談汽車防疲勞駕駛技術(shù)

程 艷

（廣西職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣西 南寧 530226）

1 前言

隨著機(jī)動(dòng)車保有量的增加，交通事故已成為當(dāng)今社會(huì)所面臨的嚴(yán)峻問題。據(jù)統(tǒng)計(jì)，因公路交通事故造成的死亡人數(shù)已居非自然死亡人數(shù)之首1；有數(shù)據(jù)顯示，由駕駛員人為因素導(dǎo)致的交通事故造成傷亡的比例最高2；根據(jù)德國保險(xiǎn)公司所作的調(diào)查結(jié)果顯示，高速公路死亡事故中大約有四分之一的事故造成原因就是疲勞駕駛。因疲勞駕駛而造成傷亡事故的概率比其它的事故原因造成的傷亡要高出近2.5倍。

實(shí)際上，駕駛員處于疲勞狀態(tài)時(shí)，對(duì)周圍環(huán)境的感知能力、形勢(shì)判斷能力和對(duì)車輛的操控能力都有不同程度的降低。同時(shí)，視線模糊，視野變窄等因素，很容易發(fā)生道路交通安全事故。按照美國公路交通局NHTSA的觀點(diǎn)，人處于疲勞狀態(tài)時(shí)，事故發(fā)生的可能性會(huì)上升四至六倍。因此，研究開發(fā)高性能的駕駛?cè)似跔顟B(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)及預(yù)警系統(tǒng)，對(duì)改善我國道路交通安全狀況具有重要現(xiàn)實(shí)意義。

2 研究現(xiàn)狀

日前，國內(nèi)外在駕駛?cè)似诒O(jiān)測(cè)及預(yù)警系統(tǒng)的研究主要集中在對(duì)一些獨(dú)立的功能模塊進(jìn)行研究開發(fā)上面，如∶駕駛員精神分散狀態(tài)的監(jiān)測(cè)及預(yù)警系統(tǒng)、車道偏離預(yù)警系統(tǒng)的研究、前方車輛探測(cè)及碰撞預(yù)警系統(tǒng)的研究等單一功能模塊。其中美國、日本等研究機(jī)構(gòu)主要是對(duì)駕駛員精神狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，通過機(jī)器視覺技術(shù)，對(duì)駕駛員頭部及各器官視覺特征的識(shí)別來實(shí)現(xiàn)駕駛員的疲勞狀態(tài)；或者通過檢測(cè)駕駛員的生理體能參數(shù)來判斷駕駛員的疲勞狀態(tài)。荷蘭、澳大利亞等國家主要研究開發(fā)車道偏離預(yù)警系統(tǒng)，通過對(duì)車輛行駛狀態(tài)的跟蹤循跡來判斷駕駛員的疲勞狀態(tài)。我國在該領(lǐng)域的研究主要集中在吉林大學(xué)、東南大學(xué)等高等院校，主要進(jìn)行基于機(jī)器視覺的多信息融合的行車安全綜合系統(tǒng)的研究。

3 基于車輛行駛狀態(tài)的防疲勞駕駛監(jiān)測(cè)及預(yù)警技術(shù)

車道偏離預(yù)警系統(tǒng)是一種通過報(bào)警的方式輔助駕駛員減少汽車因車道偏離而發(fā)生交通事故的系統(tǒng)。研究較為成功的美國的 Auto Vue 系統(tǒng)。該系統(tǒng)由圖像處理芯片、控制器、傳感器等組成。安裝在擋風(fēng)玻璃與車內(nèi)后視鏡之間，通過實(shí)時(shí)測(cè)量本車與車道標(biāo)識(shí)線之間的距離，并將與之系統(tǒng)設(shè)定的報(bào)警距離進(jìn)行比較，判斷是否需要預(yù)警。 當(dāng)監(jiān)測(cè)到需要預(yù)警時(shí)通過發(fā)出聲音來提醒駕駛員修正車輛。

該應(yīng)用是利用車道線偏離等車輛行駛信息來推測(cè)駕駛?cè)说钠跔顟B(tài)。這種方法以車輛現(xiàn)有的裝置為基礎(chǔ)，不需添加過多的硬件設(shè)備，而且不會(huì)對(duì)駕駛?cè)说恼ｑ{駛造成干擾，因此具有很高的實(shí)用價(jià)值。但該技術(shù)在應(yīng)用過程中由于是通過攝像頭來采集車道標(biāo)識(shí)線，故容易受到光照條件變化的影響，故開發(fā)一種能適應(yīng)各種光照條件的車道偏離預(yù)警系統(tǒng)是今后研究工作的重點(diǎn)。

4 基于駕駛員生理特征的疲勞監(jiān)測(cè)

對(duì)駕駛?cè)似跔顟B(tài)的監(jiān)測(cè)及預(yù)警技術(shù)由于其實(shí)時(shí)性好，靈敏度高被各個(gè)研究機(jī)構(gòu)廣泛重視。研究人員根據(jù)駕駛?cè)似跁r(shí)在生理和操作上的特征進(jìn)行了多方面的研究，將與駕駛?cè)说臓顟B(tài)監(jiān)測(cè)大致分為幾種方式，即基于駕駛?cè)松硇盘?hào)、基于駕駛?cè)松矸磻?yīng)特征和基于駕駛?cè)瞬僮餍袨榈葞追N方法。

4.1 基于駕駛?cè)松硇盘?hào)的監(jiān)測(cè)

研究表明，駕駛?cè)颂幱谄跔顟B(tài)時(shí)，其生理指標(biāo)會(huì)偏離正常狀態(tài)的指標(biāo)，可通過檢測(cè)駕駛員的生理指標(biāo)來判斷駕駛員是否處于疲勞狀態(tài)。目前對(duì)駕駛員生理指標(biāo)的檢測(cè)主要包括腦電圖EEG及心電圖ECG等。

其中，EEG可直接反映大腦的活動(dòng)狀態(tài)，被稱為監(jiān)測(cè)疲勞狀態(tài)的“金標(biāo)準(zhǔn)”[4]，當(dāng)被測(cè)人員處于疲勞狀態(tài)時(shí)，其α節(jié)律β節(jié)律減小，并出現(xiàn)θ節(jié)律δ節(jié)律。當(dāng)疲勞消失時(shí)，α節(jié)律β節(jié)律增強(qiáng)。故θ節(jié)律δ節(jié)律增強(qiáng)時(shí)，表明被監(jiān)測(cè)者處于疲勞狀態(tài)。但EEG信號(hào)特征也存在一定的個(gè)人差異，如年齡、性別不同，則有數(shù)據(jù)有一定的差異。

基于駕駛?cè)诉@類生理信號(hào)的檢測(cè)方法對(duì)判斷被監(jiān)測(cè)者的疲勞狀態(tài)準(zhǔn)確性較高，但這些生理信號(hào)需要采用接觸式測(cè)量，如EEG的測(cè)量需要在腦的各相應(yīng)區(qū)域安裝電極，在實(shí)際應(yīng)用駕駛員疲勞監(jiān)測(cè)時(shí)有一定的局限性，因此目前還未投入到汽車駕駛?cè)似跔顟B(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控監(jiān)測(cè)應(yīng)用中。

4.2 基于駕駛?cè)松矸磻?yīng)特征的監(jiān)測(cè)

目前，監(jiān)測(cè)駕駛員的生理反應(yīng)特征是應(yīng)用較為廣泛的方法之一，該方式是通過提取駕駛者的生理特征來進(jìn)行判斷，與駕駛員疲勞有關(guān)的特征主要包括：頭部特征，眼部特征，嘴部特征，駕駛操作動(dòng)作特征等。其中對(duì)駕駛員眼部特征的監(jiān)控最為普遍，該監(jiān)測(cè)主要采集駕駛員的眼睛閉合時(shí)間、閉合頻率等，即利用圖像處理與識(shí)別技術(shù)，利用基于紅外 LED光源的 CCD（電子耦合組件）攝像機(jī)獲取駕駛者的眼睛和臉部圖像，根據(jù)紅外光對(duì)瞳孔的成像特性定位駕駛者的眼睛，再獲取駕駛員眼瞼的運(yùn)行來進(jìn)行判斷。相比基于車輛行駛狀態(tài)來進(jìn)行判斷，這種方式將更加精確。

4.3 基于駕駛?cè)瞬僮餍袨榈谋O(jiān)測(cè)

基于駕駛?cè)瞬僮餍袨榈鸟{駛?cè)似跔顟B(tài)監(jiān)測(cè)，指通過對(duì)駕駛?cè)说牟僮餍袨楸O(jiān)測(cè)推斷駕駛?cè)似跔顟B(tài)。該系統(tǒng)將受力傳感器安裝在方向盤上，將駕駛者對(duì)方向盤的操作行為持續(xù)記錄，并通過長時(shí)間操作過程中識(shí)別操作的變化，對(duì)駕駛員疲勞狀態(tài)進(jìn)行判斷，當(dāng)出現(xiàn)方向盤持續(xù)數(shù)秒不轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)或轉(zhuǎn)動(dòng)頻率過低時(shí)，判斷駕駛員可能處于疲勞駕駛狀態(tài)。

當(dāng)然，駕駛?cè)藢?duì)汽車的操控除了與駕駛員的疲勞狀態(tài)有關(guān)外，還受到個(gè)人駕駛習(xí)慣、汽車行駛速度、道路交通環(huán)境、操作技能水平的影響，因此如何提高駕駛?cè)似跔顟B(tài)的測(cè)量精度是此類間接測(cè)量監(jiān)控技術(shù)的關(guān)鍵問題。

5 疲勞駕駛監(jiān)測(cè)技術(shù)研究存在的難點(diǎn)

盡管國內(nèi)外對(duì)駕駛員疲勞狀態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)的研究取得了一些成果，但是現(xiàn)有的這些疲勞監(jiān)測(cè)技術(shù)還存在一定的局限性需要改善：（1）監(jiān)測(cè)儀器難以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。目前對(duì)人疲勞狀態(tài)監(jiān)測(cè)效果較好的監(jiān)測(cè)手段是對(duì)人的生理信號(hào)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。而此類監(jiān)測(cè)基本上需要將儀器端口與人直接接觸，這將影響駕駛員對(duì)車輛的操控。（2）監(jiān)測(cè)方法、監(jiān)測(cè)指標(biāo)較單一。目前非接觸式的監(jiān)測(cè)如對(duì)人生理反應(yīng)特征的監(jiān)測(cè)，大部分這類型的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采用的是較為單一的監(jiān)測(cè)指標(biāo)，即系統(tǒng)可能僅監(jiān)測(cè)駕駛員的眼部，或者駕駛員的臉部等，雖然在限定的某些條件下能夠達(dá)到較高的精度，但在復(fù)雜多變的行車環(huán)境下，其準(zhǔn)確性和可靠性上還存在較大問題，難以實(shí)現(xiàn)預(yù)期目的。例如這些被監(jiān)測(cè)部位被遮擋（眼鏡等）時(shí)、或者光線不足時(shí)，則不能準(zhǔn)確獲得這些被測(cè)對(duì)象的特征，進(jìn)而影響監(jiān)測(cè)效果。（3）駕駛?cè)说钠跔顟B(tài)受多種因素影響，到目前為止還沒有發(fā)現(xiàn)非常有效的指標(biāo)能對(duì)疲勞程度進(jìn)行精確的分級(jí)，因此需要進(jìn)一步深入研究各種指標(biāo)與駕駛?cè)似诔潭戎g的關(guān)系。（4）監(jiān)測(cè)成本較高。目前開發(fā)應(yīng)用的大部分監(jiān)測(cè)裝置成本過高，影響了這些系統(tǒng)在汽車上的廣泛應(yīng)用。

6 結(jié)束語

對(duì)駕駛?cè)似跔顟B(tài)監(jiān)測(cè)方法、監(jiān)測(cè)設(shè)備的研究，對(duì)預(yù)防因疲勞駕駛引起的交通事故有重大意義，具有較好的應(yīng)用前景，可以預(yù)見，在未來較長一段時(shí)間內(nèi)將成為汽車安全技術(shù)領(lǐng)域的一個(gè)熱點(diǎn)方向。綜合以上提出的研究難點(diǎn)，預(yù)計(jì)將多源信息融合對(duì)之進(jìn)行監(jiān)測(cè)的方法將成為一個(gè)發(fā)展方向。

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