貨運車輛主動安全預警系統

張欣迪　沈文濤　莫驍鳴

摘 要：在科技高速發展與追求高效的當今社會，保證貨運車輛行駛安全尤為重要，為了能夠有效避免事故發生，在事故發生前給出提示預警至關重要。本文首先分析了組成貨運車輛主動安全預警系統的高級駕駛輔助系統ADAS、司機駕駛行為預警系統DMS的組成以及關鍵技術。其次，定義主動安全預警系統能夠預警的危險類型；通過整合ADAS、DMS系統獲取的數據及視頻結合主動安全預警算法，最終生成風險等級對應不同等級提醒駕駛員改正危險駕駛行為。最后闡述對貨運主動安全預警系統的價值總結以及前景展望。

關鍵詞：高級駕駛輔助系統ADAS 司機駕駛行為預警系統DMS 風險等級算法 交通事故前預警

1 引言

在引發交通事故的原因中，人為因素首當其沖，成為主要誘因?！妒澜珙A防道路交通安全傷害報告》中統計的“影響交通事故發生的危險因素”，疲勞駕駛高居第三位。而這些因素中還有其他幾條也和駕駛員危險行為有著密不可分的關系[1]。

由此可見，每年因為駕駛員危險駕駛行為而釀成的事故不計其數，這些事故的起因則是駕駛員的疲勞、精力不集中、以及車距過近等[2]。所以為了幫助駕駛員更安全的行駛在路上，車輛主動安全預警系統對駕駛員的注意力及行為監控、車輛行駛偏離情況以及車距、行人監測都是十分必要的。

隨著人類科學技術的進步，以及全球一體化的迅速發展，交通運輸行業在人們的生產生活中凸顯出了越來越重要的地位，但在方便生活的同時，一起起交通事故所帶來的影響和損失也不容忽視。所以保證車輛行駛安全就成了人們關注的焦點。據研究數據顯示，導致交通事故發生的眾多因素當中，由于駕駛員長期疲勞駕駛、不良駕駛態度習慣等引起的超過70%，且只需要給駕駛員0.5s的時間，就能避免60%左右的事故發生[3]。所以亟需通過科學的手段在事故發生前，予以及時的提醒以避免事故的發生。特別是針對大型貨運車輛，發生事故的后果是極其慘重的，故國家對此發布了國標GB 7258《機動車運行安全技術條件》中規定，車長大于1m的客車必須裝配高級輔助駕駛系統（ADAS）和司機駕駛行為預警系統（DMS）等主動安全預警系統，來有力監管司機行為，予以及時提醒，降低事故發生率，保障人民生命財產安全。

2 關鍵技術

2.1 高級駕駛輔助系統ADAS

高級輔助駕駛系統（Advanced Driving Assistance System，簡稱“ADAS”）是通過安裝在車輛上的傳感器，在行駛過程中，實時感知車輛內部和外界環境變化，進行數據采集與分析，并通過各種算法進行識別完成場景分類和實時數據計算，進行動靜態物體識別、偵測、跟蹤，及時發現影響車輛行駛安全的行為或存在的隱患，以警報提示音的方式及時預警提醒駕駛員，為駕駛員采取應對措施及時消除隱患爭取更多的反應時間，最大限度的降低事故發生，為車輛行駛安全提供了主動安全保障[4]。

組成ADAS的硬件傳感器設備包括：攝像頭、毫米波雷達以及北斗定位。

攝像頭：智能前視攝像頭主要由鏡頭、光學傳感器、圖像處理器、保護電路以及CAN收發器組成。基于車輛行駛過程中環境的復雜性，需要任何路況及外界環境下都能夠持續進行良好的監控，這就對攝像頭的低光性能和環境溫度適應能力就提出了極高的要求，同時也要保證攝像頭視野的開闊性。圖像采集處理則是對車輛行駛前方的路況信息進行實時監測和采集，對圖像質量的改善則依賴于計算機圖像處理技術。其中還包含障礙物識別技術，在完成圖像分類后，再通過具體的圖像比對算法進行障礙物車輛或行人判斷。路況信息顯示則是將實拍路況情況經處理投射到液晶顯示屏上，在擴展了駕駛員的視野同時，還能實時檢測路況信息，保障行駛安全。

毫米波雷達：雷達即是用電磁波來探測目標的一種電子設備。原理為對要探測的目標發射電磁波，目標接收到照射后反彈電磁波，雷達接收其回波。通過這種方式就可獲取目標至電磁波發射點的距離、方向等信息。雷達的頻率和波長決定了它的功能特性，而ADAS使用到的毫米級雷達是30～300GHz（1～10mm波長）的設備。目前市面常用ADAS設備多采用77GHz和24GHz兩種類型，由于其波長特性均可輕易穿透雨水和灰塵，不受惡劣天氣等外界環境影響[5]。但由于雷達分辨力、穿透力與頻率成正比的特性，77GHzz 毫米波雷達正逐漸成為當前汽車領域的主流傳感器。毫米波雷達主要安裝在車輛四個角、以及前保險杠位置，正對車輛行駛正前方?？梢岳靡陨辖榻B電磁波工作原理完成對車輛行駛前方一定范圍內的行人等障礙物的感知，輔助駕駛員實現盲區檢測、輔助變道等操作。

北斗定位：北斗衛星導航定位系統全球衛星導航系統的四大供應商之一，是我國自主創新研制的定位導航通信技術。截止至2020年3月，我國共有54顆北斗導航在運衛星，全面建成了覆蓋全球的北斗衛星導航系統，為全球組網的實現奠定了堅實基礎[6]。目前，北斗系統能夠達到10m的定位精度、0.2m/s的測速和10ns的授時精度，且具備模式兼容、通訊功能，在與車輛主動安全結合過程中保證車輛位置定位精度的同時，支持駕駛員通訊。

在北斗定位系統與車輛輔助駕駛結合過程中，需要給車輛裝配北斗車載定位終端，終端接收北斗衛星信號實現車輛定位，通過移動網絡實現車輛與主動安全預警系統的通信。在定位跟蹤功能基礎上，還可實現行車記錄儀功能，利用傳感器收集車輛行駛參數以及車輛控制參數等，通過無線鏈路傳輸實現數據與系統的結合。北斗車載定位終端的安裝，對各類車輛特別是大型運輸車輛，有極強的監管和輔助作用，保證安全運輸。

2.2 司機駕駛行為預警系統DMS

司機駕駛行為預警系統通過終端采集駕駛員人臉信息并利用人臉五官定位、深度學習算法技術分析駕駛員是否有抽煙、打瞌睡、打電話、疲勞駕駛、駕駛行為異常等違規行為，并提前做出風險預警，下發語音提醒駕駛員同時上報后臺管理人員，提高車輛安全駕駛，著力從駕駛員角度減少道路交通事故發生率。

DMS系統用到的硬件設備主要是攝像頭，考慮到DMS的監控主要是針對駕駛員面部，在不對駕駛員視線造成影響且滿足佩戴眼鏡等現實情況，結合考慮外界環境光強程度，多采用紅外攝像頭來完成駕駛員面部信息的采集。對于攝像頭采集到的人臉信息經圖像處理系統完成對圖像的處理后，由處理系統進行疲勞監測和分心監測識別。按照蘇標要求，當觸發DMS系統報警時會拍3張間隔為200 ms的照片和1段默認為5 s長的短視頻上傳到監管平臺保留證據[7]。

2.3 主動安全預警系統

2.3.1 車輛風險等級算法設計

主動安全預警系統主要是根據ADAS、DMS檢測設備上報的報警事件，根據詳細的風險明細形成安全事件，再經由事先配置好的報警配置（如下圖1），按照不同占比情況組合安全事件，形成最終的風險等級（如下圖2）。系統會自動生成風險等級列表，根據風險等級自動或人工干預下發對應駕駛員提示語音，達到主動預警作用，防患于未然，降低事故發生率[8]。

風險事件生成配置

風險等級生成邏輯說明

系統整體架構邏輯

3 關鍵技術在場景中的應用

3.1 高級駕駛輔助系統ADAS

3.1.1 前車碰撞預警

前向碰撞預警系統（Forward Collision Warning，FCW）被越來越多地用于車輛運輸特別是大型貨運車輛的縱向輔助駕駛系統中。在車輛行駛過程中，前向碰撞預警系統通過傳感器實時檢測與前車的距離和相對速度，在檢測到可能與前方車輛發生碰撞時，向駕駛員傳遞預警信號，使駕駛員根據提醒減速或緊急制動，從而降低追尾事故發生的可能性。

3.1.2 車距監測預警

約占據交通總事故三分之一的追尾事故，同樣也困擾著大型貨運車輛。主要問題集中在駕駛人員不能對車輛之間的距離作出準確判斷，或對緊急制動車間距離沒有準確的感知和把控，那么避免事故發生的關鍵就集中在如何使車間距離始終保持在安全距離范圍之外。

車距監測系統通過實時檢測與前車車距結合當前車速，估算前車突然剎停的車距過近時間，如果發現過近時間小于閾值時，觸發報警，終端喇叭會進行提醒（前車距離過近），同時會把告警上報到后臺，實現對車距的實時監測，完成對車距過近的預警。

3.1.3 車道偏離預警

車道偏離預警系統的功能是輔助駕駛員在正確的車道中行駛，當車輛跨越車道邊界行駛時，系統會發出發報警，及時提醒駕駛員，及時糾正車輛偏離駕駛的傾向，從根本上避免車道偏離事件的發生[9]。車道偏離預警系統會實時檢測當前行駛車道的左右車道線，結合左右轉向燈信號，當系統檢測到未打轉向燈的車道偏離情況時，觸發報警，終端喇叭會進行提醒，同時會把告警上報到后臺，車道偏離預警在車速高于某一設定時速時開始運作，當車速低于設定時速或者正常變道、轉彎的情況下不會報警。

3.1.4 行人碰撞預警

數據顯示，有近四分之一的人車事故是由于行人或非機動車從駕駛員的視野盲區出現導致的，為避免以上類型事故，急需要行人或非機動車監測報警技術，提前提醒駕駛員人員位置，從而避免人車事故的發生[10]。車速一般低于50km/h時行人碰撞預警系統啟動，通過識別監測行人或非機動車的行進速度、軌跡等，當檢測到前方主車道內有行人時觸發報警，終端喇叭會提醒駕駛員，同時會把告警上報到主動安全后臺。

3.2 司機駕駛行為預警系統DMS

3.2.1 疲勞駕駛預警

疲勞駕駛主要是指駕駛員因長時間駕駛而產生生理性質的疲勞，主要是根據攝像頭記錄并通過算法分析駕駛員閉眼時長、打哈欠等行為做出判斷。再車輛行駛中，檢測到駕駛員閉眼或打哈欠時，終端喇叭會進行提醒，同時會把告警上報到后臺，并拍照和視頻作為證據。

3.2.2 危險駕駛行為預警

危險駕駛行為主要包括發現在車輛行駛過程中，駕駛員存在抽煙、接打電話、注意力不集中、左顧右盼等行為，通過DMS攝像頭檢測到駕駛員出現以上行為時，終端喇叭會進行提醒，同時會把告警上報到后臺，并拍照和視頻作為證據

3.3 主動安全預警管理系統

3.3.1 車輛實時監控軌跡回放

主動安全預警管理系統可實時跟蹤定位車輛位置，精確地展示車輛當前經緯度、車速、顯示設備在離線狀態，并支持對車輛的歷史行駛軌跡進行查詢。能夠幫助管理人員遠程監控每輛車的實時軌跡狀態和歷史軌跡回放查詢。

3.3.2 車輛風險報警主動干預

車輛風險報警主動干預功能的整體設計如圖所示，當車輛的發動機參數、運動參數、坐標參數或司機的面部參數、動作識別、區域識別等觸發了主動安全報警事件時，觸發的主動安全事件會根據風險識別大腦提前設置好的算法進行風險等級的判定，對于中低級風險事件，系統會自動下發語音，完成風險提示。對于高級別風險事件，會有專門的運營人員進行7*24小時的人工干預，與駕駛員取得聯系，糾正危險駕駛行為。進行自動+人工語音提醒的主動干預，從而解除風險事件，保證行車道路安全，見圖4。

4 結語

車輛主動安全預警系統利用現代信息技術、傳感器等來提前預警車輛行駛過程中危險的發生，通過感知技術獲取的外界信息傳遞給駕駛員，結合外界情況和駕駛員行為等多維度信息綜合判斷是否構成行車安全隱患。在事故發生前及時預測潛在危險因素，并對駕駛員的不安全駕駛行為進行預警。車輛主動安全預警系統整合了高級駕駛輔助系統ADAS和司機駕駛行為預警系統DMS的功能，并結合ADAS和DMS獲取的告警數據進行智能分析、處理，通過主動安全的手段有效規避風險，為提升安全駕駛水平提供了可行路徑和堅實基礎。相信主動安全預警技術未來也將被大力發展應用于無人駕駛等領域發揮更大的作用。

參考文獻：

[1]袁雙紅.汽車駕駛員監控系統應用現狀及前景分析[J].數字科技.2020（46）：30-32.

[2]霍志新.車輛智能主動型安全系統分析[J].江蘇科技信息.2015（13）：61-62.

[3]孫善毅，車輛主動安全視頻監控系統平臺關鍵技術研究與研發[D].北京：中國礦業大學，2020.

[4]梁偉強.洪福斌.ADAS技術及市場現狀綜述[J].科技與創新.2021（07）：6-8.

[5]錢若愚.車載 ADAS 傳感器毫米波雷達解析[J].智能車聯網.2020（04）：26-29.

[6]鮑捷杰.基于北斗定位+ADAS 的客運車輛監控系統研究[J].信息通信.2020（11）：213-214.

[7]王昌柏，劉永剛，林鵬.基于紅外攝像頭的DMS系統的設計和實現[J].汽車博覽.2021（05）：199-202.

[8]于立嬌，吳振昕，王文彬，高宏偉.駕駛員疲勞狀態監測系統綜述.[J].汽車文摘.2019（03）：24-29.

[9]宋寧.高級駕駛輔助系統學習功能的設計與實現[D].沈陽：東北大學，2014.

[10]譚勉.營運駕駛員不安全駕駛行為監測方法研究[D].西安：長安大學，2016.