班亞云?趙振軍

摘 要：本文介紹了一種基于公路路線設(shè)計(jì)規(guī)范的車輛疲勞預(yù)警系統(tǒng)，詳細(xì)闡述該系統(tǒng)運(yùn)用的原理及可行性，并與國內(nèi)外同類疲勞駕駛預(yù)警系統(tǒng)做出比較，用科學(xué)的方式降低高速公路上司機(jī)疲勞駕駛所造成的危害，且成本低廉。

關(guān)鍵詞：疲勞預(yù)警系統(tǒng)；高速公路；線路設(shè)計(jì)規(guī)范

1 概述

在社會(huì)節(jié)奏日益加快的今天，車輛已成為人們不可或缺的交通工具。然而在人類享受前所未有的便利與快捷的同時(shí)，也面臨著疲勞駕駛、超速駕駛和酒后駕駛引發(fā)交通事故的巨大威脅，其中最為常見的就是疲勞駕駛。據(jù)統(tǒng)計(jì)，因疲勞駕駛造成的交通事故占總數(shù)的20%左右，占特大交通事故的40%以上。隨著醫(yī)學(xué)的進(jìn)步和計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展，陸續(xù)涌現(xiàn)出一些基于駕駛員生理行為特征和車輛特性的檢測預(yù)警系統(tǒng)，并取得了一定的研究成果。

2 國內(nèi)外同類系統(tǒng)的研究進(jìn)展

2.1 基于醫(yī)學(xué)的檢測方法

研究表明，駕駛員在疲勞狀態(tài)下的生理指標(biāo)會(huì)偏離正常值，醫(yī)學(xué)檢測是通過生理指標(biāo)檢測對(duì)駕駛員的疲勞狀況進(jìn)行分析和判斷。檢測方法有：腦電圖、心電圖、脈搏跳動(dòng)、肌電圖等。生理傳感器大都有侵入性，不利于駕駛安全。駕駛員在疲勞狀態(tài)下，其心理和生理特征與正常狀態(tài)下有較大不同， 但目前反映這些特征變化的數(shù)據(jù)很難客觀地獲得。

2.2基于駕駛員行為特征的檢測方法

駕駛員行為特征的檢測方法有：“PERCLOS”檢測、頭部位置跟蹤判別、視線方向檢測和嘴部狀態(tài)檢測四種。這幾種檢測可實(shí)現(xiàn)非侵入式檢測，但大都需要攝像頭采集人臉圖像，成本較高，且檢測識(shí)別算法十分復(fù)雜，檢測結(jié)果易受環(huán)境變化和個(gè)體差異（個(gè)人的面部特征）的影響較大，因此也不適合普及。

2.3 基于車輛行為特征的檢測方法

基于車輛行為特征的檢測方法則是通過監(jiān)視司機(jī)的駕駛操作行為來測定司機(jī)的疲勞狀況，如駕駛速度，方向盤的操縱情況和車道偏離檢測等。這種方法信號(hào)易提取、技術(shù)易實(shí)現(xiàn)、實(shí)現(xiàn)了非接觸，但檢測結(jié)果易受車型和駕駛環(huán)境的影響，特征參數(shù)疲勞程度的相關(guān)性也難以量化，不適合中國的路況，超車、被超、并線、壓線都會(huì)存在誤報(bào)。

3 高速預(yù)警系統(tǒng)原理及依據(jù)

現(xiàn)行各預(yù)警系統(tǒng)都存在不可避免的缺陷，故本文提出一種基于中國現(xiàn)行公路路線設(shè)計(jì)規(guī)范要求的系統(tǒng)，即高速預(yù)警系統(tǒng)。 該系統(tǒng)通過檢測車輛行為特征，判斷駕駛員是否處于疲勞狀態(tài)。當(dāng)車輛行為特征顯示駕駛員處于疲勞狀態(tài)，高速預(yù)警系統(tǒng)便通過報(bào)警器進(jìn)行報(bào)警，提醒駕駛員注意行車安全。

3.1 預(yù)警系統(tǒng)工作原理

高速預(yù)警系統(tǒng)根據(jù)車輪的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)來判斷車子是否處于行駛狀態(tài)，再通過方向盤是否在規(guī)定時(shí)間內(nèi)有過偏轉(zhuǎn)來判斷駕駛員是否處于疲勞狀態(tài)。若車子在行駛過程中，檢測方向盤在一定時(shí)間內(nèi)沒被轉(zhuǎn)動(dòng)，高速預(yù)警系統(tǒng)則判斷駕駛員處于疲勞駕駛狀態(tài)，此時(shí)裝置就會(huì)啟動(dòng)報(bào)警器，提醒駕駛員注意路面狀況。當(dāng)方向盤被重新轉(zhuǎn)動(dòng)或車輪停止轉(zhuǎn)動(dòng)5s后，報(bào)警器停止鳴叫。

檢測方向盤是否轉(zhuǎn)動(dòng)采用的是霍爾原理，在方向盤處安置霍爾元件。也即在方向盤下表面固定一系列的磁鐵，在離方向盤2～3cm處的轉(zhuǎn)軸處固定一個(gè)霍爾傳感器（霍爾傳感器不隨轉(zhuǎn)軸而轉(zhuǎn)動(dòng)），當(dāng)方向盤下方磁鐵隨方向盤轉(zhuǎn)動(dòng)掠過霍爾傳感器時(shí)，傳感器的一只引腳都會(huì)向單片機(jī)輸出信號(hào)。為了防止方向盤轉(zhuǎn)動(dòng)的角度過小，轉(zhuǎn)動(dòng)信號(hào)不易及時(shí)捕捉，還可在方向盤上固定較密集的磁鐵。當(dāng)這一系列磁鐵中有一個(gè)掠過傳感器時(shí)，都會(huì)有信號(hào)傳給單片機(jī)，單片機(jī)以5s的頻率檢測信號(hào)（檢測時(shí)間可以更改，這里設(shè)成5s）的，經(jīng)過分析系統(tǒng)即可判斷出方向盤是否轉(zhuǎn)動(dòng)，可大大加強(qiáng)檢測精度。

檢測車輪與檢測方向盤的原理基本相同，檢測時(shí)間也可設(shè)為了5s（掃描時(shí)間可更改）。

3.2 方向盤信號(hào)檢測時(shí)間的設(shè)置

由于長直線行駛會(huì)使駕駛員感到單調(diào)、疲倦和急躁，易超速行駛，對(duì)行車安全極為不利，且不利于線形的連接。由于我國地域遼闊，地形差異較大，對(duì)高速公路直線長度很難做出統(tǒng)一規(guī)定，但一般以20V（設(shè)計(jì)時(shí)速）為宜。

《中華人民共和國道路交通安全法實(shí)施條例》規(guī)定高速公路應(yīng)當(dāng)標(biāo)明車道的行駛速度，最高車速不得超過每小時(shí)120公里，最低車速不得低于每小時(shí)60公里?！豆仿肪€設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定：當(dāng)V≥60km/h時(shí)，同向圓曲線間的直線最小長度（以km計(jì)）以不小于6V為宜，反向圓曲線間的直線最小長度（以km計(jì)）以不小于2V為宜。

駕駛員在長直道路上也會(huì)由于路面的坡度，汽車齒輪磨損等各種原因，需要不停的轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤修正行車軌跡，使車輛在公路上沿著車道行駛。為了防止駕駛員在直線行車時(shí)因疲勞引發(fā)車禍，故考慮取行車在最短直線（即反向圓曲線間的最小直線長度2V）上的行駛時(shí)間作為設(shè)置時(shí)間，計(jì)算公式如下：

V—設(shè)計(jì)速度，km/h

為了給駕駛員2～3s的反應(yīng)時(shí)間，使疲勞駕駛裝置起到提前預(yù)警的作用，我們建議把時(shí)間設(shè)定為5s.

4 高速預(yù)警系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)

該系統(tǒng)的實(shí)施只需單片機(jī)、霍爾感應(yīng)器、磁鐵、報(bào)警器等簡單材料組件，相對(duì)于其他系統(tǒng)更為經(jīng)濟(jì)合理。該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了非侵入性，裝置不與駕駛員接觸，并不會(huì)引起駕駛員的不適和影響駕駛操作動(dòng)作。而且，該系統(tǒng)疲勞特征簡單明顯，對(duì)其進(jìn)行識(shí)別和提取的算法實(shí)時(shí)性也相對(duì)較好，抗干擾性和魯棒性較強(qiáng)。另外，該系統(tǒng)不易受個(gè)人及環(huán)境影響，信號(hào)提取和判斷較方便，可操作性也遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于現(xiàn)有的檢測方法。

5 系統(tǒng)的拓展及展望

介于疲勞駕駛帶來的重大危害，疲勞駕駛檢測技術(shù)的研究又為道路交通安全提供了保障的可能性，具有重要的社會(huì)意義。近年來各種新技術(shù)與成果層出不窮，但都仍需不斷完善和改進(jìn)。本系統(tǒng)可通過優(yōu)化編程使之更加實(shí)用，如：如果駕駛員提前知道在疲勞駕駛，還可以通過設(shè)置預(yù)警安全等級(jí)（不同安全等級(jí)對(duì)應(yīng)不同時(shí)間長度，越安全對(duì)應(yīng)時(shí)長越短），使行車更加安全。

該系統(tǒng)在時(shí)間的設(shè)定上還存在一定的局限，故需要科研工作者在以后的工作里予以改善，使該系統(tǒng)更加合理，服務(wù)于我國的司機(jī)朋友們。

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[3]孫偉，張為公.疲勞駕駛檢測方法的研究進(jìn)展[J].綜述.2009，（2）：1-17

作者簡介

班亞云（1992-），（第一作者），女，漢族，河南省原陽縣人，就讀于鄭州大學(xué)土木工程學(xué)院2011級(jí)交通工程專業(yè)。

趙振軍（1993-），（第二作者），男，漢族，甘肅省定西人，就讀于鄭州大學(xué)土木工程學(xué)院2011級(jí)交通工程專業(yè)。