Харківський національний університет радіоелектроніки



бет4/13
Дата17.05.2020
өлшемі5.88 Mb.
1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   13

Компонент «Водій», що описує психофізіологічні особливості водія транспортного засобу, є основним джерелом інформації для системи РСПАС. Даний компонент складається з модулів «профіль водія» і «оброблені параметри водія (голова і риси обличчя)». Перший модуль характеризується загальною інформацією про водія (ім'я, прізвище, стать, вік, номер телефону, тощо), його стилі водіння (манера гальмування і прискорення, швидкісний режим на ділянці, кількість і різкість перебудувань), навичками і стажем водіння, категорією водія, до якої водій віднесений в результаті персоналізації РСПАС під водія на основі інформації про всіх учасників і знаннями правил дорожнього руху (ПДР). Загальна інформація, що описує водія ТЗ, допомагає не тільки явно ідентифікувати водія серед всіх водіїв-операторів, що встановлюють і використовують даний програмний комплекс, а й також поліпшити пошук і співвідношення водіїв зі схожими характеристиками. В іншому модулі, оброблені параметри водія, психофізіологічні показники зчитуються і формалізуються в режимі реального часу за рахунок використання методів і підходів комп'ютерної обробки зображень з фронтальної камери і отримання даних з сенсорів смартфона, а саме - акселерометра і гіроскопа. Ознаки станів ослабленої уваги і втоми у водія характеризується наступними параметрами: PERCLOS (PERcentage of eye CLOSure - частка часу, протягом якого очі водія закриті), поворот голови вліво / вправо по відношенню до тулуба, нахил голови вперед щодо тулуба (момент, коли водій «клює носом»), тривалість моргання повік, частота моргання повік, ступінь відкритості рота людини (ознаки позіхання).

Манера їзди або стиль водіння формуються для кожного водія індивідуально і дозволяють охарактеризувати того чи іншого оператора транспортного засобу і в подальшому сформувати пропозиції щодо поліпшення його навичок водіння ТЗ, підвищуючи загальну безпеку його управління. Стиль водіння визначено на основі ряду параметрів, включаючи темп і швидкість пересування, час розгону, різке прискорення і гальмування, поворот ТЗ, тип поведінки водія за кермом на дорозі.

Перелічені параметри реєструються за допомогою вбудованих датчиків в смартфон, до яких відносяться акселерометр, гіроскоп, GPS, магнітометр, мікрофон. Наведені показники і оброблювані параметри допомагають розпізнати небезпечний стан водія ТЗ, і знизити ймовірність настання небезпечного стану, а саме втоми або ослабленого уваги у водія, що в свою чергу є одним з головних принципів побудови системи попередження аварійних ситуацій.

Наступним компонентом мобільного програмного комплексу є смартфон водія, що функціонує на платформі ОС Android. Координуючим модулем РСПАС є мобільний додаток, який встановлюється в постійну пам'ять смартфона і виступає в якості сполучної централізуючої ланки, через яку протікають всі процеси передачі інформації. Розроблений мобільний додаток включає різного типу програмні модулі і виконує наступні завдання:



  •  зчитування інформації з фронтальної камери і сенсорів, виявлення небезпечних станів водія, калібрування системи для водія, генерація рекомендацій, пошук і побудова;

  • розробка маршруту до місця відпочинку (наприклад, кафе, готель або автозаправна станція).

Сучасні смартфони оснащуються різними сенсорами, що дозволяють отримати інформацію про взаємодію пристрою з фізичним світом, який його оточує, а саме напрямок руху, орієнтація в просторі і різні умови навколишнього середовища. Модуль зчитування й обробки сенсорних даних збирає, аналізує і формалізує показання з доступних датчиків смартфона безперервно під час руху водія ТЗ. Даний модуль надає доступ до такої інформації про поїздку водія, як відео-фрейм особи водія в кабіні ТЗ, швидкість пересування, поточна геопозіція, віддаленість водія від найближчих місць відпочинку та подія перестроювання в іншу смугу руху або поворот наліво / направо. Перераховані типи свідчень приходять від наступних датчиків:

  • фронтальна камера, що використовується для безперервної зйомки зображень положення голови і рис обличчя водія в процесі руху. При відеозйомці задіюються такі параметри як дозвіл вихідного відеосигналу, автофокусування, формат вихідних зображень (YUV420 -цифровий формат для вихідних зображень камери на платформі Android);

  • акселерометр (G-сенсор), що відноситься до датчиків руху, дозволяє визначити орієнтацію смартфона і прискорення сили тяжіння по трьох осях (X, Y, Z) (наприклад, прискорення або гальмування автомобіля);

  • гіроскоп, що відслідковує положення пристрою в просторі, або кут нахилу (наприклад, для повороту наліво / направо, перестроювання в сусідню смугу руху);

  • магнітометр, що вимірює величину напруженості магнітного поля уздовж трьох осей смартфона. Дані з датчиків магнітометра і гіроскопа можуть об'єднуватися для більш точного визначення напрямку руху ТЗ;

  • система супутникової навігації GPS / ГЛОНАСС, яка забезпечує вимірювання відстані, часу і дозволяє отримати поточне місце розташування і абсолютну швидкість руху ТЗ;

  • мікрофон, від початку є обов'язковим датчиком кожного смартфона, дозволяє з високою точністю виміряти рівень звукового сигналу у зовнішньому середовищі. Даний датчик дозволяє розрізняти ситуації, коли водій починає розмову з одним з пасажирів в ТЗ, або слухає музику або радіо через мультимедійну систему;

  • датчик освітлення, що дозволяє визначити зміну кількості світла, що надходить ззовні. Датчик може бути використаний для вимірювання низького рівня освітленості (наприклад, в нічний час доби) в кабіні транспортного засобу, коли отримання і обробка зображень з фронтальної камери є недоцільним і неможливим відповідно на підставі оцінки освітлення робочого місця водія.

У разі, якщо кількість світла в кабіні транспортного засобу недостатньо для повної працездатності РСПАС, програмний комплекс може попередити водія про тимчасове і часткове відключення функції розпізнавання небезпечних станів в процесі руху. Початковим кроком для використання водієм системи РСПАС є її первинне калібрування, що здійснюється модулем «калібрування системи для водія», який дозволить мобільному додатку врахувати параметри водія (наприклад, нахил голови водія вліво / вправо, вперед / назад по відношенню до тулуба), параметри і можливості його телефону (наприклад, присутність того чи іншого датчика, необхідного для повного функціонування РСПАС, рівень гучності попереджень про небезпечну ситуацію) і транспортного засобу (легковий або вантажний автомобіль) і краще адаптуватися під конкретного водія.

На основі онтології РСПАС, що включає знання про водія, профілі, лицьових характеристик, ТЗ і показаннях сенсорів смартфона, модуль виявлення небезпечних станів дозволяє зіставити оброблені параметри поведінки водія і небезпечні стани, з з якими він може зіткнутися при управлінні ТЗ, на основі поточної ситуації в кабіні ТЗ.

На основі виявленого небезпечного стану і поточної ситуації, в якій знаходиться водій і транспортний засіб, модуль рекомендацій виробляє практичні рекомендації, націлені на зниження ймовірності настання аварійної ситуації. У разі, якщо згенерована рекомендація полягає у тому, щоб запропонувати водієві скористатися найближчим місцем відпочинку, модуль пошуку місць відпочинку може знайти підходяще місце для зупинки і відпочинку і побудувати оптимальний маршрут до цього пункту призначення з урахуванням поточних дорожніх умов. Варто зазначити що моніторинг небезпечних станів і генерація рекомендацій водієві виконуються безпосередньо на смартфоні водія, забезпечуючи можливість користуватися системою РСПАС без підключення до мережі Інтернет. Впорядковане зберігання і маніпулювання відомостями про групу об'єктів забезпечується за рахунок використання локального сховища даних (СД), що представляє собою інформаційну базу даних (БД) системи управління базами даних, і адаптованого для використання на мобільних пристроях платформи Android. Локальне СД застосовується при записі та зберіганні тимчасових призначених для користувача даних і підготовки їх з метою подальшої синхронізації і відправки в віддалений хмарний сервіс. Варто зазначити, що можливість роботи програмного комплексу без підключення до інтернет (офлайн) забезпечує сховище даних, що виконує логування і запис подій і їх характеристик в постійну пам'ять пристрою при обриві зв'язку, а при її появі - в хмарний сервіс.

Оскільки, механізм визначення небезпечних станів водія, який застосовує у своїй роботі модуль виявлення ознак небезпечної поведінки в складі мобільної програми, локальне сховище даних і безпосередньо компонент «Водій», зосереджений на смартфоні водія; інформація, що накопичується про водія, є мінімальною і достатньою для функціонування системи РСПАС за відсутності підключення до мережі Інтернет. З відновленням з'єднання з мережею Інтернет в системі РСПАС стає можливим доповнити накопичувану інформацію на смартфоні тією, яка є результатом роботи програмних модулів і алгоритмів, зосереджених в хмарному сервісі, орієнтованому на постобробку даних, що надходять в нього від водіїв та інших учасників системи.

Хмарний сервіс отримує від мобільного додатку таку інформацію, як характеристика водіння водія (прискорення, гальмування, плавність ходу, перестроювання, шлях слідування і т.д.), небезпечні стани в процесі руху, і статистика використання додатка. На основі даних, зібраних з мобільного пристрою водія, виділяються і формуються його патерни поведінки, унікальний стиль (манера) водіння, що характеризують конкретного водія. Варто відзначити, що в якості користувачів РСПАС визначені адміністратори автопарків та представники страхових компаній, що здійснюють моніторинг історії взаємодії з системою і аналіз статистики водіння водіїв, відповідно. Крім того, використовуючи результати роботи хмарного сервісу, РСПАС дає можливість користувачам системи підвищити ефективність використання водіями ТЗ, знизивши експлуатаційні витрати при обслуговуванні і поліпшити взаємодію з безпосередніми клієнтами тієї чи іншої компанії. По мірі взаємодії водіїв та користувачів з РСПАС, дана система продовжує навчатися на основі накопичуваних даних і підлаштовуватися під кожного водія з урахуванням його особливостей поведінки за кермом і стилю водіння, що забезпечує виконання принципу безперервної персоналізації системи РСПАС і досягнення можливості оцінки навичок водіїв по керування ТЗ і поліпшення ефективності його експлуатації.

Загальна схема роботи розподіленої системи попередження аварійних ситуацій визначена наступним чином. Встановлюваний на смартфон мобільний програмний комплекс РСПАС задіє апаратні можливості телефону у вигляді фронтальної камери і сенсорів телефону для отримання зображень водія і параметрів поїздки (поточна швидкість пересування, прискорення, гальмування, поворот наліво / направо і поточний географічні координати ТЗ).

Для пошуку і вилучення характеристик голови і рис обличчя водія (положення голови, PERCLOS, швидкість моргання повік, напрям погляду, ступінь відкритості рота) його вихідне зображення, яке надходить на вхід модулю обробки зображень, обробляється методами комп'ютерного зору.

Використовуючи онтологію водія і ТЗ, характеристики його особи і свідчення з сенсорів телефону, модуль виявлення небезпечних станів визначає наявність ознак небезпечної поведінки водія за кермом ТЗ.

Залежно від виявленого небезпечного стану, втоми або ослабленої уваги, модуль генерації рекомендацій сигналізує водію про виникнення нештатної ситуації і видає інструкції по тому, як можна запобігти аварійній ситуації або знизити наслідки її настання.

Велика кількість інформації, яка збирається і генерується в процесі безперервного моніторингу поведінки водія за кермом ТЗ з використанням фронтальнї камери і численними сенсорами смартфона, накопичується при роботі системи допомоги водієві.

В результаті одночасної роботи локальної бази даних, що зберігається в додатку на смартфоні водія і віддаленого хмарного сервісу, доступного для кожного водія в будь-який момент часу, стає можливим зберігання, управління, аналіз і генерування нових даних.
2.2 Інформаційна модель профілю водія транспортного засобу
Аналіз існуючих систем активної безпеки і технологій при управлінні ТЗ, що встановлюються в автомобілі на заводах автовиробників або спеціалізованих сервісах або вручну після придбання ТЗ, представлених в якості МСГР або ППЕ, дозволив виділити наступну інформацію про оператора (водія) РСПАС транспортного засобу: загальна інформація про водія , контекст компетенції водія і історія взаємодії з системою.

Розроблена інформаційна модель профілю водія системи РСПАС при управлінні транспортним засобом показана на рисунку 2.2.

В якості головної дійової особи для інформаційної моделі був обраний водій ТЗ на основі того, що він надає інформацію системі на основі сукупності параметрів і зв'язків між ними, що дозволяє моделі моделювати різні стани оператора (водія) на основі передачі інформації.

Розділ «Загальна інформація про водія» включає в себе наступну інформацію: унікальний ідентифікатор водія, ім'я, прізвище, стать, дата народження, сімейний стан, стаж водіння, номер мобільного телефону. Дана інформація є базовою і первісно характеризує водія.

Розділ «контекст» описує всю інформацію, що характеризує навколишнє оточення, в якому перебувають водій і транспортний засіб і складається з двох підрозділів «Контекст водія» і «Контекст ТЗ». Розділ «Контекст водія» містить інформацію про оператора мобільного програмного комплексу, яка змінюється в залежності від поточної ситуації в кабіні транспортного засобу і дорожньої обстановки.

Даний розділ містить наступні атрибути: параметри калібрування системи РСПАС, обладнання та програмне забезпечення, психофізіологічні особливості водія, симптоми небезпечної поведінки і кількість годин без перерви на відпочинок. Атрибут «Параметри калібрування системи» визначає налаштування калібрування мобільної системи допомоги водієві, що здійснюються при першому запуску програми і дозволяють краще підлаштуватися під конкретного водія транспортного засобу (кут нахилу голови водія за замовчуванням, фокусна відстань об'єктива, відстань від фронтальної камери смартфона до водія, бажаний рівень гучності звуку смартфона).



Рисунок 2.2 – Інформаційна модель профілю водія
Атрибут «Устаткування, що використовується» описує технічні характеристики смартфона, який використовується водієм ТЗ. Атрибут «Програмне забезпечення, яке використовується» характеризує програмний комплекс, який встановлюється і настроюється на смартфоні водія і призначений для прогнозування ймовірності настання аварійних ситуацій.

Атрибут «Психофізіологічні особливості» описує стан водія в поточний момент часу, характеризуючи його швидкість реакції, точність і послідовність дій. Атрибут «Симптоми небезпечної поведінки» містить інформацію про виявлену небезпечну поведінку водія за кермом автомобіля з метою подальшого вироблення рекомендацій для запобігання настання аварійної ситуації (наприклад, кількість годин безперервного керування транспортним засобом, що відображає інформацію про час перебування водія за кермом автомобіля при безперервному русі без перерви на відпочинок). Атрибут «Стан обстановки всередині салону кабіни ТЗ» описує різні параметри і умови обстановки в кабіні ТЗ (наприклад, рівень освітленості, рівень сигналу шуму).

Розділ «Контекст ТЗ» описує інформацію, пов'язану з транспортним засобом, таку як його категорія (легковий або вантажний), характеристики, місце розташування і дорожні умови. Атрибут «Характеристики руху» містить інформацію про напрямок і швидкість руху водія в конкретний момент часу.

Атрибут «Місцезнаходження» містить інформацію про поточне географічне місцезнаходження ТЗ і прилеглих місць відпочинку, що використовуються при формуванні рекомендацій. Відомості про місця відпочинку описують придорожні зупинки (кафе, готелі, автомобільні заправні станції), якими водій може скористатися при настанні втоми або ослабленої уваги і зробити невеличкий перепочинок в 20-30 хвилин, випивши тонізуючий напій або ж скористатися повноцінним 7-8 годинним сном, відновивши сили перед наступною поїздкою. Атрибут «Дорожні умови» описує час у дорозі і час, що залишився до кінцевого пункту призначення, поточний час і відображає поточну ступінь завантаженості автомобільних доріг.

Розділ «Компетенції водія» описує здатність і прагнення водія до дій на основі його індивідуальних властивостей, знань, навичок і включає групи водіїв, дотримання правил дорожнього руху і патерни поведінки. Компетенції водіїв заповнюється системою автоматично на основі історії роботи з системою, патернів поведінки і стилю водіння водія. Патерни поведінки описують успішність, послідовність і час виконання тих чи інших дій кожного конкретного водія в момент часу на основі використання зчитувальних сенсорних даних та інформації, що визначає профіль водія. Прикладом патерна поведінки водія може служити ситуація, що описує процес гальмування ТЗ перед червоним сигналом світлофора на деякому проміжку часу. В даному випадку патерн поведінки водія включає майже незмінний рух транспортних засобів в напрямку "прямо", який реєструється гіроскопом і магнітометром; зниження швидкості руху транспортних засобів, що реєструється сенсором GPS; негативні значення, що прочитуються за допомогою акселерометра смартфона і свідчать про гальмування ТЗ і, нарешті, припинення руху ТЗ і встановлення його швидкості рівною нулю. Групи водіїв включають в себе інформацію про приналежність до тієї чи іншої групи, до якої система віднесла даного водія. Формалізація компетенцій дозволяє здійснити автоматичну кластеризацію водіїв за допомогою формування поведінкових профілів з подальшим виявленням груп водіїв зі схожими характеристиками в управлінні ТЗ (патерни поведінки, стиль водіння).

Розділ «Історія взаємодії» включає історію роботи водія з системою РСПАС. В даному розділі зберігається статистика використання системи РСПАС (протоколювання дій водія), що збирається в основному неявним чином, контекст водія і його компетенції. Дана інформація використовується для подальшої синхронізації з хмарним сервісом і офлайн аналізу дій водія і поновлення в автоматичному режимі розділу «Компетенції водія». З метою виділення груп водіїв зі схожими характеристиками на основі інформації про їх поведінку за кермом транспортного засобу використовується метод класифікації їх профілів.


2.3 Модель хмарного сервісу, який здійснює зберігання, аналіз і обробку інформації користувачів
Хмарний сервіс є невід'ємним компонентом мобільного програмного комплексу, який розробляється, націленого на підвищення точності розпізнавання аварійних ситуацій, своєчасного попередження водія ТЗ про настання ДТП і вироблення актуальних рекомендацій щодо запобігання дорожніх пригод.

Виходячи з того, що модель хмарного сервісу системи РСПАС (рис.2.3) побудована на основі контекстно-орієнтованого підходу, онтологічної моделі системи РСПАС і інформаційної моделі профілю водія ТЗ, відповідно, дана модель складається з наступних компонентів:



  • смартфон водія;

  • база знань;

  • обліковий блок;

  • компетенції водія і веб-сервіс адміністратора автопарку для моніторингу інформації про поїздку водія.

  • Одним з основних результатів роботи хмарного сервісу є групи профілів водіїв, патерни їх поведінки і список порушень ПДР. Під патернами поведінки будемо розуміти шаблони дій водіїв для різних ситуацій при управлінні транспортним засобом. Патерни поведінки водія ґрунтуються на характеристиках поведінки водія за кермом, що накопичуються і зберігаються в базі знань, що складається з двох самостійних джерел інформації, якими є база даних (далі БД) і побудована раніше онтологія водія.

  • Характеристики дозволяють виділити ряд параметрів і дій, які характеризують кожного водія РСПАС в тій чи іншій мірі. В основі патернів поведінки водія в кабіні автомобіля лежать параметри калібрування, що описують початкові коригувальні параметри про водія (початковий поворот голови водія по відношенню до напрямку руху, початковий нахил голови водія) і оброблювані параметри, зчитувальні в процесі руху (кут повороту голови водія вліво / вправо при повороті ТЗ, кут нахилу голови водія вгору / вниз, PERCLOS, ознаки позіхання, тривалість моргання повік, частота моргання повік). Патерни поведінки водія включають середню швидкість руху на певній ділянці маршруту, різке гальмування і різке прискорення відповідно до поточної швидкісті, частоту прискорення або гальмування під час руху, перевищення швидкісного режиму на ділянці руху і різкий поворот ТЗ вліво або вправо по відношенню до напрямку руху «прямо». Полученные паттерны поведения водителя позволяют перейти к формированию списка групп водителей системы РСПАС на основе их поведения, число которых заранее неизвестно.






Достарыңызбен бөлісу:
1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   13


©netref.ru 2019
әкімшілігінің қараңыз

    Басты бет