淺談駕駛疲勞檢測方法研究現(xiàn)狀

摘 要：駕駛疲勞研究是汽車主動安全領(lǐng)域研究方向之一，主要集中在兩個方面，一是基于車輛和人體的操作行為，二是基于人體的生理信號。本文總結(jié)和評價了國內(nèi)外關(guān)于駕駛疲勞的研究現(xiàn)狀，指出研究存在的不足，提出駕駛疲勞研究應(yīng)該朝著定量描述、閾值算法和多指標(biāo)整合建模方向努力，最后對駕駛疲勞研究的應(yīng)用前景進(jìn)行展望。

關(guān)鍵詞：駕駛疲勞；主動安全；研究現(xiàn)狀

20%的交通事故與疲勞駕駛有關(guān)，造成大量財產(chǎn)損失和人員傷亡[ 1 ]。汽車運(yùn)輸車隊、執(zhí)行急難險重任務(wù)需要長時間駕駛的駕駛員急需一種移動穿戴設(shè)備能夠及時監(jiān)測駕駛員的精神疲勞并發(fā)出預(yù)警信號，研究建立可靠有效的駕駛疲勞檢測和預(yù)警系統(tǒng)對于社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有重要意義。

1 疲勞發(fā)生機(jī)制

駕駛疲勞的發(fā)生，是一種特別的生理心理現(xiàn)象，一般認(rèn)為，其產(chǎn)生與工作過程中大腦抑制性保護(hù)作用有關(guān)，也是能量消耗與代謝物質(zhì)不斷積累造成的結(jié)果，代謝物的積累會帶來神經(jīng)肌肉節(jié)點處神經(jīng)沖動傳遞受到抑制，ATP合成速度減慢，鈣離子濃度降低，造成肌肉收縮與放松能力下降。高強(qiáng)度或長時間持續(xù)活動會產(chǎn)生疲勞，疲勞的危害有工作能力減弱、效率降低、錯誤率增加等，這是一種自我保護(hù)機(jī)制，提醒要增加休息時間。疲勞分為肌肉疲勞和精神疲勞。肌肉疲勞在生理層面主要表現(xiàn)為肌肉酸軟、渾身無力、肢體動作反應(yīng)遲鈍等，而精神疲勞表現(xiàn)為注意力渙散、操作錯誤率上升、質(zhì)量下降等，精神認(rèn)知層面已經(jīng)不能滿足工作任務(wù)要求。駕駛疲勞主要是精神疲勞，伴隨肌肉疲勞，測定方法包括自評法、工作效績法、生理信號測試法、閃光融合頻率和反應(yīng)時測定法等。

2 駕駛疲勞檢測方法研究現(xiàn)狀

一直以來，汽車廠商致力于開發(fā)駕駛疲勞的預(yù)警與警示設(shè)備，以幫助駕駛員預(yù)防疲勞提高安全性。駕駛疲勞檢測研究主要集中在兩個方向，一些研究者選擇車輛和人體的操作行為指標(biāo)作為主要變量來建立疲勞判定模型，例如Wierwille通過采集駕駛員不同疲勞狀態(tài)下的操作特性數(shù)據(jù)，驗證了方向盤轉(zhuǎn)角、方向盤轉(zhuǎn)角速率、車輛橫向位置、橫向加速度和橫擺角變量與駕駛?cè)似谒骄哂酗@著的相關(guān)性；A. Eskandarian和A. Mortazavi通過對方向盤轉(zhuǎn)角時域、頻域、幅值域的分析，也得出方向盤轉(zhuǎn)角的方差或平方差可以作為疲勞駕駛評價指標(biāo)；Hertmann 等人通過瞳孔直徑變化情況檢測駕駛員的疲勞狀況，取得一定進(jìn)展；國內(nèi)清華大學(xué)張波、成波、張廣淵和馮睿嘉，北京工業(yè)大學(xué)趙曉華等人近年的研究中也得出了類似的結(jié)論[ 2-4 ]。但這些研究所提出的都是后驗性指標(biāo)，忽略了駕駛疲勞及因此而造成的駕駛能力下降是一個逐漸發(fā)展的過程，僅驗證了某些指標(biāo)在疲勞前后具有顯著性差異，如果不能在完整的時間歷程上進(jìn)行定量描述，必然無法反映疲勞發(fā)展過程中駕駛能力下降由量變到質(zhì)變的一般規(guī)律，從而無法進(jìn)行準(zhǔn)確的疲勞預(yù)測與預(yù)警。同時，這些研究為了保證對被試者行為和車輛狀況的準(zhǔn)確捕捉和分析比對，對被試者操作過程中的環(huán)境及條件做了較為嚴(yán)格的限定，其結(jié)論難以排除駕駛者個體差異和行駛條件差異因素的影響，難以建立準(zhǔn)確的量化描述模型。

另一些研究者則選擇駕駛者的生理指標(biāo)作為主要變量來建立疲勞判定模型。國外研究起步較早，始于上世紀(jì)90年代，具有代表性的是意大利的C Zocchi、A Rovetta和F Fanfulla等人，他們通過放置于方向盤上的智能傳感器獲取多種生理參數(shù)（腦電、皮電、心率變異性和外界溫度），并通過統(tǒng)計方法對各個生理參數(shù)之間的關(guān)系進(jìn)行評價；T Matsuda和M Makikawa通過駕駛座位內(nèi)置電容電極監(jiān)控駕駛員心電信號，通過心電圖的P峰情況判斷駕駛疲勞；吉林大學(xué)薛磊、北京理工大學(xué)彭軍強(qiáng)、杭州電子科技大學(xué)周展鵬等人也圍繞腦電、肌電、心率等指標(biāo)展開了類似的研究。

近年來，駕駛者的血氧飽和度指標(biāo)也逐漸納入了研究者的視野。但總體來說，這類研究受限于當(dāng)時技術(shù)條件發(fā)展的限制，試驗數(shù)據(jù)的采集往往需要在駕駛者身上裝置復(fù)雜的線路或傳感器，以滿足指標(biāo)檢測儀器的工作條件要求，儀器的侵入性強(qiáng)，儀器的檢測條件與被試者實驗操作條件難以匹配，造成指標(biāo)受外界環(huán)境刺激影響大、指標(biāo)穩(wěn)定性不好、系統(tǒng)魯棒性無法滿足應(yīng)用要求。更重要的是，在研究方法上，上述幾乎所有研究多采用的是實驗截面數(shù)據(jù)，僅驗證了清醒和疲勞狀態(tài)各變量表現(xiàn)出顯著性差異，而沒有從一個較長時間歷程上觀測和描述各個變量變化與疲勞程度發(fā)展的對應(yīng)函數(shù)關(guān)系，從而無法分析和描述疲勞發(fā)展過程中駕駛者操作能力下降的變化規(guī)律及其對駕駛安全的實際影響。

一些公司企業(yè)也研發(fā)出疲勞監(jiān)測系統(tǒng)，如比亞迪裝備“疲勞駕駛預(yù)警系統(tǒng)（BAWS）”，利用駕駛員面部圖像，識別駕駛員的面部、眼睛、頭部動作等判別駕駛員的疲勞狀況。大眾和奔馳都各自根據(jù)駕駛員對車與人的操作行為指標(biāo)判別駕駛員的疲勞狀況，沃爾沃通過記錄車輛行駛過程中車道線偏離情況，識別駕駛員疲勞狀況。

3 結(jié)語

駕駛疲勞檢測方法研究可為汽車廠商、移動穿戴設(shè)備制造商、APP應(yīng)用開發(fā)者開發(fā)疲勞駕駛預(yù)警設(shè)備及應(yīng)用奠定理論基礎(chǔ)。建立疲勞狀態(tài)定量描述模型及駕駛疲勞閾值算法，開發(fā)基于多源整合信號的駕駛者操作能力監(jiān)測與預(yù)警系統(tǒng)，減少因疲勞駕駛而造成的交通事故損失，提升社會交通安全，對汽車產(chǎn)業(yè)、互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)和交通管理相關(guān)領(lǐng)域的發(fā)展具有重要意義。與此同時，有關(guān)駕駛疲勞、操作能力與生理心理行為指標(biāo)間的關(guān)系、變化過程、作用機(jī)制等成果還能夠應(yīng)用于車聯(lián)網(wǎng)人車互動的評估與系統(tǒng)設(shè)計。

參考文獻(xiàn)：

[1] 李都厚，劉群，袁偉，劉浩學(xué).疲勞駕駛與交通事故關(guān)系[J].交通運(yùn)輸工程學(xué)報，2010，10（2）：104-109.

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[3] 成波，張廣淵，馮睿嘉，等.基于眼睛狀態(tài)識別的駕駛員疲勞實時監(jiān)測[J].汽車工程，2008，30（11） .

[4] 趙曉華，杜洪吉，榮建.基于ROC曲線的疲勞駕駛判別方法研究[J].交通信息與安全，2014（5）：88-94.

作者簡介：宋戰(zhàn)兵（1990-），男，河南商丘人，碩士，研究方向：車輛工程。