申报书-防疲劳驾驶系统

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1、附件 2：2007 年度兰州大学学生创新性实验计划项目申报书项 目 名 称 防疲劳驾驶系统的研究与设计推荐学院 （公章） 信息科学与工程学院负 责 人 姓 名 周炜超合 作 人 姓 名 余 威 杨丽君 郑芳 王玉指 导 教 师 马义德教授博导、李柏年副教授申 报 类 型 新申报项目兰州大学教务处制二 零零 七年十月填 写 说 明1申报书要按照要求，逐项认真填写，填写内容必须实事求是，表达明确严谨。空缺项要填“无” 。2格式要求：申报书中各项内容以 Word文档格式填写；表格空间不足的，可以扩展或另附纸张；均用 A4纸打印，于左侧装订成册。3如为个人项目请将封面“合作人姓名”以及表格中“ 1-3

2、 合作人基本信息”删除或填“无” 。4. “申报项目情况”填写：申报项目类型为新申报项目的填写2.1 中的 5 个分项内容，其他类型的填写 2.2 中的 4 个分项内容。5. 本表栏目未涵盖的内容，需要说明的，请在说明栏中注明。2.1 申报项目情况（项目类型为新申报项目填写此项）2.1-1 项目申报背景据文献介绍 , 全世界每年因交通事故而导致的死亡人数达 60 万 , 直接经济损失约 125 亿美元 , 这些事故多与驾驶员疲劳驾驶有关。美国俄克拉荷马州收费公路局发表了对 2128 名机动车驾驶员发生车辆碰撞事故的调查结果 : 22的驾驶员打盹驾驶 ; 48 的交通事故归结于疲劳驾驶。卡耐基梅

3、隆大学在驾驶模拟器上进行的研究表明 : 机动车辆重大事故 9.1%归因于驾驶员疲劳驾驶 , 而夜晚疲劳驾驶的重大事故率约达 19.9 。在我国疲劳驾驶 , 是造成道路交通死亡事故的主要原因之一。据相关统计，因疲劳驾驶引发的交通事故约占事故总数的 6 8。但是，疲劳驾驶在死亡交通事故的原因中却占 22 24，在死亡交通事故的原因中居首位。英国交通研究实验室 (Transport Research Laboratory) 认为 : 驾驶疲劳导致的道路交通事故占全部交通事故的 10% 。 Loughbo rough 大学的研究人员分别对 996名载重汽车和 4621名轿车男驾驶员进行跟踪调查 , 发

4、现有 29% 的驾驶员在开车时打瞌睡 , 其中10%的驾驶员由于困倦而导致交通事故。 Mltler,Miller 和 Lipsitz 等人调查了 820名不同年龄和性别的驾驶员 , 发现在短途 ( 约 80km内 ) 旅行中发生车辆碰撞事故的几率是 0.14% , 而长途 ( 约 8015km以外 ) 旅行中是 3%。据 2005年美国国家交通安全委员会 N TSB (The N ational Transportation Safety Board) 检查了 107起由驾驶员造成的卡车交通事故 , 其中 58%与驾驶员打盹驾驶有关。 由此可见疲劳驾驶对道路交通安全的危害性。国外研究状况： 早

5、期的驾驶疲劳测评主要是从医学角度出发 , 借助医疗器件进行的。驾驶疲劳的研究分为主观和客观 2种方法。主观的方法主要依据主观调查表、驾驶员自我记录表、睡眠习惯调查表和斯坦福睡眠尺度表等来测评驾驶员的疲劳程度。 最有代表性的主观调查是皮尔逊疲劳量表 , 分为 13 级。驾驶员自我记录表对驾驶任务、 驾驶习惯和驾驶时间等进行自我测评 , 这些因素因人而异 , 因此不能作为测评驾驶疲劳的标准尺度。睡眠习惯调查表用来检查驾驶员是否有失眠的情况 , 对疲劳程度和情绪进行自我评价。以上这些主观方面的调查表使用方法简单 , 但很难量化疲劳的等级和程度 , 又因各人的理解有明显的差异 , 其结果往往不能令人满

6、意。客观的方法有脑电图、眼电图、肌电图、呼吸气流 ( 用鼻声传感器测量 ) 、呼吸效果 ( 用胸腔部传感器测量 ) 、动脉血液氧饱和 ( 用手指探针测量 ) 时的体温 ( 用红外线耳朵探针获取 ) 、心电图 ( 开车或睡眠时 ) 等测量方法 , 尽管这些方法测量结果比较准确 , 但一般在驾驶前后测量 , 结果是超前或滞后的 ; 而在驾驶室内安装上述仪器也是不现实的。因此 , 寻求一种车载、实时、客观的疲劳测量装臵成为国内外研究者的研究方向。20 世纪 90 年代 , 疲劳程度测量方法的研究有了很大的进展 , 许多国家已开始了驾驶疲劳车载电子测量装臵的开发研究工作 , 尤以美国的研究发展较快。

7、现有的研究成果中具代表性的产品有 : 1) 美国研制的打瞌睡驾驶员侦探系统 DDDS (The D rowsy Driver Detection System ) 。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) 方向盘监视装臵 S. A. M.( steering at tention monitor) 。一种监测方向盘非正常运动的传感器装臵 , 适用于各种车辆。方向盘正常运动时传感器装臵不报警 ,

8、 若方向盘 4 s 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)DA S2000 型路面警告系统 (The DA S 2000 Road A lert System ) 。一种设臵在高速公路上用计算机控制的红外线监测装臵 , 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 PV T

9、 (Thep sychomo to r vigilance test) 。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) 日本成功研制了电子“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 24 h 无睡意。“清醒带”使用电压 12 14V,电流 500mA,十分安全。这种装臵国内已开始生产和销售。自 2000 年以来 , 随着计算机和集成电路制造技术的提

10、高 , 使机动车驾驶员驾驶疲劳的研究有了进一步的发展。美国华盛顿大学的 John Stern 博士是世界上研究眼部动态和驾驶疲劳的权威人士之一 , 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 0.13 s 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采用了 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

11、标。精神生理疲劳程度的测量还采用脑电图仪 elect roencephalograph (EEG) 、头动探测器等 , 但是公认最有效的方法是 PERCLOS法。 2000年 1月明尼苏达大学计算机科学与工程系的 N ikolaos P.Papanikolopoulos 教授成功开发了一套驾驶员眼睛的追踪和定位系统 , 通过安臵在车内的一个 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臵和其他脸部特征 ; 2) 通过追踪多幅正面脸部特征图像来监控驾驶员是否驾驶疲劳 ; 3) 追踪多幅侧面脸部特征图像来估算驾驶员是否驾驶疲劳。 2

12、000年 3 月 ,Niko laos P. Papaniko lopoulos 对上述系统进行了改进 , 改用红外线彩色摄像头并加滤波器滤除图像的噪声和非脸部的图像 , 使搜索脸部图像的次数减少 , 加快了系统处理图像的速度。采用灰度模式匹配方法追踪输入图像序列来搜寻并确定眼睛区域 , 然后用同样的模式匹配方法来确定眼睛是睁开还是闭合 , 若搜索失败 , 系统可自动重新开始搜索。国内研究状况： 我国从 20 世纪 60 年代开始对驾驶疲劳进行实验性的研究工作。中国军事医学科学研究院陈信等人用脑电分析器对 117 名飞行员进行研究 , 发现人体疲劳与脑电波的 A节律 (1 4Hz) 有关。 认

13、为正常人脑电波的 A节律是有规律而且丰富多彩的 ,A 节律变化缓慢说明产生了飞行疲劳。 1991 年哈尔滨工业大学的郭德文指出疲劳是一种自然性保护反应 , 它不但与劳动强度有关 , 而且还与心情、健康程度、环境、兴趣和工作绩效有关。从生理角度看 , 疲劳可分为体力疲劳和脑力疲劳。脑力疲劳的测量用诱发电位的方法 : 在肌肉表面固定好表面电极 , 肌电信号经表面电极传至肌电图记录仪 , 可以看出 , 肌电图的频率随着疲劳的产生和疲劳程度的加深呈现下降趋势 , 而肌电图的幅值增大则表明疲劳程度增大。 1998 年深圳长途汽车公司的周鹏应用人体生理学、现代神经学、电子工程学分析了驾驶员疲劳事故隐患的起

14、因 , 提出消除疲劳事故隐患必须消除司机开车时的异常疲劳和大脑麻痹。根据这一思想他研究了佩戴于司机小腿部与手腕部的“司机疲劳事故预防器” , 该仪器能在十几分钟至一二小时内消除司机已有的疲劳状况 , 清醒大脑。他还认为目前国内外项目研究进展缓慢的根本原因是仅单纯从工程角度研究开发机动车辆驾驶员驾驶疲劳检测装臵。对交通事故统计资料的研究结果表明 , 80%的交通事故与驾驶员的主动安全性因素有关。 但是驾驶员的主动安全性因素包括许多复杂、多变和不确定性因素 , 或具有时滞、非线性等复杂关系 , 难以用通常的控制理论进行分析和控制。2000 年 , 石坚、吴远鹏、卓斌 ( 上海交通大学动力与能源工程

15、学院 ) 和马勇、许晓鸣 ( 上海交通大学自动化系 ) 通过传感器测量驾驶员驾驶时方向盘、 踏板等的运动参数来判别驾驶员的安全因素 , 发现方向盘的操纵情况与驾驶员的疲劳程度具有一定的联系 , 方向盘较长时间不动 , 说明驾驶员在打瞌睡。我国现已有几种结构简单、使用方便且价格低廉的疲劳程度报警器 , 如郑州机务南段工程师董世衍采用近红外线光电技术研制成功的一种防止驾驶员打瞌睡的警报装臵。这套装臵分 2 部分 , 一部分是主机 , 另一部分是眼镜框架。戴上这副眼镜框架 , 打瞌睡或眼毛运动变化 , 传感器就迅速将信息报告给主机 , 发出警报。当驾驶员昏昏欲睡 , 眼睛刚闭合时 , 小铁盒就发出“

16、滴滴滴”的报警声 ; 若驾驶员继续瞌睡 , 小铁盒就“通知”相联装臵采取自动停车措施。总体来看 , 我国对于机动车辆驾驶中驾驶疲劳测评方法的研究 , 同发达国家相比 , 还有很大的差距。在应用方面美国的研究较为先进，而国内相当缺乏这方面的核心技术。即使有少量的产品推出，也是使用了美国的技术，甚至是直接进口设备在国内组装因此中国的防疲劳驾驶系统的开发与应用迫在眉睫。参考文献1. 龚雯 疲劳驾驶预警系统的研究 D 华东师范大学 , 2006 . 2. 刘霞 基于视频的驾驶员疲劳状态检测研究 D 西安理工大学 , 2006 . 3. 李衡峰 基于综合集成的驾驶疲劳识别 D 中南大学 , 2005 . 4. 于兴玲 驾驶员眼睛检测与定位方法研究 D 西安建筑科技大学 , 2007 5. 韩相军 基于 DSP的驾驶疲劳实时检测系统研究 D 首都师范大学 2006 6. 曹倩霞 基于眼睑运动的司机疲劳检测 D. 中南大学 ,2005 7. 陈艳琴 关于司机疲劳监测的人眼检测与跟踪研究