[发明专利]一种眼电与脑电综合判定的疲劳驾驶脑电监测方法

摘要

本发明公开了一种眼电与脑电综合判定的疲劳驾驶脑电监测方法，包括步骤：一、设备连接及参数初始化：将脑电信号获取装置与脑电信号监测终端连接，并通过脑电信号监测终端的主控芯片对疲劳台阶参数进行设定；二、脑电波信号采集：采用脑电信号获取装置对驾驶员的脑电波信号进行采集及预处理，并将预处理后的脑电波信号同步传送至脑电信号监测终端；三、脑电波信号分析处理：脑电信号监测终端的主控芯片同时调用眼电判定模块和脑电判定模块，对脑电信号获取装置采集并预处理后的脑电波信号分别进行分析处理。本发明方法步骤简单、设计合理且实现方便、使用效果好，能简便、快速、实时对驾驶员的疲劳驾驶状态进行准确监测，实用价值高。

主权项

1.一种眼电与脑电综合判定的疲劳驾驶脑电监测方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：步骤一、设备连接及参数初始化：将脑电信号获取装置(1)与脑电信号监测终端(2)连接，并通过脑电信号监测终端(2)的主控芯片(2‑1)对疲劳台阶参数s_c进行设定；此时，疲劳台阶参数s_c的数值为0；所述脑电信号获取装置(1)为Mindwave Mobile脑立方耳机或TGAM模块；所述脑电信号监测装置(2)包括主控芯片(2‑1)以及分别与主控芯片(2‑1)连接的时钟电路(2‑6)和报警提示单元(2‑2)；步骤二、脑电波信号采集：采用脑电信号获取装置(1)且按照预先设定的采样频率对驾驶员的脑电波信号进行采集及预处理，并将预处理后的脑电波信号同步传送至脑电信号监测终端(2)；所述脑电波信号中包含原始脑电波信号，且所述原始脑电波信号的采样频率为512Hz；所述脑电信号获取装置(1)输出的脑电波信号均为经快速傅里叶变换后的频域信号；步骤三、脑电波信号分析处理：所述脑电信号监测终端(2)的主控芯片(2‑1)调用眼电判定模块和脑电判定模块，同时对脑电信号获取装置(1)采集并预处理后的脑电波信号分别进行分析处理；其中，所述主控芯片(2‑1)调用所述眼电判定模块进行分析处理时，过程如下：步骤3011、眨眼次数判断阈值确定：按照采样时间先后顺序对脑电信号获取装置(1)连续P秒内采集并预处理后的脑电波信号分别进行分析处理，并根据分析处理结果对眨眼次数判断阈值n₀进行确定；其中，P＝2×p，其中p为正整数且p≥20；本步骤中，对脑电信号获取装置(1)任一秒内采集并预处理后的脑电波信号进行分析处理时，过程如下：步骤30111、脑电波信号同步存储：对此时接收到的脑电信号获取装置(1)一秒内采集并预处理后的脑电波信号进行同步存储，所存储的脑电波信号为当前待处理脑电波信号；步骤30112、原始脑电波信号提取及脑电波信号能量计算：从步骤30111中所述当前待处理脑电波信号中提取出原始脑电波信号，并对当前待处理脑电波信号的能量e进行计算；所述当前待处理脑电波信号中包括512个所述原始脑电波信号，512个所述原始脑电波信号中第i个所述原始脑电波信号的信号值记作X_i；对当前待处理脑电波信号的能量e进行计算时，根据公式(7)进行计算；公式(7)中，N＝512；步骤30113、眨眼判定：根据步骤30112中计算得出的当前待处理脑电波信号的能量e，对该秒内驾驶员是否眨眼进行判断，并得出该秒的眨眼判定值bk：当e＞E²时，bk＝1；否则，bk＝0；其中，E＝280～320；步骤30114、眨眼判定值同步存储：对步骤30113中得出的眨眼判定值bk进行同步存储，完成脑电信号获取装置(1)该秒内采集并预处理后的脑电波信号的分析处理过程；步骤30115、下一秒内采集并预处理后的脑电波信号分析处理：按照步骤30111至步骤30114中所述的方法，对脑电信号获取装置(1)下一秒内采集并预处理后的脑电波信号进行分析处理，并得出该秒的眨眼判定值bk；步骤30116、P‑2次重复步骤30115，直至完成脑电信号获取装置(1)连续P秒内采集并预处理后的脑电波信号的分析处理过程，并获得各秒的眨眼判定值bk；步骤30117、眨眼判定值叠加：对步骤30116中所获得的连续P秒内各秒的眨眼判定值bk进行叠加，并获得眨眼判定值之和bkZ；步骤30118、眨眼次数判断阈值确定：根据步骤30117中所获得的眨眼判定值之和bkz，并按照公式计算得出眨眼次数判断阈值n₀；其中，n为正整数且n≥4；并且，n×Q＝P，其中Q为正整数且Q＝2～10；步骤3012、疲劳驾驶判断前脑电波信号分析处理，过程如下：步骤30121、判断阈值确定后下一秒内采集并预处理后的脑电波信号分析处理：步骤30118中所述眨眼次数判断阈值n₀确定后，按照步骤30111至步骤30114中所述的方法，对脑电信号获取装置(1)下一秒内采集并预处理后的脑电波信号进行分析处理，并得出该秒的眨眼判定值bk；步骤30122、n‑2次重复步骤30121，直至完成步骤30118中所述眨眼次数判断阈值n₀确定后脑电信号获取装置(1)连续n‑1秒内采集并预处理后的脑电波信号的分析处理过程，并获得各秒的眨眼判定值bk；步骤3013、疲劳驾驶判断开始后脑电波信号分析处理：步骤3012中完成疲劳驾驶判断前脑电波信号分析处理后，所述眼电判定模块按照采样时间先后顺序对脑电信号获取装置(1)每秒内采集并预处理后的脑电波信号分别进行分析处理，并根据分析处理结果对此时驾驶员是否处于疲劳驾驶状态进行判断；本步骤中，所述眼电判定模块对脑电信号获取装置(1)任一秒内采集并预处理后的脑电波信号进行分析处理时，过程如下：步骤30131、脑电波信号分析处理：按照步骤30111至步骤30114中所述的方法，对脑电信号获取装置(1)此时采集并预处理后的脑电波信号进行分析处理，并得出此时的眨眼判定值bk；步骤30132、眨眼判定值叠加：将步骤30131中得出的眨眼判定值bk与前Q‑1秒内各秒的眨眼判定值bk进行叠加，并获得此时的眨眼判定值之和bkz；所述眨眼判定值之和bkz为脑电信号获取装置(1)连续Q秒内各秒的眨眼判定值bk的总和；步骤30133、疲劳驾驶判断：根据步骤30133中得出的眨眼判定值之和bkz，并结合步骤30118中所确定的眨眼次数判断阈值n₀，对此时驾驶员是否处于疲劳驾驶状态进行判断：当bkz＞n₀时，说明此时驾驶员处于疲劳驾驶状态，所述主控芯片(2‑1)控制报警提示单元(2‑2)进行报警提示；否则，说明此时驾驶员处于正常驾驶状态；步骤30134、返回步骤30131，对脑电信号获取装置(1)下一秒内采集并预处理后的脑电波信号进行分析处理；所述主控芯片(2‑1)调用所述脑电判定模块对脑电信号获取装置(1)采集并预处理后的脑电波信号进行分析处理时，按照采样时间先后顺序对脑电信号获取装置(1)每秒内采集并预处理后的脑电波信号分别进行分析处理，并根据分析处理结果对此时驾驶员是否处于疲劳驾驶状态进行判断；并且，所述脑电判定模块对脑电信号获取装置(1)每秒内采集并预处理后的脑电波信号的分析处理方法均相同；所述脑电判定模块对脑电信号获取装置(1)任一秒内采集并预处理后的脑电波信号进行分析处理时，过程如下：步骤3021、脑电波信号同步存储：对此时接收到的脑电信号获取装置(1)一秒内采集并预处理后的脑电波信号进行同步存储；步骤3022、冥想度与专注度提取：从此时所处理脑电波信号中提取出冥想度M与专注度A；步骤3023、冥想度修正值及时间纠正参数确定：根据时钟电路(2‑6)提供的当前时刻T，对此时的冥想度修正值ΔM和时间纠正参数ΔT分别进行确定；其中，对冥想度修正值ΔM进行确定时，当当前时刻T晚于6点且不晚于12点时，ΔM＝30～15；当当前时刻T晚于12点且不晚于15点时，ΔM＝15～0；当当前时刻T晚于15点且不晚于19点时，ΔM＝0～15；当当前时刻T晚于0点且不晚于6点或当前时刻T晚于19点且不晚于0点时，ΔM＝0；对时间纠正参数ΔT进行确定时，当当前时刻T晚于6点且不晚于12点时，ΔT＝2～1.5；当当前时刻T晚于12点且不晚于15点时，ΔT＝1.5～1.0；当当前时刻T晚于15点且不晚于19点时，ΔT＝1.0～1.5；当当前时刻T晚于0点且不晚于6点或当前时刻T晚于19点且不晚于0点时，ΔT＝1.0；步骤3024、疲劳台阶参数增减处理：根据步骤3022中提取出的冥想度M与专注度A，并结合步骤3023中所确定的冥想度修正值ΔM和时间纠正参数ΔT，对此时疲劳台阶参数s_c的数值进行增减处理，并获得增减处理后的疲劳台阶参数s_c：当时，将疲劳台阶参数s_c的数值加1；否则，对疲劳台阶参数s_c的数值进行判断：当疲劳台阶参数s_c的数值为0时，疲劳台阶参数s_c的数值保持不变；当疲劳台阶参数s_c的数值≥1时，将疲劳台阶参数s_c的数值减1；步骤3025、疲劳驾驶判断：根据步骤3024中增减处理后的疲劳台阶参数s_c的数值，对此时驾驶员是否处于疲劳驾驶状态进行判断：当步骤3024中增减处理后的疲劳台阶参数s_c的数值＞N时，说明此时驾驶员处于疲劳驾驶状态，所述主控芯片(2‑1)控制报警提示单元(2‑2)进行报警提示；否则，说明此时驾驶员处于正常驾驶状态；其中，N为预先设定的疲劳驾驶判断阈值，N为正整数且N＝2～8；步骤3026、返回步骤3021，对脑电信号获取装置(1)下一秒内采集并预处理后的脑电波信号进行分析处理；步骤一中将脑电信号获取装置(1)与脑电信号监测终端(2)连接时，还需以无线通信方式将脑电信号监测终端(2)的主控芯片(2‑1)与上位机(4)连接；步骤3025中所述主控芯片(2‑1)控制报警提示单元(2‑2)进行报警提示时，所述主控芯片(2‑1)同步向上位机(4)发送该驾驶员的疲劳驾驶报警信息；步骤3023中采用时间区间法对冥想度修正值ΔM进行确定时，当当前时刻T晚于6点且不晚于15点时，时间越晚，冥想度修正值ΔM越小；当当前时刻T晚于15点且不晚于19点时，时间越晚，冥想度修正值ΔM越大；步骤3023中采用时间区间法对时间纠正参数ΔT进行确定时，当当前时刻T晚于6点且不晚于15点时，时间越晚，时间纠正参数ΔT越小；当当前时刻T晚于15点且不晚于19点时，时间越晚，时间纠正参数ΔT越大。