Détection de la baisse de vigilance par réseau neuronal
p. 375-379
Résumés
Dans le cadre du projet DETER-DRIVE II, notre étude vise à caractériser le processus de la conduite automobile ; l’objectif est de disposer de capteurs pour définir les ensembles de mesures caractéristiques d’un bon fonctionnement ou d’un dysfonctionnement et de déclencher automatiquement une alarme au franchissement entre ces deux états. Le problème devient complexe lorsqu’il s’agit de distinguer les caractéristiques de la conduite personnalisée.
Nous proposons trois outils de diagnostic pour bien identifier les habitudes du conducteur : la réglementation routière, les procédures de conduite et les capacités réactionnelles du conducteur. Nous avons choisi une approche neuronale de fusion multisensorielle. Un système multicapteur effectue la fusion de 32 variables. Notre étude concerne trois types de carrefours et, pour chaque type, le conducteur effectue trois tâches différentes générant neuf niveaux de difficulté pour la conduite. Cette approche neuronale comporte deux phases : apprentissage et généralisation.
We describe, in this paper, the general approach for the detection of changes in driving behaviour in the global framework of a Smart driver copilot System we have developped within the European Community DRIVE-DETER II research. The driver System is composed of three parts: the Comparator Component based on an error detection with respect to the driving rules, the Driver Impairment Monitor depending on a detection of changes in driving behaviour and the Tutoring part. The 3 principles we have used are: 1. Counting driving errors according to driving rules; 2. Studying procedural changes in specific reproducible driving situations; 3. Studying reactional capability of the driver when an dangerous situation happens. Only part 2 is present ed.
As many industrial, aeronautical, driving processes get more complex, human tasks consist in controlling, monitoring them by means of terminal boards. The operators have to keep attention for a long period of time in that case. A lack of attention, a performance impairment may lead to a catastrophic situation for the process, the environment, even for the operator himself. The final aim of the driver copilot System will be to detect any changes in his behaviour before any fault occurs.
As driving is a control task which consists in controlling the speed and the position of the vehicle on the road and is driver dependent and context dependent (i.e. depends on the habits of a driver and the near by environment of the road, the weather, the traffic) we use an unsupervised learning System to build up a probabilistic model of the driver’s behaviour with training data obtained from a same driver negotiating the m meters of his way before a T-junction or cross-roads. The current behaviour of the driver is then « acquired » for this specific situation.
Without the need to monitor the driver himself by means of physiological and sophisticated sensors to measure his « wakefulness », the behaviour of the vehicle driver can be observed through a set of relevant parameters from sensors located on the car and beacons located on the road. A sequence of pattern vectors {Xt} t>0 of dimension k sampled at regular time interval t is provided for a same driver and an experiment from time t=0 to t-T. For this presentation, the k parameters used are: the distance of the vehicle recorded from the beacon (a T-junction or cross-roads), the speed of the vehicle, the positions of the foot on the brake pedal, the accelerator, the clutch pedal.
During the learning phase, using multidimensional training data, a pattern recognition component (Ollero et al. 1984) models the instantaneous estimates of the posterior class probabilities given the features P (wll(tl,t2)/X(tl,t2)), P(wl2(tl,t2)/X(tl,t2)), P(w13(t1,t2)/X(tl,t2))... P(w21(t2,t3)/X(t2,t3)), P(w22(t2,t3)/X(t2,t3),p(w23(t2,t3)/X(t2,t3)... for different predefined lengths ofthe time intervals (ti.tj). where ∑. (ti, tj)-T and T is the total duration of the experiment, towards a distribution of the data into a certain number of classes, resulting in a reduction of the dimensionality of the initial multidimensional set of data for each time interval.
During the generalisation phase, using multidimensional test data, we can follow the driver behaviour, for each predefined time interval (ti, tj), the pattern recognition component assigns the multidimensional set of data to a predefined class or an unexisting class, according to a decision rule based on maximum membership function of the observed test data.
Some results will be given using experimental data.
Plan détaillé
Texte intégral
I – Position du problème
1Beaucoup d’efforts ont été faits concernant la sécurité passive du conducteur. Cependant, lorsqu’il s’agit de sécurité active, le problème devient complexe.
2Nous travaillons pour une application particulière (approche d’un carrefour ; voir figure ci-dessous). Les 5 variables suivantes sont utilisées : vitesse (v), distance par rapport à l’obstacle (d), les pédales : accélérateur (a), frein (b), embrayage (c).
3Nous essayons de mettre au point un système capable d’identifier les habitudes du conducteur et de l’informer en temps réel de la qualité de sa conduite.
Il – Approche proposée (fusion multisensorielle)
4Étant donné la nature même du problème, il est très difficile de penser à une solution du type système expert qui suppose la conception d’un modèle. Si on sait que le nombre de variables à fusionner est important et que l’on cherche une solution du type personnalisé (copilote personnalisé de la conduite) l’approche neuronale devient très intéressante.
5Nous avons abouti à proposer trois outils de diagnostic :
le comptage des erreurs commises par rapport aux règles de la circulation ;
les variations de modes opératoires utilisés par le conducteur dans des situations typiques reproductibles ;
les retards réactionnels lorsqu’une opération d’urgence doit être mise en œuvre.
6Cette présentation sera limitée aux modes opératoires.
7Ces trois outils de diagnostic nous ont permis d’envisager le schéma multicapteur suivant :
8Deux phases dans l’élaboration du système :
1. Apprentissage
9Cette étude analyse dans une première phase le comportement du conducteur d’une manière statique (derniers 70 mètres). Les données sont analysées et traitées par une méthode non supervisée de classification. Une procédure de décision assigne chaque approche à la classe la plus vraisemblable par des mesures de similarité, cette méthode donne une partition de l’espace des approches (A. Ollero et J. Aguilar Martin, 1984). Puis l’espace temps est divisé en intervalles de 0,5 s., les données en conséquence sont reanalysées et partitionnées et des classes sont créées en accord avec l’analyse globale précédente. Les paramètres caractéristiques des classes sont mémorisés.
10prob(xi) = ρki xi * (1 - ρki)(l-xi)
2. Généralisation
11En temps réel, les données sont analysées, les mesures de similarité permettent d’affecter chaque approche à la classe la plus vraisemblable obtenue en phase apprentissage. Cela nous permet de distinguer le comportement du conducteur toutes les demisecondes. Un comptage des erreurs commises au cours du temps est fait. Cela permet de contrôler en permanence le conducteur lorsqu’il s’approche du carrefour. Le système de comptage est basé sur la durée et la fréquence des erreurs.
III – Conclusion et perspectives
12Cette approche permet de diagnostiquer les dérives des procédures en temps réel basées sur une pré-analyse statique.
13Deux étapes sont à envisager pour la suite :
validation des principes, étude de sensibilité de la méthode ;
démonstration sur site réel pour la distinction d’une procédure d’une autre.
Auteurs
LAAS-CNRS, Toulouse, France
INSERM CHU Purpan, Service de neurologie, Toulouse, France
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