第九届交通科技大赛

第九届全国大学生交通科技大赛针对解决驾驶员疲劳驾驶的对策研究论文作者：董东钰针对解决驾驶员疲劳驾驶的对策研究董东钰重庆,400074摘要：在当今中国，经济腾飞,交通现代化进程加快，机动化水平不断提高。交通的发展给人们的出行带来了方便，给城市的发展插上了翅膀，但导致的交通事故带来的生命财产损失却无法估量。纵观近几年的道路交通事故，通过分析数据不难得出与人为因素相关的案列占90%以上，而高速路上驾驶员疲劳驾驶，精力分散，甚至打瞌睡是引发交通事故的主要原因。为了有效降低事故,减少人员伤亡，针对因疲劳驾驶造成的交通事故,我们通过调查研究得出了有效的解决方案。关键字：疲劳驾驶精力分散面部特表情识别指纹黑匣子1．绪论1.1研究背景：随着我国经济的飞速发展，道路的修建里程和机动车的保有量都有巨大的增长，便利的交通给人类带来方便的同时也带来了沉重的代价。交通事故已成为“世界第一害”，而中国是世界上交通事故死亡人数最多的国家之一。从二十世纪八十年代末中国交通事故死亡人数首次超过五万人至今，中国（未包括港澳台地区）每年交通事故50万起，因交通事故死亡人数均超过10万人，已连续十余年居世界首位。分析这些交通事故,我们不难得出疲劳驾驶是引起交通事故的主要原因之一，许多国家的交通事故统计数据表面，造成人身伤害甚至死亡的交通事故中有20%是因为疲劳驾驶引起的，开发研究能检测疲劳驾驶并及时报警的装置迫在眉睫，对减少交通事故有重要意义。1.2国内外研究现状和前景所谓“疲劳”，是由于体力或脑力劳动使人产生的生理机能和心理机能失调的现象。在疲劳的各种生理和心理症状中，打瞌睡和注意力涣散对于驾驶车来说是最危险的表现，也是疲劳的主要和外在的表现。“打瞌睡”与“疲劳”并不是同等的概念，不疲劳时也可能存在注意力分散的情况；然而人在疲劳时常常表现为打瞌睡，注意力分散，随之而来的是驾驶操作失常甚至停止，这对于行车安全是致命的。所以国内外的研究中常常将疲劳检测与瞌睡检测等同起来。造成疲劳的原因有很多，例如长时间驾车、睡眠不足、单调的路况、健康原因、生物钟低落期等。疲劳所出现的生理和心理症状也有很多，例如头重、心跳加快、打哈欠、打瞌睡、视觉模糊、视野变窄、眼睛发红发干、耳鸣、注意力分散、思维能力下降、动作僵硬、表情呆板、忘记操作等。因此，对驾驶疲劳监测的研究都是围绕着对这些症状和表现的检测来进行的。1.3数据分析中国历年交通事故死亡人数官方统计：200120022003200420052006200720082009死亡人数（万）10.610.9经济损失（亿元）30.933.233.718.81.3引起交通事故的原因面对一起起交通事故，庞大的死亡人数让人触目惊心，尽量避免交通事故的发生是当前亟待解决的问题。通过分析以前发生过的交通事故，不难得出与人为因素相关的案列占90%以上，而高速路上驾驶员疲劳驾驶，精力分散，甚至打瞌睡是引发交通事故的主要原因。疲劳驾驶对安全的影响,已经到了非常严重的程度。根据交通事故统计年鉴：全世界范围内，超过30%的公路交通事故和约15-20%的铁路交通事故和驾驶疲劳有关，疲劳驾驶严重影响驾驶员的警觉性、应变性及安全驾驶能力。疲劳驾驶一旦发生，将会造成群死群伤的恶性交通事故。长途客货运驾驶、铁路机车驾驶、军队物资设备运输、工程车辆驾驶等安全隐患，均与疲劳驾驶密切相关。2.疲劳驾驶2.1什么是疲劳驾驶?驾驶疲劳，是指驾驶人在长时间连续行车后，产生生理机能和心理机能的失调，而在客观上出现驾驶技能下降的现象。驾驶人睡眠质量差或不足，长时间驾驶车辆，容易出现疲劳。驾驶疲劳会影响到驾驶人的注意、感觉、知觉、思维、判断、意志、决定和运动等诸方面。疲劳后继续驾驶车辆，会感到困倦瞌睡，四肢无力，注意力不集中，判断能力下降，甚至出现精神恍惚或瞬间记忆消失，出现动作迟误或过早，操作停顿或修正时间不当等不安全因素，极易发生道路交通事故。因此，疲劳后严禁驾驶车辆。2.2驾驶疲劳是怎样形成的？引起驾驶疲劳的因素是多方面的。驾驶人的疲劳主要是神经和感觉器官的疲劳，以及因长时间保持固定姿势，血液循环不畅所引起的肢体疲劳。驾驶人长时间坐在固定的座位上，单一的体力劳动，动作受到一定限制，注意力高度集中，忙于判断车外刺激信息，而外界噪声影响驾驶者的心理变化，使驾驶者思维紊乱，降低注意力集中程度，精神状态高度紧张，从而出现眼睛模糊、腰酸背痛、反应迟钝、驾驶不灵活等驾驶疲劳现象。形成疲劳的顺序是：眼睛，颈部、肩部、腰部，主要是眼睛和身体的疲劳。2.3疲劳驾驶有哪些危害？驾驶人疲劳时判断能力下降、反应迟钝和操作失误增加。驾驶人处于轻微疲劳时，会出现换档不及时、不准确；驾驶人处于中度疲劳时，操作动作呆滞，有时甚至会忘记操作；驾驶人处于重度疲劳时，往往会下意识操作或出现短时间睡眠现象，严重时会失去对车辆的控制能力。驾驶人疲劳时，会出现视线模糊、腰酸背疼、动作呆板、手脚发胀或有精力不集中、反应迟钝、思考不周全、精神涣散、焦虑、急躁等现象。如果仍勉强驾驶车辆，则可能导致交通事故的发生。3.目前避免疲劳驾驶的产品用什么方法能减轻驾驶的疲劳，从而让我们拥有安全的出行环境呢，除了一些日常的防护方法外，下面我给大家介绍一款新型高科技防疲劳驾驶技术，并附加个人的观点，以待改进与创新。佛山市南海钰珑车内用品有限公司在第一代的技术实践基础上结合了消费者对产品提出的个性化要求，研制出新一代具有防瞌睡功能的汽车方向盘套。新产品无论是在产品外观还是使用功能功效上都有个很大的提高，而且能让车主养成良好握方向盘的习惯。该产品由方向盘套与系统主机两个可拆分的部件组成，它是以一种简易的人机互动方式来探测驾驶员的思维、心理、和反应能力，一旦驾驶员进入轻微疲劳状态时，人机互动未达到设置的标准，系统会马上作出反应并发出提示警告，当被警告时可能会导致一定程度心里烦躁，故要根本解决，因空气中含有一定程度臭氧的情况下（一般含量不超过0.4%，浓度为0.01－0.08ppm），刺激大脑，让人清爽怡神，提高精神状态的效果，则可以用现有设备适当储存臭氧。

新产品是一款工作原理与当今最先进的交通工具——和谐号相同的防疲劳驾驶产品。那么防瞌睡方向盘套工作原理是怎样的呢？

当汽车驾驶员在开车感觉到有困意，一时又无法找到可以停车休息的地方，此时打开改良型防瞌睡方向盘套的主机控制器电源开关，此时主机系统进入等待设防状态，在新一代防瞌睡方向盘套上，有两套能在驾驶员出现轻微疲劳时的第一时间发现，并向其发出提示警告的功能方案。第一套是人机互动方式来防止驾驶员进入瞌睡状态，功能操作方法是用手握住方向盘套右边触摸感应区的位置，触摸传感器接受到被导通的电信号，主机系统即进入设防成功状态，同时开始计时。在设定好的时间间隔内，驾驶员需按系统要求，右手做一次松开握紧的动作，主机系统在规定的时间内再次接收到电信号，则主机系统保持设防成功状态；若驾驶员在设定好的时间间隔内没有再握一下方向盘表右边触摸感应区的位置一下，则主机系统即进入报警状态。在报警状态下，主机控制器会发出提示声音和液晶屏显示提示标识。第二套方案是生理机能侦测方式，在驾驶员出现精神恍惚或瞬间失去意识前向其发出提示警告。功能操作方法是在开机状态下用手握住方向盘套左边触摸感应区的位置，触摸传感器接受到被导通的电信号，主机系统即进入设防成功状态。当驾驶员出现意识模糊，手握方向盘的力变小时，主机系统就会发出提示警告。左边这套方案经常使用，还能让驾驶员养成开车时用正确姿式握方向盘的良好习惯。防瞌睡方向盘套能够让驾驶员刚进入第一阶段心理疲劳时，就能探测到并及时向您发出警告（此时很多驾驶员还没意识到，但您的警觉性和反应能力已大大降低），若遇到险情时将会第一时间做出正确的判断。同时，在车辆转弯时，为了让驾驶员更好的操作，产品内部设置了角度开关，系统将会在这种状态下关闭两边的防瞌睡功能，进入待机状态，10秒钟之后自动恢复系统的运行，让车主用得更安心，更放心，更贴心。另外，产品内有语音提示、音乐提示、报警音等多种提示音供您选择。新一代主动型防瞌睡方向盘套将会时刻提醒您，为您保驾护航，让您把握前程。佛山市南海钰珑车内用品有限公司在此提醒所有驾驶员：应当提高安全意识，养成良好的生活习惯，合理安排行车时间，采用正确的驾驶方式，因为疲劳驾驶不仅会威胁到你，还会威胁到车上的乘客，路边的行人，道路其他车辆上的成员，一定要避免成为马路杀手。4．针对疲劳驾驶的监控管理手段4.1GPS监控系统的作用。一是实时监控车辆的速度。在各种车辆上应用比较普遍，也很好的监控了车辆的速度，大大降低了因超速造成的交通事故。二是实时监控驾驶员累计驾驶时间。目前采取这种办法监控驾驶员的累计驾驶时间，主要是通过IC卡的方式或者统计车辆的实际行驶时间实现的。4.2“黑匣子”视频监控系统。这是一个简单的视频录像记录系统，只是将驾驶员的驾驶动作记录下来，方便事后检查以及作为处理的依据。也确实对驾驶员的监督起到了一定的作用。5.现有监控管理手段存在的问题冷静分析，前面的举措和办法，是属于事中监控、事后整改范畴。也确实会起到一定的震慑作用。但是存在较为明显的缺陷。一是GPS计算的驾驶时间不科学、不合理、不准确，无法精确监控某个驾驶员的累计驾驶时间，从而避免因驾驶时间过长引起的疲劳驾驶，也给驾驶员甚至企业留下造假的空间。二是视频监控系统，它只是记录了当时的过程，管理者只能在事后对少部分视频进行抽查、分析，对查到的问题进行整改，无法做到全过程、全天候监控和预警。三是对非驾驶时间过长引起的疲劳，比如因身体、睡眠质量、心情等的影响造成的疲劳、瞌睡是无法监测预警的，无法从根本上解决驾驶员疲劳、瞌睡驾驶问题。目前的这些手段，确实缺乏事前科学准确预防、事中强行控制和人性化关怀司机。所以，目前频频发生的交通事故中，最难控制的就是疲劳、瞌睡驾驶带来的交通事故。疲劳、瞌睡一旦发生，造成的损失是难以估计的。6.需要解决的问题及解决方案6.1需要解决的问题简单的说，为了达到事前科学、准确预防、事中及时监控处置、事后按规定处理和处罚的目的，要解决三个问题：第一，如何把驾驶员的开车时间记录下来，并采用CCD摄像头对驾驶员面部进行图像采集，通过图像分析判断是否疲劳驾驶，及时把相关信息传送到监控中心。第二，驾驶员驾驶车辆达到规定的驾驶时间后，系统发出警告，并迫使驾驶员停车休息。第三，对采集的信息进行存储，以便疲劳驾驶后作为交警处罚的证据。6.2人脸检测的方法眼睛监测实在人脸区域中进行的，所以必须进行人脸检测，这样可以缩短眼睛监测时间。人脸检测实在人脸识别的基础上逐渐形成一个相对独立的研究方向，可以将人脸监测的方法分为四类：(1)基于知识的方法(2)特征不变量方法(3)模板匹配的方法(4)基于表象的方法目前在国内外的研究中提出的对疲劳驾驶的检测方法有很多，从大的方面可以划分为两大类：第一类是对驾驶员本人的状态进行检测，第二类是对车辆的状态进行监测。对驾驶员状态的检测方法又分为三类：(1)检测其生理信号（脑电图、跟电图、心电图、肌电图、其中脑电图被认为是测量睡眠的金标准）；(2)检测其特征行为表现（例如眼睑的活动、点头的动作、闭眼、握力等）；(3)检测其注意力（对某种刺激的反应灵敏度）；对车辆的状态监测主要又分为两类：(1)检测车辆的行驶参数（速度、加速度、车道线位置等）；(2)监测方向盘、脚踏等的运动状况。上述这些方法，又可以分为接触式监测和非接触式监测两大类。接触是检测主要是测量人体的电生理信号，需要在头上或身上粘贴电极，会对开车造成干扰和负担，是不宜实施和不合适与实用的。因此，汽车厂商多是支持非接触式检测方法和系统的研究，其中基于方向盘的系统和基于是相机的系统尤受青睐。据2007年当然，有许多人脸检测的方法并不能简单地归于上述中的某一类，而是积累的组合。也可将人脸检测的方法简单地分为两类：基于特征的和基于图像的。基于特征的方法指以某种特征为最小处理单元的方法；基于图像的方法是指以图像中的像素为处理单元的方法。Viola和Jones提出了积分图像的概念和基于AdaBoost方法训练人脸监测分类器的方法，建立了第一个真正实施的人脸检测系统。该系统速度达到实时效果，在Pebtinem700机器上每秒可检测15帧384*288的图像。6.2解决疲劳驾驶的方法疲劳驾驶的检测方法有基于驾驶员生理信号，操作状态，面部表情和车辆的运行状态进行检测。面部表情检测方法是利用摄像头拍下驾驶员的实时驾驶画面，并对面部信息点进行识别，提取疲劳表情特征并以此判断驾驶员疲劳驾驶。这种非接触式的检测方法不会对驾驶员的驾驶造成干扰，可以随时监控，是检测驾驶员是否疲劳驾驶的重要依据。随着科学技术的不断发展，特别是生物识别、分析、判断技术的不断发展、完善，已经有了解决上述问题的实现手段。主要是基于生物模式识别技术在疲劳驾驶检测预警方面得到了应用。其主要原理、手段：身份识别。通过车载摄像头采集驾驶员面部信息，与数据库资料进行精确比对(或者通过本地设备对比识别），确定驾驶该车辆的驾驶员是否为公司驾驶员，从根本上解决非编司机问题。根据身份识别信息，准确采集每一个驾驶员驾驶时间信息。从根本上解决驾驶员连续驾驶时间每3小时休息15分钟和24小时内累计驾驶时间不超过8小时问题，并实时进行预警、记录。采集驾驶员驾驶状态信息。通过车内摄像头实时分析驾驶员眼睛状态，通过眼睑闭合程度、时间、瞳孔的变化以及面部表情变化等多种算法，来判断驾驶员是否疲劳、瞌睡等。也可以通过驾驶员头部运动、脸部表情变化等判断是否精神集中，并实时进行预警、记录上报。建立后台监控管理中心。通过GPS将收集的各种信息、数据传输到后台监控管理中心，通过计算机智能判断是否违规并记录，便于处理或者处罚。监控人员也可以根据实际实际情况或者相关规定，判断哪些需要即时处理，防患于未然。1、从疲劳表情机理角度分析疲劳时，面部的肌肉松弛，整个面部会发生一定的变形和扭曲。面部一部分肌肉在正常的清醒和疲劳状态下都处于放松状态，而另一部分面部肌肉则是在清醒状态下保持一定程度的兴奋、在疲劳状态下相对松弛。后者正是导致疲劳时表情和清醒时不