淺析駕駛員疲勞駕駛監測技術

應建明

疲勞駕駛給交通安全帶來重大隱患，研究表明司機連續駕駛超過3個小時就被認為已經進入疲勞駕駛狀態，在這種狀態下司機的反應速度、心臟活動能力和保持身體平衡等機能都會相應下降，稍有不慎就會發生交通事故。

一、疲勞駕駛的表征和原因

1疲勞駕駛的表征。當疲勞產生后，駕駛員身體很多生理現象和生理數據會隨之發生改變，具體分為可見特征和不可見特征，其中可見特征，如駕駛姿勢眼部運動，頭部動作以及臉部表情等；不可見特征，如心電波、腦電波、心率變化和駕駛員在方向盤上的握力等。

同時，駕駛員進入疲勞駕駛后，車輛的行駛狀態也會發生變化，如：方向盤在較長時間(一般大于4s)內保持不動，車身突然地擺動，車速與方向對前方路況變化反應不大或行駛速率不定以及方向隨意變換等。

以上特征有的需要儀器方能測得，有的依靠仔細觀察就可得知。

2影響駕駛疲勞的因素。影響駕駛疲勞的因素很多，主要有4種：一是駕駛員本身的因素，如家庭原因、工作強度，生活狀態，身體狀態，睡眠質量、藥物反應等。研究表明駕駛員全天的駕駛時間一般不得超過12個小時，一天駕駛超過10小時，睡眠不足四五個小時，交通事故發生率最高；二是交通狀況，如路況，車流量，交通堵塞和交通事故等。在冰雪天氣或路面凹凸不平的道路上行駛，駕駛員要頻繁使用離合器和加減擋位，容易造成疲勞。在山區行車時，要求司機注意力高度集中，動作敏捷，不能有任何疏忽大意，在這種情況下極易造成疲勞；三是車輛的技術狀況，良好的車況和設備有利于駕駛員保持好的駕駛狀態，反之，則容易導致駕駛員疲勞；四是自然環境，如天氣、溫度、空氣質量以及噪音等，悶熱潮濕、空氣污濁，聲音嘈雜的道路環境，更容易讓人昏昏欲睡，進入疲勞狀態。

二，疲勞駕駛的檢測方法

疲勞駕駛的檢測方法眾多，按測量參數的不同可分為基于駕駛員本身的檢測方法，汽車行駛狀態檢測法以及綜合法三類。一是監測駕駛員生理信號(腦電波，心電波，眼電波，心率等)和個體的特征(眼瞼的活動、點頭的動作、閉眼，握力等)；二是監測車輛的運動參數(速度，加速度等)；三是前兩類的綜合。同時，按設備與駕駛員身體是否有接觸可以分為接觸式和非接觸式兩種。目前國內外研究較多的方法有下面幾種：

1基于腦電圖(EEG)的測試法從醫學角度出發，借助醫用腦電圖儀、心電圖儀和眼電圖儀測試駕駛員的腦電波形，心電波形和眼電波形，從而確定其疲勞程度。其中以腦電圖EEG的研究最為廣泛。根據腦電波形測試疲勞的依據就是：大腦皮層處于不同狀態時，其腦電圖上的表現是不相同的。腦電波表現為以下4種：6波，頻率為1-3.5Hz；α波，頻率為7.5-12.5Hz；D波，頻率在12.5-30Hz：e波，頻率為3.5-7.5Hz。研究人員發現：人感覺疲勞渴望入睡時，α波頻帶相對比有明顯增大，β波頻帶相對比有明顯減小，這些變化靈敏的參數均可用于駕駛員疲勞的檢測。另外，心電圖ECG和眼電圖EOG在人疲勞時也有明顯變化。

腦電圖，包括心電圖和眼電圖屬于接觸式測量，它們的測試條件苛刻，過程復雜，價格過高，而且還要在被測試者的相應部位安裝傳感器，對駕駛員的操縱帶來負面作用，因此，難以投入實際運用，但該類方法作為對比方法，它們的準確度高，可以為我們提供測量的標準，并能作為實驗室基礎研究的手段。

2基于PERCLOS的檢測法

PERCLOS檢測法是通過攝像技術對眼睛進行實時檢測和跟蹤，分析眼睛的狀態和提取眼睛的特征參數，通過計算PERCLOS值來判斷駕駛員的疲勞程度。

PERCLOS值是“在一定時間內眼睛閉合程度為80％-100％的時間占總時間的百分比”。

例如，一駕駛員在一分鐘內有15次閉眼，每次閉0.4秒，共計6秒，那么該駕駛員的PERCLOS值P=(6／60)×100％=10％。

目前PERCLOS研究者，對定義中的80％-100％的眼睛閉合程度的有效性和可靠性實驗進行了驗證。它屬于非接觸式測量系統。眼睛閉合時間的長短與疲勞程度有密切關系，駕駛員眼睛閉合時間越長，疲勞程度越嚴重，因此通過測量眼睛閉合時間的長短就能確定駕駛疲勞的程度。該方法是目前公認最有效最可靠的疲勞檢測方法。

3基于心率變化的疲勞判斷

駕駛員的心率變化與其駕駛狀態有很大關系。強行超車、突然加減速和無視交通信號以及慢行等的莽撞駕駛，都會增加心臟和血管等循環器官的負擔。人們受到強烈的刺激后心跳加快，精神緊張時心跳也加快，一般來說要加快20％，車輛運行速度增加時心跳也加快。據國外資料顯示，在高速道路上，汽車行駛速度為100km／h時，駕駛人員的心跳次數比80km／h時增加20％。反之，由于駕駛疲勞，心跳要減慢。如果心跳次數低于標準值的20％以下駕駛車輛，就屬于疲勞駕駛。

由于心率與駕駛狀態存在一定關系。因此可以先利用脈搏計進行測試實驗，總結出疲勞與心率的關系，然后根據此關系設計防疲勞駕駛系統，此方法屬于接觸式測量系統。該系統由可進行信號發射的脈搏計和數據處理單元兩部分組成。脈搏計先采集駕駛員在穩定狀態下的脈搏信號，并傳輸給數據處理單元，作為用于對比的心率初始值，處理單元則根據疲勞與心率的關系，結合初始值和當前脈搏數，進行疲勞程度的判斷，當疲勞程度到達某一臨界值時，則以聲音或者振動的方式提醒駕駛員。

基于心率變化的疲勞判斷系統結構簡單、易于實現，成本也較低，但是由于個體心率變化規律的差異較大，誤判率稍高，一般作為疲勞判斷的輔助手段。

4道路追蹤器

利用駕駛員在疲勞狀態條件下，操縱汽車的遲滯特性，通過在車上安裝一個與駕駛員同視野的攝像頭，參照公路上的各種分道線來辨別車輛的行駛狀態，以及車輛離開黃線、白線的時間和偏離程度，它在一定程度上反映駕駛員的疲勞程度，屬于非接觸式測量系統。

道路追蹤器也存在一定不足，一旦路面狀況不好，比如下雪、雨天、大霧等天氣，還有路面凹凸不平等情況，儀器就有可能產生誤判，因此，該方法應用有一定的局限性。

5其他方式

除此之外，駕駛員頭部姿勢，嘴巴狀態，方向盤轉角以及方向盤的握緊力等等也被納入到了此類研究中。由于大部分單一的方法均難免存在可靠性較低的問題，所以很多研究也開始把其重心轉移到綜合方法上。

三、駕駛疲勞監測技術存在的不足

盡管國內外關于駕駛疲勞監測技術的研究已經取得了一定進展，但依然存在以下幾方面的問題：

1實時性不夠

車禍往往發生在一瞬間，要避免交通事故，需要迅速、準確、及時地對處于疲勞狀態的司機發出警告，因此，疲勞駕駛報警裝置應具有很好的實時性。但目前開發的疲勞報警裝置受到硬件，算法各方面的限制往往不能快速對疲勞狀態做出判斷與動作。

2接觸性影響

由于大部分監測用傳感器為接觸性的，在行車過程中會造成駕駛員不適或影響駕駛員操作，如：腦電、心電、肌電的測量一般需要在人體上粘貼電極，監測駕駛員頭部運動裝置也需要在駕駛員臉上或頭部做標記，這會對駕駛員的操作造成影響。

3靈敏度與可靠性差

性能良好的疲勞報警裝置應具有很高的靈敏度和可靠性，而現有的大多數檢測算法因其檢測條件的限制和復雜環境的影響，并不能準確完整的提取駕駛員的疲勞信息，最終導致裝置的靈敏度低，可靠性差。