機動車駕駛員駕駛疲勞監測方法的研究

摘 要：據研究發現，全球每年因駕駛疲勞而造成的汽車交通事故占到總車禍事故率的25%～30%，這充分說明了駕駛疲勞對于機動車安全駕駛有著極其嚴重的危害性。為此，許多國家已經積極開展了關于疲勞駕駛的研究，希望通過科學的方法來預防和解決疲勞駕駛所帶來的對人的安全隱患。文章圍繞這一課題，對駕駛疲勞的形成過程進行分析，在此基礎上對駕駛疲勞檢測軟件的設計概念原理、具體操作等方面進行詳細的闡述分析，試驗表明該系統對駕駛疲勞預防及監測較為有效。

關鍵詞：駕駛疲勞；機動車；形成機理；監測；設計

引言

疲勞是指人在勞動過程中自身器官和機體出現自然衰竭的一種生理現象，它屬于一種人體能量消耗過程與恢復之間的交替過程。在生理反應上，它人的口渴感，與人的饑餓感相同，都屬于人正常生理反應，其主要是人的中樞神經根據人的工作強度從而產生“自衛性抑制”感覺。在學術界中認為疲勞就是人在勞動過程中會使體內積聚乳酸，乳酸積聚的速度隨著不同人的不同機體特質而定。如果乳酸在人體的血液與肌肉中大量積累，就會造成人因體力衰竭而疲勞，從而降低專注度甚至不能繼續作業。

1 駕駛疲勞形成過程

對于駕駛疲勞的形成，通常情況下都是指駕駛員在進行駕駛工作的過程中，其駕駛動作過于重復，并且駕駛員的重復次數過多而造成的生理與心理的雙向機能衰減，進而導致駕駛員駕駛技能的下降。一般來說，駕駛疲勞的產生主要包括以下三個階段：

1.1 感知階段

人有五感，但是對駕駛員來說還要增加兩項深部感覺與平衡感。當駕駛員出現疲勞感覺時首先就來自視覺、嗅覺和聽覺的疲勞。尤其是視覺輸入因疲勞而造成的模糊會急劇降低駕駛員的精神集中度，因為對駕駛員來說有80%以上的信息輸入來自于視覺。所以視覺感知的下降就會導致駕駛員注意力與反應時間的增加，從而積蓄安全隱患。而深部感覺和平衡感主要來自于膚覺，當駕駛員在長期臥坐于駕駛室之中而感覺到身體的疲憊，并受到溫濕度變化的影響時，它的膚感變化就會導致機體產生疲勞，從而影響到了正常的駕駛作業。

1.2 判斷階段

判斷階段主要講的是駕駛員的中樞神經變化，因為中樞神經是駕駛員感知機能與操作技能的連接橋梁，所以當中樞疲憊而引起精神疲勞時，駕駛員就會不自覺的陷入高度緊張狀態，不斷的收集駕駛環境中的信息、分析比較、判斷并發出指令，這些都會使駕駛的容錯率下降。當駕駛員對于信息的處理進入超負荷狀態時，交通事故發生的機率會逐漸升高。

1.3 操作階段

操作階段是前兩個階段的最終體現，即駕駛員的運動器官受到感知疲勞與精神疲勞的影響，駕駛員的感官受到相應的指令，其自身的活動以及自身的駕駛姿勢根據指令發生一定的變化，這種反應過程被稱為體力疲勞。如果駕駛員不能以正確的姿勢和意識去判斷方向盤、加速器、制動器之間的操作關系，在意識反應上也有所延遲，就會造成駕駛不適，從而出現連續的錯誤判斷。

因此，這三個階段是一個相互制約和影響的過程，都會對人機體的疲勞產生累計，最終導致駕駛員疲勞狀態的出現[1]。

2 駕駛疲勞監測系統的設計

2.1 概述

基于對駕駛員疲勞形成過程的分析與理論研究，文章主要通過對駕駛員的疲勞程度進行數據統計，以此對其進行檢測，從而設計相應的生理圖像采集系統。從圖像中我們可以分離并分析駕駛員的特征圖像，再從閾值判斷的角度來總結駕駛員的疲勞程度。

首先，要根據駕駛員的疲勞程度進行相應的考察，就此采集相應的疲勞數據，將采集的數據進行整理分析。隨后將采集整理的與駕駛員的疲勞狀態以及駕駛員的相應疲勞特征等各方面進行全面考核與分析。對于機動車駕駛員的駕駛過程中疲勞程度判定，數據的標準為駕駛員眼睛的動作特征，通過MATLAB軟件對相應檢測數據進行分析計算生成相應的生理圖像采集系統。軟件核心任務是定位駕駛員的面部，尤其是眼睛，通過分析人雙眼中瞳孔的變化，來判斷駕駛員的目前所處的疲勞狀態，因為駕駛疲勞是一個累加的效應，所以該系統具有極強的實時性[2]。

2.2 監測系統的具體設計

2.2.1 攝像頭

本系統的攝像頭能夠進行自主控制，并且能監測到駕駛室內的全局。一般都會將它設置于汽車內部的遮陽板上，便于直觀的采集駕駛員的面部信息。攝像頭采用了CCD感應器的高分辨率與雙數字速影技術，可以自定義設置拍攝角度和監測范圍，避免車體震動時而造成的下視現象。由于車內光線會隨外部環境變化，所以攝像頭具有夜視功能，能在弱光下自動補光，為最易產生駕駛疲勞的夜間駕駛提供可靠的面部信息數據。當汽車高速駕駛時，攝像頭的最高幀數可以達到120幀甚至以上，而弱光環境下也能達到60幀的攝像水準，對一些高速攝像效果較好。同時，攝像頭加入了專門曝光處理的fai模塊，當駕駛室遇到強光時，可以自動調節顯示通道，從而選擇最適合的的攝影效果。

2.2.2 車載電腦

車載電腦的實用性很強，而且計算方法簡單，能夠快速實現對攝像頭采集信息的分析，而且目前的車載電腦都采用觸屏模式，為監測過程與駕駛員的操作帶來了許多便利。車載電腦參與到監測系統中，它所負責的部分包括信息的采集處理、疲勞狀態的數據化監測與判斷，同時在出現事故時，它負責報警和汽車制動。

2.2.3 系統開發環境介紹

該系統的硬件結構比較簡單，普通電腦就能夠完成操作，電腦系統的要求為可以安裝并運行圖像處理軟件MATLAB，該軟件是系統的核心部分。

2.2.4 軟件開發介紹

電腦方面的系統采用的是Windows7系統，支持攝像頭的實時拍照和連拍功能，每秒鐘可以連拍5張照片，這樣就可以充分的表現駕駛員的眨眼頻率與疲勞程度積累的全過程。拍攝后的照片會通過人為設定的制定路徑以JPG或BMP的格式存入電腦并進行以保證圖像質量為前提的壓縮，加快了圖像處理的速度。

該系統的核心部位即為MATLAB系統，這種系統在監測裝置中起到至關重要的作用，屬于交互式的操作，并且該系統的計算具有其自身的體征，不需要進行維數矩陣的處理，為系統本身減低了壓力，可以讓系統運行的更加流暢，很大程度上提高了處理速度。監測平臺自身會提供一個高級的語言編程軟件，作用是用來完成特定工作，比如說圖像顯示、運算、濾波和變化函數等處理事項。所用的MATLAB還加入了與視頻設備的聯動功能，它能夠為視頻拍攝提供實時通訊的工具。比如說從視頻拍攝過程中就任意截取圖像，達到動態捕捉的效果，這也為整個監測系統的實時性加分，同時最大程度的提高了監測裝置的處理效率[3]。

3 結束語

總體來說，利用高速攝像頭拍攝與MATLAB監測平臺聯合對駕駛員的面部信息進行監測是具有很高的應用性的。它實時的監測了駕駛員的駕駛狀態，為駕駛員的駕駛疲勞程度累計給出了客觀的評價，是一種比較人性化的駕駛疲勞預防及監測系統。

參考文獻

[1]鄭培.機動車駕駛員駕駛疲勞測評方法的研究[D].中國農業大學，2001：30-36.

[2]戚基艷.汽車疲勞駕駛的監測與控制研究[D].沈陽工業大學，2009：10-24.

[3]毛 .基于駕駛員生理特征分析的駕駛疲勞狀態識別方法研究[D].武漢理工大學，2006：67-70.

作者簡介：雷躍峰（1980-），男，山東東阿人，碩士，講師，研究方向：汽車智能安全、汽車檢測。