第3期 周后飞，等：智能手机车辆异常驾驶行为检测方法 ·413. 5)分析图3(e)和图3(g),手机X轴加速度和 轴角速度数据。 绕Z轴角速度在车辆左变道行驶过程中数据特征 若手机在系统运行过程中处于X轴与车体横 明显，但与右变道过程恰好相反。 向水平参照线（如图5所示）平行，而X-Y平面处于 6)分析图3(h),手机Y轴加速度在急刹车过程 非水平的姿态时，系统对数据进行旋转校正，将其旋 中逐步由0减小至负值，车辆完成刹车趋于平稳后 转为前述“标准姿态”下的数据。校正算法为： 又返回0值。Y轴加速度数据特征与减速过程类 1)获取夹角：根据提取的手机三轴加速度数据 似，但变化幅度远大于正常减速过程。 A=[a,a,a.]和三轴环境磁场数据M=[m.m,m,] 综合分析6种驾驶行为，车载手机的三轴加速 (m,表示手机X轴的磁场环境数据，m,表示Y轴磁 度在车辆正常行驶过程中无明显波动，但在其他几 场环境数据，m,表示Z轴磁场环境数据，均由手机 种车辆驾驶行为情况下，手机三轴加速度数据均有 磁场传感器获得)，利用融合三轴加速度数据和三 明显变化，而变道过程（包括左右变道）中绕Z轴角 轴环境磁场数据的算法（具体算法专利归传感器公 速度数据特征也很明显。 司所有)，计算得到手机翻滚角α和俯仰角B,α和B 3车辆异常驾驶行为检测算法 分别表示手机沿X轴方向与水平面的夹角和沿Y 轴方向与水平面的夹角。 基于对传感器数据的深入分析，提出了一种车 2)数据旋转：基于空间三维坐标旋转方法，将 辆异常驾驶行为检测算法，并开发了一款基于该算 三轴加速度数据A=[aa,a.]和角速度数据G= 法的“车辆异常驾驶行为检测系统”，系统检测算法 [g.8,g]分别旋转至“标准姿态”下的虚拟水平面 流程如图4所示。 为A'=[ax'a,'a:']和G=[gx'g,'g:'门。旋转后的 开始 获取实时aa,a,888 手机虚拟姿态如图5所示。 车体横向水平 参照线 获取实时a,0,a,88,8 旋转校正后的 旋 旋转 虚拟姿态 校正 得到校正数据aa,aggg.' 特征 正模块 Y轴正向水平向前 X轴正向水 提取 特征 平向右 数据单元特征向量 特征 提取 与 两者平行 值 一化1 化 处理 图5手机数据旋转校正 待识别的归一化特征向量 模块 Fig.5 Data correction of smart phone 驾驶行为分类器 数据旋转形式如式(1)和式(2)： 识 别 正常加速诚速左变道右变道急刹车 警 =R·AT= 异常识别 块 a: N N 频繁变道 cos B 0 頫繁变速> 急刹车 sin B a sin asin B cos a sin acos B 1) 4 -sin B cos a sin a N 警报] 警报2 警报3 a: 87 图4系统检测算法 =R·G= Fig.4 Detection algorithm of system Lg.'」 3.1手机动态参数旋转校正 1 sina·tanB cosa·tanB 车辆异常驾驶行为检测系统启动后，按照 0 cos a sin a (2) 100Hz的频率读取车载手机的三轴加速度数据和三 0 sin a/cos B cos a/eos B５）分析图 ３（ｅ）和图 ３（ ｇ），手机 Ｘ 轴加速度和 绕 Ｚ 轴角速度在车辆左变道行驶过程中数据特征 明显，但与右变道过程恰好相反。 ６）分析图 ３（ｈ），手机 Ｙ 轴加速度在急刹车过程 中逐步由 ０ 减小至负值，车辆完成刹车趋于平稳后 又返回 ０ 值。 Ｙ 轴加速度数据特征与减速过程类 似，但变化幅度远大于正常减速过程。 综合分析 ６ 种驾驶行为，车载手机的三轴加速 度在车辆正常行驶过程中无明显波动，但在其他几 种车辆驾驶行为情况下，手机三轴加速度数据均有 明显变化，而变道过程（包括左右变道）中绕 Ｚ 轴角 速度数据特征也很明显。 ３ 车辆异常驾驶行为检测算法 基于对传感器数据的深入分析，提出了一种车 辆异常驾驶行为检测算法，并开发了一款基于该算 法的“车辆异常驾驶行为检测系统”，系统检测算法 流程如图 ４ 所示。 图 ４ 系统检测算法 Ｆｉｇ．４ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ｏｆ ｓｙｓｔｅｍ ３．１ 手机动态参数旋转校正 车辆异 常 驾 驶 行 为 检 测 系 统 启 动 后， 按 照 １００ Ｈｚ的频率读取车载手机的三轴加速度数据和三 轴角速度数据。 若手机在系统运行过程中处于 Ｘ 轴与车体横 向水平参照线（如图 ５ 所示）平行，而 Ｘ⁃Ｙ 平面处于 非水平的姿态时，系统对数据进行旋转校正，将其旋 转为前述“标准姿态”下的数据。 校正算法为： １）获取夹角：根据提取的手机三轴加速度数据 Ａ＝ ［ａｘ ａｙ ａｚ］和三轴环境磁场数据 Ｍ ＝ ［ｍｘ ｍｙ ｍｚ］ （ｍｘ 表示手机 Ｘ 轴的磁场环境数据，ｍｙ 表示 Ｙ 轴磁 场环境数据，ｍｚ 表示 Ｚ 轴磁场环境数据，均由手机 磁场传感器获得），利用融合三轴加速度数据和三 轴环境磁场数据的算法（具体算法专利归传感器公 司所有），计算得到手机翻滚角 α 和俯仰角 β，α 和 β 分别表示手机沿 Ｘ 轴方向与水平面的夹角和沿 Ｙ 轴方向与水平面的夹角。 ２）数据旋转：基于空间三维坐标旋转方法，将 三轴加速度数据 Ａ ＝ ［ ａｘ ａｙ ａｚ ］ 和角速度数据 Ｇ ＝ ［ｇｘ ｇｙ ｇｚ］分别旋转至“标准姿态”下的虚拟水平面 为 Ａ′ ＝ ［ ａｘ ′ ａｙ ′ ａｚ ′］和 Ｇ′ ＝ ［ ｇｘ ′ｇｙ ′ｇｚ ′］。 旋转后的 手机虚拟姿态如图 ５ 所示。 图 ５ 手机数据旋转校正 Ｆｉｇ．５ Ｄａｔａ ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ｓｍａｒｔ ｐｈｏｎｅ 数据旋转形式如式（１）和式（２）： ａｘ ′ ａｙ ′ ａｚ ′ é ë ê ê ê ê ù û ú ú ú ú ＝ Ｒ ａ ｏｃ·Ａ Ｔ ＝ ｃｏｓ β ０ ｓｉｎ β ｓｉｎ αｓｉｎ β ｃｏｓ α － ｓｉｎ αｃｏｓ β ｃｏｓ αｃｏｓ β － ｓｉｎ β ｃｏｓ α ｓｉｎ α é ë ê ê êê ù û ú ú úú · ａｘ ａｙ ａｚ é ë ê ê ê ê ù û ú ú ú ú （１） ｇｘ ′ ｇｙ ′ ｇｚ ′ é ë ê ê ê ê ù û ú ú ú ú ＝ Ｒ ｇ ｏｃ·Ｇ Ｔ ＝ １ ｓｉｎ α·ｔａｎ β ｃｏｓ α·ｔａｎ β ０ ｃｏｓ α － ｓｉｎ α ０ ｓｉｎ α／ ｃｏｓ β ｃｏｓ α／ ｃｏｓ β é ë ê ê êê ù û ú ú úú · ｇｘ ｇｙ ｇｚ é ë ê ê ê ê ù û ú ú ú ú （２） 第 ３ 期 周后飞，等：智能手机车辆异常驾驶行为检测方法 ·４１３·