基于人臉識別技術(shù)的智能防酒駕系統(tǒng)

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，采用新的實施方案，對傳統(tǒng)的防酒駕系統(tǒng)進行升級、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刺耳的名詞，據(jù)世界衛(wèi)生組織（WHO）統(tǒng)計，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)和圖像識別技術(shù)，對傳統(tǒng)的防酒駕系統(tǒng)進行升級，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)能進一步確保人們的生命安全，減少交通事故，對于一個和諧穩(wěn)定的社會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，傳感器會產(chǎn)生與酒精濃度相對應(yīng)的電信號，該電信號會被傳輸?shù)杰囕v的中央控制單元以識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)動機。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)場進行，而且這種方法只能對部分車輛進行抽樣檢查，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）基于單片機技術(shù)的車載酒精檢測裝置。在單片機發(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)的制動裝置對汽車進行限速和強制停車處理。該檢測系統(tǒng)因為其本身漏洞比較大，所以還未進行大規(guī)模的應(yīng)用。因為在檢測過程中，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。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。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，同時造價也比較昂貴。

（4）防酒駕系統(tǒng)需要解決的問題。應(yīng)該避免出現(xiàn)旁人代替駕駛員進行酒精檢測的情況;應(yīng)該避免在啟動汽車后，出現(xiàn)未進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)。整個系統(tǒng)包括開關(guān)模塊、拍照模塊、人臉識別模塊、酒精檢測模塊、打火模塊、駕駛員監(jiān)測模塊、登錄模塊、錯誤提示模塊等。

智能防酒駕系統(tǒng)是一套實時監(jiān)控系統(tǒng)，可以識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)防和輔助事故識別。通過監(jiān)測駕駛員的酒精含量和狀態(tài)，識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)的酒后駕駛被動檢測轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃宇A(yù)防，將酒后駕駛危害降至最低，具有極大的社會價值。

3 系統(tǒng)實現(xiàn)

智能防酒駕系統(tǒng)使用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與人臉識別技術(shù)，以樹莓派開發(fā)板為開發(fā)平臺，協(xié)調(diào)各個功能模塊，應(yīng)用程序通常通過socket向網(wǎng)絡(luò)發(fā)出請求或者應(yīng)答網(wǎng)絡(luò)請求[3]，實現(xiàn)對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，控制著汽車的啟動關(guān)閉和系統(tǒng)的啟動關(guān)閉，該模塊使用物理按鍵，當(dāng)駕駛員第一次按動按鍵時為開啟系統(tǒng)，依次進行各個模塊的檢測操作，如果各個模塊檢測合格則汽車啟動，當(dāng)駕駛員第二次按動按鍵時為關(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)啟動后首先通過拍照模塊控制著攝像頭進行拍照，獲取汽車駕駛座上的駕駛員圖像，然后調(diào)用酒精檢測模塊對駕駛員進行檢測，駕駛員對檢測模塊進行呼氣的同時，系統(tǒng)再次調(diào)用拍照模塊拍照獲取進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，如果飲酒則不會啟動汽車，同時，顯示模塊提示酒精檢測未合格，如果不飲酒則進入圖像對比模塊，同時，顯示模塊提示酒精檢測合格，進入圖像對比模塊。圖像對比模塊通過拍照模塊獲取汽車駕駛座上駕駛員照片和進行酒精檢測人員照片比對，判斷是否為一個人，如果為同一人則汽車啟動，如果不為一人則系統(tǒng)不會啟動汽車，并且顯示提醒駕駛員需要進行酒精檢測，如果判斷為同一人則調(diào)用汽車啟動模塊啟動汽車。當(dāng)汽車啟動成功后，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比模塊，隨機對駕駛員進行拍照，由圖像對比模塊與進行酒精檢測的人員的人臉信息進行比對，如果為同一人不會提醒，如果發(fā)現(xiàn)不同，則顯示模塊則會顯示警告，并且在一定時間后使用汽車啟動模塊將汽車熄火，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)駕駛員啟動汽車時，自動啟動該裝置進行相應(yīng)的檢測;攝像頭模塊負(fù)責(zé)拍照，分別獲取駕駛?cè)藛T面部圖像和進行檢測的人員的面部信息，并存儲;酒精檢測模塊負(fù)責(zé)對駕駛?cè)藛T進行酒精含量的檢測;人臉識別模塊通過攝像頭模塊拍照獲取的人臉信息進行識別比對，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，并且通過人臉識別模塊判斷為同一人時，汽車打火啟動，否則汽車不啟動;駕駛員監(jiān)測模塊負(fù)責(zé)行駛過程中隨機對駕駛員進行拍照。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)用攝像頭對裝置啟動時和駕駛過程中人員進行抓拍，并應(yīng)用人臉識別技術(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，通過對大數(shù)據(jù)背景下的計算機網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫安全問題進行分析研究[5]，從多方面進行管理和技術(shù)提升，包括：軟件升級，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。

參考文獻：

[1]陳賀.中國交通事故死亡狀況及酒駕處罰對交通事故死亡率的影響[D].北京：中國疾病預(yù)防控制中心，2017.

[2]梁集賢，楊青，荊瑩.駕駛員血液中酒精濃度（BAC）與交通事故相關(guān)性研究[J].現(xiàn)代交通技術(shù)，2007，4（5）：63-65.

[3]張志勇，王雪文.傳感器原理及應(yīng)用[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2004.

[4]何詠明.JAVA中使用Socket通訊的實現(xiàn)[J].長江工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報，2012，29（4）：35-37.

[5]崔素麗.基于單片機的智能防酒駕系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)[J].電腦編程技巧與維護，2019（12）：140-141.