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)前世界各國所面臨的嚴(yán)重社會問題之一,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50萬人死亡.歐美各國的交通事故統(tǒng)計分析表明,交通事故中80%～90%是人的因素造成的.根據(jù)美國國家公路交通安全署的統(tǒng)計,在美國的公路上,每年由于司機(jī)在駕駛過程中跌入睡眠狀態(tài)而導(dǎo)致大約10萬起交通事故,約有1500起直接導(dǎo)致人員死亡,711萬起導(dǎo)致人員傷害.在歐洲的情況也大致相同,如在德國境內(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年中國交通部的統(tǒng)計,我國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)十萬美元.有關(guān)汽車駕駛員的疲勞檢測問題,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、動作僵硬、節(jié)律失調(diào);自我控制能力減退,致使易于激動、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)會依據(jù)駕駛員精神狀態(tài)指數(shù)分別給出:語音提示,振動提醒,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,并同時自動記錄相關(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,早期的疲勞駕駛測評主要是從醫(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年美國交通部管轄的洲際商業(yè)協(xié)會ICC(theInterstateCommerceCommission)要求美國公共衛(wèi)生服務(wù)署USPHS(theUnitedStatesPublicHealthService)對城市商業(yè)機(jī)動車駕駛員服務(wù)時間(thehoursofservice)管理條例的合理性所進(jìn)行的調(diào)查.但是對疲勞駕駛的實質(zhì)性的研究工作,是從20世紀(jì)80年代由美國國會批準(zhǔn)交通部實施駕駛服務(wù)時間(HOS)改革,研究商業(yè)機(jī)動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條例開始的,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的方法;二是研制車輛智能報警系統(tǒng),防止駕駛員瞌睡狀態(tài)下駕駛。20世紀(jì)90年代,疲勞程度測量方法的研究有了很大的進(jìn)展,許多國家已開始了疲勞駕駛車載電子測量裝置的開發(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(tǒng)DDDS(TheDrowsyDriverDetectionSystem).采用多普勒雷達(dá)和復(fù)雜的信號處理方法,可獲取駕駛員煩躁不安的情緒活動、眨眼頻率和持續(xù)時間等疲勞數(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。

(2)方向盤監(jiān)視裝置S.A.M.(steeringattentionmonitor).一種監(jiān)測方向盤非正常運動的傳感器裝置,適用于各種車輛.方向盤正常運動時傳感器裝置不報警,若方向盤4s不運動,S.A.M.就會發(fā)出報警聲直到方向盤繼續(xù)正常運動為止。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)測方向盤的運動。使用S.A.M.并不意味延長駕駛時間,而是要提醒駕駛員駕車時不要打瞌睡。另外,S.A.M.與錄像機(jī)配合使用可以為保險公司提供證據(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算機(jī)控制的紅外線監(jiān)測裝置,當(dāng)行駛車輛擺過道路中線或路肩時,向駕駛員發(fā)出警告.

(4)反應(yīng)時測試儀PVT(Thepsychomotorvigilancetest).根據(jù)駕駛員對儀器屏幕上隨機(jī)出現(xiàn)的光點的反映(光點出現(xiàn)時敲擊鍵盤)速度測試駕駛員的反應(yīng)時,用以判斷其疲勞程度.

(5)日本研制的電子“清醒帶”.使用時固定在駕駛員頭部,將“清醒帶”一端的插頭插入車內(nèi)點煙器的插座,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)說戴上這種“清醒帶”,可以24h無睡意.“清醒帶”使用電壓12～14V,電流500mA,十分安全.國內(nèi)已開始生產(chǎn)和銷售這種裝置.自2000年以來,隨著計算機(jī)和集成電路制造技術(shù)的提高,機(jī)動車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態(tài)和疲勞駕駛的權(quán)威人士之一,他領(lǐng)導(dǎo)的由美國聯(lián)邦公路管理局和汽車聯(lián)合會資助的研究所,通過自行開發(fā)的專用照相機(jī)、腦電圖儀和其他儀器來精確測量頭部運動、瞳孔直徑變化和眨眼頻率,用以研究駕駛行為等問題。研究結(jié)果表明:一般情況下人們眼睛閉合的時間在0.12～0.13s之間,駕駛時若眼睛閉合時間達(dá)到0.15s就很容易發(fā)生交通事故。賓夕法尼亞大學(xué)智能交通實驗室和NHTSA采用PERCLOS(眼睛閉合時間占特定時間的百分率)作為精神生理疲勞程度的測量指標(biāo).2000年1月明尼蘇達(dá)大學(xué)計算機(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),通過安置在車內(nèi)的一個CCD攝像頭監(jiān)視駕駛員的臉部,實現(xiàn)以下功能:①用快速簡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通過追蹤多幅正面臉部特征圖像來監(jiān)控駕駛員是否疲勞。

我國的疲勞駕駛預(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單片機(jī)公共實驗室聯(lián)合聯(lián)合研究出來的SAFEAU疲勞駕駛預(yù)警機(jī)是國內(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)配的瞌睡報警系統(tǒng)類似，主要檢測駕駛員的眼睛開合情況，尤其增加了對瞳孔的識別，睜眼睡覺瞳孔很暗，即使有駕駛員睜眼睡覺也能被識別出，基于紅外圖像的處理使得產(chǎn)品在陽光下和黑暗里都能進(jìn)行識別，系統(tǒng)還能對帶各類眼鏡的駕駛員進(jìn)行識別，實用性很強(qiáng)。