駕駛員注意力監測系統測試評價方法分析

摘要：隨著ADAS技術不斷優化與發展，智能汽車也逐漸向智能化、網聯化的方向發展，但是駕駛員分心在交通事故產生的原因中占據很大一部分。不少汽車廠家開始研究駕駛員分心監測，為了評判分心監測系統的好壞，不同地區也制定并公布了不同的測試評價標準。據此，探討了駕駛員分心的種類劃分、廠家常用的監測手段與國內外駕駛員分心檢測系統、測試評價標準。

關鍵詞：駕駛員分心檢測系統；ADAS；智能座艙；測試評價方法對比

中圖分類號：U472.6 收稿日期：2024-05-15

DOI：10.19999/j.cnki.1004-0226.2024.10.004

1 前言

分心駕駛是造成交通事故的一個重要原因。據歐盟委員會估計，歐洲10%～30%的車禍是由交通參與者分心引起的。在美國，駕駛員分心可能導致16%的致命碰撞、21%的傷害性碰撞和22%的碰撞。根據中國交通事故數據深度調查（CIDAS）數據顯示，在事故原因方面，駕駛人因素占所有事故的81.50%，嚴重影響了駕駛員的生命財產安全，不利于社會和諧安定[1]。

駕駛員分心可以分為三類，即駕駛員疲勞分心、駕駛員視覺分心和駕駛員動作分心。為了改善這些問題，不少車企工程師和從事該方向的學者開始研究問題解決的辦法，從駕駛員生理特征、駕駛員操作行為和駕駛外在分心表現等多個方面設計出識別算法，其精度各有優劣。國內外政府部門也針對該類問題制定了駕駛員狀態監測的測試規范，國內的規范有GB/T 41797—2022[2]、C-NCAP[3]，國外標準有E-NCAP、EU 2023/2590、EU 2021/1341[4]等標準，這些內容都能在駕駛員處于分心狀態時及時給予提醒，保證駕駛員將注意力集中在駕駛任務中。但是這些識別算法、法規所約束的內容也是不盡相同的，所以本文將分析不同算法的優缺點以及國內外不同標準法規的區別。

2 駕駛員分心狀態分類

駕駛員注意力分散在先進駕駛輔助系統中的定義是駕駛員的注意力從操控汽車的任務轉移到其他活動上，無法完全把控汽車的運行狀態。造成這種注意力轉移的主要有三種情況，即駕駛員疲勞分心、駕駛員視覺分心和駕駛員動作分心。

a.駕駛員疲勞分心。

經過長時間駕車，駕駛員就容易導致的疲勞，當駕駛員處于疲勞狀態時會出現1～2 s的完全放空的狀態。這期間的分心是完全不能操控車輛的，極易容易發生嚴重的交通事故。

b.駕駛員視覺分心。

駕駛員的視覺注意力由正常駕駛員狀態轉換到其他狀態中，比如駕駛員觀看外邊的風景，觀看汽車中控屏、兩側空調出口以及車輛其他部位。這種分心駕駛員也不易察覺，在長時間駕駛后不經意間進入此種分心狀態，是最不容易被發覺的分心情況。

c.駕駛員動作分心。

另一種是分心行為導致的注意力分散，因為要做一些打電話、吸煙和喝水等的行為，分散了駕駛員對道路狀況的掌控能力，無法第一時間對車輛進行控制，很難應對復雜的緊急情況，并且此種分心是日常駕駛中最容易出現的分心情況，也具有很大的危害性。

3 駕駛員分心監測算法分類

分心導致的交通事故頻頻發生，造成了嚴重的生命財產損失，引起了車輛制造商的重視，并隨著可移動平臺算力水平的逐步優化，車企也逐漸思考問題的解決辦法。經過市場的選擇篩選，有三大類監測算法得到了人們的認可：從駕駛員生理特征監測、從駕駛員操作行為監測、從駕駛外在分心表現監測。

從駕駛員生理特征監測，通常使用肌電、腦電信號識別駕駛員的疲勞分心程度[5]；從駕駛員操作行為監測通常使用汽車速度、加速度、軌道偏離來判斷是否駕駛員的疲勞和分心[6]；從駕駛外在分心表現監測，通常使用攝像頭進行識別，從傳統視覺逐漸發展到卷積神級網聯視覺[7]。

4 國內外測試標準對比

4.1 國外測試標準

國外標準研究方面起步較早，與駕駛員分心監測有關的規范主要為2023版的E-NCAP（現行最新版）、EU 2021/1341駕駛員疲勞監測系統（DDAW）、EU 2023/2590高級駕駛員分心警告系統（ADDW）。

4.1.1 E-NCAP

E-NCAP 2023版主動安全板塊中有對駕駛員疲勞監測系統（DMS）進行詳細描述，評價規程對駕駛員狀態監測系統的劃分和詳細規定。該系統包括駕駛員分心監測、疲勞監測和駕駛反應遲鈍三個主要部分。E-NCAP通過KSS等級[8]與閉眼時間對駕駛員疲勞劃分出三種狀態，如表1所示，為昏昏欲睡（Drowsy）、微睡眠（Microsleep）、睡覺（Sleep），KSS等級將在后續的DDAW測試中具體描述。除滿足下列判定方式外，OEM必須通過檔案提供信息，證明其系統檢測微睡眠事件的要求和能力。

在駕駛員分心監測中，具體分為長時間分心、短時間分心和使用手機三類行為，詳細規定了每種分心動作的表現形式以及不同的注視區域，如表2所示。

長時間分心被認為是指駕駛員從前方道路上長時間凝視一個持續時間≥3 s的位置。從前方道路視野到一個一致位置的任何單次凝視≥3 s（+1 s，有令人信服的實施證據）；短暫的分心（或視覺注意力時間共享）事件被認為是從前方道路視圖向一個位置或多個不同位置重復掃視。短暫的分心事件是指多個視線從前方道路視圖移開，當駕駛員的注意力回到前方道路視圖上足夠長的時間，使駕駛員能夠充分解釋道路狀況時，這一事件就被認為結束了。將駕駛員歸類為分心的合適要求的一個例子是，當駕駛員在30 s的時間段內從前方道路視圖移開視線累計10 s時，如果駕駛員的視線返回前方道路視圖≥2 s，則重置該時間段；手機使用被認為是一種特定類型的短暫分心（或視覺注意力時間共享）事件，駕駛員反復凝視他們的手機。

4.1.2 DDAW

EU 2021/1341 駕駛員疲勞監測系統（Driver Drowsiness and Attention Warning Systems，ADDW）發布于2021年4月23日，要求新車型中的駕駛員疲勞監測系統在2022年7月6日之后強制實施，要求新注冊車輛中的駕駛員疲勞監測系統在2024年7月7日之后強制實施。測試通常使用KSS等級（表3）與DDAW系統中視覺部分評估，也可以使用接觸式如腦電波或者由三名睡眠專家觀看測試視頻進行判斷。

a.車型適用于車速超過70 km/h的M、N類車輛，且要在副駕駛安裝剎車踏板。

b.光照要求為白天和夜間都有效運行，且測試全程車內保持安靜。

c.道路要求為有多車道劃分，且車道兩側都可以看到車道標志。

d.測試駕駛員有數量要求，至少為10名測試人員，盡可能包含男女老少等多樣本數據，且要進行KSS疲勞等級測試，熟知自己的疲勞等級。

e.每個測試駕駛員的疲勞等級KSS≥7級（嗜睡等級）時DDAW系統應向駕駛員提供警告，若發出警告可視為一次陽性樣本，并計算測試駕駛員的敏感度，公式如下：

[Sensitivity=nTPnTP+nFN×100%] （1）

式中，[nTP]為真陽性次數；[nFN]為假陰性次數。

f.所有樣本測試完畢后，計算所有測試駕駛員的平均敏感度與其敏感度標準差，然后計算出敏感度結果90%置信區間的下限，計算公式如下：

[A90%=A?1.645×σn] （2）

式中，[A90%]為敏感度結果90%置信區間的下限；[A]為平均敏感度；[1.645]為90%置信區間的置信系數；[σ]為敏感度標準差；[n]為樣本總數。

若KSS記錄時間間隔為5 min，測試通過條件為：樣本平均敏感度在40%以上，90%置信區間的下限大于20%；若KSS記錄時間間隔為15 min，測試通過條件為：樣本平均敏感度在45%以上，90%置信區間的下限大于22.5%；若在公開道路上進行測試，測試通過條件為：平均敏感度大于35%，敏感度結果90%置信區間的下限應大于17.5%。

4.1.3 ADDW

高級駕駛員分心警告系統（Advanced Driver Distraction Warning systems，ADDW）的定義是，當系統應確定駕駛員的視覺注意力沒有集中在前方的駕駛任務時，并通過車輛人機界面提醒駕駛員。該標準于2023年11月22日在歐盟發布，對于新認證車型其實施日期為2024年7月7日，對于新注冊車型的實施日期為2026年7月17日。

a.車型要求：車型適用于M、N類車輛。

b.隱私要求：并不禁止ADDW系統使用來自車輛中配備的攝像頭的數據，而是禁止ADDW系統識別人員。

c.測試過程：分心注釋開始前應該應確保有15 s不間斷地不分心駕駛，確保測試的嚴謹。

①車速在50 km/h或以上；在標稱情況下，駕駛員在區域3的凝視最長時間為3.5 s。若處于非標稱情況可能會將最大標稱情況的時間限制再延長1.5 s。

②車速在20 km/h或以上；在標稱情況下，駕駛員在區域3的凝視最多持續6 s；若處于非標稱情況可能會將最大標稱情況的時間限制再延長1.5 s。

上述非標稱情況指的是車輛制造商應說明系統的局限性。這些限制可能是（但不限于）與駕駛員、車輛或環境相關的元素，這可能會導致ADDW系統的性能下降。

d.駕駛員要求：沒有佩戴眼鏡、帽子、口罩等遮擋物，且沒有蓄留胡須，需要重點強調近視眼鏡也不能佩戴。

e.座椅和方向盤設置：駕駛員眼睛位于企業聲明的眼睛參考點周圍縱向±100 mm，垂直±50 mm。

f.環境要求：測試必須在真實或模擬的外部晝夜運行條件下對車輛進行。白天：測試應在日出后日落前開始；夜間：測試應在日落后和日出前開始。

g.通過要求：14個觀測點在50 km/h和20 km/h速度要求下，三次測試至少產生，一個真陽性的結果（再規定時間內完成分心預警），或者產生一個不適用的結果（廠商聲明的不被定義為分心的場景），若三次結果都是假陰性（超出規定預警時間或者不預警）則需要在進行一遍測試，記錄三個結果，出現一次真陽性和不適用的結果即可通過認證。

ADDW系統所描述的區域是由駕駛員的視線范圍確定的，對于M類和N類車輛，駕駛員眼部點的中心由聯合國第46（2）條（關于間接視覺設備）所定義的，所以眼點的坐標在駕駛員座椅的R點上方垂直635 mm，R點根據車輛制造商定義的基準標記確定。

另外，對于不基于M1平臺的M2、M3、N2和N3類別的車輛，眼球參考點可以根據《聯合國第167號規則》中對直接視野的定義確定的E2。E2是表示駕駛員視野之間的中點。在Z軸上，E2點相對于加速踏板腳跟點的偏移量為1 163.25 mm，在X軸后方678 mm。E2點在Y軸上的位置位于一個垂直平面上，與中央縱向平面平行，并穿過駕駛員座椅的中心，如圖1所示。

根據已確定好的眼睛注視點，將車內空間劃分為三個區域，如圖2所示，分心注視點被劃分在三個區域內。

區域1劃分原則：a.車輛的車頂；b.與車輛縱向方向相關的兩個垂直平面之外（考慮駕駛員前視方向，取0°方向），一個平面向右旋轉55°，另一個平面向左旋轉55°，兩個平面在下述眼球參考點交叉。左舵車的區域1如圖3所示。

區域2劃分原則：a.擋風玻璃和車窗的區域；b.從眼球參考點看，擋風玻璃和車窗周圍10°的區域。左舵車的區域2如圖4所示。

區域3劃分原則：a.區域3由一個平面以下的任何區域組成，該平面與駕駛員眼球參考點向下30°相交，并與區域1和區域2交互；b.默認情況下，區域1和區域2中考慮的任何區域都不包括在區域3中，車輛制造商可以選擇將區域1和/或區域2的一部分包括在區域3中。左舵車的區域3如圖5所示。

分心觀測點共有14個，點位名稱如表4所示，具體位置如圖6所示。

4.2 國內測試標準

隨著國內技術的發展，國內的車輛功能也逐漸豐富起來，對應的標準規范也隨之公布，與駕駛員注意力相關的有GB/T 41797—2022《駕駛員注意力監測系統性能要求及試驗方法》，C-NCAP中有針對DMS系統的測試要求。

4.2.1 GB/T 41797

a.適用車輛：本文件適用于安裝有基于圖像識別技術的駕駛員注意力監測系統的M類和N類車輛；其他具有相同功能的系統可參照執行。

b.環境要求：光照強度，白天應大于2 000 lux且小于10 000 lx；夜晚應大于0 lux且小于15 lx；外部光源在駕駛艙內無明顯反光現象；溫度范圍-20～+45 ℃。

c.駕駛員要求：至少3名無面部、眼睛缺陷，滿足GB/T 10000中18～60歲組身高、坐姿眼高、頭部形態面長尺寸要求的成年人，駕駛員要求裸眼、眼鏡與墨鏡三種。

d.不同行為場景重復20次測試，如表5所示，因為存在大量重復性動作，可使用滿足要求的仿人機器人代替繁瑣的試驗。

4.2.2 C-NCAP

最新的C-NCAP2024年版主動安全ADAS試驗規程中有關于駕駛員注意力監測的要求，該標準將駕駛員注意力監測分成了兩個部分：即為駕駛員疲勞監測（DFM）與駕駛員注意力監測（DAM）。

駕駛員要求：需滿足身高和眼瞼縫隙要求，身高分為：150～175 cm和175～188 cm兩組，眼瞼縫隙分為5～8 mm和8～14 mm兩組，兩名駕駛員需要將以上四組情況全部覆蓋。

報警要求：系統警告應為視覺和聲覺或觸覺警告，視覺警告白天與夜晚都應清晰可見，且警告應于具體場景對應，疲勞測試時發出疲勞警告，注意力測試時發出注意力警告。

通過要求：當駕駛員進行疲勞和分心動作后，系統應在2～4 s內發出警告。

a.駕駛員疲勞監測測試場景。

根據駕駛員提供的身體數據調整車輛座椅，確保駕駛員在長期駕駛過程中能保持相同姿勢，駕駛員將車輛運行到疲勞監測系統能夠激活的車速，并完成表6中的動作，記錄該系統是否在規定時間內發出警告。

測試與評分記錄方式與疲勞測試相同，表7中的場景分別由2名駕駛員完成測試，每人每個場景執行3次，選取其中較為優秀的兩個結果作為樣本納入得分計算評分。

4.3 標準對比

通過上文分析，可以看出國內外存在各種各樣的駕駛員注意力監測系統的標準，對汽車中駕駛員注意力監測系統起到了一個規范與引導的作用，但是每個標準或法規要求的點是不盡相同的，接下來將具體分析標準或法規之間的著重關注點。在E-NCAP、C-NCAP和GB/T 41797對駕駛員疲勞和駕駛員分心都有描述，ADDW和DDAW是單獨一種系統的描述。

4.3.1 疲勞監測標準對比

在駕駛員疲勞判斷中由于駕駛員疲勞的外在表現大致相同，所以標準關注的地方是比較相同的，E-NCAP與DDAW的疲勞判斷條件都是用了KSS等級進行判斷，E-NCAP增加了一個閉眼時間的考量。而GB/T 41797中關注的是眼睛完全閉合持續的時間與打哈欠持續時間進行判斷。

4.3.2 分心監測標準對比

在駕駛員分心判斷中，由于駕駛員分心的表現是存在很大的差別，所以標準關注的地方存在較大差距，E-NCAP和GB/T 41797中有關于分心動作的要求，E-NCAP關注的是看手機的角度與身體大幅度扭動，GB/T 41797關注的是駕駛員是否在進行打電話與吸煙的動作；關于視線分心E-NCAP、GB/T 41797和C-NCAP中都有描述，但E-NCAP中大部分都是關注車窗外的視線，GB/T 41797側重駕駛員頭部姿態，C-NCAP側重駕駛員儀表及以下的點。具體區別如圖7所示。

5 結語

本文介紹了駕駛員注意力分散的分類，駕駛員分心監測算法分類，對國內外駕駛員注意力監測系統的標準進行詳細的分析與對比；詳細地介紹了ADDW、DDAW、E-NCAP、C-NCAP與GB/T 41797所涉及到的測試車型、系統涉及的隱私、測試的具體場景、測試過程中對駕駛員的要求，與對測試環境的要求，還有最關鍵的測試通過的要求；并且對駕駛員疲勞標準與駕駛員分心標準進行詳細的對比，描述了不同標準之間的側重點；國外標準對一個點進行深度表述，而國內標準種規定的情況更多更全，在未來應該結合國內外標準的優點，建立一項涉及面廣而且細致深刻的標準，用此來減少駕駛員因為注意力不集中導致的交通事故。

參考文獻：

[1]王曉亮，李兵，應宇汀，等.駕駛員狀態監測系統測試評價方法分析[J].專用汽車，2023（10）：85-88.

[2]GB/T 41797—2022 駕駛員注意力監測系統性能要求及試驗方法［S］.

[3]中國汽車技術研究中心有限公司.汽車測評管理中心.中國新車評價規程（C-NCAP）2024版正式發布.（2024-01-18）.https：//www.c-ncap.org.cn/article-detail/1747900203303780353？type=2.

[4]（EU）1341/2021，Supplementing Regulation（EU）2019/2144 of the European Parliament and of the Council by laying down detailed rules concerning the specific test procedures and technical requirements for the type-approval of motor vehicles with regard to their driver drowsiness and attention warning systems and amending Annex II to thatRegulation［S］.

[5]劉牧天.基于腦電信號的駕駛員注意力監測系統設計與實現[D].武漢：武漢理工大學，2020.

[6]周昱廷.基于駕駛員在環試驗臺的注意力分散研究[D].長沙：湖南大學，2017.

[7]劉世望.基于卷積神經網絡的駕駛員注意力監測方法研究[D].成都：西南交通大學，2020.

[8]王寰希，張德平.基于自適應閾值的多特征經驗融合疲勞檢測[J].計算機系統應用，2023，32（4）：197-205.

作者簡介：

馬文博，男，1990年生，高級工程師，研究方向為智能網聯汽車測試評價。