黃駿

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隨著現(xiàn)代交通運(yùn)輸業(yè)的飛速發(fā)展，交通事故已成為全球當(dāng)前所面臨的嚴(yán)重問(wèn)題。據(jù)文獻(xiàn)介紹，全世界每年因交通事故而導(dǎo)致的死亡人數(shù)達(dá) 60 萬(wàn)，直接經(jīng)濟(jì)損失約 125 億美元，這些事故中 57%的災(zāi)難性事故與駕駛員疲勞駕駛有關(guān)。疲勞雖然是一個(gè)很正常的生理現(xiàn)象，但每年導(dǎo)致的交通事故給世界各國(guó)造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡，增加社會(huì)不安定因素。

1 疲勞駕駛預(yù)警系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀

1.1 預(yù)警系統(tǒng)的組成及工作原理

生理學(xué)研究表明，駕駛員疲勞駕駛時(shí)腦電、心電、肌電信號(hào)會(huì)發(fā)生異常，并伴有頻繁眨眼、點(diǎn)頭、打呵欠等面部疲勞特征，同時(shí)轉(zhuǎn)向盤(pán)、油門(mén)和制動(dòng)踏板長(zhǎng)時(shí)間不動(dòng)，甚至車(chē)輛會(huì)出現(xiàn)蛇形、前方車(chē)距過(guò)小等危險(xiǎn)駕駛行為。為準(zhǔn)確、可靠、實(shí)時(shí)地識(shí)別出駕駛員的疲勞特征并及時(shí)給駕駛員以警示，疲勞駕駛預(yù)警系統(tǒng)一般由以下模塊組成：信號(hào)采集模塊、特征提取、信息融合、疲勞判決和輸出報(bào)警模塊。系統(tǒng)的工作原理為：利用多種傳感器，像激光雷達(dá)、壓力、角位移傳感器等，對(duì)上述典型疲勞特征信息進(jìn)行實(shí)時(shí)采集和處理，運(yùn)用各種信號(hào)處理方法提取和識(shí)別駕駛疲勞特征信息，應(yīng)用多傳感器信息融合理論，對(duì)互補(bǔ)或冗余的疲勞特征信息進(jìn)行有機(jī)融合，進(jìn)而建立疲勞駕駛智能決策模型對(duì)駕駛員是否疲勞駕駛進(jìn)行準(zhǔn)確可靠判斷，最后輸出報(bào)警模塊可將檢測(cè)結(jié)果實(shí)時(shí)顯示，并通過(guò)聲光報(bào)警裝置提醒駕駛員注意行車(chē)安全[1]。

1.2 典型的疲勞駕駛預(yù)警系統(tǒng)

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

（1）心跳速度檢測(cè)儀。1994 年，日本先鋒公司開(kāi)發(fā)出防止駕駛員開(kāi)車(chē)打瞌睡的系統(tǒng)。它通過(guò)心跳速度的變化，監(jiān)測(cè)駕駛員是否打瞌睡，在睡意來(lái)臨 15 min 前提醒駕駛員注意，防止發(fā)生事故。該系統(tǒng)的核心技術(shù)之一是貼在轉(zhuǎn)向盤(pán)上的紙狀心跳感應(yīng)器，駕駛員握轉(zhuǎn)向盤(pán)時(shí)可以握住它。感應(yīng)器每隔15 s檢測(cè)一次駕駛員的心跳速度，一般說(shuō)來(lái)，人在打瞌睡之前，心跳速度下降。

（2）頭部位置檢測(cè)儀。該預(yù)警系統(tǒng)由澳大利亞人于1995年設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)，主要是通過(guò)監(jiān)視駕駛員在行駛過(guò)程中頭部的位移情況來(lái)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(gè)相鄰的電極電容傳感器陣列，每個(gè)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(shù)算法計(jì)算出頭在 x 、 y 、 z 三維空間中的位置，且能夠?qū)崟r(shí)跟蹤頭部的位置，同時(shí)利用各個(gè)時(shí)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(tài)。該傳感器最大的特點(diǎn)是使用了電極電容，通過(guò)人這個(gè)高導(dǎo)體改變電極之間的電容，進(jìn)而通過(guò)測(cè)量電壓計(jì)算頭部與傳感器之間的距離。

（3）車(chē)道偏離報(bào)警系統(tǒng)DAS2000。當(dāng)駕駛員駕駛疲勞時(shí)，往往出現(xiàn)精神萎靡、注意力分散、反應(yīng)遲鈍等現(xiàn)象，且最容易無(wú)意識(shí)地駛出中線或者偏離車(chē)道。2000年，美國(guó)Ellison ResearchLabs實(shí)驗(yàn)室研制的DAS2000型路面警告系統(tǒng)（TheDAS2000 Road Alert System），對(duì)車(chē)道標(biāo)志線進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，當(dāng)車(chē)輛偏離道路中線或車(chē)道標(biāo)志線時(shí)向駕駛員發(fā)出警告，提醒駕駛員注意行車(chē)安全。

（4）轉(zhuǎn)向盤(pán)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。當(dāng)駕駛員感到疲勞時(shí)，反應(yīng)能力變慢，操作轉(zhuǎn)向盤(pán)的動(dòng)作也會(huì)減緩。1999年，美國(guó)Electronic SafetyProducts公司開(kāi)發(fā)的轉(zhuǎn)向盤(pán)監(jiān)視系統(tǒng)S．A．M（steeringattention monitor）是一種監(jiān)測(cè)轉(zhuǎn)向盤(pán)非正常運(yùn)動(dòng)的傳感器裝置，能夠適用于各種車(chē)輛。當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)到轉(zhuǎn)向盤(pán)正常運(yùn)動(dòng)時(shí)傳感器裝置不報(bào)警，若轉(zhuǎn)向盤(pán)持續(xù)4s不運(yùn)動(dòng)，S．A．M．就會(huì)發(fā)出報(bào)警聲，直到轉(zhuǎn)向盤(pán)繼續(xù)正常運(yùn)動(dòng)為止。S．A．M．被固定在車(chē)內(nèi)錄音機(jī)旁，轉(zhuǎn)向盤(pán)下面的桿上裝有一條磁性帶，用以監(jiān)測(cè)轉(zhuǎn)向盤(pán)的運(yùn)動(dòng)[2]。

2 基于腦電波的疲勞駕駛預(yù)警系統(tǒng)將是未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)

2.1 疲勞駕駛預(yù)警系統(tǒng)研究的瓶頸

目前的疲勞駕駛預(yù)警系統(tǒng)發(fā)展遇到了難于逾越的瓶頸。其一是難以實(shí)現(xiàn)車(chē)載實(shí)時(shí)的檢測(cè)儀器，目前大部分的檢測(cè)用傳感器都是接觸性的，在實(shí)際行車(chē)過(guò)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(biāo)不夠客觀，一種單一的監(jiān)測(cè)指標(biāo)往往不能夠準(zhǔn)確的衡量駕駛員是否疲勞。因此尋找一種適合車(chē)載、實(shí)時(shí)、客觀的疲勞指標(biāo)已經(jīng)成為制約疲勞駕駛預(yù)警系統(tǒng)的瓶頸，致使該領(lǐng)域至今還沒(méi)有出現(xiàn)被普遍推廣的產(chǎn)品化和商品化的成果。

2.2 基于腦電波和無(wú)線網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的疲勞駕駛預(yù)警系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)

從生理學(xué)角度來(lái)講，疲勞是一種生理現(xiàn)象。能夠客觀衡量人的清醒和疲勞狀態(tài)的參數(shù)有心電圖、肌電圖和腦磁圖等。采用直接監(jiān)測(cè)腦電圖的方式，以神經(jīng)電生理作為基礎(chǔ)，綜合數(shù)學(xué)、計(jì)算機(jī)學(xué)、電子學(xué)等專(zhuān)業(yè)技術(shù)手段對(duì)信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)處理，實(shí)現(xiàn)大腦興奮度( 疲勞度) 水平的監(jiān)測(cè)，一直以來(lái)被稱(chēng)為監(jiān)測(cè)疲勞的標(biāo)準(zhǔn)，有其他參數(shù)無(wú)法比擬的特點(diǎn)：

（1）未來(lái)的疲勞駕駛預(yù)警系統(tǒng)必須是非接觸式在線檢測(cè)。由于駕駛員處在工作狀態(tài)下，所以設(shè)計(jì)的疲勞駕駛預(yù)警系統(tǒng)以不干擾其工作為前提。結(jié)合無(wú)線網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的佩戴式電極帽可以實(shí)現(xiàn)非接觸式測(cè)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?；谀X電波的佩戴式疲勞駕駛預(yù)警系統(tǒng)的構(gòu)成。

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

3 結(jié)語(yǔ)

疲勞駕駛預(yù)警系統(tǒng)的研究是汽車(chē)主動(dòng)安全技術(shù)的一個(gè)重要研究方向，其研究跨越了心理學(xué)、生理學(xué)、人機(jī)工程學(xué)、計(jì)算機(jī)視覺(jué)、模式識(shí)別、傳感器技術(shù)、電子技術(shù)和信息技術(shù)等多個(gè)學(xué)科。隨著汽車(chē)技術(shù)的進(jìn)步和傳感器制造工藝的提高，以及各國(guó)對(duì)交通安全的日益重視，疲勞駕駛預(yù)警系統(tǒng)將會(huì)在實(shí)際應(yīng)用中不斷完善和發(fā)展，從而為有效降低交通事故發(fā)生率，保證人民生命和財(cái)產(chǎn)安全發(fā)揮越來(lái)越重要的作用。