防疲劳驾驶技术的发展与研究

邵明虎　王慧　凤鹏飞　吴陵生

摘要：随着我国经济的发展，汽车的数量急剧增加，相应的，行车安全问题渐渐的受到关注。据统计，疲劳驾驶已经成为影响道路安全的重要因素。文章就疲劳驾驶技术的发展与研究做如下详细介绍。

关键词：疲劳驾驶；交通安全；控制模块；语音模块

国内外已有的一些疲劳驾驶识别方法，如一些车载监测装置利用专用设备精确测量头部运动、瞳孔直径变化和眨眼频率，或者使用视觉和方向盘操纵传感器，利用人工智能判断驾驶员清醒状态。这些方法和设备由于过于复杂，价格昂贵等原因一直无法得到广泛应用。对于利用后台视频实时监控的预防疲劳驾驶方法，因为要通过无线信道传送视频，使用费用较高。而且上述两种疲劳驾驶识别方法都存在一定的虚报警概率，因此有必要发明一种简单、有效的、虚报警概率较低的识别疲劳驾驶的方法和装置，提醒驾驶员安全驾驶。

一、疲劳驾驶的具体表现

疲劳驾驶是长期处于一种心理或者生理机能失调的状态下，依然继续长时间开车的，进而进一步加剧疲劳驾驶的行为。疲劳驾驶是一个抽象的行为，具体来说有很多表现。例如：第一、注意力下降，生理心理机能失调。长期的疲劳驾驶会导致驾驶员的注意力下降，操作车辆的稳定性受到影响，难以集中注意力，在接受外界信号的时候，常出现迟钝表现。第二、疲倦打瞌睡。当人体出现头脑不清醒时候，就会出现意识模糊，昏昏沉沉，四肢无力，进而想闭眼、打瞌睡。这种情况在驾驶时候是非常危险的，尤其是高速行驶的时候。还有操作缓慢、反应迟钝，驾驶技术下降，知觉感知功能减弱，肢体无力，以及思维能力减弱、记忆力下降等。

二、汽车安全驾驶系统及方法研究

为了进一步提高汽车驾驶安全性，我们针对上述情况，设计优化了一种防疲劳驾驶系统及方法，有效提醒驾驶员安全驾驶。

防疲劳驾驶系统包括车载电脑、面部采集摄像头、ECU电子控制模块、语音模块、无线模块和客服终端，如图1所示。其特征在于：面部采集摄像头连接车载电脑；ECU电子控制模块连接车载电脑；语音模块连接车载电脑；车载电脑通过无线模块连接客服终端。

面部采集摄像头用于采集驾驶员的面部及头部信息，并将采集到的信息上传至车载电脑。车载电脑是本系统的核心，车载电脑可用于数据的存储、驾驶员驾驶状态的逻辑分析、车速的控制、提示音的控制以及和外界进行数据交流。ECU电子控制模块用于控制节气门的开口大小，从而控制车速的快慢。客服终端是驾驶员和客服人员交流的平台，通过实时交流，从而彻底解决驾驶员的疲劳驾驶状态，同时客服人员可协助解决驾驶员在驾驶过程中遇到的各种难题。

三、防疲劳驾驶方法步骤

防疲劳驾驶系统的具体步骤有六个，如图2所示，分别如下：

第一、在车辆电力系统启动后，车辆及防疲劳驾驶系统同时启动。

第二、驾驶员上车入座后，面部采集摄像头开始工作，将采集到的面部信息和头部动作信息上传至车载电脑。

第三、车载电脑根据面部采集摄像头上传的数据保存，开始数据实时分析，分析方式如下：a、对驾驶员的眼部状态进行分析，若单位时间内驾驶员眼睛一直闭合，则可判定为疲劳驾驶；b、若单位时间内驾驶员的闭眼时间比睁眼时间长，则可判定为疲劳驾驶；c、若单位时间内驾驶员的头部上下摆动频率达到设定值时，则可判定为疲劳驾驶；d、当眼部信息和头部信息只要有一点符合疲劳驾驶，则可判定为疲劳驾驶。

第四、當驾驶员被判定是正常驾驶时，系统不采取提醒措施；当驾驶员被判定是疲劳驾驶时，车载电脑通过语音模块发出语音提醒，并询问驾驶员是否感到疲劳，若驾驶员无应答，则进入步骤5；若驾驶员正常应答，系统则不采取提醒措施。

第五、当驾驶员对语音模块的语音提示无应答时，共有三种提醒方案可选择，

方案1：系统语音应答系统，通过该系统，可实现机器和驾驶员之间的问答，通过问答使驾驶员集中精力，从而消除疲劳驾驶。

方案2：车载电脑自动呼叫家人电话，通过和家人之间的语音沟通，从而降低疲劳驾驶的风险。

方案3：车载电脑自动连接客服终端，和客服终端的客服人员进行实时通过，客服人员根据自身的专业知识，帮助驾驶员克服疲劳驾驶，保障驾驶员的生命安全。

第六、无论实行何种方案，车载电脑都会向ECU电子控制模块发送限速指令，ECU根据限速指令控制节气门开口大小，从而降低车速，防止在疲劳驾驶时因车速过快而增加危险性。

四、防疲劳驾驶系统的优势

该疲劳驾驶系统现已经广泛开始应用于各类营运客车中，该系统的主要优势包括以下几点。

1. 仅基于驾驶员的面部表情这一生理特征来进行疲劳驾驶的判断，简化了流程。

2. 通过眼部和头部的整体信息判断驾驶员的状态，并增加语音应答环节，充分保证对驾驶员驾驶状态判断的准确性。

3. 设置多种督促方式供驾驶员选择，提高驾驶员的监督效率，保证驾驶员的行车安全。

五、相关法规的制定加强疲劳驾驶安全问题治理

先进的监管技术还不足以完全避免疲劳驾驶行为的发生，进而降低安全事故的发生。因此还需要国家及相关部门的监管控制。截止目前，国家已经制定了健全的法律法规及交通安全管理准则。具体如下：第一、健全强制休息机制，增建休息服务站点。长途行车时疲劳驾驶的首要条件。为此，我们必须完善长途客车、火车的行车规范。建立客车及货车驾驶员的最长驾驶距离或者驾驶时间。强制要求驾驶员在中途休息。一旦超过一定的行车距离或者行车时间，相关交通管理部门就会对其进行严厉处罚。现规定客车或货车行驶四百公里以上或者三个小时，只有一名驾驶员的情况下，必须停车休息三十分钟。在高速行车时，超过六百公里以上，驾驶员必须进入高速服务区进行休息。第二、加强法律法规的宣传，提高驾驶员安全驾驶意识。交通管理部门必须加强法规宣传要求在电视、报纸、户外广告牌以及网络媒体等宣传法律法规。讲解《中华人民共和国交通安全法》以及《道路运输从业人员管理规定》等，宣扬疲劳驾驶的危害性，杜绝驾驶人员疲劳驾车、酒后驾车等违法行为的发生。最后，要提升公路交通安全管理水平。交通管理部门应加强巡逻、站点服务等，提升长途运输车辆的服务工作，让其有意识的关注安全驾驶，从而减少疲劳驾驶行为的发生。

六、结语

疲劳驾驶是一种复杂的生理反应，在驾驶时，如若出现生理疲劳、心理疲劳或者精神疲劳等情况时，驾驶人员应主动寻求安全地带停车休息，乘客人员在有条件的基础上，应主动观察驾驶人员，防止其疲劳驾驶。经过上述对疲劳驾驶预防对策的研究，我们可以发现，随着车辆的不断增加以及驾驶人员的加剧，疲劳问题已经成为严重的交通安全事故因素。在此，也望相关部门可以进一步加强管理。

参考文献：

[1]臧杰，阎岩.汽车构造（下册）[M].机械工业出版社，2010.

[2]城大先.机械设计[M].化学工业出版社，2014.

[3]唐勇，刘海波，张铁壁.基于小波技术的疲劳驾驶行为识别研究[J].仪表技术与传感器，2011（01）.

[4]刘秀，王长君.何庆.疲劳驾驶交通事故的特点分析与预防[J].中国安全生产科学技术，2012（06）.

[5]徐向阳，傅艳晓.国外汽车传动技术的一些最新发展[J].汽车工程学报，2013.

*项目名称：基于车联网的车辆驾驶行为共享平台研究（项目编号：zjt17001），项目类别：校级科研平台项目——协同创新中心，主持人：邵明虎。

（作者单位：安徽三联学院）