技术领域
[0001] 本
发明涉及
汽车领域，尤其是一种基于健康监测的新型交通工具。
背景技术
[0002] 随着经济的快速发展，家家户户基本都有小汽车之类的交通工具，如果在驾驶中突发严重的健康问题，如心律、心机缺血以及高烧，不仅驾驶者有猝死的
风险，而且有可能造成重大交通事故。
[0003] 目前市面上还没应用于汽车的之类交通工具的健康监测系统，此问题亟待解决。
发明内容
[0004] 本发明的目的在于，提供一种可以测量心电、脉率情况信息、血
氧值及体温的新型交通工具。
[0005] 本发明的目的是采用以下技术方案来实现的：
[0006] 一种基于健康监测的新型交通工具，包括
方向盘装置、
云服务器、与所述方向盘装置电连接的显示屏、与显示屏电连接的座椅以及摄像装置，所述方向盘装置内包括：
[0007] 光电式心律监测
传感器，采集的生理参数数据，用于监测用户的脉率情况以及脉率的恢复速度；
[0008] 光电式血氧传感器，用于监测用户的血氧值；
[0009]
微处理器，用于存储及处理脉率情况信息、血氧值，并将其通过通信模
块传输给所述显示屏；
[0010] 判断单元，用于采用检测
算法对脉率情况信息、血氧值等数据进行判断是否发生突发情况；
[0011] 确认单元，用于如果判断发生了突发情况，根据生理参数数据再次确认是否发生突发情况，如果确认发生，进行急救报警；
[0012]
温度采集模块，用于实时采集驾驶者的温度，所述温度采集模块与温度处理模块电连接，所述温度处理模块与所述显示屏电连接；
[0013] 所述座椅内设有心电终端，所述心电终端包括心电测量
电极，用于采集驾驶者的心电信息，并将心电信息发送至所述云服务器，所述云服务器根据心电信息的结果，发送给所述判断单元；
[0014] 所述摄像装置内设有脸部表情识别模块、感兴趣区域计算模块、差分放大值计算模块、差分放大值累积模块和频域变换模块；所述
人脸识别模块用于获取被驾驶者者的脸部视频图像数据，并对图像数据中的脸部进行识别；所述感兴趣区域计算模块用于计算脸部的感兴趣区域图像；所述差分放大值计算模块用于通过时域差分
颜色变化放大模型计算感兴趣区域图像的红色与绿色分量差分值，并计算感兴趣区域图像的差分放大值；所述差分放大值累积模块用于根据差分放大值计算感兴趣区域图像的时域变化
波形；所述频域变换模块用于将时域变化波形进行
傅立叶变换，并计算频域响应最大值，根据频域响应最大值所对应的
频率值计算得到被检测者的心律值。
[0015] 在本具体
实施例中，所述光电式血氧传感器测量红外光和红光的反射光，发光
波长符合
脉搏血氧仪要求的波长范围。
[0016] 在本具体实施例中，微处理器与通信模块之间通过通用异步收发传输器总线进行通信。
[0017] 在本具体实施例中，所述心电终端采用的是3MHZ的压电陶瓷晶片。
[0018] 在本具体实施例中，所述通信模块包括依次电性连接的WIFI射频子模块、天线匹配
电路以及天线。
[0019] 在本具体实施例中，所述通信模块与所述云服务器两者通过WIFI方式进行组网，采用星型拓扑进行通信。
[0020] 在本具体实施例中，所述云服务器还与交通工具服务后台的救助平台连接，所述交通工具服务后台的救助平台用于实时监控。
[0021] 在本具体实施例中，所述新型交通工具还包括家属通知单元，用于将急救报警信息及身体健康信息发送至驾驶者关联家属持有的移动终端。
[0022] 在本具体实施例中，所述温度采集模块包括体温贴，所述体温贴安装在所述方向盘装置表面，所述体温贴内设置有多通道温度采集芯片，所述多通道温度采集芯片可采集多个采集点的体温数据，并根据多个采集点的体温数据计算平均体温数据。
[0023] 在本具体实施例中，所述温度处理模块，包括MCU
单片机及与所述MCU单片机电性连接的AD转换单元，所述MCU单片机包括热敏
电阻，所述AD转换单元电性连接于所述温度采集模块，用于获取所述温度采集模块实时采集驾驶者的温度，并将所述温度转换为十六进制值，所述MCU单片机获取所述十六进制值并根据所述十六进制值计算得到所述
热敏电阻的阻值，所述MCU单片机还用于根据所述阻值与温度的关系得到实际的温度值。
[0024] 本发明的有益效果为：
[0025] 1、通过设置温度采集模块、温度处理模块及显示模块，得到实际的温度值，再通过显示屏进行显示，从而能够实现实时监控驾驶者体温并进行管理预警，安全可靠；
[0026] 2、通过采用在座椅内安装心电终端以及摄像装置，采取非
接触式心律检测方法，增强心律检测结果，可以有效避免环境光照对基于视觉的非接触式心律计算方法的影响，从而提供了更鲁棒、更准确的非接触式心律检测结果；
[0027] 3、通过方向盘装置、云服务器、与所述方向盘装置电连接的显示屏可以在单手掌握方向盘装置的情况下检测脉率、血氧值以及体温。
[0028] 上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照
说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合
附图，详细说明如下。
附图说明
[0029] 图1是本发明的结构示意图；
[0030] 图2是本发明的非接触式心率检测的结构示意图；
[0031] 图3为负载均衡技术示意图；
[0032] 图4是本发明实施例的非接触式心率检测方法的步骤
流程图。
具体实施方式
[0033] 为了便于理解本发明，下面将参照相关附图1-4对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施方式。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本发明的公开内容理解的更加透彻全面。
[0034] 除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
[0035] 请参阅附图1-3，一种基于健康监测的新型交通工具，包括方向盘装置1、云服务器2、与所述方向盘装置电连接的显示屏3、与显示屏3电连接的座椅以及摄像装置4。
[0036] 进一步地，所述方向盘装置1内包括：光电式心律监测传感器11，采集的生理参数数据，用于监测用户的脉率情况以及脉率的恢复速度。
[0037] 在本实施例中，光电式心律监测传感器11为LED型反射式
光电传感器，型号为LST1303，其体积小，使用发光波长为570nm的双绿光，与红外光相比反射率更高，能实现高感度测量，内部集成高科技纳米涂层环境检测传感器，过滤不需要的
光源，减少由环境光源干扰导致的误判动作，准确率高，可以监控用户静息、紧张、运动时的脉率情况，以及脉率的恢复速度，这些数据有助于评估体能状态。
[0038] 进一步地，所述方向盘装置1内包括：光电式血氧传感器12，用于监测用户的血氧值。在本具体实施例中，光电式血氧传感器12的型号选用LST1308，体积小，测量红外光和红光的反射光，发光波长符合
脉搏血氧仪要求的波长范围，所以测量
精度很高，可以及时提醒用户避免出现缺氧状况。血氧检测使用的是经过精密
运算放大器LST221和A/D转换后将放大后的模拟
信号转
化成数字信号，最后由微
控制器处理运算后得到对应的脉率、血氧值。同时，光电式血氧传感器12测量红外光和红光的反射光，发光波长符合脉搏血氧仪要求的波长范围。
[0039] 进一步地，所述方向盘装置1内包括：微处理器13，用于存储及处理脉率情况信息、血氧值，并将其通过通信模块14传输给所述显示屏3。具体地，
微控制器13内设有微控芯片131、报警单元132，用于向用户或外界发出预警信号；存储模块133，用于存储及处理脉率情况信息、血氧值、体温等信息。
[0040] 具体地，所述微处理器13与通信模块14通过通用异步收发传输器 (Universal Asynchronous Receiver and Transmitter、UART)总线进行通信。通信模块14包括依次电性连接的WIFI射频子模块、天线匹配电路以及天线。通信模块14与微处理器13通信采用的是UART通信模式，同样采用的是串口透传模式，传输层的传输方式为UDP传输。通信模块14可以作为AP模式，作为基站
节点 Server，同时还可以作为STATION模式。
[0041] 在本具体实施例中，所述通信模块14与云服务器2两者通过WIFI方式进行组网，采用星型拓扑进行通信。
[0042] 进一步地，所述方向盘装置1内包括：判断单元15，用于采用检测算法对脉率情况信息、血氧值等数据进行判断是否发生突发情况。
[0043] 具体地，所述方向盘装置内还设有若干惯性传感器16和更新判断单元17，更新判断单元17用于根据反馈回来的实际突发情况，更新检测判断单元。在本实施例中，通过微处理器13将身体的健康数据和生理参数数据进行打包，然后通过通信模块将数据发送到显示屏3和判断单元15中，如果判断产生突发情况，就会根据相同时刻的心电和脉率信号进行判断是否有
健康状态危及的情况发生，然后确定有健康状态危及的情况发生之后，通过交通工具服务后台的救助平台5通知医院采取急救，并将情况发送至家属通知单元51，家属通知单元51 用于将急救报警信息及身体健康信息发送至驾驶者关联家属持有的移动终端。
[0044] 检测过程主要需要三个指标：灵敏度(Sensitivity)、前置时间(Lead time)、特异度(Specificity)。其中，灵敏度指的是检测到的正确概率，定义公式为 1.1
[0045]
[0046] 灵敏度越高，检测算法越优越。前置时间是指检测到健康状态危及情况发生到人体接触地面的时间。其中，检测算法也要尽量延长前置时间，这样对于保护装置设计有更大的好处。特异度指的是能够正确区分出健康状态危及的概率。特异度越高，产生误报的概率越小。
[0047] 进一步地，所述方向盘装置内包括：确认单元18，用于如果判断发生了突发情况，根据生理参数数据再次确认是否发生突发情况，如果确认发生，进行急救报警；
[0048] 进一步地，所述方向盘装置1内包括：温度采集模块19，用于实时采集驾驶者的温度，温度采集模块19与温度处理模块191电连接，温度处理模块19 与显示屏3电连接。
[0049] 在本具体实施例中，所述温度采集模块19包括体温贴，所述体温贴安装在所述方向盘装置表面，所述体温贴内设置有多通道温度采集芯片，所述多通道温度采集芯片可采集多个采集点的体温数据，并根据多个采集点的体温数据计算平均体温数据。
[0050] 在本具体实施例中，所述温度处理模块191，包括MCU单片机及与所述MCU 单片机电性连接的AD转换单元，所述MCU单片机包括热敏电阻，所述AD转换单元电性连接于所述温度采集模块19，用于获取所述温度采集模块19实时采集驾驶者的温度，并将所述温度转换为十六进制值，所述MCU单片机获取所述十六进制值并根据所述十六进制值计算得到所述热敏电阻的阻值，所述MCU单片机还用于根据所述阻值与温度的关系得到实际的温度值。
[0051] 进一步地，所述MCU单片机根据下述公式计算得到所述热敏电阻的阻值：
[0052]
[0053] 其中：Rs为热敏电阻实际值，Vs为所述十六进制值，FF为计算得到的所述热敏电阻的阻值。
[0054] 可以理解，所述MCU单片机121根据上述公式计算得到所述热敏电阻的阻值，再根据热敏电阻对应的阻值与温度的关系表查表得出实际温度值。
[0055] 具体地，显示屏3信号连接于温度处理模块191，用于获取温度值，并进行显示。通过设置温度采集模块19、温度处理模块191及显示屏3，得到实际的温度值，再通过显示屏3进行显示，从而能够实现实时监控驾驶者体温并进行管理预警，安全可靠。
[0056] 通过以上设置，可以在单手掌握方向盘装置的情况下测量心律、血氧值。
[0057] 进一步地，所述座椅内包括：心电终端6，所述心电终端6包括心电
测量电极，用于采集驾驶者的心电信息，并将心电信息发送至所述云服务器2，所述云服务器2根据心电信息的结果，发送给所述判断单元15。
[0058] 具体地，所述心电终端6采用的是3MHZ的压电陶瓷晶片。当
电压作用于压电陶瓷片时，就会随电压和频率的变化产生机械
变形。另一方面，当振动压电陶瓷片时，则会产生一个电荷。利用这一原理，当给由两片压电陶瓷片施加一个
电信号时，就会因弯曲振动发射出
超声波。将
超声波传感器的一个复合式振动器灵活地固定在底座上。该复合式振动器是
谐振器以及由一个金属片和一个压电陶瓷片组成的结合体。目的是能有效地
辐射由于振动而产生的超声波，并且可以有效地使超声波聚集在振动器的中央部位。在高频率探测中，使用垂直厚度振动模式的压电陶瓷片。压电陶瓷晶片是一种结构简单且轻巧的电学器件，具有灵敏度高，无
磁场散播外溢，不用
铜线和磁
铁，便于大量生产等优点。适合超声波和次声波的发射和接收，比较大面积的压电陶瓷片还可以运用检测压
力和振动，工作原理是利用
压电效应的可逆性，在其上施加音频电压，从而发出声音。最后将心电信息发送至所述云服务器2，从而使得交通工具服务后台的救助平台5的医生可以通过心律声音进一步准确判断驾驶者的情况，启动符合驾驶者身体需要的救援措施。
[0059] 进一步地，所述摄像装置4内设有脸部表情识别模块41、感兴趣区域计算模块42、差分放大值计算模块43、差分放大值累积模块44和频域变换模块45；所述人脸识别模块41用于获取被驾驶者者的脸部视频图像数据，并对图像数据中的脸部进行识别；所述感兴趣区域计算模块42用于计算脸部的感兴趣区域图像；所述差分放大值计算模块43用于通过时域差分颜色变化放大模型计算感兴趣区域图像的红色与绿色分量差分值，并计算感兴趣区域图像的差分放大值；所述差分放大值累积模块44用于根据差分放大值计算感兴趣区域图像的时域变化波形；所述频域变换模块45用于将时域变化波形进行傅立叶变换，并计算频域响应最大值，根据频域响应最大值所对应的频率值计算得到被检测者的心律值。
[0060] 由于人脸识别方法中计算得到的矩形框中往往包含了
耳朵旁边的背景区域，为了避免背景区域变化所带来的干扰，本发明保留矩形框的宽度中心区域的60％从而去除背景区域；进一步，由于检测时眨眼过程也会引起脸部颜色的变化，因此本发明采用纵向灰度累计法，从矩形框中去除掉人眼区域，得到人脸的感兴趣区域图像，避免眨眼引起的脸部颜色变化的影响。
[0061] 通过时域差分颜色变化放大模型计算感兴趣区域图像的红色与绿色分量差分值，并取对数进行放大，得到感兴趣区域图像的差分放大值；
[0062] 时域差分颜色变化放大模型根据
皮肤颜色光照成像模型进行建立；一般的光打在皮肤上，皮肤对光照的吸收模型可建立为：
[0063] SA＝-log(T/I) (1)
[0064] 在公式(1)中，SA表示皮肤对光的吸收率，T表示
透射光，I表示入射光。
[0065] 根据Lambert-Beer定律，皮肤对光的吸收率与光照波长的关系为：
[0066] SA(λ)＝vm(λ)cm+vh(λ)ch+SA0 (2)
[0067] 在公式(2)中，v表示
光谱横截面系数，c表示色素浓度，m表示黑色素， h表示血红蛋白。
[0068] 结合公式(1)和公式(2)，可得：
[0069] T＝Iexp(-(vm(λ)cm+vh(λ)ch+SA0)) (3)
[0070] 又根据光照成像模型，图像中每个
像素的强度P与入射光和吸收率的关系为：
[0071] P＝∫T(λ)SA(λ)dλ (4)
[0072] 而在成像过程中P是由r,g,b三个通道组成的，所以皮肤颜色光照成像模型可推导为：
[0073] logPr＝-{vm(r)cm+vh(r)ch+SA0}+logkI(r)
[0074] logPg＝-{vm(g)cm+vh(g)ch+SA0}+logkI(g)
[0075] logPb＝-{vm(b)cm+vh(b)ch+SA0}+logkI(b) (5)
[0076] 根据公式(5)，定义感兴趣区域图像的红色与绿色分量差分比值Q为：
[0077]
[0078] Q随时间的差分变化可定义为：
[0079]
[0080] 又因为Δvh、Δch均为常量，其不受环境光照的影响，故可以整体略去不计，因此可建立时域差分颜色变化放大模型为：
[0081]
[0082] 公式(8)建立了人脸颜色变化的时域模型，该模型中只保留了红、绿分量的变化，有效去除了环境光照的影响，因此该模型较以往的模型具有更强的抗环境光影响性。
[0083] 由于公式(8)中求得的时域变化信号中依然有部分噪声，为了增强鲁棒性，本发明采用汉明窗对时域变化波形进行
带通滤波：
[0084]
[0085] 在公式(9)中，fhm为汉明窗带通
滤波器46，汉明窗
带通滤波器46的频率响应范围根据人体心律的最大最小变化范围确定为[0.75-4Hz]。
[0086] 将滤波处理后的时域变化波形进行傅立叶变换，并计算频域响应最大值，根据频域响应最大值所对应的频率值计算得到被检测者心脏每分钟跳动次数的心律值，并将该心律值输出至显示屏3显示心律检测结果；
[0087] 通过公式(9)得到的时域变化波形中，其主要分量是由心律变化引起的颜色变化分量，频域响应最大值所对应的频率值就反映了面部颜色变化的频率，对应于心脏跳动的频率，该频率值乘以60，即得到被检测者心脏每分钟跳动次数的心律值；当前心脏每分钟跳动次数心律值的计算公式为：
[0088]
[0089] 在公式(10)中，F表示傅立叶变换，f表示频率。
[0090] 保存并累积预定检测时间内的心律检测结果，当停止检测后计算预定检测时间内心律检测结果的平均值，并将心律检测结果的平均值输出至显示屏3进行显示，实现心律实时监护，同时，将心律检测结果发送至云服务器2。
[0091] 请进一步参阅图4，在实际计算中，包括如下步骤：
[0092] 步骤100：通过摄像头装置4拍摄被检测者的脸部视频图像；
[0093] 步骤200：获取一
帧图像数据，对图像数据中的人脸进行识别，并判断是否识别到人脸，如果没有识别到人脸，则重新执行步骤；如果识别到人脸，则执行步骤300；
[0094] 步骤300：找到包含人脸的矩形区域，并计算能框住人脸的最小矩形框的宽和高；
[0095] 步骤400：去除矩形框中的背景区域及人眼区域，得到人脸的感兴趣区域图像；
[0096] 步骤500：通过时域差分颜色变化放大模型计算感兴趣区域图像的红色与绿色分量差分值，并取对数进行放大，得到感兴趣区域图像的差分放大值；
[0097] 步骤600：累积感兴趣区域图像的差分放大值，并判断累积次数是否达到预设值，如果累积次数没有达到预设值，则重复执行步骤200；如果累积次数达到预设值，则执行步骤700；
[0098] 步骤700：通过累积的差分放大值计算感兴趣区域图像的时域变化波形，通过带通滤波对感兴趣区域图像的时域变化波形进行滤波处理，并将滤波处理后的时域变化波形输出至显示屏进行波形显示；
[0099] 步骤800：将滤波处理后的时域变化波形进行傅立叶变换，并计算频域响应最大值，根据频域响应最大值所对应的频率值计算得到被检测者心脏每分钟跳动次数的心律值，并将该心律值输出至显示,3显示心律检测结果；
[0100] 步骤900：保存并累积预定检测时间内的心律检测结果，当停止检测后计算预定检测时间内心律检测结果的平均值，并将心律检测结果的平均值输出显示屏3进行显示，实现心律实时监护。
[0101] 在本具体实施例中，所述云服务器3还与交通工具服务后台的救助平台5 连接，交通工具服务后台的救助平台5用于实时监控。云服务器2还包括信息推送模块，信息推送模块用于采用LBS(基于
位置的服务，是指通过通信模块 14或外部
定位方式，获取移动终端用户的位置信息，在交通工具服务后台的救助平台5的支持下，为用户提供相应服务的一种增值业务)技术获取驾驶者所在的地理位置，根据驾驶者所在的地理位置向驾驶者发送增值服务信息，增值服务信息包括但不限于附件医疗点信息，驾驶者可以在紧急情况下根据附件医疗点信息进行就近检查，或当远程救助不奏效时，医生可根据驾驶者所在的地理位置，通知就近的医疗点医护人员上
门协助
治疗，为
胎儿救治赢得宝贵的时间。
[0102] 本
申请实施例是参照根据本申请实施例的方法、终端设备(系统)、和
计算机程序产品的流程图和/或方
框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程
数据处理终端设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理终端设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中
指定的功能的控制器。
[0103] 在本发明的描述中，需要理解的是，术语“内”、“上部”、“中部”、“侧面”、“上”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的单元或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
[0104] 在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0105] 以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明
专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附
权利要求为准。
