疲勞駕駛預警系統的研究現狀和發展趨勢

黃駿

深圳市瑞聯高科通訊有限公司 廣東深圳 518000

隨著現代交通運輸業的飛速發展，交通事故已成為全球當前所面臨的嚴重問題。據文獻介紹，全世界每年因交通事故而導致的死亡人數達 60 萬，直接經濟損失約 125 億美元，這些事故中 57%的災難性事故與駕駛員疲勞駕駛有關。疲勞雖然是一個很正常的生理現象，但每年導致的交通事故給世界各國造成巨大的經濟損失和人員傷亡，增加社會不安定因素。

1 疲勞駕駛預警系統的研究現狀

1.1 預警系統的組成及工作原理

生理學研究表明，駕駛員疲勞駕駛時腦電、心電、肌電信號會發生異常，并伴有頻繁眨眼、點頭、打呵欠等面部疲勞特征，同時轉向盤、油門和制動踏板長時間不動，甚至車輛會出現蛇形、前方車距過小等危險駕駛行為。為準確、可靠、實時地識別出駕駛員的疲勞特征并及時給駕駛員以警示，疲勞駕駛預警系統一般由以下模塊組成：信號采集模塊、特征提取、信息融合、疲勞判決和輸出報警模塊。系統的工作原理為：利用多種傳感器，像激光雷達、壓力、角位移傳感器等，對上述典型疲勞特征信息進行實時采集和處理，運用各種信號處理方法提取和識別駕駛疲勞特征信息，應用多傳感器信息融合理論，對互補或冗余的疲勞特征信息進行有機融合，進而建立疲勞駕駛智能決策模型對駕駛員是否疲勞駕駛進行準確可靠判斷，最后輸出報警模塊可將檢測結果實時顯示，并通過聲光報警裝置提醒駕駛員注意行車安全[1]。

1.2 典型的疲勞駕駛預警系統

盡管研究人員提出了很多疲勞檢測方法，但由于很多方法的實驗條件有其局限性，故很難利用其研制成有效實用的預警系統，下面介紹幾種比較成功的預警系統。

（1）心跳速度檢測儀。1994 年，日本先鋒公司開發出防止駕駛員開車打瞌睡的系統。它通過心跳速度的變化，監測駕駛員是否打瞌睡，在睡意來臨 15 min 前提醒駕駛員注意，防止發生事故。該系統的核心技術之一是貼在轉向盤上的紙狀心跳感應器，駕駛員握轉向盤時可以握住它。感應器每隔15 s檢測一次駕駛員的心跳速度，一般說來，人在打瞌睡之前，心跳速度下降。

（2）頭部位置檢測儀。該預警系統由澳大利亞人于1995年設計和開發，主要是通過監視駕駛員在行駛過程中頭部的位移情況來判斷其是否在打瞌睡。安裝在駕駛員座位上的頭部位置傳感器是一個相鄰的電極電容傳感器陣列，每個傳感器都能輸出駕駛員頭部距離傳感器的位置，利用三角代數算法計算出頭在 x 、 y 、 z 三維空間中的位置，且能夠實時跟蹤頭部的位置，同時利用各個時間段頭部位置的變化特征，可以反映出駕駛員處于清醒還是瞌睡狀態。該傳感器最大的特點是使用了電極電容，通過人這個高導體改變電極之間的電容，進而通過測量電壓計算頭部與傳感器之間的距離。

（3）車道偏離報警系統DAS2000。當駕駛員駕駛疲勞時，往往出現精神萎靡、注意力分散、反應遲鈍等現象，且最容易無意識地駛出中線或者偏離車道。2000年，美國Ellison ResearchLabs實驗室研制的DAS2000型路面警告系統（TheDAS2000 Road Alert System），對車道標志線進行實時檢測，當車輛偏離道路中線或車道標志線時向駕駛員發出警告，提醒駕駛員注意行車安全。

（4）轉向盤監測系統。當駕駛員感到疲勞時，反應能力變慢，操作轉向盤的動作也會減緩。1999年，美國Electronic SafetyProducts公司開發的轉向盤監視系統S．A．M（steeringattention monitor）是一種監測轉向盤非正常運動的傳感器裝置，能夠適用于各種車輛。當系統檢測到轉向盤正常運動時傳感器裝置不報警，若轉向盤持續4s不運動，S．A．M．就會發出報警聲，直到轉向盤繼續正常運動為止。S．A．M．被固定在車內錄音機旁，轉向盤下面的桿上裝有一條磁性帶，用以監測轉向盤的運動[2]。

2 基于腦電波的疲勞駕駛預警系統將是未來的發展趨勢

2.1 疲勞駕駛預警系統研究的瓶頸

目前的疲勞駕駛預警系統發展遇到了難于逾越的瓶頸。其一是難以實現車載實時的檢測儀器，目前大部分的檢測用傳感器都是接觸性的，在實際行車過程中往往造成駕駛員不適或影響駕駛員操作。其二是疲勞指標不夠客觀，一種單一的監測指標往往不能夠準確的衡量駕駛員是否疲勞。因此尋找一種適合車載、實時、客觀的疲勞指標已經成為制約疲勞駕駛預警系統的瓶頸，致使該領域至今還沒有出現被普遍推廣的產品化和商品化的成果。

2.2 基于腦電波和無線網絡協議的疲勞駕駛預警系統的優點

從生理學角度來講，疲勞是一種生理現象。能夠客觀衡量人的清醒和疲勞狀態的參數有心電圖、肌電圖和腦磁圖等。采用直接監測腦電圖的方式，以神經電生理作為基礎，綜合數學、計算機學、電子學等專業技術手段對信號進行實時處理，實現大腦興奮度( 疲勞度) 水平的監測，一直以來被稱為監測疲勞的標準，有其他參數無法比擬的特點：

（1）未來的疲勞駕駛預警系統必須是非接觸式在線檢測。由于駕駛員處在工作狀態下，所以設計的疲勞駕駛預警系統以不干擾其工作為前提。結合無線網絡協議的佩戴式電極帽可以實現非接觸式測量，而且頭戴傳感器比心電和肌電傳感器更方便駕駛員工作。基于腦電波的佩戴式疲勞駕駛預警系統的構成。

（2）由于人腦磁場比較微弱，加上地球磁場及其它磁場的干擾，必須有良好的磁屏蔽室和高靈敏度的測定儀器才能測到。在有限的駕駛室空間內，這為在線檢測帶來了無法克服的困難[3]。

3 結語

疲勞駕駛預警系統的研究是汽車主動安全技術的一個重要研究方向，其研究跨越了心理學、生理學、人機工程學、計算機視覺、模式識別、傳感器技術、電子技術和信息技術等多個學科。隨著汽車技術的進步和傳感器制造工藝的提高，以及各國對交通安全的日益重視，疲勞駕駛預警系統將會在實際應用中不斷完善和發展，從而為有效降低交通事故發生率，保證人民生命和財產安全發揮越來越重要的作用。