智能交通-疲勞駕駛預(yù)警系統(tǒng)解決方案

交通事故是當(dāng)前世界各國(guó)所面臨的嚴(yán)重社會(huì)問(wèn)題之一,已被公認(rèn)為當(dāng)今世界危害人類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(guó)的交通事故統(tǒng)計(jì)分析表明,交通事故中80%～90%是人的因素造成的.根據(jù)美國(guó)國(guó)家公路交通安全署的統(tǒng)計(jì),在美國(guó)的公路上,每年由于司機(jī)在駕駛過(guò)程中跌入睡眠狀態(tài)而導(dǎo)致大約10萬(wàn)起交通事故,約有1500起直接導(dǎo)致人員死亡,711萬(wàn)起導(dǎo)致人員傷害.在歐洲的情況也大致相同,如在德國(guó)境內(nèi)的高速公路上25%導(dǎo)致人員傷亡的交通事故,都是由疲勞駕駛引起的.根據(jù)2001年中國(guó)交通部的統(tǒng)計(jì),我國(guó)48%的車禍由駕駛員疲勞駕駛引起,直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)數(shù)十萬(wàn)美元.有關(guān)汽車駕駛員的疲勞檢測(cè)問(wèn)題,隨著高速公路的發(fā)展和車速的提高,目前已成為汽車安全研究的重要一環(huán)。

疲勞駕駛是指駕駛員在一段時(shí)間的駕車之后所產(chǎn)生的反應(yīng)水平下降,導(dǎo)致不能正常駕車行駛.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(yīng)遲鈍、判斷遲緩、動(dòng)作僵硬、節(jié)律失調(diào);自我控制能力減退,致使易于激動(dòng)、心情急躁或開快車等。疲勞駕駛預(yù)警系統(tǒng)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(tǒng)會(huì)依據(jù)駕駛員精神狀態(tài)指數(shù)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(shù)據(jù),以便日后查閱,鑒定.其作用就是監(jiān)視并提醒司機(jī)自身的疲勞狀態(tài),減少司機(jī)疲勞駕駛潛在危害.

許多國(guó)家都比較重視疲勞駕駛預(yù)警系統(tǒng)的研究工作,早期的疲勞駕駛測(cè)評(píng)主要是從醫(yī)學(xué)角度出發(fā),借助醫(yī)療器件進(jìn)行的.這些研究可以追溯到1935年美國(guó)交通部管轄的洲際商業(yè)協(xié)會(huì)ICC(theInterstateCommerceCommission)要求美國(guó)公共衛(wèi)生服務(wù)署USPHS(theUnitedStatesPublicHealthService)對(duì)城市商業(yè)機(jī)動(dòng)車駕駛員服務(wù)時(shí)間(thehoursofservice)管理?xiàng)l例的合理性所進(jìn)行的調(diào)查.但是對(duì)疲勞駕駛的實(shí)質(zhì)性的研究工作,是從20世紀(jì)80年代由美國(guó)國(guó)會(huì)批準(zhǔn)交通部實(shí)施駕駛服務(wù)時(shí)間(HOS)改革,研究商業(yè)機(jī)動(dòng)車駕駛和交通安全的關(guān)系,并健全卡車和公共汽車安全管理?xiàng)l例開始的,由此把疲勞駕駛的研究提到立法高度,保證了開展疲勞駕駛研究的合法性、有效性和持續(xù)性。其研究工作大致可以分為兩大類:一是研究疲勞瞌睡產(chǎn)生的機(jī)理和其他各種誘發(fā)因素,尋找能夠降低這種危險(xiǎn)的方法;二是研制車輛智能報(bào)警系統(tǒng),防止駕駛員瞌睡狀態(tài)下駕駛。20世紀(jì)90年代,疲勞程度測(cè)量方法的研究有了很大的進(jìn)展,許多國(guó)家已開始了疲勞駕駛車載電子測(cè)量裝置的開發(fā)研究工作,尤以美國(guó)的研究發(fā)展較快。研究成果中具代表性的有:

(1)德國(guó)SAFEAU研制的打瞌睡駕駛員偵探系統(tǒng)DDDS(TheDrowsyDriverDetectionSystem).采用多普勒雷達(dá)和復(fù)雜的信號(hào)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(xù)時(shí)間等疲勞數(shù)據(jù),用以判斷駕駛員是否打瞌睡或睡著.該系統(tǒng)可制成體積較小的儀器,安裝在駕駛室內(nèi)駕駛員頭頂上方,完全不影響駕駛員正常的駕駛活動(dòng)。

(2)方向盤監(jiān)視裝置S.A.M.(steeringattentionmonitor).一種監(jiān)測(cè)方向盤非正常運(yùn)動(dòng)的傳感器裝置,適用于各種車輛.方向盤正常運(yùn)動(dòng)時(shí)傳感器裝置不報(bào)警,若方向盤4s不運(yùn)動(dòng),S.A.M.就會(huì)發(fā)出報(bào)警聲直到方向盤繼續(xù)正常運(yùn)動(dòng)為止。S.A.M.被固定在車內(nèi)錄音機(jī)旁,方向盤下面的桿上裝有一條磁性帶,用以監(jiān)測(cè)方向盤的運(yùn)動(dòng)。使用S.A.M.并不意味延長(zhǎng)駕駛時(shí)間,而是要提醒駕駛員駕車時(shí)不要打瞌睡。另外,S.A.M.與錄像機(jī)配合使用可以為保險(xiǎn)公司提供證據(jù)。

(3)日本研制的DAS2000型路面警告系統(tǒng)(TheDAS2000RoadAlertSystem).一種設(shè)置在高速公路上用計(jì)算機(jī)控制的紅外線監(jiān)測(cè)裝置,當(dāng)行駛車輛擺過(guò)道路中線或路肩時(shí),向駕駛員發(fā)出警告.

(4)反應(yīng)時(shí)測(cè)試儀PVT(Thepsychomotorvigilancetest).根據(jù)駕駛員對(duì)儀器屏幕上隨機(jī)出現(xiàn)的光點(diǎn)的反映(光點(diǎn)出現(xiàn)時(shí)敲擊鍵盤)速度測(cè)試駕駛員的反應(yīng)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”一端的插頭插入車內(nèi)點(diǎn)煙器的插座,裝在帶子里的半導(dǎo)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(jù)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(guó)內(nèi)已開始生產(chǎn)和銷售這種裝置.自2000年以來(lái),隨著計(jì)算機(jī)和集成電路制造技術(shù)的提高,機(jī)動(dòng)車駕駛員疲勞駕駛的研究有了進(jìn)一步的發(fā)展.美國(guó)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(quán)威人士之一,他領(lǐng)導(dǎo)的由美國(guó)聯(lián)邦公路管理局和汽車聯(lián)合會(huì)資助的研究所,通過(guò)自行開發(fā)的專用照相機(jī)、腦電圖儀和其他儀器來(lái)精確測(cè)量頭部運(yùn)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(jié)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(dá)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(yàn)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(cè)量指標(biāo).2000年1月明尼蘇達(dá)大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程系的NikolaosP.Papanikolopoulos教授成功開發(fā)了一套駕駛員眼睛的追蹤和定位系統(tǒng),通過(guò)安置在車內(nèi)的一個(gè)CCD攝像頭監(jiān)視駕駛員的臉部,實(shí)現(xiàn)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(jiān)控駕駛員是否疲勞。

我國(guó)的疲勞駕駛預(yù)警系統(tǒng)的研究起步較晚,目前比較成型的是由浙江司安汽車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(guó)單片機(jī)公共實(shí)驗(yàn)室聯(lián)合聯(lián)合研究出來(lái)的SAFEAU疲勞駕駛預(yù)警機(jī)是國(guó)內(nèi)唯一已經(jīng)商業(yè)化的疲勞駕駛預(yù)警系統(tǒng)，其原理和豐田十三代皇冠標(biāo)配的瞌睡報(bào)警系統(tǒng)類似，主要檢測(cè)駕駛員的眼睛開合情況，尤其增加了對(duì)瞳孔的識(shí)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(shí)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(shí)別，系統(tǒng)還能對(duì)帶各類眼鏡的駕駛員進(jìn)行識(shí)別，實(shí)用性很強(qiáng)。