船員疲勞駕駛監(jiān)控技術(shù)發(fā)展

李林

摘要：近年來(lái)，船舶駕駛員疲勞智能識(shí)別技術(shù)受到國(guó)內(nèi)外眾多研究學(xué)者的廣泛關(guān)注。船員疲勞駕駛是水上交通事故高發(fā)的主要因素之一，據(jù)統(tǒng)計(jì)80%以上的水上交通事故與船員疲勞駕駛有直接或間接的關(guān)系。船員疲勞駕駛已經(jīng)成為船舶航行潛在危險(xiǎn)因素，減少因疲勞駕駛引發(fā)的水上交通事故是一項(xiàng)十分重要的課題。船員疲勞駕駛監(jiān)控技術(shù)涉及人因工程、人工智能、醫(yī)療健康等眾多領(lǐng)域，是一個(gè)研究范圍廣、內(nèi)容復(fù)雜的交叉課題。

中圖分類號(hào)：U675 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2015）08（C）-0000-00

1引言

疲勞是人們連續(xù)學(xué)習(xí)或工作以后，效率下降、注意力不集中的一種現(xiàn)象。同時(shí)，也可以說(shuō)是一種主觀上產(chǎn)生不適的感受，客觀上繼續(xù)從事活動(dòng)或工作時(shí)失去完成工作的能力的一種表現(xiàn)。船員疲勞駕駛是船舶通航過(guò)程中潛在的不安全因素，減少因此導(dǎo)致的水上交通事故，提高船舶通航安全監(jiān)管手段，已成為水上交通安全的重要課題。

根據(jù)長(zhǎng)江航務(wù)管理局發(fā)布統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示【1】，2005-2010年中國(guó)長(zhǎng)江所發(fā)生的水上交通事故的種類主要集中在碰撞、自沉、擱淺和觸碰這四類事故，占事故發(fā)生的93.3%。尤其是碰撞事故所占的比例最高，占事故發(fā)生的61.9%，見(jiàn)圖1。且事故發(fā)生時(shí)間，主要集中在夜間和凌晨這個(gè)時(shí)間段，而此時(shí)船員通常處于疲勞狀態(tài)，見(jiàn)圖2。

圖1 2005-2010年長(zhǎng)江某段水域水上交通事故種類統(tǒng)計(jì)

圖2 2005-2010年長(zhǎng)江某段水域水上交通事故發(fā)生時(shí)間統(tǒng)計(jì)

已于自2013年2月1日起施行的《中華人民共和國(guó)海船船員值班規(guī)則》中，第十二條明確規(guī)定，船長(zhǎng)應(yīng)保證值班船員得到充分休息，防止疲勞值班。第一百二十條中明確規(guī)定，航運(yùn)公司及船長(zhǎng)應(yīng)當(dāng)采取有效措施防止船員疲勞操作。目前，國(guó)際海事組織不斷修正船員培訓(xùn)標(biāo)準(zhǔn)的馬尼拉公約，也將工作重點(diǎn)從對(duì)船舶設(shè)備和技術(shù)的研究逐漸轉(zhuǎn)向?qū)Υ瑔T的研究。由于船員疲勞駕駛檢測(cè)技術(shù)在交通事故預(yù)防等相關(guān)領(lǐng)域具有廣闊的發(fā)展前景和現(xiàn)實(shí)意義，受到各國(guó)政府以及相關(guān)國(guó)際組織的高度關(guān)注。

2研究現(xiàn)狀

近年來(lái)，車輛駕駛員疲勞智能識(shí)別技術(shù)受到國(guó)內(nèi)外眾多研究學(xué)者的廣泛關(guān)注。一些發(fā)達(dá)國(guó)家很早就投入了大量人力和物力，并且在該領(lǐng)域取得了一定的研究成果。隨著駕駛?cè)藛T疲勞駕駛現(xiàn)象越來(lái)越普遍，針對(duì)疲勞駕駛現(xiàn)象的理論與應(yīng)用研究正朝著智能化方向不斷地發(fā)展進(jìn)步。受到駕駛?cè)藛T工作環(huán)境復(fù)雜、活動(dòng)空間較大等諸多因素的影響，國(guó)內(nèi)外船舶駕駛員疲勞識(shí)別領(lǐng)域的研究與機(jī)動(dòng)車和飛機(jī)疲勞駕駛相比較為滯后。

現(xiàn)階段，船舶駕駛員疲勞主要研究領(lǐng)域是影響船員疲勞因素等方面的研究。其中，船員疲勞與船員視覺(jué)特性分析研究領(lǐng)域較多。船員在駕船過(guò)程中主要通過(guò)人眼視覺(jué)獲取信息，是船員獲取航行信息的主要方式，因此，通過(guò)分析駕駛員眼部規(guī)律，進(jìn)而探究船員疲勞狀態(tài)具有一定可行性。郭慶永【2】對(duì)船舶駕駛?cè)藛T疲勞致因進(jìn)行分析，并提出預(yù)防與控制措施方法。他認(rèn)為船員疲勞是導(dǎo)致海上事故的重要誘因，對(duì)船舶管理和船員個(gè)人兩方面加強(qiáng)管理，則可有效避免因船員疲勞導(dǎo)致的水上交通事故。劉清【3】通過(guò)采用集對(duì)分析技術(shù)，對(duì)船員視覺(jué)特性與疲勞駕駛行為之間關(guān)系進(jìn)行了研究，得出：船員目標(biāo)區(qū)試點(diǎn)分布比、注視時(shí)間比例、瞳孔大小、目視區(qū)域距離等視覺(jué)特征指標(biāo)與疲勞駕駛行為均有一定的相關(guān)性。

針對(duì)船舶駕駛員疲勞相關(guān)研究主要停留在基礎(chǔ)理論的研究階段，包括：船舶駕駛員疲勞評(píng)價(jià)方法、船舶駕駛員疲勞致因分析、船舶駕駛員疲勞駕駛行為特征等領(lǐng)域。而車輛駕駛員疲勞識(shí)別技術(shù)發(fā)展家較為快速，部分專家已經(jīng)面向疲勞問(wèn)題提出相關(guān)解決方案，并通過(guò)技術(shù)手段對(duì)駕駛員疲勞進(jìn)行有效檢測(cè)。李衡峰【4】提出一種新穎的眼部狀態(tài)識(shí)別方法對(duì)車輛駕駛員疲勞進(jìn)行識(shí)別，疲勞識(shí)別準(zhǔn)確率可達(dá)到85%以上。Volvo汽車公司推出“駕駛員警示系統(tǒng)”來(lái)協(xié)助駕駛員提高行車安全，在駕駛員進(jìn)入睡眠狀態(tài)前及時(shí)給予警示。由卡內(nèi)基梅隆大學(xué)研發(fā)的PERCLOS系統(tǒng)通過(guò)分析眼睛位置和開(kāi)度，對(duì)駕駛員疲勞狀態(tài)進(jìn)行判定。FaceLAB系統(tǒng)通過(guò)監(jiān)測(cè)駕駛員頭部姿態(tài)、眼睛開(kāi)閉狀態(tài)、凝視方向、瞳孔直徑等特征參數(shù)，對(duì)駕駛員疲勞狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。歐盟的AWAKE系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)駕駛員行為的綜合監(jiān)控，通過(guò)利用圖像、壓力等多種傳感器，對(duì)駕駛員眼部狀態(tài)、視線方向、方向盤握力等信息進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

船舶駕駛員疲勞檢測(cè)發(fā)展之所以落后于車輛駕駛員疲勞檢測(cè)主要受以下幾方面影響（見(jiàn)表2）。

3船員疲勞檢測(cè)方法

主要疲勞檢測(cè)方法可分為兩大類：一類是以船員生理狀態(tài)數(shù)據(jù)為依據(jù)，通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)分析與處理，判斷船員是否處于疲勞狀態(tài)。另一類是以船員駕船活動(dòng)、主觀感受等為依據(jù)，通過(guò)邏輯推理，進(jìn)而分析船員是否處于疲勞狀態(tài)。

3.1基于船員生理狀態(tài)信息的直接檢測(cè)方法

基于生理信號(hào)的檢測(cè)方法：船員在疲勞狀態(tài)下的生理指標(biāo)會(huì)偏離正常狀態(tài)，因此可以通過(guò)采集船舶駕駛員的生理信號(hào)，進(jìn)而分析信號(hào)數(shù)據(jù)的特定變化來(lái)判斷駕駛員的疲勞狀態(tài)。目前常用的檢測(cè)方法主要包括腦電信號(hào)EEG、心電信號(hào)ECG、肌電信號(hào)EMG等。其中，腦電信號(hào)EEG，被認(rèn)為是檢測(cè)疲勞的“金標(biāo)準(zhǔn)”。

基于生理反應(yīng)的監(jiān)測(cè)方法：基于駕駛?cè)藛T的生理反應(yīng)的檢測(cè)方法是指利用駕駛?cè)说念^部、眼部、嘴部等特征的變化規(guī)律判斷駕駛?cè)说钠谒?。其中，駕駛?cè)搜鄄刻卣鞅徽J(rèn)為是反映疲勞狀態(tài)的重要特征。

3.2基于船員相關(guān)事件推理的間接檢測(cè)方法

基于駕駛行為的檢測(cè)方法：基于駕駛?cè)藛T操作行為的檢測(cè)方法和基于船舶狀態(tài)信息的檢測(cè)方法。其中，基于駕駛?cè)瞬僮餍袨榈臋z測(cè)方法是指通過(guò)駕駛?cè)藢?duì)船舵、制動(dòng)裝置等操作行為來(lái)判斷駕駛?cè)似谒??；诖盃顟B(tài)信息的檢測(cè)方法是指通過(guò)檢測(cè)船速、加速度、船身橫擺角和航道偏移量等船舶行駛信息來(lái)判斷駕駛?cè)藛T的疲勞水平。

基于船員行為信息評(píng)價(jià)的檢測(cè)方法：通過(guò)多種方式獲取船員健康信息、運(yùn)動(dòng)信息、睡眠信息、飲食信息、周圍環(huán)境信息（溫度、亮度、濕度、聲音、氣味等）等，建立船員疲勞評(píng)價(jià)模型。目前，該模型主要應(yīng)用于海事事故調(diào)查分析領(lǐng)域，該模型在識(shí)別疲勞是事故的原因方面，有80%的實(shí)驗(yàn)結(jié)果是可信的。

3.3檢測(cè)方法分析比較

基于船員生理狀態(tài)信號(hào)的檢測(cè)方法具有可靠性高、實(shí)時(shí)性好的特點(diǎn)，其采集的生理信息數(shù)據(jù)直接反應(yīng)船員生理狀態(tài)信息，能夠較好的分析出船員的生理狀態(tài)信息。其中，基于生理信號(hào)的檢測(cè)方法所需檢測(cè)設(shè)備多屬于精密儀器，受船舶震動(dòng)、噪聲等因素影響較大，因此可行性較差?；谏矸磻?yīng)的檢測(cè)方法，可通過(guò)技術(shù)發(fā)展較為成熟的傳感器技術(shù)，通過(guò)采集船員面部器官特征、心率等信息，分析船員是否處于疲勞狀態(tài)。

基于船員相關(guān)事件推理的檢測(cè)方法具有技術(shù)成熟的特點(diǎn)，部分信息數(shù)據(jù)可依托現(xiàn)有船舶狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)采集，且該方法均為非侵入式監(jiān)控方式，不會(huì)影響船員駕船。但該方法在疲勞檢測(cè)的準(zhǔn)確性方面較差，受船員、環(huán)境、管理制度等多面的因素影響較大。

4、結(jié)束語(yǔ)

航運(yùn)企業(yè)在注重利益化的發(fā)展中，安全問(wèn)題逐漸突出，在重大安全隱患無(wú)法得到有效控制，安全事故時(shí)有發(fā)生，船員的生命財(cái)產(chǎn)安全受到極大威脅。為讓航運(yùn)業(yè)得到良性發(fā)展，就需要足夠重視安全，通過(guò)監(jiān)管技術(shù)的發(fā)展帶動(dòng)安全管理能力的發(fā)展，強(qiáng)化船員安全駕駛意識(shí)具有十分重要的意義。

通過(guò)發(fā)展船員疲勞駕駛監(jiān)控技術(shù)，為規(guī)范船員駕駛提供技術(shù)手段，為水上交通事故調(diào)查取證提供依據(jù)。船舶駕駛員疲勞檢測(cè)技術(shù)主要涉及機(jī)器視覺(jué)、人工智能、可穿戴設(shè)備技術(shù)等多種技術(shù)，同時(shí)還涉及生理、心理能多種領(lǐng)域。若對(duì)船舶駕駛員疲勞進(jìn)行深入研究，可以從人因工程的角度先對(duì)船員疲勞所涉及的人、船和環(huán)境等多種因素進(jìn)行研究。

參考文獻(xiàn)

[1]李文華，馬曉雪，陳海泉，張銀東，喬衛(wèi)亮. 基于事故統(tǒng)計(jì)分析的水上交通安全管理研究[J]. 安全與環(huán)境工程，2013，01：132-137.

[2]劉清，李勝，徐小麗. 船員視覺(jué)特征與疲勞駕駛行為的關(guān)系研究[J]. 中國(guó)安全科學(xué)學(xué)報(bào)，2013，06：20-25.

[3]郭慶永. 船舶駕駛?cè)藛T疲勞致因分析及其預(yù)防控制[J]. 世界海運(yùn)，2011，11：38-41.

[4]李衡峰. 基于綜合集成的駕駛疲勞識(shí)別[D].中南大學(xué)，2005.

[5]孫偉，張為公，張小瑞，陳剛. 疲勞駕駛預(yù)警系統(tǒng)的研究進(jìn)展[J]. 汽車電器，2009，01：4-8.