船員疲勞駕駛監控技術發展

李林

摘要：近年來，船舶駕駛員疲勞智能識別技術受到國內外眾多研究學者的廣泛關注。船員疲勞駕駛是水上交通事故高發的主要因素之一，據統計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系。船員疲勞駕駛已經成為船舶航行潛在危險因素，減少因疲勞駕駛引發的水上交通事故是一項十分重要的課題。船員疲勞駕駛監控技術涉及人因工程、人工智能、醫療健康等眾多領域，是一個研究范圍廣、內容復雜的交叉課題。

中圖分類號：U675 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）08（C）-0000-00

1引言

疲勞是人們連續學習或工作以后，效率下降、注意力不集中的一種現象。同時，也可以說是一種主觀上產生不適的感受，客觀上繼續從事活動或工作時失去完成工作的能力的一種表現。船員疲勞駕駛是船舶通航過程中潛在的不安全因素，減少因此導致的水上交通事故，提高船舶通航安全監管手段，已成為水上交通安全的重要課題。

根據長江航務管理局發布統計數據顯示【1】，2005-2010年中國長江所發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，占事故發生的93.3%。尤其是碰撞事故所占的比例最高，占事故發生的61.9%，見圖1。且事故發生時間，主要集中在夜間和凌晨這個時間段，而此時船員通常處于疲勞狀態，見圖2。

圖1 2005-2010年長江某段水域水上交通事故種類統計

圖2 2005-2010年長江某段水域水上交通事故發生時間統計

已于自2013年2月1日起施行的《中華人民共和國海船船員值班規則》中，第十二條明確規定，船長應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定，航運公司及船長應當采取有效措施防止船員疲勞操作。目前，國際海事組織不斷修正船員培訓標準的馬尼拉公約，也將工作重點從對船舶設備和技術的研究逐漸轉向對船員的研究。由于船員疲勞駕駛檢測技術在交通事故預防等相關領域具有廣闊的發展前景和現實意義，受到各國政府以及相關國際組織的高度關注。

2研究現狀

近年來，車輛駕駛員疲勞智能識別技術受到國內外眾多研究學者的廣泛關注。一些發達國家很早就投入了大量人力和物力，并且在該領域取得了一定的研究成果。隨著駕駛人員疲勞駕駛現象越來越普遍，針對疲勞駕駛現象的理論與應用研究正朝著智能化方向不斷地發展進步。受到駕駛人員工作環境復雜、活動空間較大等諸多因素的影響，國內外船舶駕駛員疲勞識別領域的研究與機動車和飛機疲勞駕駛相比較為滯后。

現階段，船舶駕駛員疲勞主要研究領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特性分析研究領域較多。船員在駕船過程中主要通過人眼視覺獲取信息，是船員獲取航行信息的主要方式，因此，通過分析駕駛員眼部規律，進而探究船員疲勞狀態具有一定可行性。郭慶永【2】對船舶駕駛人員疲勞致因進行分析，并提出預防與控制措施方法。他認為船員疲勞是導致海上事故的重要誘因，對船舶管理和船員個人兩方面加強管理，則可有效避免因船員疲勞導致的水上交通事故。劉清【3】通過采用集對分析技術，對船員視覺特性與疲勞駕駛行為之間關系進行了研究，得出：船員目標區試點分布比、注視時間比例、瞳孔大小、目視區域距離等視覺特征指標與疲勞駕駛行為均有一定的相關性。

針對船舶駕駛員疲勞相關研究主要停留在基礎理論的研究階段，包括：船舶駕駛員疲勞評價方法、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域。而車輛駕駛員疲勞識別技術發展家較為快速，部分專家已經面向疲勞問題提出相關解決方案，并通過技術手段對駕駛員疲勞進行有效檢測。李衡峰【4】提出一種新穎的眼部狀態識別方法對車輛駕駛員疲勞進行識別，疲勞識別準確率可達到85%以上。Volvo汽車公司推出“駕駛員警示系統”來協助駕駛員提高行車安全，在駕駛員進入睡眠狀態前及時給予警示。由卡內基梅隆大學研發的PERCLOS系統通過分析眼睛位置和開度，對駕駛員疲勞狀態進行判定。FaceLAB系統通過監測駕駛員頭部姿態、眼睛開閉狀態、凝視方向、瞳孔直徑等特征參數，對駕駛員疲勞狀態進行實時監測。歐盟的AWAKE系統實現對駕駛員行為的綜合監控，通過利用圖像、壓力等多種傳感器，對駕駛員眼部狀態、視線方向、方向盤握力等信息進行實時監測。

船舶駕駛員疲勞檢測發展之所以落后于車輛駕駛員疲勞檢測主要受以下幾方面影響（見表2）。

3船員疲勞檢測方法

主要疲勞檢測方法可分為兩大類：一類是以船員生理狀態數據為依據，通過對數據分析與處理，判斷船員是否處于疲勞狀態。另一類是以船員駕船活動、主觀感受等為依據，通過邏輯推理，進而分析船員是否處于疲勞狀態。

3.1基于船員生理狀態信息的直接檢測方法

基于生理信號的檢測方法：船員在疲勞狀態下的生理指標會偏離正常狀態，因此可以通過采集船舶駕駛員的生理信號，進而分析信號數據的特定變化來判斷駕駛員的疲勞狀態。目前常用的檢測方法主要包括腦電信號EEG、心電信號ECG、肌電信號EMG等。其中，腦電信號EEG，被認為是檢測疲勞的“金標準”。

基于生理反應的監測方法：基于駕駛人員的生理反應的檢測方法是指利用駕駛人的頭部、眼部、嘴部等特征的變化規律判斷駕駛人的疲勞水平。其中，駕駛人眼部特征被認為是反映疲勞狀態的重要特征。

3.2基于船員相關事件推理的間接檢測方法

基于駕駛行為的檢測方法：基于駕駛人員操作行為的檢測方法和基于船舶狀態信息的檢測方法。其中，基于駕駛人操作行為的檢測方法是指通過駕駛人對船舵、制動裝置等操作行為來判斷駕駛人疲勞水平。基于船舶狀態信息的檢測方法是指通過檢測船速、加速度、船身橫擺角和航道偏移量等船舶行駛信息來判斷駕駛人員的疲勞水平。

基于船員行為信息評價的檢測方法：通過多種方式獲取船員健康信息、運動信息、睡眠信息、飲食信息、周圍環境信息（溫度、亮度、濕度、聲音、氣味等）等，建立船員疲勞評價模型。目前，該模型主要應用于海事事故調查分析領域，該模型在識別疲勞是事故的原因方面，有80%的實驗結果是可信的。

3.3檢測方法分析比較

基于船員生理狀態信號的檢測方法具有可靠性高、實時性好的特點，其采集的生理信息數據直接反應船員生理狀態信息，能夠較好的分析出船員的生理狀態信息。其中，基于生理信號的檢測方法所需檢測設備多屬于精密儀器，受船舶震動、噪聲等因素影響較大，因此可行性較差。基于生理反應的檢測方法，可通過技術發展較為成熟的傳感器技術，通過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。

基于船員相關事件推理的檢測方法具有技術成熟的特點，部分信息數據可依托現有船舶狀態監控系統采集，且該方法均為非侵入式監控方式，不會影響船員駕船。但該方法在疲勞檢測的準確性方面較差，受船員、環境、管理制度等多面的因素影響較大。

4、結束語

航運企業在注重利益化的發展中，安全問題逐漸突出，在重大安全隱患無法得到有效控制，安全事故時有發生，船員的生命財產安全受到極大威脅。為讓航運業得到良性發展，就需要足夠重視安全，通過監管技術的發展帶動安全管理能力的發展，強化船員安全駕駛意識具有十分重要的意義。

通過發展船員疲勞駕駛監控技術，為規范船員駕駛提供技術手段，為水上交通事故調查取證提供依據。船舶駕駛員疲勞檢測技術主要涉及機器視覺、人工智能、可穿戴設備技術等多種技術，同時還涉及生理、心理能多種領域。若對船舶駕駛員疲勞進行深入研究，可以從人因工程的角度先對船員疲勞所涉及的人、船和環境等多種因素進行研究。

參考文獻

[1]李文華，馬曉雪，陳海泉，張銀東，喬衛亮. 基于事故統計分析的水上交通安全管理研究[J]. 安全與環境工程，2013，01：132-137.

[2]劉清，李勝，徐小麗. 船員視覺特征與疲勞駕駛行為的關系研究[J]. 中國安全科學學報，2013，06：20-25.

[3]郭慶永. 船舶駕駛人員疲勞致因分析及其預防控制[J]. 世界海運，2011，11：38-41.

[4]李衡峰. 基于綜合集成的駕駛疲勞識別[D].中南大學，2005.

[5]孫偉，張為公，張小瑞，陳剛. 疲勞駕駛預警系統的研究進展[J]. 汽車電器，2009，01：4-8.