淺析駕駛員疲勞駕駛監(jiān)測(cè)技術(shù)

應(yīng)建明

疲勞駕駛給交通安全帶來重大隱患，研究表明司機(jī)連續(xù)駕駛超過3個(gè)小時(shí)就被認(rèn)為已經(jīng)進(jìn)入疲勞駕駛狀態(tài)，在這種狀態(tài)下司機(jī)的反應(yīng)速度、心臟活動(dòng)能力和保持身體平衡等機(jī)能都會(huì)相應(yīng)下降，稍有不慎就會(huì)發(fā)生交通事故。

一、疲勞駕駛的表征和原因

1疲勞駕駛的表征。當(dāng)疲勞產(chǎn)生后，駕駛員身體很多生理現(xiàn)象和生理數(shù)據(jù)會(huì)隨之發(fā)生改變，具體分為可見特征和不可見特征，其中可見特征，如駕駛姿勢(shì)眼部運(yùn)動(dòng)，頭部動(dòng)作以及臉部表情等；不可見特征，如心電波、腦電波、心率變化和駕駛員在方向盤上的握力等。

同時(shí)，駕駛員進(jìn)入疲勞駕駛后，車輛的行駛狀態(tài)也會(huì)發(fā)生變化，如：方向盤在較長(zhǎng)時(shí)間(一般大于4s)內(nèi)保持不動(dòng)，車身突然地?cái)[動(dòng)，車速與方向?qū)η胺铰窙r變化反應(yīng)不大或行駛速率不定以及方向隨意變換等。

以上特征有的需要儀器方能測(cè)得，有的依靠仔細(xì)觀察就可得知。

2影響駕駛疲勞的因素。影響駕駛疲勞的因素很多，主要有4種：一是駕駛員本身的因素，如家庭原因、工作強(qiáng)度，生活狀態(tài)，身體狀態(tài)，睡眠質(zhì)量、藥物反應(yīng)等。研究表明駕駛員全天的駕駛時(shí)間一般不得超過12個(gè)小時(shí)，一天駕駛超過10小時(shí)，睡眠不足四五個(gè)小時(shí)，交通事故發(fā)生率最高；二是交通狀況，如路況，車流量，交通堵塞和交通事故等。在冰雪天氣或路面凹凸不平的道路上行駛，駕駛員要頻繁使用離合器和加減擋位，容易造成疲勞。在山區(qū)行車時(shí)，要求司機(jī)注意力高度集中，動(dòng)作敏捷，不能有任何疏忽大意，在這種情況下極易造成疲勞；三是車輛的技術(shù)狀況，良好的車況和設(shè)備有利于駕駛員保持好的駕駛狀態(tài)，反之，則容易導(dǎo)致駕駛員疲勞；四是自然環(huán)境，如天氣、溫度、空氣質(zhì)量以及噪音等，悶熱潮濕、空氣污濁，聲音嘈雜的道路環(huán)境，更容易讓人昏昏欲睡，進(jìn)入疲勞狀態(tài)。

二，疲勞駕駛的檢測(cè)方法

疲勞駕駛的檢測(cè)方法眾多，按測(cè)量參數(shù)的不同可分為基于駕駛員本身的檢測(cè)方法，汽車行駛狀態(tài)檢測(cè)法以及綜合法三類。一是監(jiān)測(cè)駕駛員生理信號(hào)(腦電波，心電波，眼電波，心率等)和個(gè)體的特征(眼瞼的活動(dòng)、點(diǎn)頭的動(dòng)作、閉眼，握力等)；二是監(jiān)測(cè)車輛的運(yùn)動(dòng)參數(shù)(速度，加速度等)；三是前兩類的綜合。同時(shí)，按設(shè)備與駕駛員身體是否有接觸可以分為接觸式和非接觸式兩種。目前國(guó)內(nèi)外研究較多的方法有下面幾種：

1基于腦電圖(EEG)的測(cè)試法從醫(yī)學(xué)角度出發(fā)，借助醫(yī)用腦電圖儀、心電圖儀和眼電圖儀測(cè)試駕駛員的腦電波形，心電波形和眼電波形，從而確定其疲勞程度。其中以腦電圖EEG的研究最為廣泛。根據(jù)腦電波形測(cè)試疲勞的依據(jù)就是：大腦皮層處于不同狀態(tài)時(shí)，其腦電圖上的表現(xiàn)是不相同的。腦電波表現(xiàn)為以下4種：6波，頻率為1-3.5Hz；α波，頻率為7.5-12.5Hz；D波，頻率在12.5-30Hz：e波，頻率為3.5-7.5Hz。研究人員發(fā)現(xiàn)：人感覺疲勞渴望入睡時(shí)，α波頻帶相對(duì)比有明顯增大，β波頻帶相對(duì)比有明顯減小，這些變化靈敏的參數(shù)均可用于駕駛員疲勞的檢測(cè)。另外，心電圖ECG和眼電圖EOG在人疲勞時(shí)也有明顯變化。

腦電圖，包括心電圖和眼電圖屬于接觸式測(cè)量，它們的測(cè)試條件苛刻，過程復(fù)雜，價(jià)格過高，而且還要在被測(cè)試者的相應(yīng)部位安裝傳感器，對(duì)駕駛員的操縱帶來負(fù)面作用，因此，難以投入實(shí)際運(yùn)用，但該類方法作為對(duì)比方法，它們的準(zhǔn)確度高，可以為我們提供測(cè)量的標(biāo)準(zhǔn)，并能作為實(shí)驗(yàn)室基礎(chǔ)研究的手段。

2基于PERCLOS的檢測(cè)法

PERCLOS檢測(cè)法是通過攝像技術(shù)對(duì)眼睛進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)和跟蹤，分析眼睛的狀態(tài)和提取眼睛的特征參數(shù)，通過計(jì)算PERCLOS值來判斷駕駛員的疲勞程度。

PERCLOS值是“在一定時(shí)間內(nèi)眼睛閉合程度為80％-100％的時(shí)間占總時(shí)間的百分比”。

例如，一駕駛員在一分鐘內(nèi)有15次閉眼，每次閉0.4秒，共計(jì)6秒，那么該駕駛員的PERCLOS值P=(6／60)×100％=10％。

目前PERCLOS研究者，對(duì)定義中的80％-100％的眼睛閉合程度的有效性和可靠性實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了驗(yàn)證。它屬于非接觸式測(cè)量系統(tǒng)。眼睛閉合時(shí)間的長(zhǎng)短與疲勞程度有密切關(guān)系，駕駛員眼睛閉合時(shí)間越長(zhǎng)，疲勞程度越嚴(yán)重，因此通過測(cè)量眼睛閉合時(shí)間的長(zhǎng)短就能確定駕駛疲勞的程度。該方法是目前公認(rèn)最有效最可靠的疲勞檢測(cè)方法。

3基于心率變化的疲勞判斷

駕駛員的心率變化與其駕駛狀態(tài)有很大關(guān)系。強(qiáng)行超車、突然加減速和無視交通信號(hào)以及慢行等的莽撞駕駛，都會(huì)增加心臟和血管等循環(huán)器官的負(fù)擔(dān)。人們受到強(qiáng)烈的刺激后心跳加快，精神緊張時(shí)心跳也加快，一般來說要加快20％，車輛運(yùn)行速度增加時(shí)心跳也加快。據(jù)國(guó)外資料顯示，在高速道路上，汽車行駛速度為100km／h時(shí)，駕駛?cè)藛T的心跳次數(shù)比80km／h時(shí)增加20％。反之，由于駕駛疲勞，心跳要減慢。如果心跳次數(shù)低于標(biāo)準(zhǔn)值的20％以下駕駛車輛，就屬于疲勞駕駛。

由于心率與駕駛狀態(tài)存在一定關(guān)系。因此可以先利用脈搏計(jì)進(jìn)行測(cè)試實(shí)驗(yàn)，總結(jié)出疲勞與心率的關(guān)系，然后根據(jù)此關(guān)系設(shè)計(jì)防疲勞駕駛系統(tǒng)，此方法屬于接觸式測(cè)量系統(tǒng)。該系統(tǒng)由可進(jìn)行信號(hào)發(fā)射的脈搏計(jì)和數(shù)據(jù)處理單元兩部分組成。脈搏計(jì)先采集駕駛員在穩(wěn)定狀態(tài)下的脈搏信號(hào)，并傳輸給數(shù)據(jù)處理單元，作為用于對(duì)比的心率初始值，處理單元?jiǎng)t根據(jù)疲勞與心率的關(guān)系，結(jié)合初始值和當(dāng)前脈搏數(shù)，進(jìn)行疲勞程度的判斷，當(dāng)疲勞程度到達(dá)某一臨界值時(shí)，則以聲音或者振動(dòng)的方式提醒駕駛員。

基于心率變化的疲勞判斷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于實(shí)現(xiàn)，成本也較低，但是由于個(gè)體心率變化規(guī)律的差異較大，誤判率稍高，一般作為疲勞判斷的輔助手段。

4道路追蹤器

利用駕駛員在疲勞狀態(tài)條件下，操縱汽車的遲滯特性，通過在車上安裝一個(gè)與駕駛員同視野的攝像頭，參照公路上的各種分道線來辨別車輛的行駛狀態(tài)，以及車輛離開黃線、白線的時(shí)間和偏離程度，它在一定程度上反映駕駛員的疲勞程度，屬于非接觸式測(cè)量系統(tǒng)。

道路追蹤器也存在一定不足，一旦路面狀況不好，比如下雪、雨天、大霧等天氣，還有路面凹凸不平等情況，儀器就有可能產(chǎn)生誤判，因此，該方法應(yīng)用有一定的局限性。

5其他方式

除此之外，駕駛員頭部姿勢(shì)，嘴巴狀態(tài)，方向盤轉(zhuǎn)角以及方向盤的握緊力等等也被納入到了此類研究中。由于大部分單一的方法均難免存在可靠性較低的問題，所以很多研究也開始把其重心轉(zhuǎn)移到綜合方法上。

三、駕駛疲勞監(jiān)測(cè)技術(shù)存在的不足

盡管國(guó)內(nèi)外關(guān)于駕駛疲勞監(jiān)測(cè)技術(shù)的研究已經(jīng)取得了一定進(jìn)展，但依然存在以下幾方面的問題：

1實(shí)時(shí)性不夠

車禍往往發(fā)生在一瞬間，要避免交通事故，需要迅速、準(zhǔn)確、及時(shí)地對(duì)處于疲勞狀態(tài)的司機(jī)發(fā)出警告，因此，疲勞駕駛報(bào)警裝置應(yīng)具有很好的實(shí)時(shí)性。但目前開發(fā)的疲勞報(bào)警裝置受到硬件，算法各方面的限制往往不能快速對(duì)疲勞狀態(tài)做出判斷與動(dòng)作。

2接觸性影響

由于大部分監(jiān)測(cè)用傳感器為接觸性的，在行車過程中會(huì)造成駕駛員不適或影響駕駛員操作，如：腦電、心電、肌電的測(cè)量一般需要在人體上粘貼電極，監(jiān)測(cè)駕駛員頭部運(yùn)動(dòng)裝置也需要在駕駛員臉上或頭部做標(biāo)記，這會(huì)對(duì)駕駛員的操作造成影響。

3靈敏度與可靠性差

性能良好的疲勞報(bào)警裝置應(yīng)具有很高的靈敏度和可靠性，而現(xiàn)有的大多數(shù)檢測(cè)算法因其檢測(cè)條件的限制和復(fù)雜環(huán)境的影響，并不能準(zhǔn)確完整的提取駕駛員的疲勞信息，最終導(dǎo)致裝置的靈敏度低，可靠性差。