаптивная информационно-развлекательная система, адаптивное внутреннее освещение. В перспективе Audi планирует задействовать системы активной безопасности.

Компания Ferrari запатентовала технологию, которая оценивает уровень напряжения водителя по изменению мозговых волн. Мозговая биоэлектрическая активность измеряется с помощью беспроводных датчиков, встроенных в подголовник водительского сиденья. В зависимости от состояния водителя производится уменьшение подачи топлива в двигатель и автоматическая стабилизация автомобиля.

В этом направлении ведет работу и Jaguar Land Rover. Система Mind Sense определяет, когда водитель отвлекается или засыпает во время движения по мозговой активности. Установлено, мозг человека генерирует несколько мозговых импульсов различной частоты. Постоянно измеряя импульсы, можно оценить, насколько сосредоточен водитель (замешкался, задремал или отвлекся).

Мониторинг мозговых волн производится с помощью датчиков, встроенных в рулевое колесо. Если активность головного мозга указывает на сонливость или плохую концентрацию водителя, то рулевое колесо или педаль акселератора начинают вибрировать, привлекая внимание к вождению. Если реакции со стороны водителя не последовало, подаются визуальный и звуковой сигнал.

Другая область использования биометрических датчиков связана с контролем физического состояния пожилых водителей, а также водителей с хроническими заболеваниями. В этом направлении работает сразу насколько автомобильных компаний.

Все тот же Ford предлагает контролировать состояние возрастных водителей с помощью датчиков сердечного ритма, встроенных в сиденье. В основу положена технология электрокардиограммы, которая осуществляет мониторинг сердечных электрических импульсов и своевременно определяет нарушения (например, сердечный приступ), а также симптомы других заболеваний (например, повышенное давление).

Компания Toyota для контроля жизненно важных показателей использует датчики на ободе рулевого колеса: электроды для мониторинга сердечного ритма и оптические датчики для оценки проводимости ладоней. Система контроля состояния водителя связана с системой экстренного торможения, что позволяет остановить автомобиль в случае сердечного приступа, а также с навигационной системой, которая автоматически прокладывает маршрут до ближайшего лечебного заведения. Система позволяет определить наступление сердечного приступа уже на ранних стадиях и тем самым предупредить аварию.

Компания BMW работает над технологией предупреждения водителей, больных диабетом, о повышении уровня сахара в крови. Устройство для измерения уровня сахара в крови подключено к смартфону, который в свою очередь соединен через Bluetooth с мультимедийной системой автомобиля. На экран системы выводится информация, предупреждающая водителя об опасности потери сознания из-за повышенного уровня сахара в крови. В перспективе измеряемые параметры будут автоматически передаваться лечащему врачу водителя.

Мониторинг состояния водителя за рулем

Система контроля водителя и предупреждения

столкновений «Видеомобиль»

Комплект видеонаблюдения с интегрированной системой контроля водителя и предупреждения столкновений сочетает в себе функции видеонаблюдения за ключевыми элементами транспорта и функцию помощника водителя. Видеорегистратор, входящий в комплект, позволяет подключить 3 видеокамеры, снимающие с разрешением 1280×720 и 2 специализированные камеры: одна камера отслеживает действия и поведения водителя, предупреждая его о возможных нарушениях и отвлечениях с его стороны; вторая камера, в качестве курсовой, отслеживает скоростной режим транспорта, предупреждает об опасных приближениях к попутным автомобилям и отслеживает движение транспорта в рамках дорожной разметки.

Работа всей системы нацелена на обеспечение максимальной безопасности водителя и груза. Вариант системы включающий в себя 3G/4G модем (опционально), позволяет отслеживать критические отклонения всех ключевых параметров в режиме online.

Ключевые элементы комплекта:

Videomobil VMR-05 это специализированное решение разработанное и предназначенное для установки на транспортное средство. Поддерживаемые режимы записи изображения: 1080p, 720p, AHD, WD1, D1, CIF. Надежность, удобство установки и эксплуатации и с высокое качество изображения – отличительная черта видеорегистратора Videomobil VMR-05.

Основные характеристики:

• Поддержка 4 канала AHD + 1 канал IP
• Поддержка двух SD карт
• Поддержка GPS для отслеживания местоположения (опция)
• Поддержка WIFI (опция)
• Встроенный 3G / 4G просмотра в реальном времени (опция)
• Поддержка USB2.0 резервного копирования высокой скорости
• Поддержка системы контроля скорости/усталости водителя
• Поддержка технологии восстановления данных

Антивандальные камеры Videomobil VMK-03 AHD устанавливаются на борту ТС для наблюдения за ценным грузом и/или ключевыми элементами обеспечивающими сохранность груза или ТС. Камеры Videomobil VMK-03 имеют встроенную ИК подсветку, позволяющую вести съемку в темное время суток. Степень защиты камеры — IP67. Разрешение съемки – 1280×720.

Основные характеристики:

• Тип матрицы: 1/3″ CMOS
• Фокусное расстояние объектива: 2.5 мм
• Горизонтальный угол обзора: 100°
• Наличие ИК подсветки: 24 светодиода
• Разрешение съемки: 1280х720
• Класс защиты: IP66

Система контроля усталости водителя «Видеомобиль» ведет постоянную запись и мониторинг лица и действий водителя, предупреждая его в критические моменты (разговор по сотовому телефону, курение за рулем, усталость водителя и пр.) и ведя полный лог с отчетами о произошедших ситуациях.
Система контроля усталости водителя «Видеомобиль» не автономна и работает через подключение к видеорегистратору Videomobil VMR-05. Видеоизображение с системы контроля усталости водителя постоянно пишется на носитель информации, так же как и пишется вся статистика действий водителя (в отдельный текстовой файл с указанием времени и типа срабатывания датчика)
Система подключается на IP канал видеорегистратора и работает в параллельном с ним режиме.
В комплекте входит камера контроля усталости, мини монитор – для отображения отклонений (для водителя) и интеллектуальный обработчик.

Разрешение съемки системы контроля усталости: 1280×720.

Данная камера так же используется в качестве дополнительной камеры обзора салона.

Система предупреждения столкновений «Видеомобиль» анализирует ситуацию перед ТС в режиме реального времени сигнализируя водителю и записывая лог с отчетами о произошедших ситуациях. Система отслеживает возникающие преграды, контролирует скоростной режим, ведет слежение за движением ТС в рамках дорожной полосы.

Система предупреждения столкновений «Видеомобиль» не автономна и работает через подключение к видеорегистратору Videomobil VMR-05. Видеоизображение с системы постоянно пишется на носитель информации.

Данная камера работает, так же как и система контроля усталости водителя, через интеллектуальный обработчик подключенный к видеорегистратору.

Система подключается на IP канал видеорегистратора и работает в параллельном с ним режиме.

Разрешение съемки системы предупреждения столкновений: 1920×1080.

Данная камера так же используется в качестве курсовой.

Если устали, нужно отдохнуть – система DAS вам напомнит об этом

По статистике, до трети происшествий на дорогах происходят из-за небрежности водителей, вызванной физической истощённостью или засыпанием за рулём. К наибольшей группе риска относятся те автомобилисты, которые профессионально занимаются грузовыми и пассажирскими перевозками на большие расстояния, длительное время непрерывно управляющие транспортным средством. Способствуют засыпанию за рулём монотонная дорожная разметка и тёмное время суток.

Необходимость системы распознавания усталости

При экстренном торможении, для избегания дорожно-транспортного происшествия, время срабатывания тормозного механизма будет одним из факторов своевременной остановки транспорта. К другим подобным факторам можно причислить: скорость, с которой водитель отреагирует на изменившуюся обстановку, и время, которое ему понадобится для принятия решения и приведения в действие соответствующего исполнительного механизма.

В результате проведённых исследований было установлено, что постоянное управление транспортом на протяжении 4 часов понижает скорость реагирования автомобилиста на изменение дорожной обстановки в 2 раза, а в течение 8 часов — до 5–7 раз.

Система распознавания усталости водителя следит за определёнными параметрами физической формы человека, которые стабильны, когда за рулём человек выспавшийся и бодрый. В случае когда механизм замечает отклонения от базовых нормативов, заложенных настройками, то различными типами сигналов и оповещений уведомляет о необходимости остановить транспортное средство, сделав паузу на отдых.

Способы осуществления контроля

Контроль усталости водителя может осуществляться несколькими методиками. В основу прибора безопасности заложены три способа определить усталость управляющего транспортным средством человека:

1. Способ, базирующийся на оценке траектории движения транспорта.
2. Способ, базирующийся на оценке действий водителя дорожно-транспортного средства.
3. Способ, базирующийся на оценке траектории движения головы человека за рулём.

Существующие на сегодня системы безопасности, а также раннего обнаружения признаков усталости водителя транспортного средства функционируют, опираясь на несколько нюансов: стиль езды, манера поведения за рулём, применение механизмов управления, условия и обстановка движения. Конструктивно такие устройства могут объединять устройство управления, контроллер руля, световой и звуковой сигналы предупреждения.

Принцип действия

Как работает датчик усталости водителя: датчик поворотов рулевого колеса статистически оценивает интенсивность, периодичность поворотов колеса за прошедшие четыре часа от начала движения и в случае обнаружения статистической погрешности выше допустимого уровня передаёт сигнал на блок управления, который активирует элементы сигнализации об опасности.

В комплекс управления попадает большое количество сигналов, информирующих о разных параметрах:

1. Манера вождения — разного типа ускорения за полчаса после начала движения, оценка скорости.
2. Условия управления — продолжительность поездки, оценка времени суток.
3. Эксплуатация исполнительных механизмов — оценка интенсивности использования переключателей под рулём, тормозной системы, устройств на щитке управления.
4. Интенсивность поворотов рулевого колеса — оценка скорости и ускорения.
5. Состояние дорожного покрытия — контроль режимов ускорения.
6. Направление движения дорожно-транспортного средства — контроль различных видов ускорений.

Постоянно проводя комплексные расчёты по определённым алгоритмам, устройство обнаруживает отклонения в направлении движения транспортного средства и действиях человека. О чём сообщается на дисплее панели управления, сигнализируя звуком. Если водитель игнорирует сигналы, сонным продолжает управлять автомобилем, то с периодичностью четверть часа оповещение возобновляется. Активация системы безопасности происходит при достижении транспортным средством скорости в 80 км/час.

Новейшая Австралийская разработка в стадии тестирования — система контроля усталости водителя DAS — позволяет поддерживать безопасность дорожного движения транспортными средствами благодаря жёстким требованиям по соблюдению предписанных дорожными знаками ограничений. Такой прибор способен читать установленные знаки, также следить за выполнением предписанных ними норм. Такое средство способно предоставить полиции детальные сведения о том, где транспортное средство было, какова была его скорость движения на определённых участках дорог.

Комплекс DAS оборудуется тремя видеокамерами, одна из которых смотрит вперёд, а остальные фокусируются на положении головы водителя. В записывающем устройстве компьютера фиксируется дорожная обстановка и положение головы, а интеллектуальное устройство, выделяя нужное, понимает назначение дорожных знаков.

Если транспортное средство приближается слишком быстро к дорожным знакам, например, ограничения скорости, система сигналом оповещает об этом водителя. В случае игнорирования предупреждения нарушение вносится в память компьютера. Такой же механизм предупреждения и фиксации нарушений предусмотрен и для остальных групп дорожных знаков.

Система контроля усталости водителя DAS — новейший прибор безопасности Вольво на рынке. Устройство оснащается видеосъёмкой, задача которой контролировать ровность бега транспортного средства относительно дорожной разметки. При обнаружении периодических отклонений от траектории движения и виляний, органами оповещения производится предупредительный сигнал. Для водителя это может символизировать своеобразную красную черту, за которую не стоит переходить, а нужно сделать остановку на отдых. Для подробного ознакомления с такой системой производителем предусмотрена инструкция по эксплуатации, написанная более чем на 400 страницах.

Если статья оказалась полезной, напишите нам.