船员疲劳驾驶监控技术发展

李林

摘要：近年来，船舶驾驶员疲劳智能识别技术受到国内外众多研究学者的广泛关注。船员疲劳驾驶是水上交通事故高发的主要因素之一，据统计80%以上的水上交通事故与船员疲劳驾驶有直接或间接的关系。船员疲劳驾驶已经成为船舶航行潜在危险因素，减少因疲劳驾驶引发的水上交通事故是一项十分重要的课题。船员疲劳驾驶监控技术涉及人因工程、人工智能、医疗健康等众多领域，是一个研究范围广、内容复杂的交叉课题。

中图分类号：U675 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）08（C）-0000-00

1引言

疲劳是人们连续学习或工作以后，效率下降、注意力不集中的一种现象。同时，也可以说是一种主观上产生不适的感受，客观上继续从事活动或工作时失去完成工作的能力的一种表现。船员疲劳驾驶是船舶通航过程中潜在的不安全因素，减少因此导致的水上交通事故，提高船舶通航安全监管手段，已成为水上交通安全的重要课题。

根据长江航务管理局发布统计数据显示【1】，2005-2010年中国长江所发生的水上交通事故的种类主要集中在碰撞、自沉、搁浅和触碰这四类事故，占事故发生的93.3%。尤其是碰撞事故所占的比例最高，占事故发生的61.9%，见图1。且事故发生时间，主要集中在夜间和凌晨这个时间段，而此时船员通常处于疲劳状态，见图2。

图1 2005-2010年长江某段水域水上交通事故种类统计

图2 2005-2010年长江某段水域水上交通事故发生时间统计

已于自2013年2月1日起施行的《中华人民共和国海船船员值班规则》中，第十二条明确规定，船长应保证值班船员得到充分休息，防止疲劳值班。第一百二十条中明确规定，航运公司及船长应当采取有效措施防止船员疲劳操作。目前，国际海事组织不断修正船员培训标准的马尼拉公约，也将工作重点从对船舶设备和技术的研究逐渐转向对船员的研究。由于船员疲劳驾驶检测技术在交通事故预防等相关领域具有广阔的发展前景和现实意义，受到各国政府以及相关国际组织的高度关注。

2研究现状

近年来，车辆驾驶员疲劳智能识别技术受到国内外众多研究学者的广泛关注。一些发达国家很早就投入了大量人力和物力，并且在该领域取得了一定的研究成果。随着驾驶人员疲劳驾驶现象越来越普遍，针对疲劳驾驶现象的理论与应用研究正朝着智能化方向不断地发展进步。受到驾驶人员工作环境复杂、活动空间较大等诸多因素的影响，国内外船舶驾驶员疲劳识别领域的研究与机动车和飞机疲劳驾驶相比较为滞后。

现阶段，船舶驾驶员疲劳主要研究领域是影响船员疲劳因素等方面的研究。其中，船员疲劳与船员视觉特性分析研究领域较多。船员在驾船过程中主要通过人眼视觉获取信息，是船员获取航行信息的主要方式，因此，通过分析驾驶员眼部规律，进而探究船员疲劳状态具有一定可行性。郭庆永【2】对船舶驾驶人员疲劳致因进行分析，并提出预防与控制措施方法。他认为船员疲劳是导致海上事故的重要诱因，对船舶管理和船员个人两方面加强管理，则可有效避免因船员疲劳导致的水上交通事故。刘清【3】通过采用集对分析技术，对船员视觉特性与疲劳驾驶行为之间关系进行了研究，得出：船员目标区试点分布比、注视时间比例、瞳孔大小、目视区域距离等视觉特征指标与疲劳驾驶行为均有一定的相关性。

针对船舶驾驶员疲劳相关研究主要停留在基础理论的研究阶段，包括：船舶驾驶员疲劳评价方法、船舶驾驶员疲劳致因分析、船舶驾驶员疲劳驾驶行为特征等领域。而车辆驾驶员疲劳识别技术发展家较为快速，部分专家已经面向疲劳问题提出相关解决方案，并通过技术手段对驾驶员疲劳进行有效检测。李衡峰【4】提出一种新颖的眼部状态识别方法对车辆驾驶员疲劳进行识别，疲劳识别准确率可达到85%以上。Volvo汽车公司推出“驾驶员警示系统”来协助驾驶员提高行车安全，在驾驶员进入睡眠状态前及时给予警示。由卡内基梅隆大学研发的PERCLOS系统通过分析眼睛位置和开度，对驾驶员疲劳状态进行判定。FaceLAB系统通过监测驾驶员头部姿态、眼睛开闭状态、凝视方向、瞳孔直径等特征参数，对驾驶员疲劳状态进行实时监测。欧盟的AWAKE系统实现对驾驶员行为的综合监控，通过利用图像、压力等多种传感器，对驾驶员眼部状态、视线方向、方向盘握力等信息进行实时监测。

船舶驾驶员疲劳检测发展之所以落后于车辆驾驶员疲劳检测主要受以下几方面影响（见表2）。

3船员疲劳检测方法

主要疲劳检测方法可分为两大类：一类是以船员生理状态数据为依据，通过对数据分析与处理，判断船员是否处于疲劳状态。另一类是以船员驾船活动、主观感受等为依据，通过逻辑推理，进而分析船员是否处于疲劳状态。

3.1基于船员生理状态信息的直接检测方法

基于生理信号的检测方法：船员在疲劳状态下的生理指标会偏离正常状态，因此可以通过采集船舶驾驶员的生理信号，进而分析信号数据的特定变化来判断驾驶员的疲劳状态。目前常用的检测方法主要包括脑电信号EEG、心电信号ECG、肌电信号EMG等。其中，脑电信号EEG，被认为是检测疲劳的“金标准”。

基于生理反应的监测方法：基于驾驶人员的生理反应的检测方法是指利用驾驶人的头部、眼部、嘴部等特征的变化规律判断驾驶人的疲劳水平。其中，驾驶人眼部特征被认为是反映疲劳状态的重要特征。

3.2基于船员相关事件推理的间接检测方法

基于驾驶行为的检测方法：基于驾驶人员操作行为的检测方法和基于船舶状态信息的检测方法。其中，基于驾驶人操作行为的检测方法是指通过驾驶人对船舵、制动装置等操作行为来判断驾驶人疲劳水平。基于船舶状态信息的检测方法是指通过检测船速、加速度、船身横摆角和航道偏移量等船舶行驶信息来判断驾驶人员的疲劳水平。

基于船员行为信息评价的检测方法：通过多种方式获取船员健康信息、运动信息、睡眠信息、饮食信息、周围环境信息（温度、亮度、湿度、声音、气味等）等，建立船员疲劳评价模型。目前，该模型主要应用于海事事故调查分析领域，该模型在识别疲劳是事故的原因方面，有80%的实验结果是可信的。

3.3检测方法分析比较

基于船员生理状态信号的检测方法具有可靠性高、实时性好的特点，其采集的生理信息数据直接反应船员生理状态信息，能够较好的分析出船员的生理状态信息。其中，基于生理信号的检测方法所需检测设备多属于精密仪器，受船舶震动、噪声等因素影响较大，因此可行性较差。基于生理反应的检测方法，可通过技术发展较为成熟的传感器技术，通过采集船员面部器官特征、心率等信息，分析船员是否处于疲劳状态。

基于船员相关事件推理的检测方法具有技术成熟的特点，部分信息数据可依托现有船舶状态监控系统采集，且该方法均为非侵入式监控方式，不会影响船员驾船。但该方法在疲劳检测的准确性方面较差，受船员、环境、管理制度等多面的因素影响较大。

4、结束语

航运企业在注重利益化的发展中，安全问题逐渐突出，在重大安全隐患无法得到有效控制，安全事故时有发生，船员的生命财产安全受到极大威胁。为让航运业得到良性发展，就需要足够重视安全，通过监管技术的发展带动安全管理能力的发展，强化船员安全驾驶意识具有十分重要的意义。

通过发展船员疲劳驾驶监控技术，为规范船员驾驶提供技术手段，为水上交通事故调查取证提供依据。船舶驾驶员疲劳检测技术主要涉及机器视觉、人工智能、可穿戴设备技术等多种技术，同时还涉及生理、心理能多种领域。若对船舶驾驶员疲劳进行深入研究，可以从人因工程的角度先对船员疲劳所涉及的人、船和环境等多种因素进行研究。

参考文献

[1]李文华，马晓雪，陈海泉，张银东，乔卫亮. 基于事故统计分析的水上交通安全管理研究[J]. 安全与环境工程，2013，01：132-137.

[2]刘清，李胜，徐小丽. 船员视觉特征与疲劳驾驶行为的关系研究[J]. 中国安全科学学报，2013，06：20-25.

[3]郭庆永. 船舶驾驶人员疲劳致因分析及其预防控制[J]. 世界海运，2011，11：38-41.

[4]李衡峰. 基于综合集成的驾驶疲劳识别[D].中南大学，2005.

[5]孙伟，张为公，张小瑞，陈刚. 疲劳驾驶预警系统的研究进展[J]. 汽车电器，2009，01：4-8.