智能交通-疲勞駕駛預警系統解決方案

交通事故是當前世界各國所面臨的嚴重社會(huì )問(wèn)題之一,已被公認為當今世界危害人類(lèi)生命安全的第一大公害,每年因交通事故的原因至少使50萬(wàn)人死亡.歐美各國的交通事故統計分析表明,交通事故中80%～90%是人的因素造成的.根據美國國家公路交通安全署的統計,在美國的公路上,每年由于司機在駕駛過(guò)程中跌入睡眠狀態(tài)而導致大約10萬(wàn)起交通事故,約有1500起直接導致人員死亡,711萬(wàn)起導致人員傷害.在歐洲的情況也大致相同,如在德國境內的高速公路上25%導致人員傷亡的交通事故,都是由疲勞駕駛引起的.根據2001年中國交通部的統計,我國48%的車(chē)禍由駕駛員疲勞駕駛引起,直接經(jīng)濟損失達數十萬(wàn)美元.有關(guān)汽車(chē)駕駛員的疲勞檢測問(wèn)題,隨著(zhù)高速公路的發(fā)展和車(chē)速的提高,目前已成為汽車(chē)安全研究的重要一環(huán)。

疲勞駕駛是指駕駛員在一段時(shí)間的駕車(chē)之后所產(chǎn)生的反應水平下降,導致不能正常駕車(chē)行駛.駕駛員產(chǎn)生疲勞后,其心理狀態(tài)也會(huì )發(fā)生各種各樣的變化.如視力下降,致使注意力分散、視野逐漸變窄;思維能力下降,致使反應遲鈍、判斷遲緩、動(dòng)作僵硬、節律失調;自我控制能力減退,致使易于激動(dòng)、心情急躁或開(kāi)快車(chē)等。疲勞駕駛預警系統就是指一旦駕駛者精神狀態(tài)下滑或進(jìn)入淺層睡眠,該系統會(huì )依據駕駛員精神狀態(tài)指數分別給出:語(yǔ)音提示,振動(dòng)提醒,電脈沖警示,警告駕駛員已經(jīng)進(jìn)入疲勞狀態(tài),需要休息,并同時(shí)自動(dòng)記錄相關(guān)數據,以便日后查閱,鑒定.其作用就是監視并提醒司機自身的疲勞狀態(tài),減少司機疲勞駕駛潛在危害.

許多國家都比較重視疲勞駕駛預警系統的研究工作,早期的疲勞駕駛測評主要是從醫學(xué)角度出發(fā),借助醫療器件進(jìn)行的.這些研究可以追溯到1935年美國交通部管轄的洲際商業(yè)協(xié)會(huì )ICC(theInterstateCommerceCommission)要求美國公共衛生服務(wù)署USPHS(theUnitedStatesPublicHealthService)對城市商業(yè)機動(dòng)車(chē)駕駛員服務(wù)時(shí)間(thehoursofservice)管理條例的合理性所進(jìn)行的調查.但是對疲勞駕駛的實(shí)質(zhì)性的研究工作,是從20世紀80年代由美國國會(huì )批準交通部實(shí)施駕駛服務(wù)時(shí)間(HOS)改革,研究商業(yè)機動(dòng)車(chē)駕駛和交通安全的關(guān)系,并健全卡車(chē)和公共汽車(chē)安全管理條例開(kāi)始的,由此把疲勞駕駛的研究提到立法高度,保證了開(kāi)展疲勞駕駛研究的合法性、有效性和持續性。其研究工作大致可以分為兩大類(lèi):一是研究疲勞瞌睡產(chǎn)生的機理和其他各種誘發(fā)因素,尋找能夠降低這種危險的方法;二是研制車(chē)輛智能報警系統,防止駕駛員瞌睡狀態(tài)下駕駛。20世紀90年代,疲勞程度測量方法的研究有了很大的進(jìn)展,許多國家已開(kāi)始了疲勞駕駛車(chē)載電子測量裝置的開(kāi)發(fā)研究工作,尤以美國的研究發(fā)展較快。研究成果中具代表性的有:

(1)德國SAFEAU研制的打瞌睡駕駛員偵探系統DDDS(TheDrowsyDriverDetectionSystem).采用多普勒雷達和復雜的信號處理方法,可獲取駕駛員煩躁不安的情緒活動(dòng)、眨眼頻率和持續時(shí)間等疲勞數據,用以判斷駕駛員是否打瞌睡或睡著(zhù).該系統可制成體積較小的儀器,安裝在駕駛室內駕駛員頭頂上方,完全不影響駕駛員正常的駕駛活動(dòng)。

(2)方向盤(pán)監視裝置S.A.M.(steeringattentionmonitor).一種監測方向盤(pán)非正常運動(dòng)的傳感器裝置,適用于各種車(chē)輛.方向盤(pán)正常運動(dòng)時(shí)傳感器裝置不報警,若方向盤(pán)4s不運動(dòng),S.A.M.就會(huì )發(fā)出報警聲直到方向盤(pán)繼續正常運動(dòng)為止。S.A.M.被固定在車(chē)內錄音機旁,方向盤(pán)下面的桿上裝有一條磁性帶,用以監測方向盤(pán)的運動(dòng)。使用S.A.M.并不意味延長(cháng)駕駛時(shí)間,而是要提醒駕駛員駕車(chē)時(shí)不要打瞌睡。另外,S.A.M.與錄像機配合使用可以為保險公司提供證據。

(3)日本研制的DAS2000型路面警告系統(TheDAS2000RoadAlertSystem).一種設置在高速公路上用計算機控制的紅外線(xiàn)監測裝置,當行駛車(chē)輛擺過(guò)道路中線(xiàn)或路肩時(shí),向駕駛員發(fā)出警告.

(4)反應時(shí)測試儀PVT(Thepsychomotorvigilancetest).根據駕駛員對儀器屏幕上隨機出現的光點(diǎn)的反映(光點(diǎn)出現時(shí)敲擊鍵盤(pán))速度測試駕駛員的反應時(shí),用以判斷其疲勞程度.

(5)日本研制的電子“清醒帶”.使用時(shí)固定在駕駛員頭部,將“清醒帶”一端的插頭插入車(chē)內點(diǎn)煙器的插座,裝在帶子里的半導體溫差電偶使平展在前額部位的鋁片變涼,使駕駛員睡意消除,精神振作.據說(shuō)戴上這種“清醒帶”,可以24h無(wú)睡意.“清醒帶”使用電壓12～14V,電流500mA,十分安全.國內已開(kāi)始生產(chǎn)和銷(xiāo)售這種裝置.自2000年以來(lái),隨著(zhù)計算機和集成電路制造技術(shù)的提高,機動(dòng)車(chē)駕駛員疲勞駕駛的研究有了進(jìn)一步的發(fā)展.美國華盛頓大學(xué)的JohnStern博士是世界上研究眼部動(dòng)態(tài)和疲勞駕駛的權威人士之一,他領(lǐng)導的由美國聯(lián)邦公路管理局和汽車(chē)聯(lián)合會(huì )資助的研究所,通過(guò)自行開(kāi)發(fā)的專(zhuān)用照相機、腦電圖儀和其他儀器來(lái)精確測量頭部運動(dòng)、瞳孔直徑變化和眨眼頻率,用以研究駕駛行為等問(wèn)題。研究結果表明:一般情況下人們眼睛閉合的時(shí)間在0.12～0.13s之間,駕駛時(shí)若眼睛閉合時(shí)間達到0.15s就很容易發(fā)生交通事故。賓夕法尼亞大學(xué)智能交通實(shí)驗室和NHTSA采用PERCLOS(眼睛閉合時(shí)間占特定時(shí)間的百分率)作為精神生理疲勞程度的測量指標.2000年1月明尼蘇達大學(xué)計算機科學(xué)與工程系的NikolaosP.Papanikolopoulos教授成功開(kāi)發(fā)了一套駕駛員眼睛的追蹤和定位系統,通過(guò)安置在車(chē)內的一個(gè)CCD攝像頭監視駕駛員的臉部,實(shí)現以下功能:①用快速簡(jiǎn)單的算法確定駕駛員眼睛在臉部圖像中的確切位置和其他臉部特征;②通過(guò)追蹤多幅正面臉部特征圖像來(lái)監控駕駛員是否疲勞。

我國的疲勞駕駛預警系統的研究起步較晚,目前比較成型的是由浙江司安汽車(chē)電子股份有限公司與清華大學(xué)、東南大學(xué)的幾位博士組建的中國單片機公共實(shí)驗室聯(lián)合聯(lián)合研究出來(lái)的SAFEAU疲勞駕駛預警機是國內唯一已經(jīng)商業(yè)化的疲勞駕駛預警系統，其原理和豐田十三代皇冠標配的瞌睡報警系統類(lèi)似，主要檢測駕駛員的眼睛開(kāi)合情況，尤其增加了對瞳孔的識別，睜眼睡覺(jué)瞳孔很暗，即使有駕駛員睜眼睡覺(jué)也能被識別出，基于紅外圖像的處理使得產(chǎn)品在陽(yáng)光下和黑暗里都能進(jìn)行識別，系統還能對帶各類(lèi)眼鏡的駕駛員進(jìn)行識別，實(shí)用性很強。