驾驶疲劳检测的研究

摘要：疲劳驾驶与酒后驾车同样可怕，会造成巨大的经济损失和人员伤亡，故为了预防疲劳驾驶、保证行车安全，对驾驶疲劳检测的研究具有重要的意义。本文先介绍驾驶疲劳的特征及危害，随后着重分析了基于驾驶员生理参数、行为特征、车辆行为特征的检测技术。最后，对研究趋势进行了预测。

关键词：驾驶疲劳；检测

Abstract: fatigue driving, drunk driver as terrible as to cause great economic losses and casualties, so in order to prevent driver fatigue, ensure traffic safety, driver fatigue detection is of great significance. This article first introduces the driving fatigue characteristics and hazards, and then analyzed based on the characteristics of the driver's physiological parameters, behavioral characteristics, vehicle behavior detection technology. Finally, the study of trends were predicted.

Keywords: driver fatigue; detection

中图分类号：文献标识码：A 文章编号：

1驾驶疲劳

1.1产生

驾驶疲劳是指驾驶人在长时间连续驾车后引起的身体、心理上的疲劳以及驾驶机能低落的总称。据恢复时间可将驾驶疲劳分为急性疲劳、慢性疲劳和积蓄性疲劳。正常驾驶疲劳属于急性疲劳，即由于驾驶引起的暂时疲劳，经过短期休息后便可消失。

驾驶疲劳主要是神经、感觉器官的疲劳以及肢体疲劳（长时间保持固定姿势、血液循环不畅引起）。驾驶疲劳会影响驾驶人的注意、感觉、知觉、思维、判断、意志、决定和运动等诸方面。轻微疲劳时，会出现换档不及时、不准确；中度疲劳时，操作动作呆滞，甚至忘记操作；重度疲劳时，往往会下意识操作或出现短期睡眠现象，失去对车辆的控制能力。因此，驾驶疲劳极易引发道路交通事故。

1.2危害

长时间驾驶后出现疲劳虽是正常的生理现象，但其具有严重的后果。数据显示：世界每年因交通事故导致的死亡人数达60万，直接经济损失约125亿美元，其中，因驾驶员疲劳造成的达57％。

疲劳驾驶的危害到底有大？荷兰乌特勒支大学的专家就其危险性与酒后驾车做了对比试验，发现：连续驾驶2h后，犯的错误与血液酒精含量0.05%时一样多；连续驾车3h后相当于酒精浓度0.08%的表现；连续驾车4.5h后，相当于酒精浓度0.10%的表现。可见，疲劳驾驶与酒后驾车同样可怕。

2检测方法

巡警可据驾驶员呼出气体的酒精量与血液的酒精含量之间的比例关系，利用酒精检测仪的颜色变化来确定血液的酒精含量，判断是否属于酒后驾车。而检测驾驶疲劳就没那么简单了。随着计算机和电子技术的发展，出现了疲劳驾驶的观检测方法。

2.1基于生理参数

1、选择40位年龄在23.3±1.9岁的男性，分早晨组A、下午组B进行测试。受试者均健康，且测试前未吃、喝、运动，处于清醒、未疲劳状态。测试前进行为时7分钟的测试，然后完成90分钟的驾驶任务，试验后再进行7分钟的检测，并填一份调查问卷。目的是寻求驾驶情况与生理参数（包括血压SYS、舒张压DIA、心率HR、心率变异率HRV、交感神经指标LF(AU) 和LF(NU)、副交感神经指标HF(AU)和HF(NU)、平衡指数LF/HF、手温等）之间的关系。

2、结论

A组SYS前后几乎不变，B组SYS有所降低，故SYS可作为生理参数的量化指标。两组实验的DIA都发生很小的变化。身体不活动造成血液循环不良，导致A和B的HR都明显降低，故HR降低可作为考虑的生理参数指标。HRV是相对值，可作为HR的辅助参数。

A组LF(AU)和LF(NU)都显著提高，HF(AU)几乎不变，LF/HF显著增加。与之相反的是：B组LF(AU)和LF(NU)降低、HF(AU)和HF(NU)增加，LF/HF显著降低。表明：低的LF/HF是身体疲倦的迹象。

体温是血液循环和内环境稳态的敏感性指标。体温低是身体血液循环不良的早期迹象,即即将或已疲惫状态，故体温的降低可作为判断驾驶疲劳的参考参数。

3、模型的建立

使用最小二乘法建立驾驶操作与生理参数之间的数学模型，可用来判断是否属于驾驶疲劳。数据表明，油门变化规律与生理指标间有较好的呈近似线性的关系。研究发现不同皮电值（最能表现生理状态）对应的油门变化次数与实际具有较好的拟合性。油门变化反算皮电值的公式为：

（p为皮电值；y为油门每5 min变化次数）

正常情况，皮电值在0．5～2．2 s之间，越疲劳，皮电值越高。故根据油门变化频率估算皮电值、评判疲劳状态是合理的。

2.2基于驾驶行为

驾驶员长时间驾驶或精神不佳时，会在脸部表现出很多可视信息，如眨眼率减低、眼睛开度减小、频繁点头、打哈欠等。故可采用计算机图像处理手段和脸、眼图像匹配方法，建成基于驾驶员行为特征的检测系统。

1、头部位置检测。驾驶疲劳时会出现低头打盹，使头部离开座位。鉴于此，将能输出头部到传感器距离的头部位置传感器安装在驾驶员座位上，以实时计算出的头的位置变化特征来辨别驾驶员是否疲劳。

2、驾驶员正常驾驶时眼睛会正视前方，而疲劳时视线则会发生偏离。眼睛跟踪技术检测就是利用颜色分析法先定位嘴唇和双眼，然后根据瞳孔比周围暗的事实定位瞳孔，最后根据瞳孔和眼角的相对位置确定视线方向，以此来判断驾驶员是否视线偏离、是否疲劳。

3、嘴部检测。正常驾驶、说话及打哈欠等状态下嘴部张开程度是不同的，据此可嘴部形状的几何特征（机器视觉方法提取）来识别驾驶员的状态。

2.3基于车辆行为

为了全面反映驾驶员的驾驶状态，转向盘转动情况检测是考虑转向盘转动的同时，考虑油门踏板、制动踏板及换挡机构的情况。若转向盘4 s不运动或油门踏板、制动踏板及换挡机构在设定时间内没有动作，就驾驶员有疲劳迹象。

Volvo公司研制的“驾驶员警示系统”属于车辆行驶速度检测，是通过实时监测行驶速度来判断车辆是处于有效控制还是失控，从而间接地反映是否疲劳。

美国研制的AutoVue系统的车道偏离检测是：CCD摄像头检测行车轨迹，若车辆未打转向灯而发生偏离行驶车道，系统会自动认为是疲劳导致的偏离并发出警告。

3总结

现阶段，国内外专家、学者对驾驶疲劳的研究已给予了相当的重视和关注，但数据难获得、确定和量化评价标准、提高精度、降低成本等难点还需继续攻克。

1、结合心理学、生理学、生物化学、人机工程学、行为科学等，多学科、综合性地研究疲劳驾驶的特性及机理，提出简单实用的新理论、新方法。

2、利用电子信息技术、传感技术、脑成像技术等完善现有的检测技术，提高其精度和可靠性。

3、通过改进或创新，设计更可靠、便携、低廉的检测装置，并使其产品化，推广普及。

4、为了达到提前预防的目的，更加人性化的警示系统的研究将成为必然趋势和商业市场。

参考文献

1杨孝文.疲劳驾驶同醉酒驾驶一样可怕.北京青年报,2011/01/26

2李志春等.驾驶员疲劳检测技术的研究现状及发展趋势.农机化研究,2006（5）：197～199

3李贞,冯晓毅.基于传感器技术的驾驶疲劳检测方法综述．测控技术,2007,26（4）：1～3