基于車聯(lián)網(wǎng)和醫(yī)療大數(shù)據(jù)的車載健康檢測(cè)系統(tǒng)

陸斯，孟廣威，曲志鵬，孫賀亮

(上汽大眾汽車有限公司，上海 201804)

0 引言

在競(jìng)爭(zhēng)激烈的現(xiàn)代社會(huì)，快節(jié)奏的生活使越來越多的人處于亞健康狀態(tài)。一旦身體出現(xiàn)不適，將面臨就診預(yù)約難、排隊(duì)久的問題。同時(shí)，也有許多人在生病的初發(fā)階段未察覺、不在意或不愿就診，反而造成了病情的延誤。

事實(shí)上，汽車作為目前人們出行最常用的交通工具，承載了生活中大量的碎片時(shí)間。為此，作者提出一種車載健康檢測(cè)系統(tǒng)，在不影響司機(jī)和乘客的駕乘行為的情況下對(duì)其健康狀況進(jìn)行監(jiān)控和檢測(cè)，對(duì)結(jié)果進(jìn)行分析并發(fā)送給專業(yè)醫(yī)生，供醫(yī)生進(jìn)行遠(yuǎn)程診斷并反饋專業(yè)建議。這樣，既能省去人們?nèi)メt(yī)院掛號(hào)排隊(duì)的時(shí)間，還能建立個(gè)人健康檔案，實(shí)時(shí)監(jiān)控健康狀況。此外，該檢測(cè)系統(tǒng)還具有分析和學(xué)習(xí)能力，能判斷司機(jī)的身體狀況是否適合駕駛、是否需要休息，并具備防止疲勞駕駛、防止酒駕等功能。

1 系統(tǒng)介紹

如圖1所示，整個(gè)系統(tǒng)可分為4個(gè)模塊，主要包括信號(hào)采集與處理模塊、健康狀態(tài)檢測(cè)模塊、健康參數(shù)顯示模塊以及醫(yī)療數(shù)據(jù)傳輸模塊。信號(hào)采集模塊將具備體溫檢測(cè)、心率檢測(cè)、車內(nèi)空氣質(zhì)量檢測(cè)等多項(xiàng)功能；數(shù)據(jù)處理模塊將在車載終端和云端對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換，使用云計(jì)算進(jìn)行大數(shù)據(jù)分析，對(duì)不同乘客建立個(gè)人健康檔案，記錄并診斷身體狀況。健康參數(shù)顯示模塊則是整套系統(tǒng)對(duì)外的一個(gè)窗口，方便客戶實(shí)時(shí)查看相關(guān)參數(shù)指標(biāo)。醫(yī)療數(shù)據(jù)傳輸終端僅在乘客身體出現(xiàn)異樣并在乘客允許的情況下與醫(yī)生連線以便進(jìn)行進(jìn)一步診斷。為保障乘客個(gè)人信息的隱私性，圖1中虛線部分僅在乘客允許的情況下進(jìn)行處理。

圖1 車載健康檢測(cè)系統(tǒng)

2 信號(hào)采集方案

2.1 溫度檢測(cè)

體溫檢測(cè)為紅外檢測(cè)方式。紅外線溫度傳感器測(cè)量時(shí)不與被測(cè)物體直接接觸，且靈敏度高，反應(yīng)快，是理想的測(cè)量傳感器類型。探測(cè)出對(duì)應(yīng)的溫度后，將測(cè)量出的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)變換，經(jīng)CAN總線傳輸，顯示在儀表板屏幕上。

具體實(shí)現(xiàn)可有兩個(gè)方案：方案一是將紅外檢測(cè)傳感器布置在座椅兩側(cè)面及頂棚，且使座椅上的紅外線溫度傳感器傾斜一定角度，如圖2所示，使之朝向駕駛?cè)说囊赶挛恢?，頂棚傳感器?duì)準(zhǔn)駕駛員的額頭。這種布置有以下幾點(diǎn)好處：(1)人體腋下溫度及額頭溫度更接近人體真實(shí)溫度，可以較好地反映身體的體溫情況；(2)布置在座椅上可消除駕駛?cè)苏{(diào)節(jié)座位位置帶來的影響；(3)通過測(cè)量?jī)蛇呉赶聹囟燃邦~頭溫度可以減小測(cè)量誤差，使測(cè)量結(jié)果更準(zhǔn)確。方案二是將紅外溫度測(cè)量?jī)x布置在座椅頭枕上，如圖3所示。這樣當(dāng)駕駛員頭部靠近頭枕時(shí)，溫度測(cè)量?jī)x就會(huì)測(cè)量駕駛員耳蝸溫度。此方法類似醫(yī)用測(cè)量方法，結(jié)果更具參考價(jià)值。

圖2 溫度檢測(cè)方案一示意

圖3 溫度檢測(cè)方案二示意

2.2 心率檢測(cè)

心率測(cè)量傳感器系統(tǒng)是將反射式光電傳感器布置在安全帶內(nèi)、方向盤及座椅靠背上，如圖4所示。通過對(duì)人體心跳信號(hào)的檢測(cè)與處理，最后將數(shù)據(jù)傳輸?shù)絻x表板顯示屏上。將心率傳感器布置以上幾個(gè)地方，有以下幾點(diǎn)好處：首先，安全帶、方向盤及座椅直接接觸駕駛員的身體，更能精確獲取到心跳數(shù)據(jù)；其次，當(dāng)汽車啟動(dòng)而沒有檢測(cè)到3個(gè)傳感器傳輸?shù)男奶鴶?shù)據(jù)時(shí)，說明駕駛員沒有按要求系安全帶或雙手離開方向盤，或是駕駛員沒有用正確的坐姿進(jìn)行駕駛，此時(shí)可以提醒駕駛員系好安全帶、緊握方向盤、調(diào)整坐姿，3個(gè)傳感器缺失一定時(shí)間的數(shù)據(jù)時(shí)，可傳輸信號(hào)給ECU，使車輛緊急靠邊制動(dòng)停車；第三，假如心率持續(xù)2 h檢測(cè)到心率數(shù)據(jù)而無中斷的時(shí)間，說明駕駛員可能進(jìn)入疲勞駕駛的狀態(tài)，此時(shí)可以提醒駕駛員休息，以減少由疲勞駕駛而引發(fā)交通事故的風(fēng)險(xiǎn)；第四，這種系統(tǒng)還能幫助老年人進(jìn)行健康管理，或幫助病人隨時(shí)掌握心臟狀況，以便能在緊急情況下迅速聯(lián)系醫(yī)生。

圖4 心率檢測(cè)方案示意

2.3 血壓檢測(cè)

座椅背側(cè)面配備便攜式血壓檢測(cè)儀器，如圖5所示：駕駛員方便時(shí)就可以馬上使用進(jìn)行血壓檢測(cè)，省時(shí)省力；不用時(shí)就可以將設(shè)備收納在座椅旁，不占用車內(nèi)空間。

圖5 血壓測(cè)量示意

2.4 車內(nèi)氣體檢測(cè)

車內(nèi)的空氣質(zhì)量檢測(cè)也是健康檢測(cè)系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分，空氣監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可以隨時(shí)監(jiān)測(cè)車內(nèi)氧氣含量、有機(jī)揮發(fā)物及PM2.5等項(xiàng)目。具體的傳感器將集成在中央通道扶手內(nèi)，如圖6所示。

彈性模量和硬度是材料的兩個(gè)重要參數(shù)，本文實(shí)驗(yàn)結(jié)果和前人對(duì)各種材料的分析表明，彈性模量隨著硬度的增大呈非線性增加。2004年Bao等人給出了彈性模量和硬度之間的關(guān)其中Rs為能力耗散系數(shù);Bao認(rèn)為材料的彈性模量與硬度之間存在非線性增加的關(guān)系，彈性模量隨材料的能量耗散而發(fā)生變化。對(duì)于彈性模量相近的材料，硬度越低，在接觸或擠壓過程中局部能量耗散就越大，應(yīng)力波傳播距離小，不容易引起整體破壞，或者說材料具有脆性低，斷裂阻力高的特點(diǎn)。

圖6 空氣測(cè)量示意

除了空氣質(zhì)量傳感器外，方向盤處還將裝備酒精檢測(cè)裝置，一旦檢測(cè)到呼出氣體酒精含量超標(biāo)，系統(tǒng)將發(fā)出警報(bào)，以提醒乘客勿酒后駕駛。

2.5 健康狀態(tài)檢測(cè)

采集到各個(gè)健康指數(shù)后，將進(jìn)行數(shù)據(jù)處理以及身體健康狀況判斷。具體的流程如圖7所示。

圖7 健康狀態(tài)檢測(cè)流程

步驟一，將溫度、心率、血壓、氣體、檢測(cè)器檢測(cè)到的各項(xiàng)數(shù)據(jù)通過信號(hào)處理傳入車載終端的個(gè)人健康數(shù)據(jù)庫中；

步驟二，根據(jù)現(xiàn)有醫(yī)學(xué)經(jīng)驗(yàn)和要求，健康檢測(cè)處理器根據(jù)傳入的個(gè)人數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)，建立個(gè)人健康模型；

步驟三，將建立的個(gè)人健康模型和根據(jù)醫(yī)院采用的標(biāo)準(zhǔn)健康參數(shù)值建立的標(biāo)準(zhǔn)模型進(jìn)行對(duì)比，判斷乘客的健康狀況是否正常。若正常，則返回步驟一繼續(xù)進(jìn)行身體檢測(cè)。若不正常，則進(jìn)入步驟四；

步驟四，診斷乘客身體各項(xiàng)健康指標(biāo)，對(duì)不符合健康指標(biāo)的由車載終端系統(tǒng)發(fā)出警報(bào)，提醒乘客；

步驟五，詢問乘客是否需要連線醫(yī)生，若不需要?jiǎng)t返回步驟一，若需要，則進(jìn)入步驟六；

步驟七，連線醫(yī)生根據(jù)初步體檢報(bào)告進(jìn)行初步診斷，反饋初步診斷結(jié)果的同時(shí)對(duì)乘客進(jìn)行遠(yuǎn)程指導(dǎo)，進(jìn)行簡(jiǎn)單治療；

步驟八，根據(jù)反饋的診斷結(jié)果更新個(gè)人健康數(shù)據(jù)庫，優(yōu)化個(gè)人健康模型。

3 顯示系統(tǒng)

采用由車內(nèi)顯示控制器、用戶個(gè)人手機(jī)中的定制應(yīng)用以及后臺(tái)服務(wù)器構(gòu)成的顯示系統(tǒng)。系統(tǒng)架構(gòu)如圖8所示。

圖8 健康狀態(tài)檢測(cè)顯示系統(tǒng)架構(gòu)

其中車內(nèi)顯示控制器為車載信號(hào)收集的載體，并且具有數(shù)據(jù)離線處理能力。可將數(shù)據(jù)傳輸給手機(jī)應(yīng)用，為后臺(tái)手機(jī)應(yīng)用提供歷史數(shù)據(jù)記錄以及諸如在線健康咨詢、健康商城等移動(dòng)服務(wù)。后臺(tái)可以通過大數(shù)據(jù)處理，結(jié)合用戶所在城市的環(huán)境數(shù)據(jù)，提供實(shí)時(shí)可靠的后臺(tái)在線分析數(shù)據(jù)給車內(nèi)控制器及手機(jī)應(yīng)用。

3.1 車內(nèi)顯示系統(tǒng)

健康狀態(tài)檢測(cè)車內(nèi)顯示系統(tǒng)架構(gòu)如圖9所示。

圖9 健康狀態(tài)檢測(cè)車內(nèi)顯示系統(tǒng)架構(gòu)

健康狀態(tài)檢測(cè)顯示系統(tǒng)與整車的交互原理圖如圖10所示。

圖10 健康狀態(tài)檢測(cè)顯示系統(tǒng)與整車交互原理

3.1.1 車載總線信號(hào)處理

車載總線以高速CAN和以太網(wǎng)為主，目前車內(nèi)通信以高速CAN居多，因此該系統(tǒng)主要由高速CAN進(jìn)行信號(hào)傳遞。

3.1.2 顯示系統(tǒng)附屬傳感器

中控娛樂系統(tǒng)也可搭載部分傳感器或信號(hào)收集器，如紅外線手勢(shì)識(shí)別傳感器、GPS傳感器等。這些信號(hào)可以在該系統(tǒng)中作為輔助信息進(jìn)行收集并處理，比如當(dāng)檢測(cè)到駕駛員有重大的身體問題時(shí)，位置信息(由GPS傳感器獲得)可以幫助定位車輛位置并激活緊急求助電話。

3.1.3 車外通信接口

與車外通信的方式有很多，比如藍(lán)牙、Wi-Fi、4G網(wǎng)絡(luò)等。使用藍(lán)牙或Wi-Fi可以與手機(jī)APP進(jìn)行通信，使用4G網(wǎng)絡(luò)可以與后臺(tái)服務(wù)器通信。

3.1.4 模擬系統(tǒng)

該系統(tǒng)的顯示在現(xiàn)階段將使用CANoe軟件收集總線信息并顯示(計(jì)算機(jī)端)。

圖11 健康狀態(tài)檢測(cè)模擬系統(tǒng)

3.2 手機(jī)應(yīng)用及醫(yī)院終端

后臺(tái)收集用戶的健康信息后，處理后給出分析結(jié)果，通過藍(lán)牙、Wi-Fi等把系統(tǒng)收集到的健康信息發(fā)送到用戶手機(jī)上，用戶可以在手機(jī)APP上查看歷史信息、健康分析等。

為實(shí)現(xiàn)對(duì)乘客的遠(yuǎn)程身體檢測(cè)，醫(yī)院終端可直接使用現(xiàn)有計(jì)算機(jī)，只需具備初步分析報(bào)告以及與乘客視頻的功能即可。

4 結(jié)論

闡述的一種以車聯(lián)網(wǎng)為載體、以醫(yī)療大數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)的座艙健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，通過采集駕駛者身體的關(guān)鍵數(shù)據(jù)并進(jìn)行處理，將檢測(cè)結(jié)果與健康標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行對(duì)比分析，判斷駕駛者的健康狀況并進(jìn)行提醒及輔助性操作，還可將檢測(cè)結(jié)果記錄并發(fā)送醫(yī)院終端進(jìn)行診斷。該系統(tǒng)可以提高駕駛者對(duì)自身健康狀況的了解程度，極大地減小因駕駛者自身健康原因?qū)е碌鸟{駛事故的風(fēng)險(xiǎn)。