一種基于mems imu公交司機駕駛水平評定方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于MEMS?IMU公交司機駕駛水平評定方法。軸MEMS陀螺儀、三軸MEMS加速度計、三軸地磁傳感器、GPS、溫度傳感器分別進行數(shù)據(jù)采集得到公交車狀態(tài)信息，傳送給DSP處理器。DSP處理器判斷接收到的公交車狀態(tài)信息中的每個信息是否超出相對應(yīng)的閾值，超出閾值的信息記為不當(dāng)操作數(shù)據(jù)；根據(jù)接收到的公交車狀態(tài)信息計算加速度的變化率，并將加速度的變化率信息加入到公交車狀態(tài)信息中；將公交車狀態(tài)信息和不當(dāng)操作數(shù)據(jù)存儲到數(shù)據(jù)存儲SD卡中。公交車行車結(jié)束后，計算機讀取數(shù)據(jù)存儲SD卡中的信息，對公交司機駕駛水平進行評定。本發(fā)明實時采集公交車的行車數(shù)據(jù)，實時報警，提高公交車的行車安全。
【專利說明】-種基于MEMS IMU公交司機駕駛水平評定方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種公交司機駕駛水平評定方法，特別涉及一種基于MEMS IMU公交司 機駕駛水平評定系統(tǒng)及評定方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 公共汽車作為最為普遍的一種大眾交通工具，極大的推動了城市化的發(fā)展。同時， 為了應(yīng)對環(huán)境污染，政府鼓勵和倡導(dǎo)公交出行。公共汽車是城市的主動脈，每天給市民出行 帶來極大的方便，公共汽車一般載客量比較大，這就使得對司機的駕駛水平要求尤其高。在 我國，公交車事故時有發(fā)生，因而定期對公交司機的駕駛平水的評定顯得非常重要，本發(fā)明 設(shè)計了一種針對公交司機駕駛水平評估的系統(tǒng)，可以對公交車司機的駕駛水平進行等級評 定，從而選拔出駕駛水平較優(yōu)異的司機，來提高公交系統(tǒng)的服務(wù)水平以及保障市民的出行 安全。
[0003] 公交車行車過程需要重復(fù)多次起步、停車，因而司機駕駛平穩(wěn)性直接影響乘客的 舒適度，目前很多城市的公交車司機在駕駛過程中存在隨意并線、起步加速過快、緊急制 動、緊急轉(zhuǎn)彎等，這樣的駕駛行為將會對乘客造成不適，甚至?xí)Τ塑嚨睦先撕蛢和斐膳?撞和摔倒的傷害；公交車掉頭或轉(zhuǎn)向時，緊急轉(zhuǎn)彎時車速過快，車上的乘客會被甩向另一方 向，易傷害乘客，更甚者會出現(xiàn)車體側(cè)翻事故。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是提供能夠?qū)崟r采集公交車的行車數(shù)據(jù)的一種基于MEMS IMU公交 司機駕駛水平評定方法。
[0005] 本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：
[0006] 一種基于MEMS IMU公交司機駕駛水平評定方法，包括以下幾個步驟：
[0007] 步驟一：三軸MEMS陀螺儀、三軸MEMS加速度計、三軸地磁傳感器、GPS、溫度傳感器 分別進行數(shù)據(jù)采集得到公交車狀態(tài)信息，傳送給DSP處理器，公交車狀態(tài)信息包括角速度、 加速度、姿態(tài)角、位置、速度、時間和溫度信息；
[0008] 步驟二：DSP處理器進行如下操作：
[0009] a、判斷接收到的公交車狀態(tài)信息中的每個信息是否超出相對應(yīng)的閾值，超出閾值 的信息記為不當(dāng)操作數(shù)據(jù)；
[0010] b、根據(jù)接收到的公交車狀態(tài)信息計算加速度的變化率，并將加速度的變化率信息 加入到公交車狀態(tài)信息中；
[0011] C、將公交車狀態(tài)信息和不當(dāng)操作數(shù)據(jù)存儲到數(shù)據(jù)存儲SD卡中；
[0012] 步驟三：公交車行車結(jié)束后，計算機讀取數(shù)據(jù)存儲SD卡中的信息，首先將讀取的 信息存儲于數(shù)據(jù)庫中，然后計算速度信息中的不當(dāng)操作數(shù)據(jù)個數(shù)占總的速度信息的比例 得到速度失誤率，分別以相同方法計算加速度、姿態(tài)角、位置、時間和溫度信息分別的失誤 率，根據(jù)失誤率對公交司機駕駛水平進行評定。
[0013] 本發(fā)明一種基于MEMS MU公交司機駕駛水平評定方法還可以包括：
[0014] 1、DSP處理器連接有語音及報警模塊，DSP處理器根據(jù)不當(dāng)操作數(shù)據(jù)向語音及報 警模塊發(fā)送報警信息，語音及報警模塊進行報警。
[0015] 2、DSP處理器連接有指紋識儀，指紋識別儀產(chǎn)生公交司機的身份信息傳送給DSP 處理器，DSP處理器將公交司機的身份信息存儲到SD卡中，計算機從SD讀取到公交司機的 身份信息后將其存儲在數(shù)據(jù)庫中。
[0016] 本發(fā)明的有益效果為：
[0017] 本發(fā)明采用微機電慣性測量單元（MEMS IMU)，能夠?qū)崟r采集公交車的行車數(shù)據(jù)， 并且存儲于SD卡中，有利于后續(xù)的數(shù)據(jù)分析和司機駕駛水平評定；
[0018] 具有語音及報警模塊，當(dāng)其中任何一個傳感器采集的數(shù)據(jù)超出閾值時就進行語音 報警提示，提高了公交車的行車安全。
[0019] 本發(fā)明采用的MEMS IMU，具有體積小，精度高等特點，其他器件和模塊均可容易集 成在公交車上，成本低，易于實現(xiàn)。相信該系統(tǒng)的應(yīng)用會約束司機的隨意駕駛行為，進一步 提高公交車服務(wù)水平。此外此系統(tǒng)的應(yīng)用，利用系統(tǒng)對司機的評定結(jié)果，可以篩選出優(yōu)秀的 司機，同時，對某些司機不得當(dāng)駕駛行為進行指導(dǎo)改正，從而提高公交車的整體服務(wù)水平。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0020] 圖1為本發(fā)明的系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)原理圖。
[0021] 圖2為本發(fā)明系統(tǒng)主要原理框圖。
[0022] 圖3為水平扶桿與乘客手臂所受拉力示意圖。
[0023] 圖4為坡路加速度計的輸出與重力加速度的關(guān)系圖。
[0024] 圖5為指紋認證流程圖。
[0025] 圖6整個系統(tǒng)流程圖。
[0026] 圖7司機駕駛等級評定流程圖

【具體實施方式】
[0027] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步詳細說明。
[0028] 本發(fā)明包括三軸MEMS陀螺儀、加速度計和地磁傳感器構(gòu)成微機電慣性測量單元 (MEMSMU)，三軸MENS陀螺儀通過RS422串口與DSP處理器相連；三軸MENS加速度計通過 RS232串口與DSP處理器相連；地磁傳感器通過I 2C總線結(jié)構(gòu)與DSP處理器相連；GPS衛(wèi)星 導(dǎo)航芯片、指紋識別儀、語音提示及報警模塊、溫度傳感器、數(shù)據(jù)存儲SD卡直接與DSP處理 器相連。
[0029] 本發(fā)明系統(tǒng)主要實現(xiàn)公交車行車數(shù)據(jù)實時采集、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)傳輸。
[0030] 公交車實時行車數(shù)據(jù)包括：（1)公交司機個人身份信息；（2)時間：主要是公交司 機上車身份認證時間，MENS MU系統(tǒng)輸出更新時間，公交司機行車工作完成下車時間；（3) 公交車實時位置（經(jīng)度、緯度）（4)公交車的實時速度信息；（5)公交車的實時姿態(tài)（航向 角、俯仰角、翻滾角）；（6)三個軸向的實時加速度；（7)三個軸向的實時角速度；(8)三個軸 向的實時加加速度；(9)公交車實時溫度信息等。
[0031] 公交車實時行車數(shù)據(jù)測量方法:MEMS陀螺實時的輸出公交車的角速度，轉(zhuǎn)向或掉 頭的轉(zhuǎn)速由Z軸的陀螺量測，在不平路面公家車出現(xiàn)顛簸時，前后方向的顛簸由X軸的陀 螺敏感，左右方向的顛簸由y軸的陀螺敏感，尤其是在轉(zhuǎn)向或掉頭時，測量車體的傾斜角速 度；MENS加速度計實時的輸出公交車三個軸向的加速度；地磁傳感器實時的輸出公交車 的姿態(tài)角，即航向角、俯仰角、翻滾角；GPS實時的給出公交車的位置、速度和精確的時間信 息；此外還有溫度傳感器，實時測量車廂內(nèi)、外的溫度信息，可以為傳感器做溫度補償，以便 提1?器件精度。
[0032] 將以上這些傳感器的輸出，通過相應(yīng)的通信傳輸協(xié)議，輸入到DSP處理器內(nèi)，DSP 處理器先將這些傳感器數(shù)據(jù)通過運算處理及加密后保存到SD卡中。
[0033] DSP處理器需要計算公交車的實時的加加速度，加加速度是描述加速度變化快慢 的物理量。公交車屬于時停時走的車輛，需要經(jīng)常的啟動和制動，起動的車廂內(nèi)站立的乘客 會向后倒，前進的車廂突然停止時會向前倒，在緊急起動或突然剎車時，公共汽車中的乘 客會因措手不及而失去平衡，則是由于加速度的變化率即加加速度值過大，難以適應(yīng)。同 樣，在急速轉(zhuǎn)彎時，公共汽車中的乘客會被推向外側(cè)，則是由于突然出現(xiàn)慣性離心力，法向 加加速度過大?？梢?，公交車的加加速度是非常重要的計算參數(shù)。
[0034] 加加速度計算公式為： .da .
[0035] ] = - = a at
[0036] DSP處理器對相應(yīng)輸入的數(shù)據(jù)分析，以實現(xiàn)當(dāng)某些傳感器的輸入或解算參數(shù)超出 已設(shè)定的閾值時，DSP處理器驅(qū)動語音報警裝置，實時的提供語音提示功能，如當(dāng)公交司機 超速行駛時，DSP處理器通過GPS輸入公交車行車速度信息，判斷超出閾值速度時，驅(qū)動語 音裝置，提示"您已超速行駛，請您減速！ "等。
[0037] 系統(tǒng)硬件部分中的數(shù)據(jù)傳輸通信模塊，建立通信協(xié)議，保障數(shù)據(jù)的正確傳輸，減少 誤碼和丟碼。
[0038] 本發(fā)明的身份認證采用指紋認證，采用中斷查詢的方式，DSP處理器處理實時處理 公交司機的身份認證，認證目的判斷司機是否是該公交車司機，記錄并保存該司機身份信 息（工序號及姓名）、行車時間、位置信息等；
[0039] 公交司機駕駛等級評定：通過讀取SD卡保存與該公交司機相應(yīng)的行車數(shù)據(jù)到計 算機，利用濾波算法等進行數(shù)據(jù)分析處理，根據(jù)已建立相應(yīng)的評分標(biāo)準(zhǔn)，給出公交車司機一 段時期內(nèi)的等級評定，并建立相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫來存儲該司機的數(shù)據(jù)。SD卡保存的公交車實時 行車數(shù)據(jù)，用來交通事故評估，判斷事故是否是由司機的違章駕駛造成的。
[0040] 下面根據(jù)具體附圖對本發(fā)明的原理及方法進行說明。
[0041] 如圖1所示，給出了該系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)以及系統(tǒng)安裝位置，一般由三軸MENS陀螺1和 三軸加速度計和地磁傳感器2構(gòu)成MEMS MU，安裝于車體中間底部位置，需要加裝防震隔 離，且與乘客站立地板層分開，已減少乘客的走動對引起震動對MU的干擾。GPS天線應(yīng)該 置于公交車中間頂部位置，以便于增強GPS接受衛(wèi)星通信信息。MEMS地磁傳感器通常是貼 片式封裝，直接焊接在電路板上。利用以上這些傳感器來測量公交司機在駕駛工作時期內(nèi) 公交車的實時行車數(shù)據(jù)，經(jīng)過DSP處理器處理后，將該數(shù)據(jù)傳輸?shù)接嬎銠C，軟件部分對數(shù)據(jù) 處理分析后，給出公交車司機駕駛等級評定結(jié)果。
[0042] 如圖2所示，該系統(tǒng)的原理框圖，首先，公交司先應(yīng)該進行身份認證，其次，整個系 統(tǒng)開始工作。公交司機的身份認證信息先輸入到DSP處理器內(nèi)，三軸MENS陀螺儀和MENS加 速度計實時的量測公交車X、y、z軸向的角速度ω和比力fb數(shù)據(jù)，通過串口傳輸?shù)紻SP處 理器內(nèi)；三軸地磁傳感器實時的量測公交車X、y、z軸向的姿態(tài)數(shù)據(jù)Φ，采用I 2C協(xié)議將公 交車的姿態(tài)即航向角、俯仰角和橫滾角信息傳輸?shù)紻SP處理器內(nèi)部；GPS接收機實時接收到 實時公交車位置（Φ，λ)，Φ為緯度，λ為經(jīng)度；公交車x、y、z軸向速度信息v ;溫度等其 他傳感器數(shù)據(jù)；通過串口傳輸?shù)紻SP處理器內(nèi)。
[0043] DSP處理器接收到傳感器傳輸?shù)臄?shù)據(jù)后，進行相應(yīng)的處理與運算：
[0044] DSP處理器數(shù)據(jù)處理過程，將輸入的傳感器數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換后，與已設(shè)定的閾值進行比 較，判斷有沒超出閾值，如果超出，記錄時間和地點，并相應(yīng)超出項的計數(shù)加一；例如，公交 司機超速行駛時，DSP處理器接收到的GPS輸入的公交車速度信息已超出了限速行駛速度 時，記錄時間和地點，并在超速計數(shù)個數(shù)增加一；同理，可以相應(yīng)的處理，公交車轉(zhuǎn)向過快， 起步過急，緊急制動等。并且在這些數(shù)據(jù)超過閾值的同時，DSP處理器同步的驅(qū)動語音提 示；
[0045] 公交車需要經(jīng)常起步、停車，緊急起動的車廂內(nèi)站立的乘客會向后倒，前進的車 廂突然停止時會向前倒；在緊急起動或突然剎車時，公共汽車中的乘客會因措手不及而 失去平衡，則是由于加速度的變化率即加加速度值過大，造成乘客難以適應(yīng)。因而DSP處理 器需要計算公交車的加加速度，可以利用MEMS加速度計實時測量公交車加速度計算，并利 用下式計算加加速度：

【權(quán)利要求】
1. 一種基于MEMS IMU公交司機駕駛水平評定方法，其特征在于，包括以下幾個步驟： 步驟一：三軸MEMS陀螺儀、三軸MEMS加速度計、三軸地磁傳感器、GPS、溫度傳感器分別 進行數(shù)據(jù)采集得到公交車狀態(tài)信息，傳送給DSP處理器，公交車狀態(tài)信息包括角速度、加速 度、姿態(tài)角、位置、速度、時間和溫度信息； 步驟二：DSP處理器進行如下操作： a、 判斷接收到的公交車狀態(tài)信息中的每個信息是否超出相對應(yīng)的閾值，超出閾值的信 息記為不當(dāng)操作數(shù)據(jù)； b、 根據(jù)接收到的公交車狀態(tài)信息計算加速度的變化率，并將加速度的變化率信息加入 到公交車狀態(tài)信息中； c、 將公交車狀態(tài)信息和不當(dāng)操作數(shù)據(jù)存儲到數(shù)據(jù)存儲SD卡中； 步驟三：公交車行車結(jié)束后，計算機讀取數(shù)據(jù)存儲SD卡中的信息，首先將讀取的信息 存儲于數(shù)據(jù)庫中，然后計算速度信息中的不當(dāng)操作數(shù)據(jù)個數(shù)占總的速度信息的比例得到速 度失誤率，分別以相同方法計算加速度、姿態(tài)角、位置、時間和溫度信息分別的失誤率，根據(jù) 失誤率對公交司機駕駛水平進行評定。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于MEMS IMU公交司機駕駛水平評定方法，其特征在 于：所述的DSP處理器連接有語音及報警模塊，DSP處理器根據(jù)不當(dāng)操作數(shù)據(jù)向語音及報警 模塊發(fā)送報警信息，語音及報警模塊進行報警。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于MEMS IMU公交司機駕駛水平評定方法，其特征在 于：所述的DSP處理器連接有指紋識儀，指紋識別儀產(chǎn)生公交司機的身份信息傳送給DSP處 理器，DSP處理器將公交司機的身份信息存儲到SD卡中，計算機從SD讀取到公交司機的身 份信息后將其存儲在數(shù)據(jù)庫中。
【文檔編號】G06F19/00GK104091079SQ201410334061
【公開日】2014年10月8日 申請日期:2014年7月15日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月15日
【發(fā)明者】李緒友, 王歲兒, 于瑩瑩, 孫波, 嚴(yán)平, 許振龍, 凌衛(wèi)偉, 郭慧, 唐佳, 管練武 申請人:哈爾濱工程大學(xué)