駕駛員狀態(tài)智能檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘要：疲勞駕駛和酒后駕駛是國內(nèi)外交通事故的主要原因，如何從根本上阻止事故的發(fā)生，值得我們深思。據(jù)此，主要運(yùn)用眼動(dòng)儀和酒精檢測儀，結(jié)合電信號(hào)轉(zhuǎn)換與電路閉鎖功能，達(dá)到汽車閉鎖的目的。根據(jù)眼動(dòng)儀技術(shù)捕捉駕駛員的眼動(dòng)參數(shù)與軌跡，并結(jié)合傳統(tǒng)氣體檢測技術(shù)，達(dá)到準(zhǔn)確檢測駕駛員駕駛狀態(tài)的目的，并能夠較為智能地控制車輛做出相應(yīng)的動(dòng)作，以達(dá)到保護(hù)駕駛員的人身安全與財(cái)產(chǎn)安全，減少交通事故的發(fā)生，從而創(chuàng)造出更加安全、高效的交通環(huán)境。

關(guān)鍵詞：眼動(dòng)追蹤技術(shù)；酒精檢測技術(shù)；人機(jī)交互；駕駛狀態(tài)

中圖分類號(hào)：U471.1 收稿日期：2022-12-10

1前言

隨著生活水平的日益增高，人們的出行方式有了極大的改變。如今，很多家庭都擁有了屬于自己的汽車。據(jù)調(diào)查，2022年全國機(jī)動(dòng)車保有量達(dá)4.17億輛，其中汽車3.19億輛。汽車行業(yè)猶如雨后春筍般飛速發(fā)展，而在科幻電影中才能見到的智能汽車也逐步登上了世界的舞臺(tái)。在智能汽車的強(qiáng)大功能中，無人駕駛技術(shù)被人津津樂道。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，無人駕駛技術(shù)已經(jīng)初步呈現(xiàn)，但就其實(shí)驗(yàn)結(jié)果來看，在短時(shí)間內(nèi)完全替代駕駛員自動(dòng)駕駛還是為時(shí)尚早。所以在未來很長一段時(shí)間內(nèi)，駕駛員還是占據(jù)著駕駛的主導(dǎo)地位。

汽車行駛的安全與否，與駕駛員的生理狀態(tài)有著密切的關(guān)系。世界衛(wèi)生組織的2022年事故調(diào)查報(bào)告中指出，全球每年約240多萬人死于交通意外，有6000多萬人受到非致命傷害，其中有近七成的交通意外與疲勞駕駛和酒后駕駛有關(guān)，疲勞駕駛和酒后駕駛成為導(dǎo)致交通事故的主要原因。如今對于疲勞駕駛和酒后駕駛的解決方法，主要是交警的觀察與人為檢測，此方法不僅耗費(fèi)大量人力、物力和精力，而且不具有超前性，收效甚微。若使用駕駛員狀態(tài)智能檢測系統(tǒng)以取代人工檢測，則將大幅提高檢測效率，降低交通事故發(fā)生的可能。

為了從根源上解決疲勞駕駛和酒后駕駛的問題，本文對駕駛員狀態(tài)智能檢測系統(tǒng)進(jìn)行分析。該系統(tǒng)進(jìn)行捕捉檢測，分析駕駛員的駕駛狀態(tài)，并將結(jié)果轉(zhuǎn)化為相應(yīng)數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)對比判斷駕駛員的行為是否正常，從而避免了因駕駛員狀態(tài)異常所產(chǎn)生的交通事故，降低了意外發(fā)生的可能與財(cái)產(chǎn)損失。本文嘗試將眼動(dòng)追蹤技術(shù)和酒精檢測技術(shù)相結(jié)合，眼動(dòng)捕捉技術(shù)通過檢測駕駛員的眼動(dòng)參數(shù)和眼動(dòng)軌跡，分析駕駛員是否處于疲勞駕駛或分神狀態(tài)；酒精檢測技術(shù)檢測駕駛員呼出氣體中的酒精濃度，分析駕駛員是否處于酒后駕駛狀態(tài)。將兩個(gè)分析結(jié)果相結(jié)合，最終得出駕駛員的狀態(tài)結(jié)論，并由5G高速網(wǎng)絡(luò)將駕駛員狀態(tài)實(shí)時(shí)反饋至系統(tǒng)，從而達(dá)到對駕駛員的駕駛安全得到更深的保障。

2眼動(dòng)追蹤技術(shù)

眼動(dòng)追蹤技術(shù)對駕駛員的駕駛模式進(jìn)行研究，在不同環(huán)境和外面因素介入下能夠得到駕駛員的視覺特征，從而得出駕駛員的信息加工方式，并且眼動(dòng)特征可以用來判斷駕駛員的疲勞程度。

吳付威等通過大數(shù)據(jù)調(diào)查發(fā)現(xiàn)司機(jī)在高速公路上行駛時(shí)，主要集中關(guān)注自己線路前方和左側(cè)方汽車的行駛狀態(tài)，右側(cè)方汽車的行駛狀態(tài)關(guān)注比較少，為了在高速上行駛安全，適當(dāng)控制車輛的線路位置，還需多觀察左右側(cè)方和前方汽車的行駛狀態(tài)以及前方的動(dòng)態(tài)和靜態(tài)物體的情況。由于城市道路環(huán)境比較復(fù)雜（行人闖人和汽車隨意變道），造成的道路安全事故較多。

針對這一問題，引入一個(gè)不定時(shí)的干擾量，通過在安全道路上，做大量的實(shí)車行駛實(shí)驗(yàn)，得出：司機(jī)一般注意力在前方和左側(cè)比較集中，右側(cè)方觀察度很低。若這干擾因素從汽車左側(cè)和右側(cè)介入是不一樣的，司機(jī)的注意力分別是62.4%（左側(cè)）和51％（右側(cè)）。一旦有干擾因素介入汽車的行駛路線上，司機(jī)的視線轉(zhuǎn)移概率會(huì)提高。

盂漕等通過記錄汽車行駛時(shí)司機(jī)眼睛動(dòng)作的軌跡數(shù)據(jù)，構(gòu)建復(fù)雜的數(shù)學(xué)模型系統(tǒng)，從而做出司機(jī)疲勞程度的評價(jià)。研發(fā)有關(guān)眼睛動(dòng)作軌跡的數(shù)據(jù)檢測報(bào)警系統(tǒng)，在汽車行駛過程中，實(shí)時(shí)監(jiān)測司機(jī)的眼睛動(dòng)作軌跡數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)對司機(jī)做出語音報(bào)警，從而保證汽車的行駛安全，避免疲勞駕駛造成的道路事故。楊運(yùn)興等通過研究多種不同郁閉環(huán)境下司機(jī)眼睛動(dòng)作軌跡的數(shù)據(jù)，得出：環(huán)境的郁閉度提高，司機(jī)的注意力不夠集中，隨意亂動(dòng)。在不同郁閉度環(huán)境下，司機(jī)的注意力主要集中在左前方的區(qū)域，右側(cè)的區(qū)域極少注意。

3酒精檢測技術(shù)

3.1酒精檢測技術(shù)在交通行業(yè)的應(yīng)用

機(jī)動(dòng)車的數(shù)量大幅增長，使得酒后駕駛問題的突出。為了防止因酒后駕駛而引起的交通事故，交警通常會(huì)設(shè)卡檢測。

駕駛員駕駛車輛通過檢測點(diǎn)時(shí)，被檢駕駛員需要搖下車窗，對著交警手中的紅色檢測棒輕吹一口氣。此時(shí)，若檢測棒未亮燈，駕駛員可順利通過檢測；反之，若檢測棒紅燈閃爍，那么，駕駛員需要下車靠邊，進(jìn)行第二次復(fù)核。在快速排查中，駕駛員可能會(huì)受車內(nèi)人員醉酒、口腔空氣清新劑等原因影響，導(dǎo)致檢測棒亮起紅燈。此時(shí)，便需要通過更加精準(zhǔn)的呼氣式酒精檢測儀再次排查。駕駛員需要對著檢測儀連續(xù)吹氣超過5s，交警即可根據(jù)檢測數(shù)值基本確定是否酒駕。數(shù)值達(dá)到涉嫌醉駕標(biāo)準(zhǔn)的，即≥80 mg/100 mL，需要進(jìn)行抽血檢測。

3.2酒精檢測技術(shù)的新型應(yīng)用

隨著科技水平的發(fā)展，為了駕駛員能夠酒后自檢，現(xiàn)在已經(jīng)推出了酒精檢測軟件APP，只需要輸入飲酒信息，即可快速計(jì)算血液中的酒精濃度；提供詳細(xì)的“酒駕新規(guī)”，便于車主了解酒駕的相關(guān)規(guī)定；按照相應(yīng)的酒精標(biāo)準(zhǔn)，智能提示司機(jī)朋友所處的狀態(tài)：“醉酒駕駛”“飲酒駕駛”“安全駕駛”；以及酒后安全的駕駛間隔，提醒不同飲酒狀態(tài)下距離安全駕駛所需的時(shí)間。

4駕駛員狀態(tài)智能檢測系統(tǒng)的實(shí)施方案

4.1智能檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì)

在車輛啟動(dòng)后，駕駛員狀態(tài)智能檢測系統(tǒng)自啟動(dòng)。首先用酒精檢測技術(shù)檢測駕駛員呼出氣體，分析氣體酒精濃度，判斷是否存在酒后駕駛行為。若為酒后駕駛行為，結(jié)合電信號(hào)轉(zhuǎn)換與電路閉鎖功能，以達(dá)到汽車閉鎖的目的，車輛則直接熄火，無法啟動(dòng)，直至重新檢測到駕駛員的狀態(tài)恢復(fù)正常方可駕駛，即源頭上遏制了因酒后駕駛行為而導(dǎo)致的交通事故，保護(hù)了駕駛員的人身安全和財(cái)產(chǎn)安全；若呼出氣體中未檢測到酒精濃度，車輛則可以正常駕駛。呼氣式酒精檢測儀是由酒精氣體傳感器、定值電阻和一個(gè)電壓表構(gòu)成，原理如圖1所示。

在該系統(tǒng)中的系統(tǒng)硬件主要有語音報(bào)警顯示控制模塊、信息處理模塊與酒精濃度檢測模塊三種。在整個(gè)系統(tǒng)硬件中還含有完整的酒精濃度測控系統(tǒng)的關(guān)鍵零件即AT89系列單片機(jī)。由于汽車內(nèi)部空間位置有限，所以使用的電路要保證最小化，用最簡單的電路達(dá)到最精良的效果。在該系統(tǒng)內(nèi)部使用的軟件設(shè)計(jì)主要有存儲(chǔ)記錄、報(bào)警顯示制動(dòng)、多傳感器數(shù)據(jù)融合與酒精濃度檢測等。通過以上測試即可得出駕駛員是否酒駕，從而從源頭阻止酒駕。系統(tǒng)原理圖框架如圖2所示。

駕駛員狀態(tài)智能檢測系統(tǒng)會(huì)設(shè)定正常駕駛的視線范圍。在駕駛途中，該系統(tǒng)通過眼動(dòng)追蹤技術(shù)，根據(jù)駕駛時(shí)長動(dòng)態(tài)地對駕駛員的眼動(dòng)數(shù)據(jù)和眼動(dòng)軌跡進(jìn)行捕捉，以確定駕駛員的視線位置。當(dāng)駕駛員的視線超出正常駕駛視線范圍較短時(shí)間，該系統(tǒng)會(huì)進(jìn)行語音提醒，直至視線恢復(fù)至范圍內(nèi)；當(dāng)駕駛員的視線超出正常駕駛視線范圍較長時(shí)間，或者檢測分析出駕駛員的視線軌跡飄忽不定，不能集中，該系統(tǒng)則會(huì)自動(dòng)打開危險(xiǎn)閃光燈，強(qiáng)行減速制動(dòng)并將車輛停靠至路邊，防止因疲勞駕駛行為而導(dǎo)致的交通事故，從而保護(hù)駕駛員的人身安全和財(cái)產(chǎn)安全，如圖3所示。

4.2智能檢測系統(tǒng)的優(yōu)勢

駕駛員狀態(tài)智能檢測系統(tǒng)的構(gòu)思來源于高鐵駕駛員警醒裝置，它們的原理相同，都是通過眼動(dòng)追蹤技術(shù)捕捉駕駛員的眼動(dòng)數(shù)據(jù)和眼動(dòng)軌跡，分析判斷駕駛員是否存在分神或者疲勞駕駛狀態(tài)。相比于前者，駕駛員狀態(tài)智能檢測設(shè)備增加了自動(dòng)檢測駕駛員是否存在酒后駕駛行為的功能，節(jié)省了人力和時(shí)間，提高了效率；而傳統(tǒng)的警醒儀則是通過水霧或語音提醒，從而到達(dá)避免疲勞駕駛的方法。但是這種方式需要駕駛員進(jìn)行額外且重復(fù)的無用操作，增加了駕駛員因分心可能導(dǎo)致的交通事故，該系統(tǒng)與之相比，操作更為簡潔，靈活性與便捷性更高。

駕駛員狀態(tài)智能檢測系統(tǒng)中的酒精檢測技術(shù)則是來自于呼氣式酒精檢測儀。相較于傳統(tǒng)的交警設(shè)卡查酒后駕駛行為，該系統(tǒng)的檢測更為高效與便捷，節(jié)省了大量的人力與時(shí)間。與新型的酒精檢測軟件APP相比較，該系統(tǒng)的執(zhí)行結(jié)果則是強(qiáng)制性的，避免了駕駛員飲酒后因自控力不足或自我認(rèn)識(shí)不到位而引起的交通事故，強(qiáng)有力地保障了駕駛員的人身安全和財(cái)產(chǎn)安全。

4.3智能檢測系統(tǒng)存在的問題

由于數(shù)據(jù)的智能處理還處于研究階段，所以該系統(tǒng)現(xiàn)在還無法達(dá)到預(yù)期的最終形式。因此，要實(shí)現(xiàn)該系統(tǒng)的完整功能，需要解決以下問題。

4.3.1智能檢測系統(tǒng)的車輛權(quán)限問題

在該系統(tǒng)的特點(diǎn)中，強(qiáng)制性是尤為突出的一個(gè)。優(yōu)點(diǎn)很明顯，可以強(qiáng)制執(zhí)行判斷的結(jié)果，以防止個(gè)別駕駛員自我認(rèn)識(shí)不到位，引起因酒后駕駛發(fā)生的交通事故。但同時(shí)缺點(diǎn)也較為明顯，由于該系統(tǒng)設(shè)定為第三方設(shè)備，需要接入車輛本身的系統(tǒng)當(dāng)中，從而獲得車輛系統(tǒng)的內(nèi)置授權(quán)。但是這將會(huì)改寫車輛系統(tǒng)的源文件，這可能會(huì)有預(yù)料之外的結(jié)果發(fā)生，所以該功能將無限期處于試驗(yàn)階段。

4.3.2智能監(jiān)測系統(tǒng)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的優(yōu)化問題

在行駛過程中，駕駛員狀態(tài)智能檢測系統(tǒng)會(huì)因檢測駕駛員狀態(tài)從而生成大量數(shù)據(jù)。但由于數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的不同，同一組數(shù)據(jù)可能會(huì)得出不同的結(jié)論，所以需要通過大量的實(shí)驗(yàn)來確定更加精確的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，從而得出最終的結(jié)論，數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的優(yōu)化對于該系統(tǒng)而言有著尤為重要的影響。

5結(jié)語

本文所設(shè)計(jì)的駕駛員狀態(tài)智能檢測系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)簡單便捷，節(jié)省了大量的人力、物力和精力，效率高、效果顯著。該系統(tǒng)能夠較為準(zhǔn)確地測得駕駛員所呼出氣體的酒精濃度，檢測駕駛員是否具有疲勞駕駛的情況，并能夠較為智能的控制車輛做出相應(yīng)的動(dòng)作，以達(dá)到保護(hù)駕駛員的人身安全與財(cái)產(chǎn)安全，減少交通事故的發(fā)生，從而創(chuàng)造出更加安全、高效的交通環(huán)境。