專利名稱：用于將車輛操作者活動(dòng)狀態(tài)分類的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及車輛操作領(lǐng)域，更具體涉及用于將車輛操作者的活動(dòng)狀態(tài)分類的方法和裝置。
背景技術(shù)：
到達(dá)駕駛者的信息流——電信息通信、信息娛樂、碰撞預(yù)警及其他——需要對于車輛操作者的接口的新方法?，F(xiàn)在，信息(諸如導(dǎo)航指令、蜂窩電話和電子郵件消息、交通預(yù)警、信息娛樂選項(xiàng)、車輛狀況監(jiān)控等等)異步地呈現(xiàn)給車輛操作者，不考慮在特定時(shí)刻可能需求駕駛?cè)蝿?wù)的程度。例如，諸多儀表中的“檢查發(fā)動(dòng)機(jī)”指示燈可能亮起，同時(shí)駕駛者正把CD放入立體聲音響系統(tǒng)，而導(dǎo)航系統(tǒng)屏幕顯示了即將到達(dá)的拐彎并且對該拐彎做出了口頭描述，蜂窩電話呼入車內(nèi)，而駕駛者卻正在與一個(gè)或多個(gè)乘客攀談。
人類只有有限的能力來感知環(huán)境、注意環(huán)境元素、認(rèn)知地處理刺激物、從感知汲取適當(dāng)?shù)暮x、以及遵照這些感知的含義而適當(dāng)行動(dòng)。而且，在駕駛?cè)巳褐?，在先天和后天的駕駛能力兩個(gè)方面都存在著較大的變化。因此，車輛操作者可能混亂、分心，也可能忽視，這會(huì)由于在操作車輛過程中對他們現(xiàn)在所正在經(jīng)受的刺激物的阻塞而被惡化。訓(xùn)練、經(jīng)驗(yàn)和科技能夠用來減輕混亂、分心和忽視的影響。但是，在美國，除人們初次申領(lǐng)駕照這段時(shí)間之外，只有很少的正式或非正式的涉及駕駛的技能訓(xùn)練。駕駛訓(xùn)練程序已經(jīng)被證明不是特別有效，而且也不會(huì)通過駕駛生涯而繼續(xù)進(jìn)行訓(xùn)練。實(shí)際上，尤其是在美國，大多數(shù)人認(rèn)為駕駛只是一項(xiàng)權(quán)利而非特權(quán)。而且，研究表明，多數(shù)人認(rèn)為他們自己是良好的駕駛者，而“其他人”才是制造問題的人。除非并且直到發(fā)生文化或法律上的改變，以鼓勵(lì)駕駛者希望提高自己的駕駛技能，否則看上去最有可能的就是設(shè)計(jì)用于最小化混亂、分心和忽視的技術(shù)解決方案來提高高速運(yùn)輸系統(tǒng)的安全性，該系統(tǒng)很可能變得有越來越多的人，而僅靠一點(diǎn)點(diǎn)道路基礎(chǔ)設(shè)施或者不對其進(jìn)行擴(kuò)展的話，則很可能也會(huì)在將來引發(fā)更多的危險(xiǎn)。
為了解決這些以及其他的安全性關(guān)注，已經(jīng)提出了一種基于狀態(tài)轉(zhuǎn)變模型的集成安全系統(tǒng)。潛在的概念是“威脅層次”模型，其經(jīng)歷一系列狀態(tài)，每一狀態(tài)代表對迫近碰撞的危險(xiǎn)的評估，其基于來自外部對象檢測器和車內(nèi)傳感器的信息。這些狀態(tài)是“正常駕駛狀態(tài)”、“預(yù)警狀態(tài)”、“碰撞可避免狀態(tài)”、“碰撞不可避免狀態(tài)”、“碰撞后狀態(tài)”。傳感器和數(shù)據(jù)合成算法將來自傳感器的信息合并，確定碰撞危險(xiǎn)的程度。如果系統(tǒng)檢測到碰撞危險(xiǎn)，就發(fā)布預(yù)警給駕駛者，或者在某些情況下，對車輛進(jìn)行控制，并開始自動(dòng)剎車、自動(dòng)車道轉(zhuǎn)換、或者其他形式的車輛控制。該系統(tǒng)表現(xiàn)出試圖將先前不相關(guān)的傳感器信息帶入到集成狀態(tài)中，由此可能得到有關(guān)碰撞危險(xiǎn)的有用推論，并可以向駕駛者預(yù)警，或?qū)嶋H控制車輛，用來完全避免或減輕碰撞帶來的傷害。
還提出了一種系統(tǒng)，提供對車輛和交通狀況的廣泛監(jiān)控，從而排定向駕駛者呈現(xiàn)信息的優(yōu)先級。該系統(tǒng)的目的在于管理提供給駕駛者的信息流，同時(shí)考慮駕駛?cè)蝿?wù)、條件，以及駕駛者物理的、感知的和認(rèn)知的能力。所提供的支持設(shè)計(jì)用于提高駕駛者的注意力，并且在駕駛者采取車輛的導(dǎo)航、機(jī)動(dòng)和控制時(shí)再次提起分心了駕駛者的注意力。整個(gè)系統(tǒng)架構(gòu)組合了從傳感器接受輸入的分析/規(guī)劃器，包括了儲(chǔ)存的駕駛狀況指令集，并且記錄了有關(guān)駕駛者的信息。此外，該系統(tǒng)包括對話控制器，用于管理與駕駛者的通信。該系統(tǒng)還監(jiān)控駕駛者，將駕駛者的狀況集成到預(yù)警和控制系統(tǒng)所做的決定之中。
現(xiàn)存系統(tǒng)沒有采取對傳感器數(shù)據(jù)的范圍的監(jiān)控，也沒有提供對于駕駛員認(rèn)知負(fù)荷(cognitive load)的評估。此外，這樣的系統(tǒng)還不能夠考慮駕駛者在駕駛艙內(nèi)的活動(dòng)，而這并不直接地關(guān)系到駕駛?cè)蝿?wù)，諸如開關(guān)車窗、收音機(jī)調(diào)臺(tái)等等。例如，現(xiàn)存系統(tǒng)根本不監(jiān)控駕駛者，或者只監(jiān)控駕駛者相對于靜態(tài)“模型”的行為，這與實(shí)際動(dòng)態(tài)駕駛者執(zhí)行和/或習(xí)慣是不同的。因此，這些系統(tǒng)沒有提供與駕駛?cè)蝿?wù)同步的信息，也不會(huì)試圖最小化分心的情況。
此外，以前試圖評估駕駛者水平的系統(tǒng)限制于車道跟隨(lane-following)能力，也就是，評估駕駛者保持車輛相對于車道邊緣的位置，由此產(chǎn)生表示駕駛者車道跟隨能力的參數(shù)。該參數(shù)周期性地確定，如果不在建立的水平以下的話，就會(huì)向駕駛者呈現(xiàn)諸如蜂鳴或視覺指示之類的預(yù)警。該系統(tǒng)的局限性在于，它只能提供車道跟隨評估，而且沒有考慮離開車道以避免危險(xiǎn)的情況，沒有集成來接收傳感器輸入頻譜，并且沒有包括駕駛者狀況和駕駛者活動(dòng)數(shù)據(jù)。


附圖中類似的參考標(biāo)號在分別的視圖中通篇指示相同或功能相近的元素，附圖與具體實(shí)施方式
部分一起結(jié)合并形成對本發(fā)明的描述，用于進(jìn)一步說明各種實(shí)施例并解釋根據(jù)本發(fā)明的各種原理和所有優(yōu)點(diǎn)。
圖1以簡化和代表性形式描繪了車輛的圖；圖2是說明分類器與車輛接口的框圖；圖3是對駕駛者活動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行分類的方法；和圖4是描繪將機(jī)動(dòng)分類誤差率作為當(dāng)前變量值與目標(biāo)值之間的時(shí)移的函數(shù)的圖。
具體實(shí)施例方式
一種系統(tǒng)，適用于評估與車輛操作有關(guān)的信息和與其他可能使駕駛者分心的事物相關(guān)的信息，并且提供輸出，用于做出有關(guān)進(jìn)一步增加駕駛者認(rèn)知負(fù)荷的決定。輸出基于與車輛操作、操作環(huán)境和操作者活動(dòng)及其他乘車人相關(guān)的多個(gè)條件。如本說明書中通篇使用的，術(shù)語“車輛操作者”和“駕駛者”可互換使用，都用來指代通過想要的方式來操作車輛的人。
在另一實(shí)施例中，此外系統(tǒng)可以識別特定車輛操作者，從而針對操作者偏好、過去駕駛水平和習(xí)慣來做出評估。
參看圖1，車輛100包括分類器102和各種可視和隱藏的用于監(jiān)控車輛的裝置。顯示出了方向盤104、制動(dòng)踏板106、加速器108和娛樂單元110。在各種實(shí)施例中所使用的但沒有描繪出來的其他車輛控制包括轉(zhuǎn)向信號燈、排擋、車門控制和車窗控制。分類器102連接到傳感器(未示出)，其監(jiān)控和報(bào)告各種駕駛控制104、106、108、娛樂單元110和其他裝置以及用于內(nèi)部和外部監(jiān)控的傳感器，如下所述。
參看圖2，討論和描述了說明分類器與車輛的接口的框圖。分類器200，可以與分類器102相同或相似，具有輸入202和輸出204。如所示，分類器具有多個(gè)輸入202，其連接到導(dǎo)線(harness)204和單個(gè)輸出206。實(shí)際上，其他配置也是可能的。輸入202和輸出204可以相接(bussed)、多路復(fù)用，是分組接口或者單獨(dú)導(dǎo)線。分類器200的功能不會(huì)受到物理層接口的影響。
分類器200可包括合適的處理設(shè)備206，諸如微處理器、數(shù)字信號處理器等等；一個(gè)或多個(gè)存儲(chǔ)設(shè)備，包括適當(dāng)配置的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)；接口，用來將分類器連接到各種車輛傳感器并提供分類信息給下游設(shè)備。分類器200可單模塊集成或者其功能可以作為另一車輛計(jì)算系統(tǒng)(諸如發(fā)動(dòng)機(jī)控制器、車身控制器或娛樂控制器，未示出)的一部分而執(zhí)行。
從多種源捕獲的數(shù)據(jù)，都可以直接或間接地用于推斷車輛狀態(tài)以及與新輸入相關(guān)的駕駛者的認(rèn)知負(fù)荷。這樣的數(shù)據(jù)包括由各種車輛傳感器產(chǎn)生的數(shù)據(jù)。車輛狀況監(jiān)控傳感器在乘用車(轎車、迷你敞篷車、運(yùn)動(dòng)功能型車輛等)以及許多其他車輛中都十分普遍。這些傳感器監(jiān)控多個(gè)參數(shù)，諸如發(fā)動(dòng)機(jī)工作參數(shù)、車速、傳動(dòng)和車輪速度、車輛在三個(gè)軸向的加速、底盤功能、噴射控制功能等等。這些傳感器還可提供與車輛診斷有關(guān)的數(shù)據(jù)。
車輛監(jiān)控210包括與車輛工作環(huán)境(例如道路狀況、交通狀況、天氣等等)有關(guān)的數(shù)據(jù)。車輛監(jiān)控210可包括也提供車輛工作數(shù)據(jù)的傳感器。車輛位置，車輛監(jiān)控210的另一個(gè)元素，是由車載導(dǎo)航系統(tǒng)利用全球定位系統(tǒng)(GPS)技術(shù)提供的，或者位置信息可以由無線通信設(shè)備(例如蜂窩電話)和相關(guān)無線通信網(wǎng)絡(luò)提供。
駕駛狀況212，例如道路表面和牽引力估計(jì)，可以由防鎖制動(dòng)(anti-lock braking)、牽引力控制和底盤控制系統(tǒng)傳感器提供。雷達(dá)、激光、超音速和視頻系統(tǒng)可以提供車輛附近對象的地圖以及它們相對于車輛的運(yùn)動(dòng)。天氣和日時(shí)間也可以直接得到監(jiān)控，或者從諸如車窗雨刷、車燈及除霜霧裝置的源中獲取。
與駕駛不直接相關(guān)的駕駛者活動(dòng)214也可以得到監(jiān)控。座椅傳感器和/或紅外傳感器可以感應(yīng)車內(nèi)乘客的數(shù)量和位置。底板和方向盤傳感器可以指示駕駛者的手部和足部的位置。視頻和成像傳感器可以監(jiān)控駕駛者頭部、身體、手部和腳部的運(yùn)動(dòng)，操作狀態(tài)以及駕駛者對信息、娛樂和電信息通信的使用也可以得到監(jiān)控。其他可輕易監(jiān)控的活動(dòng)包括調(diào)節(jié)收音機(jī)、使用蜂窩電話、獲取導(dǎo)航信息、調(diào)節(jié)環(huán)境控制以及會(huì)話級別。
分類器200還可以通過監(jiān)控車輛控制216而捕獲直接與車輛操作相關(guān)的數(shù)據(jù)。在操作車輛時(shí)，駕駛者從事著許多項(xiàng)不同的動(dòng)作，諸如但不特定限于，進(jìn)行加速或制動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤、以及使用轉(zhuǎn)向信號燈、風(fēng)擋清洗/雨刷、車窗除霧等等。從車輛控制或其他傳感器得到的數(shù)據(jù)可以用來評估認(rèn)知負(fù)荷，例如，加速和制動(dòng)的變化速率、與車速結(jié)合的轉(zhuǎn)向半徑、電子懸掛設(shè)置就是幾個(gè)例子。
由于人的技能水平、身體尺寸以及個(gè)人偏好和口味有著很大的不同，存在有許多的情況，其中，對于分類器200來說，“識別”試圖進(jìn)入和/或駕駛車輛的人將很有用。在這方面，駕駛者識別接口218可以配置作為個(gè)人便攜用戶接口(PPUI)。PPUI可以以多種形式存在，但是本質(zhì)上捕捉與特定駕駛者有關(guān)的偏好、水平和習(xí)慣數(shù)據(jù)。PPUI可以在智能卡、鑰匙鏈上編碼，或者嵌入在車輛中以被指紋讀取器、語音識別系統(tǒng)、光學(xué)識別系統(tǒng)或其他這樣的裝置所激活。
在各種實(shí)施例中，PPUI可以用作安全系統(tǒng)，授權(quán)或限制對車輛和車輛的點(diǎn)火系統(tǒng)的接觸，禁止未授權(quán)人的接觸或者在未授權(quán)人試圖駕駛車輛時(shí)禁用車輛。PPUI作為駕駛者識別接口202的一部分，允許車輛的每個(gè)操作者提早建立選擇項(xiàng)。
PPUI還可以在駕駛者水平提高和/或駕駛限制強(qiáng)制工具方面起作用。PPUI可用于監(jiān)控駕駛水平并報(bào)告給交通強(qiáng)制機(jī)構(gòu)。這將允許交通慣犯保持有受到司法監(jiān)控的特殊駕駛照顧?？梢杂涗涶{駛操作用于以后參閱，這里描述了一種提高駕駛操作的方法。此外，PPUI可以用于實(shí)現(xiàn)對車輛使用的控制。例如，剛領(lǐng)到駕照的駕駛者的父母可以限制該駕駛者駕駛車輛的距離和地點(diǎn)或者駕駛車輛的每天的時(shí)段。老板可以監(jiān)控其車隊(duì)駕駛員的駕駛習(xí)慣。
應(yīng)該認(rèn)識到，多個(gè)數(shù)據(jù)存在于車輛環(huán)境之內(nèi)和周圍，可以由分類器200所利用。上面已經(jīng)描述了幾種數(shù)據(jù)類型，下面將結(jié)合分類器200的操作來描述其他類型，而這里沒有具體描述的其他類型也是可以使用的，并不背離本發(fā)明的范圍和精神。應(yīng)該認(rèn)識到，隨著新技術(shù)將新的數(shù)據(jù)類型和數(shù)據(jù)源以及新的信息類型和信息源引入車輛中，分類器200可適用于利用這些附加的數(shù)據(jù)源。
換句話說，分類器200將監(jiān)控駕駛者可能在車輛駕駛艙內(nèi)觸摸或使用的技術(shù)特性的任何事物，因此分類器200盡可能多地知道任何給定時(shí)刻駕駛者正在做什么。而且，視頻或成像技術(shù)、駕駛艙內(nèi)座椅傳感器和麥克風(fēng)的使用允許分類器200確定駕駛者的位置和定位、噪聲水平、乘客的存在性和其他可能的分心來源。雷達(dá)、激光、視頻和紅外傳感器布置在監(jiān)控交通和天氣狀況、障礙物、車道標(biāo)志等的車輛監(jiān)控器的周圍。駕駛者當(dāng)前的狀況和駕駛操作可以通過諸如視頻的直接測量推斷得到，也可以通過將當(dāng)前操作與過去的操作和已知的良好操作實(shí)踐進(jìn)行比較來推斷得到。
最后，分類器200使用可用的輸入來確定車輛以及駕駛者何時(shí)處于至少兩個(gè)狀態(tài)之一機(jī)動(dòng)(maneuver)和非機(jī)動(dòng)(non-maneuver)。對這兩個(gè)狀態(tài)的數(shù)據(jù)的減少將在下面進(jìn)行詳細(xì)討論。
輸出204可以連接到多種車輛裝置和系統(tǒng)，其中每個(gè)都可經(jīng)過某種形式的裁剪而使用來自分類器200的輸出204信號。
蜂窩電話220可以編程以監(jiān)控輸出204的狀態(tài)并在時(shí)間分類為“機(jī)動(dòng)”時(shí)轉(zhuǎn)移接收到的呼叫，而在輸出204指示“非機(jī)動(dòng)”時(shí)允許接收呼叫。
電子郵件設(shè)備222，諸如平視顯示器、控制臺(tái)單元或具有語音接口的個(gè)人信息管理器可以建立準(zhǔn)備來在輸出204指示機(jī)動(dòng)時(shí)延遲電子郵件的通知或電子郵件消息的顯示/語音表現(xiàn)。
各種儀表和警報(bào)224可以編程以使用輸出204的狀態(tài)來管理在特定環(huán)境中將什么信息中繼給駕駛者。儀表和警報(bào)接口204可以包括視覺、音頻、觸覺或其他合適的指示。視覺指示可以包括計(jì)量儀表、發(fā)光指示、圖形和字母數(shù)字顯示。這些視覺指示可以集中位于車輛儀表盤內(nèi)，分布在車輛周圍，配置成平視顯示，與后視鏡和側(cè)視鏡相結(jié)合，或者配置為有利地將信息傳送給駕駛者。音頻指示可以是蜂鳴或者警報(bào)，語音或者其他音頻警示。觸覺警報(bào)可以包括使用底盤控制系統(tǒng)來提供模擬的停車振動(dòng)帶(rumble strip)、踏板或方向盤反饋壓力，座椅運(yùn)動(dòng)等。
控制任何一個(gè)或多個(gè)指示或警報(bào)的激活，從而使信息的定時(shí)在提供給駕駛者時(shí)同步。在一個(gè)用于說明概念的非常有限的例子中，車輛上動(dòng)力系管理系統(tǒng)可以產(chǎn)生立即換機(jī)油指示(change oil soonindication)。以前，這個(gè)指示將使得動(dòng)力系管理系統(tǒng)一產(chǎn)生指示就把車輛儀表盤上的“服務(wù)發(fā)動(dòng)機(jī)”或“換機(jī)油”燈點(diǎn)亮。燈在儀表中的突然點(diǎn)亮?xí)簳r(shí)令駕駛者分心。如果在燈點(diǎn)亮?xí)r駕駛者正注意交通或者處于需要全神貫注于駕駛?cè)蝿?wù)的情形中的話，這樣的分心可能會(huì)導(dǎo)致危險(xiǎn)。在一個(gè)實(shí)施例中，關(guān)于換機(jī)油的非關(guān)鍵數(shù)據(jù)可以保存起來，直到條件允許信息呈現(xiàn)給駕駛者而不太可能造成危險(xiǎn)情形。
娛樂系統(tǒng)226可以用類似方式編程為在分類為“機(jī)動(dòng)”的情形中自動(dòng)降低音量水平或操作降低對駕駛者分心事物的數(shù)量和水平。
在另一實(shí)施例中，分類器200自身可以確定通過與設(shè)備的直接接口或者通過設(shè)備與其輸出變換器之間的居中關(guān)系來阻擋或延遲什么事件。
由于目標(biāo)是確定駕駛者是否能從設(shè)備或服務(wù)接收附加的信息，系統(tǒng)適用于估計(jì)駕駛者的認(rèn)知負(fù)荷。如上所討論的，這可以通過直接觀察駕駛者而非所需但很可能不會(huì)在將來很短時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)的專用傳感器來完成。有利的是，駕駛機(jī)動(dòng)可以通過在車輛內(nèi)可用的傳感器輸入而不是試圖直接評估駕駛者狀態(tài)而得到檢測。也就是，認(rèn)知負(fù)荷可能直接與實(shí)際駕駛情形相關(guān)，通過經(jīng)由可用車輛傳感器對駕駛情形進(jìn)行評估而確定。大多數(shù)以前的工作都注重駕駛者行為識別和預(yù)測，而不是駕駛狀態(tài)識別。
分類器的部件都是已知和可得到的。處理器206可以是單芯片控制器、DSP或者組合，可以具有集成的易失和非易失存儲(chǔ)器。這樣的處理器可以從諸如Motorola等公司買到。
為了分類器200智能地評估駕駛者的認(rèn)知負(fù)荷，可以試圖確定駕駛者的當(dāng)前狀態(tài)。駕駛者狀態(tài)的一個(gè)組成成分是駕駛者執(zhí)行駕駛?cè)蝿?wù)所需的當(dāng)前的努力。例如，進(jìn)入或退出高速路、變換車道、拐彎以及泊車通常都被認(rèn)為是“難的”駕駛?cè)蝿?wù)。與之對比的是，在直的高速路上巡航而周遭沒有什么交通狀況或者在紅燈等待通常被認(rèn)為是“簡單的”駕駛?cè)蝿?wù)。因此，一種刻畫駕駛者活動(dòng)的方法可能是兩種狀態(tài)，這兩種狀態(tài)分別是分類器200區(qū)分出來的“難的”駕駛狀態(tài)(稱為機(jī)動(dòng)狀態(tài))和“簡單的”駕駛狀態(tài)(稱為非機(jī)動(dòng)狀態(tài))。
在下面的說明性例子中，瞬時(shí)傳感器狀態(tài)被分類為機(jī)動(dòng)/非機(jī)動(dòng)類。也就是說，考慮傳感器瞬像，而不是時(shí)間序列。這允許簡單和有效的實(shí)現(xiàn)；但是，應(yīng)該認(rèn)識到，也可以使用時(shí)間序列。而且，使用瞬時(shí)傳感器狀態(tài)消除了在分類響應(yīng)時(shí)間中的時(shí)間延遲。
為了增強(qiáng)變量集，可以使用變量的二次項(xiàng)，即所有的叉積和變量的平方。增加了變量的總數(shù)量d。例如，使用5個(gè)傳感器的，變量總數(shù)從5個(gè)增加到20個(gè)或者更多，這取決于所使用的叉積的數(shù)量。而且，可以使用具有對應(yīng)的正負(fù)輸出的傳感器輸出的絕對值。例如，方向盤角度為否表示左轉(zhuǎn)，為正表示右轉(zhuǎn)，這可以改變成其絕對值。對于轉(zhuǎn)向信號指示也可做相同處理。
可以使用幾個(gè)不同的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)分類器來提供機(jī)動(dòng)/非機(jī)動(dòng)分類。一個(gè)可以用傳統(tǒng)語言諸如C或Java使用“IF-THEN-ELSE”邏輯對于分類器編碼或者使用自動(dòng)系統(tǒng)。這樣的自動(dòng)系統(tǒng)可以是，例如，C4.5分類器，諸如Quinlan’s C4.5，在Weka工具包中稱為J48，參看Witten，et al.，Data MiningPractical machine learning tools with Javaimplementation，Morgan Kaufmann，San Francisco。分類器需要使用收集的數(shù)據(jù)進(jìn)行訓(xùn)練，對數(shù)據(jù)進(jìn)行評注以提供機(jī)動(dòng)和非機(jī)動(dòng)的例子。C4.5基于在每個(gè)分支獲取的信息而構(gòu)建決策樹。這個(gè)C4.5還支持修剪。得到的輸出就是決策樹，其又轉(zhuǎn)換成規(guī)則并用于系統(tǒng)中以根據(jù)傳感器數(shù)據(jù)提供機(jī)動(dòng)/非機(jī)動(dòng)分類。
在另外的例子中，可以使用重復(fù)遞增修剪以產(chǎn)生誤差降低(Repeated Incremental Pruning to Produce Error Reduction)RIPPER，副位置(pro-positional)規(guī)則學(xué)習(xí)器。RIPPER可以是IREP的優(yōu)化版本，IREP可參見Cohen，F(xiàn)ast effective rule induction.Machine LearningProceedings of the Twelfth International Conference，Lake Tahoe，CA。實(shí)現(xiàn)的可以是在上述的Weka工具包中的JRip分類器。該模型具有選項(xiàng)來規(guī)定降低誤差修剪的倍數(shù)(number of folds，其中一倍(one fold)用作修剪集)、分支內(nèi)情況的最小權(quán)重、優(yōu)化運(yùn)行數(shù)量、隨機(jī)化的種子、在停止標(biāo)準(zhǔn)中是否檢查誤差率＞＝0.5、以及是否使用修剪。得到的輸出是人可讀方式的規(guī)則列表，能夠被檢查并易于翻譯成其他編程語言形式的規(guī)則。
在另一可替換實(shí)施例中，二次分類器可以在產(chǎn)生二次項(xiàng)之后使用標(biāo)準(zhǔn)最小二乘偽逆方法進(jìn)行訓(xùn)練。將n行d+1列(需要常數(shù)列連接到數(shù)據(jù))訓(xùn)練數(shù)據(jù)矩陣標(biāo)為X，目標(biāo)列向量標(biāo)為D，其中包括用于機(jī)動(dòng)情況的+1和用于非機(jī)動(dòng)情況的-1，對于分類器權(quán)重的最小二乘法為w＝X+D，其中X+(XTX)-1XT.
通過下式形成正則化解w＝(XTX+λI)-1XTD.
在實(shí)際識別操作中，給出行向量x的傳感器輸入、其二次表達(dá)式、以及連接的常數(shù)值為1，最終的分類器輸出是d＝xw，其應(yīng)該是用于機(jī)動(dòng)的正數(shù)。
駕駛模擬設(shè)備，諸如GlobalSim HyperDrive工具，可用來創(chuàng)建駕駛世界場景，用于開發(fā)模型數(shù)據(jù)。虛擬的駕駛可以模擬許多公里數(shù)的多車道環(huán)路，有或沒有斜坡、立交橋、以及在每個(gè)方向(由中間的草地隔離)上的兩個(gè)和三個(gè)的車道交通或者其他駕駛事件。環(huán)路內(nèi)部，連接到中側(cè)立交橋，可能是變化的兩車道道路——市內(nèi)、郊區(qū)、工業(yè)區(qū)以及鄉(xiāng)村環(huán)境。這些道路可能在燈控十字路口交叉。駕駛可以使用具有良好可視性的日時(shí)間人行道駕駛條件，或者駕駛條件可以變得更難。
對于高密度駕駛環(huán)境，可以將多個(gè)“分心者”車輛加入到高速路場景中，伴隨著高密度隨機(jī)“環(huán)境”交通。這些分心者車輛可能隨機(jī)地編程為以限速的快/慢±10％速度駕駛，在主車周圍提供穩(wěn)態(tài)流的印象。所有的分心者車輛模擬警報(bào)，“良好”駕駛者行為和對來自主車的任何特定機(jī)動(dòng)的合理反應(yīng)。
這個(gè)安排允許多種不同的交通狀況和道路類型，其在限制的但連續(xù)的駕駛控制內(nèi)。由此可以在駕駛過程中考慮超車和被超車的機(jī)會(huì)、交通堵塞以及駕駛難度。
數(shù)據(jù)可以從多個(gè)駕駛者那里進(jìn)行收集。例如，數(shù)據(jù)可以從4個(gè)駕駛者那里收集，每個(gè)駕駛者都在模擬世界中駕駛15分鐘左右。駕駛者可以被要求進(jìn)行所有可能的他們可以考慮到的機(jī)動(dòng)操作?？梢怨?jié)省所有車輛和所有視頻通道，甚至分類器可以只使用可用變量和數(shù)據(jù)的一個(gè)子集。例如，上述的5個(gè)變量，加速器踏板位置、制動(dòng)踏板位置、車速、轉(zhuǎn)向燈狀態(tài)(左、關(guān)、右)以及方向盤位置，可以用作輸入。這5個(gè)變量可以下采樣到5Hz，由此經(jīng)過1小時(shí)的駕駛，可以獲得19700個(gè)數(shù)據(jù)采樣。為了創(chuàng)建目標(biāo)標(biāo)簽(機(jī)動(dòng)或非機(jī)動(dòng))，可以手工對數(shù)據(jù)進(jìn)行評注，使用組合了對所選收集數(shù)據(jù)的變量的視頻回放和圖形顯示的工具。
為了評估三種分類器，可以使用四倍(four-fold)交叉驗(yàn)證(leave-one-out，不考慮其中的一個(gè))。不考慮四個(gè)駕駛者之一的測試數(shù)據(jù)集，剩下的三個(gè)駕駛者用作分類器的訓(xùn)練集。所有呈現(xiàn)的圖都是四個(gè)這樣的運(yùn)行的平均結(jié)果。表1呈現(xiàn)了三種分類器關(guān)于其在機(jī)動(dòng)/非機(jī)動(dòng)分類中的誤差率的最終比較結(jié)果。
表1三種分類器使用四倍交叉驗(yàn)證的誤差率比較結(jié)果

二次分類器(quadratic classifier)中的單獨(dú)參數(shù)是正則化系數(shù)。優(yōu)化值可以通過駕駛者獨(dú)立交叉驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)而確定。正則化系數(shù)可以提供關(guān)于駕駛者的最好的一般性。
在訓(xùn)練了權(quán)重向量之后，在分類器200中二次分類器的實(shí)現(xiàn)尤其簡單。首先，二次項(xiàng)通過輸入的傳感器數(shù)據(jù)流計(jì)算出來，之后，實(shí)際分類器簡單實(shí)現(xiàn)為權(quán)重向量與傳感器數(shù)據(jù)向量的內(nèi)積(常數(shù)連接)，并且將結(jié)果與0進(jìn)行比較以確定機(jī)動(dòng)/非機(jī)動(dòng)。
C4.5的主參數(shù)值，葉子中訓(xùn)練情況的最小允許數(shù)量，也可以使用交叉驗(yàn)證來確定。關(guān)于駕駛者的最好一般性是通過葉子大小400而獲取的，誤差率為19.5％。使用的最小葉子尺寸是2，最大是700。
C4.5允許生成這樣的決策樹，其易于變換為Java形式的規(guī)則，并用于系統(tǒng)100中。下面是一個(gè)樹的例子，其可以使用優(yōu)化參數(shù)設(shè)置而生成。
steeringWheel_absXsteeringWheel_abs＜＝3.066| turnSignalStates_abs＝0| |brakeXspeed＜＝0.000008| || speed＜＝56.0283| || | speedXsteeringWheel_abs＜＝9.57928∶-1| || | speedXsteeringWheel_abs＞9.57928∶1| || speed＞56.0283∶-1| |brakeXspeed＞0.000008∶1| turnSignalStates_abs＝1∶1steeringWheel_absXsteeringWheel_abs＞3.066∶1RIPPER產(chǎn)生的規(guī)則也易于添加到系統(tǒng)100中。描述的例子使用了24個(gè)規(guī)則。示例的從訓(xùn)練集中得出的規(guī)則如下所列if((steeringWheel_abs＞＝0.073832)&&
(speed＜＝64.8699)&&
(speed*steeringWheel_abs＞＝10.5426)&&
(accelerator*speed＜＝46.0659)&&
(accelerator＞＝0.47251))then isManeuvering＝true；除了努力將當(dāng)前時(shí)間情況分類為兩類之一以外，還有可能預(yù)測未來的機(jī)動(dòng)(以及對過去機(jī)動(dòng)的后測(postdiction))。圖4中的線400描繪了該結(jié)果?？梢允褂枚畏诸惼?，將來自所有駕駛者的數(shù)據(jù)匯集到單個(gè)的多駕駛者數(shù)據(jù)庫，可以使用十倍(tenfold)交叉驗(yàn)證來得到誤差率。如所期望的，對未來的預(yù)測要難于對過去的識別。圖4還給出了關(guān)于其他變量作為時(shí)間的函數(shù)攜帶的有關(guān)當(dāng)前機(jī)動(dòng)狀態(tài)有多少信息的想法。根據(jù)圖4，應(yīng)該有益于除當(dāng)前值外，包括變量的過去狀態(tài)作為對分類器的輸入。
所有這三個(gè)分類器都實(shí)現(xiàn)在模擬器中以評估其實(shí)時(shí)駕駛操作。即使分類器的準(zhǔn)確度使用測試數(shù)據(jù)非常接近，在線上操作中，觀察到，基于樹和基于規(guī)則的分類器錯(cuò)過了某些重要的機(jī)動(dòng)，而二次分類器則檢測到了這些機(jī)動(dòng)。事后認(rèn)識到，而不是看到誤差率，優(yōu)化分類器檢測機(jī)動(dòng)狀態(tài)的精確度可能是有利的。對于二次分類器，精確度更高。而且，駕駛者中誤差率的差異在二次分類器情況下是最小的。
盡管按照獨(dú)立使用而描述了分類器，它們可以組合起來使用來對操作認(rèn)知負(fù)荷進(jìn)行分類。這樣的實(shí)現(xiàn)可以允許一個(gè)或多個(gè)分類器選擇性用作環(huán)境指示。
再參看圖2，如前所述，分類器200接收所有各種傳感器輸入，包括那些測量車輛狀況、駕駛者狀況、駕駛者活動(dòng)及操作環(huán)境(例如天氣、路況和交通狀況)的傳感器，并產(chǎn)生狀況集或主狀況列表。狀況表現(xiàn)分類器200所監(jiān)控的每個(gè)事物的當(dāng)前離散狀態(tài)。例如，速度狀況可以是下面的任意時(shí)間上的狀態(tài)之一“?！?、“慢”、“正?！薄ⅰ翱臁?、“超速”。這些狀態(tài)是根據(jù)狀態(tài)之間的學(xué)習(xí)門限并且根據(jù)歷史和已知良好實(shí)踐而確定的。分類器200，對于給定主狀況列表，評估當(dāng)前駕駛者任務(wù)和活動(dòng)，諸如收音機(jī)調(diào)臺(tái)、接聽電子郵件或其他可能的分心任務(wù)，以產(chǎn)生估計(jì)的駕駛者認(rèn)知負(fù)荷。每一靜態(tài)任務(wù)的認(rèn)知負(fù)荷可以外部地由具有一組測試主題的受控試驗(yàn)而確定(例如，收音機(jī)調(diào)臺(tái)會(huì)占用駕駛者15.4％的注意力)?？傉J(rèn)知負(fù)荷是每一單獨(dú)任務(wù)的加權(quán)和。對于給定數(shù)量的同時(shí)發(fā)生的任務(wù)，權(quán)重可以固定或可以變化，例如按照指數(shù)規(guī)律。
對于可能的令駕駛者分心的一個(gè)特定例子涉及對蜂窩電話的使用。如所述，分類器200提供有關(guān)操作者認(rèn)知負(fù)荷的信息。例如，啟用的蜂窩電話220可以提供兩種可能的蜂窩電話呼叫的切斷給駕駛者，而不完全禁止呼叫。在第一種情況中，呼叫者通過預(yù)先記錄的消息得到通知呼叫正在駕駛車輛的人。呼叫者隨即可以做出選擇直接將呼叫轉(zhuǎn)入語音信箱還是接通到駕駛者的呼叫。在呼叫到達(dá)駕駛者之前，蜂窩電話220參考分類器的輸出來確定使駕駛者分心的可能性超過某個(gè)需要的限定時(shí)，例如所需的駕駛者認(rèn)知負(fù)荷將超過門限時(shí)，呼入呼叫可以被保持和/或通過適當(dāng)?shù)念A(yù)先記錄的消息而自動(dòng)轉(zhuǎn)接到語音信箱。
蜂窩電話220使用輸出204可配置為基本上限制呼叫到駕駛者的呼叫的數(shù)量。許多時(shí)候呼叫者并不知道他們正在呼叫的人正在駕駛中，如果他們知道，他們就不會(huì)呼叫了。如上所述，蜂窩電話220提供用于通知呼叫者它們正在呼叫駕駛者的機(jī)制，并且提供選項(xiàng)將呼叫轉(zhuǎn)移到語音信箱。另外，蜂窩電話220可以配置為讓駕駛者選擇接受呼叫對于呼叫者透明。在這樣的安排下，呼入呼叫通過免提語音接口識別到駕駛者。駕駛者可以隨后接受該呼叫，將呼叫轉(zhuǎn)到語音信箱，呼叫轉(zhuǎn)移到轉(zhuǎn)移號碼或者終止呼叫，所有這些都可以不需呼叫者知道而完成。另外，呼叫完成可以立刻延遲，向呼叫者提供適當(dāng)?shù)南?。系統(tǒng)100可以在短暫延遲、一旦確定駕駛者認(rèn)知負(fù)荷處于可接受水平之后完成呼叫。
如果正在進(jìn)行的呼叫使得駕駛者認(rèn)知負(fù)荷增長的話，蜂窩電話220還可以適用于進(jìn)行“矯正”。如果在接受蜂窩電話呼叫之后，分類器200確定駕駛者認(rèn)知負(fù)荷增長超過門限水平的話，蜂窩電話218可以自動(dòng)中止蜂窩電話呼叫。在這樣的情況下，提供消息通知呼叫者暫時(shí)保持。蜂窩電話220或相關(guān)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)(未描繪)也可以向呼叫者提供選擇來留下語音信箱消息。此外，為使駕駛者知道呼叫中斷，提供適當(dāng)?shù)南⒔o駕駛者，指出呼叫已經(jīng)被保持。駕駛者可能可以將呼叫者引向語音信箱。一旦被保持，呼叫者可以選擇留下語音信箱消息，轉(zhuǎn)接到另外的號碼，或者等待到駕駛者能夠繼續(xù)通話為止。
至于操作的其他方面，駕駛者對于蜂窩電話使用的偏好通過駕駛者識別接口218而提供。分類器200也可以操作其他無線通信設(shè)備，包括個(gè)人數(shù)字助理(PDA)和尋呼機(jī)來接收電子郵件和文本以及數(shù)據(jù)消息。
為了利用蜂窩電話的性能將呼入的蜂窩電話呼叫根據(jù)駕駛者認(rèn)知負(fù)荷排列優(yōu)先級，需要蜂窩電話220通信連接到分類器220并且執(zhí)行上述的專用功能。
參看圖3，討論了對駕駛者活動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行分類的方法。兩狀態(tài)分類器200提供302對來自一個(gè)或多個(gè)輸入的數(shù)據(jù)進(jìn)行算法分析的能力。分類器200接收304關(guān)于至少一個(gè)車輛操作狀況的傳感器數(shù)據(jù)。在一個(gè)實(shí)施例中，從第二傳感器接收數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)涉及駕駛者狀況、乘客車廂狀況(例如，乘坐人數(shù)量)、乘客狀況(例如沒有扣上了座椅安全帶)。用來進(jìn)行狀態(tài)分類的某些或所有數(shù)據(jù)可以從瞬時(shí)傳感器數(shù)據(jù)或傳感器數(shù)據(jù)時(shí)間序列中進(jìn)行選擇306。所收集的數(shù)據(jù)及派生的數(shù)據(jù)可以用來分析駕駛者活動(dòng)狀態(tài)。例如，加速器、制動(dòng)、方向盤、離合器和排擋選擇器的位置和位置改變速率都提供了關(guān)于駕駛者活動(dòng)水平的有價(jià)值的信息，并且暗示駕駛者所遇到的駕駛狀況。對駕駛者活動(dòng)進(jìn)行分類可以使用C4.5算法、RIPPER算法或二次分類器之一，如上所述。
所選的分類算法，無論是上面的哪一個(gè)，另一算法或組合，用來根據(jù)傳感器數(shù)據(jù)將駕駛者活動(dòng)分為308至少兩種狀態(tài)之一。一種狀態(tài)對應(yīng)于機(jī)動(dòng)活動(dòng)，另一種狀態(tài)對應(yīng)于非機(jī)動(dòng)活動(dòng)。某些實(shí)施例可以包括兩個(gè)以上的狀態(tài)來進(jìn)一步允許將駕駛者認(rèn)知活動(dòng)分類為超過兩種狀態(tài)。例如，一種實(shí)施例可以將駕駛者狀態(tài)分成4個(gè)或更多水平，諸如“慢”、“中”、“高”和“極限”。連接的設(shè)備或中央控制器可以隨后采取預(yù)先確定的適當(dāng)行動(dòng)。導(dǎo)致將駕駛者活動(dòng)狀態(tài)分類為機(jī)動(dòng)的某些活動(dòng)可以包括車輛位置關(guān)于駕駛車道的改變、泊車機(jī)動(dòng)、高速路入口、高速路出口、與外部方的通信、與車內(nèi)另一乘客的交互或者娛樂設(shè)備的設(shè)置(尤其是音量)。不進(jìn)行一個(gè)或多個(gè)上述活動(dòng)的將被分類為非機(jī)動(dòng)。
當(dāng)確定機(jī)動(dòng)310時(shí)，選擇310的“是”分支，設(shè)置312輸出為對應(yīng)于“機(jī)動(dòng)”的狀態(tài)，其通過其他連接系統(tǒng)的相互協(xié)議而被理解，例如邏輯1。連接的外部設(shè)備或系統(tǒng)220、222、224、226隨后可以使用輸出204來延遲314或者重定向車輛內(nèi)所提供的服務(wù)或特性或者減小駕駛者的認(rèn)知負(fù)荷。某些可以重定向或延遲的服務(wù)和特性是無線通信，車輛狀態(tài)警報(bào)，諸如流體雨刷信號、導(dǎo)航指令、電子郵件消息或者娛樂呈現(xiàn)。例如，當(dāng)駕駛者認(rèn)知負(fù)荷確定為特別高時(shí)，收音機(jī)的音量可以降低，蜂窩電話可以重定向到語音信箱。
通過幾個(gè)優(yōu)選實(shí)施例描述了本發(fā)明，特別是合成和總結(jié)信息并呈現(xiàn)信息給駕駛者的系統(tǒng)和方法。考慮到上述描述，本領(lǐng)域技術(shù)人員將顯而易見地認(rèn)識到本發(fā)明的修改和替換實(shí)施例。該描述只是說明性的，是為了教導(dǎo)本領(lǐng)域技術(shù)人員執(zhí)行本發(fā)明的最佳模式。結(jié)構(gòu)和方法的細(xì)節(jié)都可以進(jìn)行變化，而本質(zhì)上并不違背本發(fā)明的精神，保留落入所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)的所有修改的排他使用。
權(quán)利要求
1.一種將駕駛者活動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行分類的方法，包括提供至少兩狀態(tài)活動(dòng)分類器；接收有關(guān)至少一個(gè)車輛操作狀況的傳感器數(shù)據(jù)；和根據(jù)傳感器數(shù)據(jù)將駕駛者活動(dòng)分類為至少兩個(gè)狀態(tài)中的一個(gè)，至少兩個(gè)狀態(tài)中的第一個(gè)對應(yīng)于機(jī)動(dòng)活動(dòng)，至少兩個(gè)狀態(tài)中的第二個(gè)對應(yīng)于非機(jī)動(dòng)活動(dòng)。
2.權(quán)利要求1的方法，其中，將駕駛者活動(dòng)分類為至少兩個(gè)狀態(tài)中的對應(yīng)于機(jī)動(dòng)活動(dòng)的第一個(gè)進(jìn)一步包括當(dāng)進(jìn)行對應(yīng)于下述之一的活動(dòng)時(shí)，將駕駛者活動(dòng)的狀態(tài)分類為機(jī)動(dòng)有關(guān)一個(gè)或多個(gè)車輛或固定對象的車輛位置變化、泊車機(jī)動(dòng)、高速路入口、高速路出口、與外部方的通信、與另一乘客的交互以及娛樂設(shè)備的狀態(tài)。
3.權(quán)利要求1的方法，其中，將駕駛者活動(dòng)分類為至少兩個(gè)狀態(tài)中的對應(yīng)于非機(jī)動(dòng)活動(dòng)的第二個(gè)進(jìn)一步包括當(dāng)不再進(jìn)行對應(yīng)于下述之一的活動(dòng)時(shí)，將駕駛者活動(dòng)的狀態(tài)分類為非機(jī)動(dòng)有關(guān)一個(gè)或多個(gè)車輛或固定對象的車輛位置變化、泊車機(jī)動(dòng)、高速路入口、高速路出口、與外部方的通信、與另一乘客的交互，以及娛樂設(shè)備的狀態(tài)。
4.權(quán)利要求1的方法，其中，將駕駛者活動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行分類進(jìn)一步包括使用瞬時(shí)傳感器數(shù)據(jù)和先前傳感器數(shù)據(jù)之一對駕駛者活動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行分類。
5.權(quán)利要求1的方法，其中，將駕駛者活動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行分類進(jìn)一步包括使用傳感器數(shù)據(jù)的線性函數(shù)和傳感器數(shù)據(jù)的非線性函數(shù)之一來對駕駛者活動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行分類。
6.權(quán)利要求1的方法，進(jìn)一步包括當(dāng)駕駛者活動(dòng)狀態(tài)的分類為機(jī)動(dòng)時(shí)，改變車內(nèi)事件的呈現(xiàn)。
7.一種兩狀態(tài)分類裝置，用于將駕駛者活動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行分類，該裝置包括輸入，用于接收有關(guān)至少一個(gè)車輛狀況的傳感器數(shù)據(jù)；和處理器，連接到輸入，其中，所述處理器分析傳感器數(shù)據(jù)以確定將駕駛者活動(dòng)狀態(tài)分類成機(jī)動(dòng)和非機(jī)動(dòng)中的一個(gè)。
8.權(quán)利要求7的分類裝置，其中，所述處理器使用統(tǒng)計(jì)分類器實(shí)現(xiàn)對駕駛者活動(dòng)狀態(tài)的分類。
9.權(quán)利要求7的分類裝置，其中，機(jī)動(dòng)的分類延遲車內(nèi)的事件。
10.權(quán)利要求7的分類裝置，其中，所述至少一個(gè)車輛狀況是以下之一加速器踏板位置、制動(dòng)踏板位置、車速、轉(zhuǎn)向信號燈狀態(tài)、和方向盤位置。
全文摘要
一種用于對駕駛者活動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行分類的裝置和方法，使用有關(guān)至少一個(gè)車輛操作狀況的傳感器數(shù)據(jù)，以確定駕駛者活動(dòng)并分類到至少兩個(gè)狀態(tài)中的一個(gè)。兩狀態(tài)分類器(200)使用有關(guān)車輛監(jiān)控(210)、駕駛狀況(212)、駕駛者活動(dòng)(214)、車輛控制(216)、駕駛者識別(218)的輸入來設(shè)置輸出(204)為對應(yīng)于“機(jī)動(dòng)”和“非機(jī)動(dòng)”的狀態(tài)。
文檔編號G08B23/00GK1795473SQ200480014189
公開日2006年6月28日 申請日期2004年6月10日 優(yōu)先權(quán)日2003年6月12日
發(fā)明者卡里·托爾科拉, 諾埃爾·S·馬賽, 羅伯特·H·雷維安 申請人:摩托羅拉公司