楊維昊 尹航 李想 張以諾

摘 要：智能防酒駕系統(tǒng)應(yīng)用人工智能、物聯(lián)網(wǎng)和圖像識(shí)別技術(shù)，改變已有的各種檢測設(shè)備在檢測過程中的邏輯思路，采用新的實(shí)施方案，對(duì)傳統(tǒng)的防酒駕系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)、創(chuàng)新并應(yīng)用，通過新的邏輯思路，預(yù)防代替酒精檢測認(rèn)證駕車情況，以減少交通事故，保障人們生命和行駛安全。

關(guān)鍵詞：智能防酒駕系統(tǒng);人工智能;圖像識(shí)別;行駛安全

0 緒論

隨著人工智能的發(fā)展以及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用，越來越多的新興科技被應(yīng)用于傳統(tǒng)行業(yè)和領(lǐng)域，諸多傳統(tǒng)行業(yè)的設(shè)備、產(chǎn)品、方法等不斷創(chuàng)新發(fā)展，更多的走進(jìn)人們生活，帶來生活便捷和質(zhì)量的提升。行車安全是近些年大家關(guān)注的領(lǐng)域，其中，重大傷亡事故往往離不開酒駕這個(gè)刺耳的名詞，據(jù)世界衛(wèi)生組織（WHO）統(tǒng)計(jì)，全球每年有120多萬人死于交通事故，平均每20秒就有一人死于交通事故，其中大約有50%～60%的交通事故與酒后駕駛有關(guān)[1-2]，酒駕引起重大傷亡事故呈愈演愈烈之勢，除去嚴(yán)格執(zhí)法，推行預(yù)防酒駕的新技術(shù)方案也是減少和杜絕酒駕的有力手段。一種基于人臉識(shí)別技術(shù)的智能防酒駕系統(tǒng)，應(yīng)用人工智能、物聯(lián)網(wǎng)和圖像識(shí)別技術(shù)，對(duì)傳統(tǒng)的防酒駕系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)，創(chuàng)新并應(yīng)用，能夠降低酒駕事故，提升行車安全，防酒駕系統(tǒng)能進(jìn)一步確保人們的生命安全，減少交通事故，對(duì)于一個(gè)和諧穩(wěn)定的社會(huì)起到著不能忽視的作用[3]。

1 現(xiàn)狀分析及問題

（1）呼氣式檢測裝置。目前，國內(nèi)外防酒駕裝置的技術(shù)原理大多數(shù)是基于呼氣式檢測技術(shù)。它的基本原理是通過氣體傳感器檢測呼出氣體中的酒精濃度，傳感器會(huì)產(chǎn)生與酒精濃度相對(duì)應(yīng)的電信號(hào)，該電信號(hào)會(huì)被傳輸?shù)杰囕v的中央控制單元以識(shí)別駕駛員血液中的酒精含量，并且根據(jù)檢測結(jié)果，采取了各種措施來防止酒后駕駛，例如限制速度或切斷發(fā)動(dòng)機(jī)。該檢測系統(tǒng)主要作為交通執(zhí)法人員酒后駕駛的檢測方法，需要執(zhí)法人員當(dāng)場進(jìn)行，而且這種方法只能對(duì)部分車輛進(jìn)行抽樣檢查，檢測范圍有限，很多駕駛員心存僥幸，或者經(jīng)常出現(xiàn)不配合執(zhí)法人員完成酒后駕駛檢測的情況。

（2）基于單片機(jī)技術(shù)的車載酒精檢測裝置。在單片機(jī)發(fā)展的基礎(chǔ)之上，提出了基于STM32的車載酒精檢測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案。該方案是一種基于物聯(lián)網(wǎng)的車載防酒駕裝置，利用酒精傳感器去檢測駕駛員呼出氣體的酒精含量或者檢測車內(nèi)的酒精含量，來判斷是否存在駕駛員酒后駕車的情況。當(dāng)系統(tǒng)檢測到酒精濃度超出正常值后，通過控制車內(nèi)的制動(dòng)裝置對(duì)汽車進(jìn)行限速和強(qiáng)制停車處理。該檢測系統(tǒng)因?yàn)槠浔旧砺┒幢容^大，所以還未進(jìn)行大規(guī)模的應(yīng)用。因?yàn)樵跈z測過程中，如果出現(xiàn)車內(nèi)其他人員飲酒，但是駕駛員并未飲酒的情況，同樣會(huì)導(dǎo)致車內(nèi)環(huán)境的酒精濃度提高，如果在這種情況下，裝置檢測酒精含量超標(biāo)的話，就會(huì)導(dǎo)致車內(nèi)不能正常的駕駛。

（3）近紅外光譜酒精檢測技術(shù)。近紅外光譜法（NIR）是近年來發(fā)展迅速的一種快速檢測技術(shù)，具有分析速度快，無創(chuàng)性的特點(diǎn)。近年來，近紅外光譜法檢測血液成分的技術(shù)已經(jīng)在臨床應(yīng)用中相對(duì)成熟。清華大學(xué)的李剛教授通過近紅外吸收光譜法測量了血氧的飽和濃度。李剛教授提出了一種無損檢測近紅外光譜的血液成分的方法。我們可以將近紅外光譜技術(shù)植入酒精檢測系統(tǒng)中，從而使酒精駕駛檢測系統(tǒng)更加科學(xué)、及時(shí)。該檢測系統(tǒng)準(zhǔn)確性比較高，漏洞比較小，但是目前仍然在測試階段，無法預(yù)知在實(shí)際應(yīng)用的具體能夠發(fā)揮多大的作用，而且該方法所需技術(shù)比較復(fù)雜，較其他方法更加繁瑣，同時(shí)造價(jià)也比較昂貴。

（4）防酒駕系統(tǒng)需要解決的問題。應(yīng)該避免出現(xiàn)旁人代替駕駛員進(jìn)行酒精檢測的情況;應(yīng)該避免在啟動(dòng)汽車后，出現(xiàn)未進(jìn)行酒精檢測的人員駕駛車輛的情況;應(yīng)該避免環(huán)境中的酒精含量對(duì)酒精檢測的結(jié)果的影響。

2 系統(tǒng)概述

智能防酒駕系統(tǒng)包括兩個(gè)部分：一是基于樹莓派開發(fā)板開發(fā)的車載設(shè)備檢測系統(tǒng)，使用python語言開發(fā);二是基于web開發(fā)的顯示設(shè)備，使用C#、HTML、Javascript等語言開發(fā)，通過顯示設(shè)備能夠展示在啟動(dòng)和駕駛汽車途中出現(xiàn)的駕駛員行為異常提示的車載展示系統(tǒng)。整個(gè)系統(tǒng)包括開關(guān)模塊、拍照模塊、人臉識(shí)別模塊、酒精檢測模塊、打火模塊、駕駛員監(jiān)測模塊、登錄模塊、錯(cuò)誤提示模塊等。

智能防酒駕系統(tǒng)是一套實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)，可以識(shí)別駕駛員從駕駛前到停車后的精神狀態(tài)和酒精濃度，并提供相應(yīng)的警告信息，有助于事故預(yù)防和輔助事故識(shí)別。通過監(jiān)測駕駛員的酒精含量和狀態(tài)，識(shí)別駕駛員是否酒后駕駛，從而達(dá)到防止酒后駕車的目的，同時(shí)杜絕出現(xiàn)酒后駕車的僥幸心理的行為。除預(yù)警外，智能防酒駕系統(tǒng)還可以通過干預(yù)車輛的控制系統(tǒng)降低車速并安全?？?，以此降低酒后駕駛造成交通事故的概率。應(yīng)用智能防酒駕系統(tǒng)，將傳統(tǒng)的酒后駕駛被動(dòng)檢測轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃?dòng)預(yù)防，將酒后駕駛危害降至最低，具有極大的社會(huì)價(jià)值。

3 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

智能防酒駕系統(tǒng)使用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與人臉識(shí)別技術(shù)，以樹莓派開發(fā)板為開發(fā)平臺(tái)，協(xié)調(diào)各個(gè)功能模塊，應(yīng)用程序通常通過socket向網(wǎng)絡(luò)發(fā)出請(qǐng)求或者應(yīng)答網(wǎng)絡(luò)請(qǐng)求[3]，實(shí)現(xiàn)對(duì)駕駛員的酒精檢測與汽車的控制。

（1）工作流程。系統(tǒng)開關(guān)模塊安裝在開發(fā)板上，控制著汽車的啟動(dòng)關(guān)閉和系統(tǒng)的啟動(dòng)關(guān)閉，該模塊使用物理按鍵，當(dāng)駕駛員第一次按動(dòng)按鍵時(shí)為開啟系統(tǒng)，依次進(jìn)行各個(gè)模塊的檢測操作，如果各個(gè)模塊檢測合格則汽車啟動(dòng)，當(dāng)駕駛員第二次按動(dòng)按鍵時(shí)為關(guān)閉系統(tǒng)并且關(guān)閉汽車，并且把該信息上傳到數(shù)據(jù)庫。系統(tǒng)啟動(dòng)后首先通過拍照模塊控制著攝像頭進(jìn)行拍照，獲取汽車駕駛座上的駕駛員圖像，然后調(diào)用酒精檢測模塊對(duì)駕駛員進(jìn)行檢測，駕駛員對(duì)檢測模塊進(jìn)行呼氣的同時(shí)，系統(tǒng)再次調(diào)用拍照模塊拍照獲取進(jìn)行酒精檢測人員圖像，通過酒精檢測模塊判斷駕駛員是否飲酒，如果飲酒則不會(huì)啟動(dòng)汽車，同時(shí)，顯示模塊提示酒精檢測未合格，如果不飲酒則進(jìn)入圖像對(duì)比模塊，同時(shí)，顯示模塊提示酒精檢測合格，進(jìn)入圖像對(duì)比模塊。圖像對(duì)比模塊通過拍照模塊獲取汽車駕駛座上駕駛員照片和進(jìn)行酒精檢測人員照片比對(duì)，判斷是否為一個(gè)人，如果為同一人則汽車啟動(dòng)，如果不為一人則系統(tǒng)不會(huì)啟動(dòng)汽車，并且顯示提醒駕駛員需要進(jìn)行酒精檢測，如果判斷為同一人則調(diào)用汽車啟動(dòng)模塊啟動(dòng)汽車。當(dāng)汽車啟動(dòng)成功后，開啟駕駛員監(jiān)測模塊，在行駛過程中調(diào)用拍照模塊和圖像對(duì)比模塊，隨機(jī)對(duì)駕駛員進(jìn)行拍照，由圖像對(duì)比模塊與進(jìn)行酒精檢測的人員的人臉信息進(jìn)行比對(duì)，如果為同一人不會(huì)提醒，如果發(fā)現(xiàn)不同，則顯示模塊則會(huì)顯示警告，并且在一定時(shí)間后使用汽車啟動(dòng)模塊將汽車熄火，如果還需要繼續(xù)駕駛則重新開啟系統(tǒng)進(jìn)行檢測工作。

（2）智能防酒駕系統(tǒng)輸入子系統(tǒng)和輸出子系統(tǒng)組成：1）輸入子系統(tǒng)包括：裝置開關(guān)模塊、攝像頭模塊、酒精檢測模塊、人臉識(shí)別模塊、汽車打火模塊、駕駛員監(jiān)測模塊;裝置開關(guān)模塊負(fù)責(zé)駕駛員啟動(dòng)汽車時(shí)，自動(dòng)啟動(dòng)該裝置進(jìn)行相應(yīng)的檢測;攝像頭模塊負(fù)責(zé)拍照，分別獲取駕駛?cè)藛T面部圖像和進(jìn)行檢測的人員的面部信息，并存儲(chǔ);酒精檢測模塊負(fù)責(zé)對(duì)駕駛?cè)藛T進(jìn)行酒精含量的檢測;人臉識(shí)別模塊通過攝像頭模塊拍照獲取的人臉信息進(jìn)行識(shí)別比對(duì)，判斷是否為同一人;汽車打火模塊當(dāng)駕駛員通過酒精檢測模塊，并且通過人臉識(shí)別模塊判斷為同一人時(shí)，汽車打火啟動(dòng)，否則汽車不啟動(dòng);駕駛員監(jiān)測模塊負(fù)責(zé)行駛過程中隨機(jī)對(duì)駕駛員進(jìn)行拍照。2）輸出子系統(tǒng)包含顯示模塊。

4 結(jié)語

智能防酒駕系統(tǒng)關(guān)鍵在于該系統(tǒng)中使用了人臉識(shí)別技術(shù)，改變了已有的各種檢測設(shè)備在檢測過程中的邏輯思路，采用新的實(shí)施方案，駕駛檢測過程中不僅使用酒精傳感器獲取駕駛者酒精濃度，而且還應(yīng)用攝像頭對(duì)裝置啟動(dòng)時(shí)和駕駛過程中人員進(jìn)行抓拍，并應(yīng)用人臉識(shí)別技術(shù)判斷是否出現(xiàn)旁人代替酒精檢測的情況，通過這種邏輯保證保障行駛安全。未來，通過對(duì)大數(shù)據(jù)背景下的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫安全問題進(jìn)行分析研究[5]，從多方面進(jìn)行管理和技術(shù)提升，包括：軟件升級(jí)，數(shù)據(jù)加密，病毒防治，授權(quán)認(rèn)證等，為系統(tǒng)安全提供保證。

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