于立嬌 吳振昕 王文彬 高洪偉

（中國(guó)第一汽車(chē)集團(tuán)有限公司 智能網(wǎng)聯(lián)開(kāi)發(fā)院，汽車(chē)噪聲振動(dòng)與安全控制綜合技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，吉林長(zhǎng)春 130011）

主題詞：駕駛員疲勞狀態(tài)監(jiān)測(cè) 駕駛員疲勞狀態(tài)預(yù)警 駕駛員疲勞狀態(tài)主動(dòng)控制 駕駛員疲勞狀態(tài)評(píng)價(jià)

1 前言

隨著社會(huì)發(fā)展和人們生活水平不斷提高，機(jī)動(dòng)車(chē)保有量和具有駕駛資質(zhì)的人員數(shù)量不斷增加，公路總長(zhǎng)不斷擴(kuò)大，交通安全逐漸成為社會(huì)廣泛關(guān)注的熱點(diǎn)問(wèn)題。各國(guó)家的政府機(jī)構(gòu)都曾統(tǒng)計(jì)過(guò)因駕駛疲勞導(dǎo)致的交通事故數(shù)量，并得到一致的結(jié)論：由駕駛疲勞引起的交通事故數(shù)量居高不下，而且駕駛疲勞是誘發(fā)重大交通事故的重要因素。美國(guó)國(guó)家公路交通安全管理局的調(diào)查數(shù)據(jù)顯示每年平均有5.6萬(wàn)起交通事故與疲勞駕駛相關(guān)，造成4萬(wàn)人受傷，1 500多人死亡，占交通事故死亡總數(shù)的3.7%[1]。中國(guó)交通管理局2009年的交通事故統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明疲勞駕駛導(dǎo)致的交通事故達(dá)到1 900多起、造成2 400多人傷亡。

2003年中華醫(yī)學(xué)會(huì)等機(jī)構(gòu)聯(lián)合在高速公路上對(duì)516名駕駛員進(jìn)行與駕駛疲勞相關(guān)的調(diào)查并對(duì)調(diào)查結(jié)果統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)果表明近25%的駕駛員感覺(jué)自己行車(chē)時(shí)處于疲勞狀態(tài)，10%的駕駛員在調(diào)研當(dāng)天的駕駛過(guò)程中打過(guò)瞌睡，一半的駕駛員承認(rèn)在過(guò)去駕駛過(guò)程中曾打過(guò)瞌睡[2]。2008年加拿大交通研究基金會(huì)對(duì)750名駕駛員進(jìn)行與駕駛疲勞相關(guān)統(tǒng)計(jì)，結(jié)果顯示58.6%的駕駛員有疲勞駕駛的經(jīng)歷，14.5%的駕駛員在參與調(diào)查前的1年內(nèi)曾經(jīng)疲勞駕駛過(guò)[3]。

由此可見(jiàn)：疲勞駕駛在實(shí)際行車(chē)中經(jīng)常發(fā)生，如果能有效監(jiān)測(cè)駕駛員是否疲勞，并在疲勞時(shí)發(fā)出警告甚至主動(dòng)控制車(chē)輛運(yùn)動(dòng)，那么駕駛員和乘員的安全將得到顯著提高，還能夠大大降低引發(fā)交通事故的可能性。自20世紀(jì)80年代起，許多科研機(jī)構(gòu)、整車(chē)廠和零部件供應(yīng)商開(kāi)始從事駕駛疲勞相關(guān)研究，并取得了顯著成果。

2 駕駛員疲勞狀態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)發(fā)展歷程

駕駛員疲勞狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)最早應(yīng)用于飛機(jī)等高級(jí)輔助駕駛或自動(dòng)駕駛程度比較高的領(lǐng)域，初期的駕駛員疲勞監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是一種基于人體疲勞時(shí)生理反應(yīng)特征信號(hào)的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。根據(jù)使用信號(hào)屬性不同，駕駛員疲勞狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可分為直接監(jiān)測(cè)和間接監(jiān)測(cè)兩種。

直接監(jiān)測(cè)使用駕駛員面部運(yùn)動(dòng)、眼部運(yùn)動(dòng)、心電、腦電等直接表征駕駛員疲勞狀態(tài)的信號(hào)，與采集心電信號(hào)和腦電信號(hào)相比，采集駕駛員面部運(yùn)動(dòng)和眼部運(yùn)動(dòng)信號(hào)比較簡(jiǎn)單方便并且精度較高，所以目前直接監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中基于駕駛員面部運(yùn)動(dòng)信號(hào)和眼部運(yùn)動(dòng)信號(hào)的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)用比較廣泛。

間接監(jiān)測(cè)則使用駕駛行為信號(hào)并結(jié)合車(chē)輛狀態(tài)信號(hào)，采用統(tǒng)計(jì)分析、機(jī)器學(xué)習(xí)等方法分析駕駛員的狀態(tài)。目前該方法的精度雖然沒(méi)有直接監(jiān)測(cè)方法精度高，但不需要在車(chē)輛上額外增加任何傳感器及硬件設(shè)備，不會(huì)造成車(chē)輛制造成本的增加。因此各個(gè)整車(chē)廠、零部件制造商和科研機(jī)構(gòu)紛紛深入研究間接監(jiān)測(cè)方法，并已經(jīng)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品化?，F(xiàn)在直接監(jiān)測(cè)方法和間接監(jiān)測(cè)方法兩種類(lèi)型的駕駛員疲勞狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在市場(chǎng)上的在售車(chē)型上都有應(yīng)用。

2.1 國(guó)外研究與應(yīng)用情況

國(guó)外關(guān)于駕駛員疲勞狀態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)的研究起步較早，20世紀(jì)80年代開(kāi)始就有專(zhuān)家和學(xué)者從事這方面的研究，現(xiàn)有關(guān)于駕駛員疲勞狀態(tài)監(jiān)測(cè)綜述性文獻(xiàn)和博碩士論文里已經(jīng)詳細(xì)地介紹了各個(gè)時(shí)期專(zhuān)家學(xué)者的研究情況，此處不再贅述。本文主要介紹國(guó)外汽車(chē)整車(chē)廠和零部件供應(yīng)商的研究與應(yīng)用情況。

2.1.1 梅賽德斯-奔馳公司Attention Assist和大眾公司疲勞駕駛檢測(cè)系統(tǒng)

Attention Assist是德系車(chē)駕駛員疲勞狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的代表，屬于間接監(jiān)測(cè)，如圖1所示，它依據(jù)駕駛員駕駛行為、基于車(chē)輛狀態(tài)參數(shù)檢測(cè)駕駛員狀態(tài)，例如車(chē)速、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、橫擺角速度、側(cè)向加速度、轉(zhuǎn)向盤(pán)角速度和角加速度等及各信號(hào)的后處理參數(shù)，綜合考慮以上因素進(jìn)行分析計(jì)算得到駕駛員狀態(tài)監(jiān)測(cè)結(jié)果;Attention Assist除覆蓋正常行駛工況外還考慮外部干擾對(duì)疲勞監(jiān)測(cè)的影響，例如側(cè)風(fēng)、路面凸起和斜坡等不均勻工況，使其適用范圍更廣、精度更高;Attention Assist有效車(chē)速區(qū)間80～180 km/h，在監(jiān)測(cè)到駕駛員疲勞時(shí)會(huì)主動(dòng)報(bào)警并在儀表盤(pán)上顯示提示信息，已于2011年應(yīng)用于梅賽德斯-奔馳B級(jí)車(chē)上[4]。此外，At?tention Assist順利通過(guò)歐盟新車(chē)安全評(píng)鑒協(xié)會(huì)(Euro?pean New Car Assessment Program，Euro NCAP)評(píng)審，證明該系統(tǒng)也適用于其他車(chē)型，例如奔馳C級(jí)、E級(jí)、M級(jí)車(chē)型。

圖1 Attention Assist工作原理

大眾疲勞駕駛檢測(cè)系統(tǒng)與梅賽德斯-奔馳Atten?tion Assist一樣，同屬于間接監(jiān)測(cè)，根據(jù)駕駛員駕駛行為如轉(zhuǎn)向盤(pán)運(yùn)動(dòng)、車(chē)速、行駛時(shí)間等估計(jì)駕駛員疲勞程度。如果駕駛員處于疲勞狀態(tài)，則發(fā)出蜂鳴聲提醒駕駛員并在儀表盤(pán)上顯示提示信息，顯示時(shí)長(zhǎng)為5 s；如果駕駛員未采取任何措施，提醒信息會(huì)重復(fù)出現(xiàn)。MKE工作車(chē)速大于65 km/h，除被動(dòng)觸發(fā)外，還能在連續(xù)行駛時(shí)間超過(guò)4 h的情況下主動(dòng)觸發(fā)，提醒駕駛員駕駛時(shí)間過(guò)長(zhǎng)需要停車(chē)休息；如果駕駛員未停車(chē)休息而繼續(xù)行駛，MKE 15 min后會(huì)再次提醒。如果用戶(hù)不想激活MKE，可以在設(shè)置中選擇關(guān)閉。現(xiàn)已應(yīng)用于邁騰、高爾夫7、凌渡等車(chē)型[5]。2.1.2 福特公司Driver Alert System

與德系基于駕駛員駕駛行為監(jiān)測(cè)駕駛員疲勞狀態(tài)不同，福特公司采用直接監(jiān)測(cè)和間接監(jiān)測(cè)相融合的方法，從車(chē)輛運(yùn)動(dòng)狀態(tài)、駕駛行為、周?chē)h(huán)境和駕駛員生理信息4個(gè)維度出發(fā)，依靠大而全的數(shù)據(jù)源使監(jiān)測(cè)算法的準(zhǔn)確性得到較大提高。但是，大量數(shù)據(jù)運(yùn)算時(shí)需要占用較大內(nèi)存，一般很難集成到某一電子控制系統(tǒng)的控制器里，需要額外增加一個(gè)控制器，用于Driver Alert system的數(shù)據(jù)運(yùn)算。Driver Alert system在后視鏡的后方安裝一個(gè)前置攝像頭，以獲取車(chē)輛運(yùn)動(dòng)軌跡信息?，F(xiàn)在福克斯、S-MAX和Galaxy系列車(chē)型都配備Driver Alert System，在監(jiān)測(cè)到駕駛員疲勞時(shí)提供報(bào)警功能,Driver Alert System的工作原理請(qǐng)見(jiàn)圖2[6]。

圖2 Driver Alert System工作原理

2.1.3 豐田公司和日產(chǎn)公司的駕駛員疲勞監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

豐田公司在Lexus和商用車(chē)上配備的Driver Moni?tor由電裝株式會(huì)社提供，屬于直接監(jiān)測(cè)方法，利用攝像頭獲取駕駛員面部狀態(tài)信號(hào)和眼睛運(yùn)動(dòng)信號(hào)，結(jié)合紅外傳感器獲得的駕駛員頭部位置和運(yùn)動(dòng)信息來(lái)識(shí)別駕駛員狀態(tài);當(dāng)發(fā)現(xiàn)駕駛員處于疲勞狀態(tài)時(shí)，車(chē)輛會(huì)發(fā)出警報(bào)提醒駕駛員,Driver Monitor的工作原理請(qǐng)見(jiàn)圖3[7]。Driver Monitor識(shí)別駕駛員疲勞狀態(tài)的精度相當(dāng)高，但是需要車(chē)輛額外安裝一個(gè)攝像頭和紅外傳感器，硬件成本較高。隨著車(chē)輛ADAS（Advanced Driver Assistant System）和生物識(shí)別技術(shù)的普及，Driver Moni?tor應(yīng)用范圍會(huì)越來(lái)越廣。

圖3 Driver Monitor系統(tǒng)工作原理

與豐田公司不同，日產(chǎn)公司使用間接監(jiān)測(cè)方法，原理是當(dāng)駕駛員處于疲勞狀態(tài)時(shí)，轉(zhuǎn)向操縱行為與正常駕駛情況下的轉(zhuǎn)向操縱行為存在較大差異，例如疲勞時(shí)駕駛員轉(zhuǎn)向操作可能逐漸變緩甚至停下，因此可以根據(jù)駕駛員轉(zhuǎn)向行為信號(hào)監(jiān)測(cè)駕駛員狀態(tài)。日產(chǎn)公司利用電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向（Electric Power Steering，EPS）系統(tǒng)的轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)角與角速度、轉(zhuǎn)向盤(pán)力矩信號(hào)，結(jié)合車(chē)輛狀態(tài)信號(hào)和車(chē)內(nèi)環(huán)境信息例如車(chē)速、側(cè)向加速度、橫擺角速度、車(chē)內(nèi)溫度、雨刮器、空調(diào)控制等信號(hào)，判斷駕駛員是否疲勞。當(dāng)監(jiān)測(cè)到駕駛員處于疲勞狀態(tài)時(shí)，會(huì)如圖4所示在儀表盤(pán)上顯示警告信息“Take a Brake？”[8]。現(xiàn)在已經(jīng)應(yīng)用在日產(chǎn)Murano和Maxima轎跑上。

圖4 Driver Monitor疲勞信息提示[8]

2.1.4 沃爾沃公司駕駛員安全警告系統(tǒng)（DAC）

DAC（Driver Alert Control）除了監(jiān)測(cè)駕駛員疲勞狀態(tài)外，還能監(jiān)測(cè)駕駛員注意力是否分散。DAC硬件包括攝像頭、各種車(chē)輛狀態(tài)傳感器、車(chē)輛軌跡傳感器和控制器，控制器綜合分析駕駛員頭部位置和角度、眼睛運(yùn)動(dòng)、車(chē)輛與車(chē)道的相對(duì)位置、轉(zhuǎn)向盤(pán)操縱數(shù)據(jù)等判斷當(dāng)前的駕駛狀態(tài)，并與內(nèi)置于控制器中記錄器里駕駛員正常的駕駛狀態(tài)對(duì)比，判斷駕駛員是否處于疲勞或注意力分散狀態(tài)；如果是，則發(fā)出聲音信號(hào)提醒駕駛員，并在儀表盤(pán)上顯示提示信息。DAC還可以與其他駕駛輔助系統(tǒng)如車(chē)道保持、自適應(yīng)巡航、碰撞預(yù)警等集成，除警報(bào)提醒外還能主動(dòng)對(duì)車(chē)輛運(yùn)動(dòng)進(jìn)行有效干預(yù)。當(dāng)車(chē)速高于65 km/h時(shí)，DAC激活；當(dāng)車(chē)速低于60 km/h時(shí)，DAC休眠。駕駛員安全警告系統(tǒng)工作原理請(qǐng)見(jiàn)圖5[9]。

圖5 駕駛員安全警告系統(tǒng)工作原理

2.1.5 捷豹公司Driver Monitor System(DMS)

捷豹F-Type在轉(zhuǎn)向盤(pán)里內(nèi)置一種駕駛員狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，由澳大利亞Seeing Machines公司提供，采集駕駛員面部運(yùn)動(dòng)和眼睛運(yùn)動(dòng)信息，監(jiān)測(cè)駕駛員狀態(tài)和注意力集中情況，控制器選擇英特爾酷睿i7處理器。DMS與緊急制動(dòng)系統(tǒng)集成，如果判斷出駕駛員處于疲勞狀態(tài)或注意力分散狀態(tài)，并有可能發(fā)生碰撞事故時(shí)，將主動(dòng)制動(dòng)以確保行車(chē)安全。駕駛員佩戴的眼鏡或墨鏡對(duì)識(shí)別精度沒(méi)有影響[10]。

2.1.6 博世公司Driver Drowsiness Detection System（DDDS）

博世公司研發(fā)的DDDS是駕駛員疲勞狀態(tài)間接監(jiān)測(cè)的典型代表，德系車(chē)的疲勞狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)原理與其基本一致，此處不再贅述。博世的DDDS集成性好，可以和電子穩(wěn)定控制系統(tǒng)、CAN網(wǎng)關(guān)、FlexRay網(wǎng)關(guān)等集成，應(yīng)用載體不受限于制造商。

2.2 國(guó)內(nèi)研究與應(yīng)用情況

國(guó)內(nèi)與駕駛員疲勞狀態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)相關(guān)的研究起步稍晚，雖然部分國(guó)產(chǎn)車(chē)上已經(jīng)匹配該系統(tǒng)，但大部分由國(guó)外零部件供應(yīng)商提供。自主研發(fā)主要集中在高校，清華大學(xué)、同濟(jì)大學(xué)、上海交通大學(xué)、吉林大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)等都有相關(guān)研究，并取得了一定的研究成果，但距離產(chǎn)品化還有一段距離。到目前為止只有清華大學(xué)實(shí)現(xiàn)了科研成果的產(chǎn)品化。下面介紹一下清華大學(xué)產(chǎn)品化的駕駛員疲勞監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及國(guó)內(nèi)主要車(chē)企的匹配應(yīng)用情況。

2.2.1 清華大學(xué)的疲勞駕駛預(yù)警系統(tǒng)

清華大學(xué)成波教授團(tuán)隊(duì)自2000年初開(kāi)始從事駕駛行為相關(guān)研究，先后完成國(guó)家863項(xiàng)目“駕駛?cè)藸顟B(tài)及行為監(jiān)測(cè)預(yù)警技術(shù)與裝置”和國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目等科研課題，并通過(guò)清華大學(xué)蘇州學(xué)院孵化的清研微視公司實(shí)現(xiàn)科研成果的產(chǎn)品化。

清研微視公司開(kāi)發(fā)的疲勞駕駛預(yù)警系統(tǒng)依據(jù)駕駛員面部信息判斷駕駛員疲勞狀態(tài)和注意力是否分散等欠安全狀態(tài)，屬于直接監(jiān)測(cè)，如果駕駛員處于疲勞或注意力分散狀態(tài)，將會(huì)發(fā)送警報(bào)提醒。除此項(xiàng)功能外，該疲勞駕駛預(yù)警系統(tǒng)還能監(jiān)測(cè)駕駛員是否脫管轉(zhuǎn)向盤(pán)和其他危險(xiǎn)駕駛行為，例如行車(chē)過(guò)程中吸煙、接打電話、玩手機(jī)等，圖6是清研微視公司開(kāi)發(fā)的疲勞駕駛預(yù)警系統(tǒng)具備的功能[11]。該系統(tǒng)現(xiàn)在已應(yīng)用于眾泰M11、M12和陜汽重卡。

圖6 清研微視公司的疲勞駕駛預(yù)警系統(tǒng)功能[11]

2.2.2 哈弗H9的駕駛員狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

哈弗H9的駕駛員狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的工作原理與博世的DDDS基本相同，根據(jù)駕駛員的駕駛行為判斷其狀態(tài)，屬于間接監(jiān)測(cè)。該系統(tǒng)利用轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)角、制動(dòng)踏板位移、車(chē)速、側(cè)向加速度、橫擺角等信號(hào)監(jiān)測(cè)駕駛員狀態(tài)，并把駕駛員疲勞狀態(tài)劃分為9個(gè)級(jí)別，涵蓋輕微疲勞到重度疲勞，以聲音報(bào)警和儀表盤(pán)顯示信息的方式向駕駛員發(fā)送警告。車(chē)輛啟動(dòng)后10 min該系統(tǒng)自動(dòng)開(kāi)啟，不受車(chē)速限制，一次報(bào)警時(shí)長(zhǎng)20 s。如果報(bào)警后駕駛員沒(méi)有采取相應(yīng)措施改變駕駛狀態(tài)，該系統(tǒng)10 min后會(huì)再次報(bào)警；如果駕駛員想要關(guān)閉疲勞報(bào)警，需要停車(chē)熄火[12]。

2.2.3 比亞迪G6疲勞駕駛預(yù)警系統(tǒng)（Biological Aero?sol Warning System，BAWS）

BAWS屬于直接監(jiān)測(cè)，硬件由攝像頭、紅外線傳感器和控制器組成，采集駕駛員面部表情、眼部和頭部運(yùn)動(dòng)等信號(hào)，綜合分析得到駕駛員狀態(tài)。如果駕駛員處于疲勞狀態(tài)，則立即采取相應(yīng)措施并向駕駛員發(fā)送警報(bào)信號(hào)[13]。

2.2.4 吉利領(lǐng)克（LYNK&CO）DAC（Driver Alert Con?trol）

吉利領(lǐng)克源于沃爾沃和吉利共同搭建的CMA（Compact Modular Architecture）緊湊型車(chē)模塊化平臺(tái)，配備了眾多駕駛輔助系統(tǒng)，例如自適應(yīng)巡航（ACC）、主動(dòng)緊急制動(dòng)（AEB）、360°環(huán)視系統(tǒng)、駕駛員疲勞狀態(tài)監(jiān)測(cè)等。領(lǐng)克DAC的工作原理與沃爾沃DAC相同，此處不做贅述。

2.2.5 一汽集團(tuán)紅旗H7 DSM（Driver State Monitor）

紅旗H7 DSM駕駛員狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)屬于直接監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，根據(jù)車(chē)內(nèi)攝像頭采集的駕駛員面部和眼部的運(yùn)動(dòng)信息結(jié)合車(chē)輛與車(chē)道的相對(duì)位置關(guān)系，判斷駕駛員是否疲勞、注意力是否分散及是否酗酒，并在需要的時(shí)候發(fā)送警報(bào)并主動(dòng)控制車(chē)輛運(yùn)動(dòng)。該系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)在于其基于車(chē)道偏離預(yù)警系統(tǒng)的硬件，不需要額外添加其他硬件設(shè)備，并且當(dāng)駕駛員疲勞導(dǎo)致車(chē)輛偏離車(chē)道時(shí)，車(chē)道保持輔助系統(tǒng)能夠主動(dòng)控制電子轉(zhuǎn)向系統(tǒng)使車(chē)輛回到原車(chē)道繼續(xù)行駛。

3 駕駛員疲勞狀態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

綜合分析國(guó)內(nèi)外車(chē)型駕駛員疲勞狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的應(yīng)用情況，發(fā)現(xiàn)疲勞監(jiān)測(cè)技術(shù)路線沿著兩個(gè)方向發(fā)展：一種是基于駕駛員面部、眼部、頭部運(yùn)動(dòng)等直接表征駕駛員疲勞程度的圖像信號(hào)，另一種是基于駕駛員行為、車(chē)輛狀態(tài)與軌跡等眾多間接表征駕駛員疲勞程度的信號(hào)。前者一般需要在車(chē)輛上額外增加攝像頭、紅外傳感器等傳感器，使車(chē)輛成本增加，但識(shí)別精度較高，適用于高端車(chē)型或匹配ADAS的車(chē)型，可以利用ADAS的硬件。后者不需要增加任何硬件設(shè)備，不會(huì)帶來(lái)成本增加，適用于中低端車(chē)型，基于車(chē)輛CAN總線信號(hào)、GPS信號(hào)等就可以實(shí)現(xiàn)駕駛員疲勞狀態(tài)監(jiān)測(cè)，但精度低于前者。下面按照駕駛員疲勞狀態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)路線詳述其發(fā)展趨勢(shì)。

3.1 駕駛員疲勞狀態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)建立試驗(yàn)方案

早期由于試驗(yàn)條件的限制和出于安全考慮，絕大多數(shù)駕駛疲勞試驗(yàn)在駕駛員模擬器上進(jìn)行。優(yōu)點(diǎn)是虛擬交通道路環(huán)境不存在碰撞、追尾、偏出車(chē)道等危險(xiǎn)工況，可以在從輕度疲勞到嚴(yán)重疲勞全范圍內(nèi)試驗(yàn)；缺點(diǎn)是駕駛員模擬器與真實(shí)交通環(huán)境存在較大差異，用于疲勞監(jiān)測(cè)方法的探索可以，若用于疲勞監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)則缺乏真實(shí)性。

在駕駛員模擬器試驗(yàn)之后，出現(xiàn)了規(guī)定工況實(shí)車(chē)試驗(yàn)。經(jīng)過(guò)改造的試驗(yàn)車(chē)輛，按照預(yù)先設(shè)計(jì)好的工況行駛，記錄試驗(yàn)數(shù)據(jù)。如果需要采集駕駛員面部、眼部、頭部運(yùn)動(dòng)信息，則需要額外添加傳感器和對(duì)應(yīng)的數(shù)采設(shè)備；如果需要采集駕駛員行為、車(chē)輛狀態(tài)和車(chē)輛軌跡信號(hào)，一般不需要額外增加傳感器，車(chē)輛自帶傳感器即可滿(mǎn)足要求。試驗(yàn)時(shí)設(shè)計(jì)若干具有典型特征的工況，例如城市道路直線行駛、鄉(xiāng)村道路直線行駛、高速公路直線行駛，不考慮轉(zhuǎn)彎、變道、側(cè)風(fēng)、路面凸起等特殊工況。據(jù)此設(shè)計(jì)出來(lái)的駕駛員疲勞狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)具有比較廣泛的適用性，精度也比基于駕駛員模擬器設(shè)計(jì)出來(lái)的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)高，但不適用于某些特殊工況。

隨著疲勞監(jiān)測(cè)技術(shù)的發(fā)展和用戶(hù)對(duì)疲勞監(jiān)測(cè)系統(tǒng)精度的要求不斷提高，基于自然駕駛數(shù)據(jù)的疲勞監(jiān)測(cè)技術(shù)研究逐漸成為主流方向。自然駕駛涵蓋各種工況，數(shù)據(jù)能夠真實(shí)反應(yīng)各種工況下駕駛員的疲勞狀態(tài)，據(jù)此設(shè)計(jì)出來(lái)的疲勞監(jiān)測(cè)系統(tǒng)覆蓋各種工況下近駕駛員疲勞的真實(shí)狀態(tài)，精度也就越高。美國(guó)在2004年開(kāi)始組織大規(guī)模的自然駕駛試驗(yàn)[14]，歐盟緊隨其后開(kāi)始進(jìn)行自然駕駛試驗(yàn)[15]。我國(guó)在自然駕駛研究方面起步較晚，第一個(gè)自然駕駛研究項(xiàng)目于2012年9月份開(kāi)展，由同濟(jì)大學(xué)、通用汽車(chē)中國(guó)公司和美國(guó)弗吉尼亞理工大學(xué)交通研究中心共同合作[16]，在5輛測(cè)試車(chē)上安裝數(shù)據(jù)采集設(shè)備，監(jiān)測(cè)并記錄60位駕駛員在3年內(nèi)的駕駛情況，用于分析真實(shí)交通環(huán)境和駕駛行為特點(diǎn)。

3.2 駕駛疲勞評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

目前駕駛員疲勞程度評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)按照?qǐng)?zhí)行者不同分為自評(píng)法和他評(píng)法。自評(píng)法就是駕駛員根據(jù)KSS（Karolinska Sleepiness Scale）標(biāo)準(zhǔn)每隔一段時(shí)間對(duì)自己當(dāng)前狀態(tài)的疲勞程度打分，將十分清醒到十分疲勞劃分為9個(gè)等級(jí)對(duì)應(yīng)分?jǐn)?shù)1分到9分[17]。KSS優(yōu)點(diǎn)：通用性好、精度高，是疲勞程度自評(píng)法廣泛使用的標(biāo)準(zhǔn)；缺點(diǎn)：試驗(yàn)人員詢(xún)問(wèn)駕駛員疲勞程度與駕駛員回答自己的疲勞程度都會(huì)對(duì)駕駛員狀態(tài)的延續(xù)產(chǎn)生刺激，影響駕駛員疲勞程度的評(píng)分。

他評(píng)法分為主觀他評(píng)法和客觀他評(píng)法。主觀他評(píng)法根據(jù)信號(hào)源不同分為兩種：一種是試驗(yàn)人員首先觀察駕駛員面部表情、眼動(dòng)情況、打哈欠頻繁程度等，然后根據(jù)KSS標(biāo)準(zhǔn)給駕駛員當(dāng)前的狀態(tài)打分；第二種是基于駕駛員面部視頻的主觀他評(píng)法，采用攝像頭采集駕駛員面部信息，后期處理時(shí)對(duì)視頻進(jìn)行分段，經(jīng)過(guò)專(zhuān)門(mén)訓(xùn)練的多名試驗(yàn)員對(duì)某視頻片段打分，最后各個(gè)試驗(yàn)員的平均評(píng)分作為該段視頻里駕駛員疲勞程度的分值[18]。后者較前者的精度高，只需要在車(chē)內(nèi)安裝一個(gè)采集駕駛員面部視頻信息的攝像頭，所以基于視頻的主觀他評(píng)法更常用。

客觀他評(píng)法利用駕駛員生理信號(hào)判斷其疲勞程度，例如心電圖、腦電圖，尤其是腦電圖最能表征駕駛員的疲勞狀態(tài)[19,20,21]。客觀他評(píng)法的優(yōu)點(diǎn)：精度高；缺點(diǎn)：需要增加專(zhuān)用的測(cè)試設(shè)備，并且不同駕駛員間可能存在個(gè)體差異。

未來(lái)車(chē)輛將普及生物識(shí)別技術(shù)，因此基于駕駛員生理信號(hào)的疲勞程度判斷將具有硬件基礎(chǔ)，將會(huì)逐漸取代主觀自評(píng)法和主觀他評(píng)法。

3.3 駕駛員疲勞狀態(tài)監(jiān)測(cè)算法

早期的駕駛員疲勞狀態(tài)監(jiān)測(cè)算法基本上都是設(shè)定某一閾值，屬于基于專(zhuān)家系統(tǒng)和規(guī)則算法，根據(jù)駕駛員面部、眼部、頭部或駕駛行為分析計(jì)算得到一個(gè)疲勞程度值。如果該值大于預(yù)先設(shè)定的閾值，則判定駕駛員處于疲勞狀態(tài)；反之，則駕駛員處于正常狀態(tài)[22]?，F(xiàn)在市場(chǎng)上在售車(chē)型匹配的駕駛員疲勞狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)大多數(shù)也是采用此方法，優(yōu)點(diǎn)：算法簡(jiǎn)單、實(shí)時(shí)性好、占用內(nèi)存小，在大多數(shù)工況下精度都比較高。缺點(diǎn)：在某些特殊工況下精度較低，或者不適用于某些特殊工況，例如側(cè)風(fēng)、路面凸起等工況。此外，設(shè)定單一閾值還忽略了不同駕駛員間的個(gè)體差異。

隨著芯片技術(shù)和云存儲(chǔ)技術(shù)的發(fā)展，控制器允許實(shí)時(shí)運(yùn)算占用內(nèi)存較大的算法，或者在云后臺(tái)運(yùn)行內(nèi)存較大的算法而不占用車(chē)輛有限的控制器資源，這為機(jī)器學(xué)習(xí)進(jìn)入駕駛員疲勞狀態(tài)監(jiān)測(cè)領(lǐng)域提供了有利條件。機(jī)器學(xué)習(xí)的優(yōu)點(diǎn)：能夠處理海量數(shù)據(jù)、不需要建立復(fù)雜的數(shù)學(xué)模型，還能夠從數(shù)據(jù)中提取盡可能多的有效信息，保證分析結(jié)果具有較高的精度；缺點(diǎn)：算法運(yùn)行時(shí)占用內(nèi)存較大。

機(jī)器學(xué)習(xí)算法可以對(duì)多維信息進(jìn)行處理，例如在監(jiān)測(cè)駕駛員疲勞狀態(tài)時(shí)，不僅可以分析駕駛員面部、眼部、頭部等視頻信號(hào)或駕駛行為、車(chē)輛狀態(tài)、車(chē)輛軌跡信號(hào)，還可以結(jié)合車(chē)內(nèi)環(huán)境信息如溫度、外部道路交通信息如車(chē)流量等。現(xiàn)在國(guó)內(nèi)外很多高校、科研機(jī)構(gòu)都在研究基于機(jī)器學(xué)習(xí)算法的駕駛員疲勞監(jiān)測(cè)系統(tǒng)[23,24,25,26,27]。與傳統(tǒng)方法相比，機(jī)器學(xué)習(xí)算法使駕駛疲勞識(shí)別精度有所提高，但運(yùn)算時(shí)占用內(nèi)存較大，很難集成到車(chē)輛現(xiàn)有電子控制系統(tǒng)的控制器里，實(shí)時(shí)性差。隨著云平臺(tái)技術(shù)的發(fā)展，機(jī)器學(xué)習(xí)算法可以運(yùn)行在云平臺(tái)上，不占用電子控制系統(tǒng)的控制器內(nèi)存，實(shí)現(xiàn)在不增加車(chē)輛硬件成本的情況下提高疲勞監(jiān)測(cè)精度。疲勞監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的精度提高后，能夠擴(kuò)大其應(yīng)用范圍，除了預(yù)警外還可以與其他駕駛輔助系統(tǒng)集成，例如自主緊急制動(dòng)（AEB）、車(chē)道保持(LKA)、車(chē)道偏離預(yù)警(LDW)等，進(jìn)一步保障行車(chē)安全。

不同類(lèi)型駕駛員操縱偏好不同，有的駕駛員喜歡激進(jìn)性駕駛，例如大幅度踩加速踏板和制動(dòng)踏板、大幅修正轉(zhuǎn)向、經(jīng)常換道等；而有的駕駛員喜歡謹(jǐn)慎性駕駛，例如慢踩加速踏板和制動(dòng)踏板，小幅高頻修正轉(zhuǎn)向、較少超車(chē)換道等；還有駕駛員介于兩者之間。如果不考慮駕駛員類(lèi)型，用同一標(biāo)準(zhǔn)或同一模型監(jiān)測(cè)駕駛員疲勞狀態(tài)，容易誤報(bào)和漏報(bào)，導(dǎo)致駕駛員體驗(yàn)較差[28]。此外，駕駛員操縱偏好還受工況影響，例如側(cè)風(fēng)工況下，不管是哪種類(lèi)型的駕駛員都需要不斷修正轉(zhuǎn)向以保持車(chē)輛直線行駛，只是修正幅度略有差別，這要求疲勞監(jiān)測(cè)算法適用于這些特殊工況[29,30,31]。

因此，未來(lái)的駕駛員疲勞狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)將會(huì)是一種高精度、考慮駕駛員類(lèi)型、適用于各種工況的駕駛輔助系統(tǒng)。

4 結(jié)束語(yǔ)

駕駛疲勞導(dǎo)致的交通事故在重大交通事故誘因中一直占有較大比例，因此駕駛員疲勞狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)于提高行車(chē)安全具有重要作用。隨著車(chē)輛電子化、智能化、網(wǎng)聯(lián)化程度增加，硬件基礎(chǔ)越來(lái)越好，高精度的駕駛員疲勞監(jiān)測(cè)系統(tǒng)將會(huì)成為未來(lái)車(chē)輛的重要配置之一，并與其他駕駛輔助系統(tǒng)集成，共同保障車(chē)輛行駛安全。