[發(fā)明專利]一種利用小型化電子鼻進(jìn)行酒駕檢測的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202210595554.5
• 申請日: 2022-05-30
• 公開（公告）號: CN115047144B
• 公開（公告）日: 2023-03-31
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 常志勇;欒祥宇;姚宗偉;時小虎;翁小輝;崔藍(lán)心;孔鋮;靳宏楊
• 申請（專利權(quán)）人: 吉林大學(xué)
• 主分類號: G01N33/00
• 分類號: G01N33/00
• 代理公司: 長春吉大專利代理有限責(zé)任公司 22201
• 代理人: 邵銘康;王恩遠(yuǎn)

1.一種利用小型化電子鼻進(jìn)行酒駕檢測的方法，其特征在于包括下列步驟：

1.1配備實驗室電子鼻(A)：

實驗室電子鼻(A)由進(jìn)氣管Ⅰ(1)、氣體腔室Ⅰ(2)、N個氣體傳感器陣列Ⅰ(3)、氣泵Ⅰ(4)、出氣管Ⅰ(5)、連接管Ⅰ(6)、調(diào)理電路板Ⅰ(7)和數(shù)據(jù)采集卡Ⅰ(8)組成；其中氣泵Ⅰ(4)、氣體腔室Ⅰ(2)和調(diào)理電路板Ⅰ(7)自左至右順序排列，數(shù)據(jù)采集卡Ⅰ(8)位于調(diào)理電路板Ⅰ(7)前方；氣體腔室Ⅰ(2)出口經(jīng)連接管Ⅰ(6)與氣泵Ⅰ(4)入口連接，氣泵Ⅰ(4)出口與出氣管Ⅰ(5)連接；氣體腔室Ⅰ(2)入口與進(jìn)氣管Ⅰ(1)連接；N個氣體傳感器陣列Ⅰ(3)均布并固接于氣體腔室Ⅰ(2)內(nèi)，且經(jīng)調(diào)理電路板Ⅰ(7)與數(shù)據(jù)采集卡Ⅰ(8)連接，數(shù)據(jù)采集卡Ⅰ(8)上設(shè)有USB接口(9)；進(jìn)氣管Ⅰ(1)入口與待測氣體存放的氣袋連接，檢測后的氣體經(jīng)出氣口排出；數(shù)據(jù)采集卡Ⅰ(8)采集的數(shù)據(jù)通過USB接口(9)與電腦端連接；調(diào)理電路板Ⅰ(7)和數(shù)據(jù)采集卡Ⅰ(8)均采用N通路裝置；

1.2汽車車艙內(nèi)可能出現(xiàn)的氣味信息分類和獲取，包括下列步驟：

1.2.1根據(jù)在汽車上的實際應(yīng)用場景，將氣味種類分為：“酒后人體呼出氣”、“非酒后人體呼出氣”、“酒精揮發(fā)氣”和“車艙其他干擾氣”，分別記為G1、G2、G3和G4；

1.2.2將不同年齡段、不同性別的不同飲酒狀態(tài)的酒后人體呼出氣G1，用2L的氣體采集袋進(jìn)行收集；將不同年齡段、不同性別的無飲酒狀態(tài)的非酒后人體呼出氣G2，用2L的氣體采集袋進(jìn)行收集；將不同種類酒的酒精揮發(fā)氣G3，用氣體2L采集袋進(jìn)行收集；將食物、香煙這些車艙內(nèi)其他干擾氣G4，用2L氣體采集袋進(jìn)行收集；

1.2.3電子鼻(A)的采樣頻率設(shè)置為50Hz；每次采樣分為基線數(shù)據(jù)采集、氣體樣本數(shù)據(jù)采集和傳感器陣列清洗三個階段，采樣時間分別設(shè)置為T1、T2和T3，總采樣時間記為T；

1.2.4將G1氣體采集袋與實驗室電子鼻(A)的進(jìn)氣管Ⅰ(1)入口連接，由流量控制器模擬人體呼氣，以500ml/min的流速將模擬氣吹掃到電子鼻內(nèi)，氣體吹掃過程中，實驗室電子鼻(A)進(jìn)行采樣獲取氣味樣本數(shù)據(jù)；將G2、G3和G4氣體采集袋與實驗室電子鼻(A)的進(jìn)氣管Ⅰ(1)入口連接，以獲取氣味樣本數(shù)據(jù)；將由G1、G2、G3和G4得到得氣味樣本數(shù)據(jù)分別記為：G1樣本、G2樣本、G3樣本和G4樣本；

1.3利用步驟1.2.4采集的氣味樣本數(shù)據(jù)，進(jìn)行駕駛員酒駕檢測識別算法模型訓(xùn)練，包括下列步驟：

1.3.1對獲取的氣味樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，包括下列步驟：

1.3.1.1對N個氣體傳感器陣列Ⅰ(3)獲得的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行z-score標(biāo)準(zhǔn)化；

1.3.1.2使用10Hz的FFT濾波器，對標(biāo)準(zhǔn)化處理后的數(shù)據(jù)進(jìn)行去噪處理；

1.3.1.3用去噪后的數(shù)據(jù)值減去前T1秒數(shù)據(jù)的平均值，獲得基線處理后的數(shù)據(jù)，記為di，其中：i＝1、2、3…50T1；將預(yù)處理后的氣味樣本數(shù)據(jù)分別記為：g1樣本、g2樣本、g3樣本和g4樣本；

1.3.2提取每個氣味樣本的平均值特征F，提取公式為：

1.3.3根據(jù)每個氣味樣本集提取的特征值，對支持向量機(jī)進(jìn)行訓(xùn)練，獲得支持向量機(jī)模型，記為CM_N；

1.4利用支持向量機(jī)遞歸特征消除---SVM-RFE特征選擇算法，進(jìn)行傳感器陣列優(yōu)化，實現(xiàn)電子鼻小型化，包括下列步驟：

1.4.1利用由N個特征得到的支持向量機(jī)模型CM_N，訓(xùn)練g1樣本、g2樣本、g3樣本和g4樣本，根據(jù)訓(xùn)練過程中每個特征對應(yīng)的系數(shù)從大到小對特征進(jìn)行排序，去除最小系數(shù)的特征，用剩余的N-1個特征再次訓(xùn)練SVM模型，得到剩余特征訓(xùn)練的SVM模型CM_N-1和其識別精度；

1.4.2用步驟1.4.1得到的支持向量機(jī)模型CM_N-1，訓(xùn)練g1樣本、g2樣本、g3樣本和g4樣本，根據(jù)訓(xùn)練過程中每個特征對應(yīng)的系數(shù)從大到小對特征進(jìn)行排序，去除最小系數(shù)的特征，用剩余的N-2個特征再次訓(xùn)練支持向量機(jī)模型，得到剩余特征訓(xùn)練的SVM模型CM_N-2和其識別精度；

1.4.3重復(fù)執(zhí)行1.4.1和1.4.2的迭代訓(xùn)練步驟，直至獲得剩余1個特征訓(xùn)練的支持向量機(jī)模型CM₁和識別精度；

1.4.4最終由步驟1.3.3、步驟1.4.1、步驟1.4.2和步驟1.4.3得到的N個支持向量機(jī)模型和N個對應(yīng)的識別精度，在保持高識別精度和所需特征數(shù)量最少的條件下，選擇最優(yōu)n個數(shù)量的特征,將這n個特征訓(xùn)練得到的支持向量機(jī)酒駕識別模型，記為CMn；

1.4.5確定小型化電子鼻的傳感器陣列包括n個氣體傳感器；

1.5將小型化電子鼻搭載到汽車上，用于酒駕識別，包括下列步驟：

1.5.1配備小型化電子鼻(B)：

小型化電子鼻(B)由進(jìn)氣管Ⅱ(10)、氣體腔室Ⅱ(11)、n個氣體傳感器陣列Ⅱ(12)、連接管Ⅱ(13)、氣泵Ⅱ(14)、出氣管Ⅱ(15)、無線傳輸模塊Ⅱ(16)、數(shù)據(jù)采集卡Ⅱ(17)和調(diào)理電路板Ⅱ(18)組成，其中氣泵Ⅱ(14)和氣體腔室Ⅱ(11)前后排列，氣體腔室Ⅱ(11)經(jīng)連接管Ⅱ(13)與氣泵Ⅱ(14)入口連接，進(jìn)氣管Ⅱ(10)前端與氣體腔室Ⅱ(11)入口固接；n個氣體傳感器陣列Ⅱ(12)均布并固接于氣體腔室Ⅱ(11)內(nèi)，且經(jīng)調(diào)理電路板Ⅱ(18)和數(shù)據(jù)采集卡Ⅱ(17)與無線傳輸模塊Ⅱ(16)連接；進(jìn)氣管Ⅱ(10)入口置于汽車方向盤位置，檢測后的氣體經(jīng)出氣管Ⅱ(15)排出；數(shù)據(jù)采集卡Ⅱ(17)采集的氣味信息數(shù)據(jù)通過無線傳輸模塊Ⅱ(16)上傳服務(wù)器；數(shù)據(jù)采集卡Ⅱ(17)和調(diào)理電路板Ⅱ(18)均采用n通路裝置；

1.5.2駕駛員進(jìn)入車艙系好安全帶手握方向盤后，駕駛員呼出氣通過放置在方向盤的進(jìn)氣口采集，氣味信息經(jīng)數(shù)據(jù)采集卡采集后由無線傳輸模塊上傳服務(wù)器；服務(wù)器按訓(xùn)練好的支持向量機(jī)酒駕識別模型CMn進(jìn)行識別，識別結(jié)果決定共享汽車是否可以啟動；駕駛過程中，連續(xù)性地進(jìn)行駕駛員呼出氣味信息采集，識別結(jié)果決定共享汽車是否發(fā)出警報和主動制動。