智能交通-疲劳驾驶预警系统解决方案

来源：网络　2021-12-18 22:00:07

交通事故是当前世界各国所面临的严重社会问题之一,已被公认为当今世界危害人类生命安全的第一大公害,每年因交通事故的原因至少使50万人死亡.欧美各国的交通事故统计分析表明,交通事故中80%～90%是人的因素造成的.根据美国国家公路交通安全署的统计,在美国的公路上,每年由于司机在驾驶过程中跌入睡眠状态而导致大约10万起交通事故,约有1500起直接导致人员死亡,711万起导致人员伤害.在欧洲的情况也大致相同,如在德国境内的高速公路上25%导致人员伤亡的交通事故,都是由疲劳驾驶引起的.根据2001年中国交通部的统计,我国48%的车祸由驾驶员疲劳驾驶引起,直接经济损失达数十万美元.有关汽车驾驶员的疲劳检测问题,随着高速公路的发展和车速的提高,目前已成为汽车安全研究的重要一环。

疲劳驾驶是指驾驶员在一段时间的驾车之后所产生的反应水平下降,导致不能正常驾车行驶.驾驶员产生疲劳后,其心理状态也会发生各种各样的变化.如视力下降,致使注意力分散、视野逐渐变窄;思维能力下降,致使反应迟钝、判断迟缓、动作僵硬、节律失调;自我控制能力减退,致使易于激动、心情急躁或开快车等。疲劳驾驶预警系统就是指一旦驾驶者精神状态下滑或进入浅层睡眠,该系统会依据驾驶员精神状态指数分别给出:语音提示,振动提醒,电脉冲警示,警告驾驶员已经进入疲劳状态,需要休息,并同时自动记录相关数据,以便日后查阅,鉴定.其作用就是监视并提醒司机自身的疲劳状态,减少司机疲劳驾驶潜在危害.

许多国家都比较重视疲劳驾驶预警系统的研究工作,早期的疲劳驾驶测评主要是从医学角度出发,借助医疗器件进行的.这些研究可以追溯到1935年美国交通部管辖的洲际商业协会ICC(theInterstateCommerceCommission)要求美国公共卫生服务署USPHS(theUnitedStatesPublicHealthService)对城市商业机动车驾驶员服务时间(thehoursofservice)管理条例的合理性所进行的调查.但是对疲劳驾驶的实质性的研究工作,是从20世纪80年代由美国国会批准交通部实施驾驶服务时间(HOS)改革,研究商业机动车驾驶和交通安全的关系,并健全卡车和公共汽车安全管理条例开始的,由此把疲劳驾驶的研究提到立法高度,保证了开展疲劳驾驶研究的合法性、有效性和持续性。其研究工作大致可以分为两大类:一是研究疲劳瞌睡产生的机理和其他各种诱发因素,寻找能够降低这种危险的方法;二是研制车辆智能报警系统,防止驾驶员瞌睡状态下驾驶。20世纪90年代,疲劳程度测量方法的研究有了很大的进展,许多国家已开始了疲劳驾驶车载电子测量装置的开发研究工作,尤以美国的研究发展较快。研究成果中具代表性的有:

(1)德国SAFEAU研制的打瞌睡驾驶员侦探系统DDDS(TheDrowsyDriverDetectionSystem).采用多普勒雷达和复杂的信号处理方法,可获取驾驶员烦躁不安的情绪活动、眨眼频率和持续时间等疲劳数据,用以判断驾驶员是否打瞌睡或睡着.该系统可制成体积较小的仪器,安装在驾驶室内驾驶员头顶上方,完全不影响驾驶员正常的驾驶活动。

(2)方向盘监视装置S.A.M.(steeringattentionmonitor).一种监测方向盘非正常运动的传感器装置,适用于各种车辆.方向盘正常运动时传感器装置不报警,若方向盘4s不运动,S.A.M.就会发出报警声直到方向盘继续正常运动为止。S.A.M.被固定在车内录音机旁,方向盘下面的杆上装有一条磁性带,用以监测方向盘的运动。使用S.A.M.并不意味延长驾驶时间,而是要提醒驾驶员驾车时不要打瞌睡。另外,S.A.M.与录像机配合使用可以为保险公司提供证据。

(3)日本研制的DAS2000型路面警告系统(TheDAS2000RoadAlertSystem).一种设置在高速公路上用计算机控制的红外线监测装置,当行驶车辆摆过道路中线或路肩时,向驾驶员发出警告.

(4)反应时测试仪PVT(Thepsychomotorvigilancetest).根据驾驶员对仪器屏幕上随机出现的光点的反映(光点出现时敲击键盘)速度测试驾驶员的反应时,用以判断其疲劳程度.

(5)日本研制的电子“清醒带”.使用时固定在驾驶员头部,将“清醒带”一端的插头插入车内点烟器的插座,装在带子里的半导体温差电偶使平展在前额部位的铝片变凉,使驾驶员睡意消除,精神振作.据说戴上这种“清醒带”,可以24h无睡意.“清醒带”使用电压12～14V,电流500mA,十分安全.国内已开始生产和销售这种装置.自2000年以来,随着计算机和集成电路制造技术的提高,机动车驾驶员疲劳驾驶的研究有了进一步的发展.美国华盛顿大学的JohnStern博士是世界上研究眼部动态和疲劳驾驶的权威人士之一,他领导的由美国联邦公路管理局和汽车联合会资助的研究所,通过自行开发的专用照相机、脑电图仪和其他仪器来精确测量头部运动、瞳孔直径变化和眨眼频率,用以研究驾驶行为等问题。研究结果表明:一般情况下人们眼睛闭合的时间在0.12～0.13s之间,驾驶时若眼睛闭合时间达到0.15s就很容易发生交通事故。宾夕法尼亚大学智能交通实验室和NHTSA采用PERCLOS(眼睛闭合时间占特定时间的百分率)作为精神生理疲劳程度的测量指标.2000年1月明尼苏达大学计算机科学与工程系的NikolaosP.Papanikolopoulos教授成功开发了一套驾驶员眼睛的追踪和定位系统,通过安置在车内的一个CCD摄像头监视驾驶员的脸部,实现以下功能:①用快速简单的算法确定驾驶员眼睛在脸部图像中的确切位置和其他脸部特征;②通过追踪多幅正面脸部特征图像来监控驾驶员是否疲劳。

我国的疲劳驾驶预警系统的研究起步较晚,目前比较成型的是由浙江司安汽车电子股份有限公司与清华大学、东南大学的几位博士组建的中国单片机公共实验室联合联合研究出来的SAFEAU疲劳驾驶预警机是国内唯一已经商业化的疲劳驾驶预警系统，其原理和丰田十三代皇冠标配的瞌睡报警系统类似，主要检测驾驶员的眼睛开合情况，尤其增加了对瞳孔的识别，睁眼睡觉瞳孔很暗，即使有驾驶员睁眼睡觉也能被识别出，基于红外图像的处理使得产品在阳光下和黑暗里都能进行识别，系统还能对带各类眼镜的驾驶员进行识别，实用性很强。

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