淺談駕駛疲勞檢測(cè)方法研究現(xiàn)狀

摘 要：駕駛疲勞研究是汽車主動(dòng)安全領(lǐng)域研究方向之一，主要集中在兩個(gè)方面，一是基于車輛和人體的操作行為，二是基于人體的生理信號(hào)。本文總結(jié)和評(píng)價(jià)了國(guó)內(nèi)外關(guān)于駕駛疲勞的研究現(xiàn)狀，指出研究存在的不足，提出駕駛疲勞研究應(yīng)該朝著定量描述、閾值算法和多指標(biāo)整合建模方向努力，最后對(duì)駕駛疲勞研究的應(yīng)用前景進(jìn)行展望。

關(guān)鍵詞：駕駛疲勞；主動(dòng)安全；研究現(xiàn)狀

20%的交通事故與疲勞駕駛有關(guān)，造成大量財(cái)產(chǎn)損失和人員傷亡[ 1 ]。汽車運(yùn)輸車隊(duì)、執(zhí)行急難險(xiǎn)重任務(wù)需要長(zhǎng)時(shí)間駕駛的駕駛員急需一種移動(dòng)穿戴設(shè)備能夠及時(shí)監(jiān)測(cè)駕駛員的精神疲勞并發(fā)出預(yù)警信號(hào)，研究建立可靠有效的駕駛疲勞檢測(cè)和預(yù)警系統(tǒng)對(duì)于社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有重要意義。

1 疲勞發(fā)生機(jī)制

駕駛疲勞的發(fā)生，是一種特別的生理心理現(xiàn)象，一般認(rèn)為，其產(chǎn)生與工作過(guò)程中大腦抑制性保護(hù)作用有關(guān)，也是能量消耗與代謝物質(zhì)不斷積累造成的結(jié)果，代謝物的積累會(huì)帶來(lái)神經(jīng)肌肉節(jié)點(diǎn)處神經(jīng)沖動(dòng)傳遞受到抑制，ATP合成速度減慢，鈣離子濃度降低，造成肌肉收縮與放松能力下降。高強(qiáng)度或長(zhǎng)時(shí)間持續(xù)活動(dòng)會(huì)產(chǎn)生疲勞，疲勞的危害有工作能力減弱、效率降低、錯(cuò)誤率增加等，這是一種自我保護(hù)機(jī)制，提醒要增加休息時(shí)間。疲勞分為肌肉疲勞和精神疲勞。肌肉疲勞在生理層面主要表現(xiàn)為肌肉酸軟、渾身無(wú)力、肢體動(dòng)作反應(yīng)遲鈍等，而精神疲勞表現(xiàn)為注意力渙散、操作錯(cuò)誤率上升、質(zhì)量下降等，精神認(rèn)知層面已經(jīng)不能滿足工作任務(wù)要求。駕駛疲勞主要是精神疲勞，伴隨肌肉疲勞，測(cè)定方法包括自評(píng)法、工作效績(jī)法、生理信號(hào)測(cè)試法、閃光融合頻率和反應(yīng)時(shí)測(cè)定法等。

2 駕駛疲勞檢測(cè)方法研究現(xiàn)狀

一直以來(lái)，汽車廠商致力于開(kāi)發(fā)駕駛疲勞的預(yù)警與警示設(shè)備，以幫助駕駛員預(yù)防疲勞提高安全性。駕駛疲勞檢測(cè)研究主要集中在兩個(gè)方向，一些研究者選擇車輛和人體的操作行為指標(biāo)作為主要變量來(lái)建立疲勞判定模型，例如Wierwille通過(guò)采集駕駛員不同疲勞狀態(tài)下的操作特性數(shù)據(jù)，驗(yàn)證了方向盤轉(zhuǎn)角、方向盤轉(zhuǎn)角速率、車輛橫向位置、橫向加速度和橫擺角變量與駕駛?cè)似谒骄哂酗@著的相關(guān)性；A. Eskandarian和A. Mortazavi通過(guò)對(duì)方向盤轉(zhuǎn)角時(shí)域、頻域、幅值域的分析，也得出方向盤轉(zhuǎn)角的方差或平方差可以作為疲勞駕駛評(píng)價(jià)指標(biāo)；Hertmann 等人通過(guò)瞳孔直徑變化情況檢測(cè)駕駛員的疲勞狀況，取得一定進(jìn)展；國(guó)內(nèi)清華大學(xué)張波、成波、張廣淵和馮睿嘉，北京工業(yè)大學(xué)趙曉華等人近年的研究中也得出了類似的結(jié)論[ 2-4 ]。但這些研究所提出的都是后驗(yàn)性指標(biāo)，忽略了駕駛疲勞及因此而造成的駕駛能力下降是一個(gè)逐漸發(fā)展的過(guò)程，僅驗(yàn)證了某些指標(biāo)在疲勞前后具有顯著性差異，如果不能在完整的時(shí)間歷程上進(jìn)行定量描述，必然無(wú)法反映疲勞發(fā)展過(guò)程中駕駛能力下降由量變到質(zhì)變的一般規(guī)律，從而無(wú)法進(jìn)行準(zhǔn)確的疲勞預(yù)測(cè)與預(yù)警。同時(shí)，這些研究為了保證對(duì)被試者行為和車輛狀況的準(zhǔn)確捕捉和分析比對(duì)，對(duì)被試者操作過(guò)程中的環(huán)境及條件做了較為嚴(yán)格的限定，其結(jié)論難以排除駕駛者個(gè)體差異和行駛條件差異因素的影響，難以建立準(zhǔn)確的量化描述模型。

另一些研究者則選擇駕駛者的生理指標(biāo)作為主要變量來(lái)建立疲勞判定模型。國(guó)外研究起步較早，始于上世紀(jì)90年代，具有代表性的是意大利的C Zocchi、A Rovetta和F Fanfulla等人，他們通過(guò)放置于方向盤上的智能傳感器獲取多種生理參數(shù)（腦電、皮電、心率變異性和外界溫度），并通過(guò)統(tǒng)計(jì)方法對(duì)各個(gè)生理參數(shù)之間的關(guān)系進(jìn)行評(píng)價(jià)；T Matsuda和M Makikawa通過(guò)駕駛座位內(nèi)置電容電極監(jiān)控駕駛員心電信號(hào)，通過(guò)心電圖的P峰情況判斷駕駛疲勞；吉林大學(xué)薛磊、北京理工大學(xué)彭軍強(qiáng)、杭州電子科技大學(xué)周展鵬等人也圍繞腦電、肌電、心率等指標(biāo)展開(kāi)了類似的研究。

近年來(lái)，駕駛者的血氧飽和度指標(biāo)也逐漸納入了研究者的視野。但總體來(lái)說(shuō)，這類研究受限于當(dāng)時(shí)技術(shù)條件發(fā)展的限制，試驗(yàn)數(shù)據(jù)的采集往往需要在駕駛者身上裝置復(fù)雜的線路或傳感器，以滿足指標(biāo)檢測(cè)儀器的工作條件要求，儀器的侵入性強(qiáng)，儀器的檢測(cè)條件與被試者實(shí)驗(yàn)操作條件難以匹配，造成指標(biāo)受外界環(huán)境刺激影響大、指標(biāo)穩(wěn)定性不好、系統(tǒng)魯棒性無(wú)法滿足應(yīng)用要求。更重要的是，在研究方法上，上述幾乎所有研究多采用的是實(shí)驗(yàn)截面數(shù)據(jù)，僅驗(yàn)證了清醒和疲勞狀態(tài)各變量表現(xiàn)出顯著性差異，而沒(méi)有從一個(gè)較長(zhǎng)時(shí)間歷程上觀測(cè)和描述各個(gè)變量變化與疲勞程度發(fā)展的對(duì)應(yīng)函數(shù)關(guān)系，從而無(wú)法分析和描述疲勞發(fā)展過(guò)程中駕駛者操作能力下降的變化規(guī)律及其對(duì)駕駛安全的實(shí)際影響。

一些公司企業(yè)也研發(fā)出疲勞監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，如比亞迪裝備“疲勞駕駛預(yù)警系統(tǒng)（BAWS）”，利用駕駛員面部圖像，識(shí)別駕駛員的面部、眼睛、頭部動(dòng)作等判別駕駛員的疲勞狀況。大眾和奔馳都各自根據(jù)駕駛員對(duì)車與人的操作行為指標(biāo)判別駕駛員的疲勞狀況，沃爾沃通過(guò)記錄車輛行駛過(guò)程中車道線偏離情況，識(shí)別駕駛員疲勞狀況。

3 結(jié)語(yǔ)

駕駛疲勞檢測(cè)方法研究可為汽車廠商、移動(dòng)穿戴設(shè)備制造商、APP應(yīng)用開(kāi)發(fā)者開(kāi)發(fā)疲勞駕駛預(yù)警設(shè)備及應(yīng)用奠定理論基礎(chǔ)。建立疲勞狀態(tài)定量描述模型及駕駛疲勞閾值算法，開(kāi)發(fā)基于多源整合信號(hào)的駕駛者操作能力監(jiān)測(cè)與預(yù)警系統(tǒng)，減少因疲勞駕駛而造成的交通事故損失，提升社會(huì)交通安全，對(duì)汽車產(chǎn)業(yè)、互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)和交通管理相關(guān)領(lǐng)域的發(fā)展具有重要意義。與此同時(shí)，有關(guān)駕駛疲勞、操作能力與生理心理行為指標(biāo)間的關(guān)系、變化過(guò)程、作用機(jī)制等成果還能夠應(yīng)用于車聯(lián)網(wǎng)人車互動(dòng)的評(píng)估與系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 李都厚，劉群，袁偉，劉浩學(xué).疲勞駕駛與交通事故關(guān)系[J].交通運(yùn)輸工程學(xué)報(bào)，2010，10（2）：104-109.

[2] 張波.基于機(jī)器視覺(jué)的復(fù)雜工況下駕駛?cè)似跔顟B(tài)檢測(cè)方法研究[D].北京：清華大學(xué)，2015.

[3] 成波，張廣淵，馮睿嘉，等.基于眼睛狀態(tài)識(shí)別的駕駛員疲勞實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)[J].汽車工程，2008，30（11） .

[4] 趙曉華，杜洪吉，榮建.基于ROC曲線的疲勞駕駛判別方法研究[J].交通信息與安全，2014（5）：88-94.

作者簡(jiǎn)介：宋戰(zhàn)兵（1990-），男，河南商丘人，碩士，研究方向：車輛工程。