基于駕駛模擬的疲勞識別與車載預警設備設計探討

　　【內容摘要】駕駛員在長時間連續行車之后，可能會由于疲勞駕駛而導致駕駛員的大腦反應機制以及行車操作能力大打折扣。具體反映在駕駛員行車速度減緩、遇到突發事件的反應能力變慢等。而導致疲勞駕駛的原因除了連續行車之外，也有諸如睡眠質量不好、個人疾病等原因。為了盡量避免此類情況的發生，開發出一款車載預警設備，使該設備能夠對駕駛員及時地進行疲勞識別，以適時地對駕駛員給出是否可以繼續駕駛的建議，是十分有益的。本文就是就以上情況，結合時代背景與現在科技水平的發展狀況來探討基于駕駛模擬的疲勞識別與車載預警設備的設計問題。

　　本文源自穆王君， 產業與科技論壇 發表時間：2021-01-15《產業與科技論壇》雜志，于2006年經國家新聞出版總署批準正式創刊，CN:13-1371/F，本刊在國內外有廣泛的覆蓋面，題材新穎，信息量大、時效性強的特點，其中主要欄目有：學術交流、碩博論壇、創新故事等。

　　【關鍵詞】疲勞駕駛; 預警系統; 車載預警設備; 駕駛模擬; 疲勞識別

　　【基金項目】本文為陜西工業職業技術學院項目“疲勞駕駛預警手環的研究與設計”( 編號: ZK19 - 20) 研究成果。

　　【作者單位】穆王君，陜西工業職業技術學院

　　隨著我國綜合國力的不斷增強，人民的生活品質也不斷提升，汽車作為常用的出行工具，被千家萬戶所購買、使用。而在駕駛汽車的過程中，注意勞逸結合、謹慎小心駕車是十分必要的。根據近些年汽車交通事故原因調查報告中的相關數據表明，疲勞駕駛是導致交通事故的主要因素之一。倘若能有一項車載預警設備，可以在行車過程中對司機進行疲勞識別，使司機在經過車載的預警設備警示后及時休息，就可以在一定程度上避免悲劇的發生。倘若可以研發出這樣的設備，不管對國家還是對社會都是十分有意義的。

　　一、在進行疲勞識別以及車載預警設備研發的過程當中可能會遇到的問題以及需要注意的幾個方面

　　根據調查表明，由于疲勞駕駛的原因十分復雜，其表現也存在著個體差異，所以其檢測起來也不是易事，對于同一個駕駛員而言，其在疲勞駕駛時，雖然其心理的狀態與正常駕駛時十分不同，但是這些心理狀態很難通過分析來得到; 而駕駛員在疲勞駕駛時雖然生理狀態也與正常行車的狀態存在差異，但是不同的駕駛員的相關生理數據也不是十分相同，若借助這兩方面來進行檢測勢必要遇到相當大的困難。并且，即使能夠利用某些技術檢測出來相關數據，這些數據也缺少一個統一的評判標準。而通過采用在行車過程中識別駕駛員的面部特征的方法來進行疲勞識別這一方式也是不能采納的，這是由于倘若直接只借助識別駕駛員外部特征的方式來進行疲勞識別，可能會受到光線、外部環境等因素的影響，進而導致識別結果受損。

　　綜合上述分析，本文采用了基于駕駛模擬技術來實現疲勞識別與車載預警設備的設計。通過采用駕駛模擬技術來分析駕駛員在正常行車狀態下的操作特征以及在疲勞駕駛狀態下的不同操作特征，在獲得大量的相關數據后，對所掌握的駕駛員在不同的行車狀態下的行車數據、自身操作數據等進行分析，方能根據此來進行車載預警設備的設計，由此開展基于駕駛模擬的疲勞識別與車載預警設備的設計。

　　二、進行疲勞駕駛模擬測試的相關操作以及所采用的方法

　　對于疲勞監測，可以采用主觀與客觀兩種評價形式來進行第一步的篩查。主觀評價即為駕駛員對于自身的行車狀態的評價，一般是由駕駛員在行車過程當中自己感受到自己心情、身體狀態的變化而得出結論的。也可以采用車內乘客的評價來進行輔助。對于主觀評價，是建立在個人感覺與情感之上的，不是一種可靠地評價方式，僅可當做一個參考。而客觀評價是不以人的意志為轉移的一種評價方式，在進行設備設計時也是以客觀評價為主，主觀評價為輔，下面就站在客觀評價的角度來展開探討。

　　對于疲勞識別方法的研究，是建立在駕駛模擬的相關操作之上的。所以倘若想更好地掌握疲勞識別的方法，首先就是對駕駛過程進行模擬。通過駕駛模擬器，可以對駕駛過程來進行模擬，且這種方式較為安全。這是因為，若要通過模擬行車過程的方式來進行數據分析，就不可避免地要進行疲勞駕駛過程的模擬，而倘若采取真實的疲勞駕駛方式來測算數據，有著很大的風險，對于駕駛員的安全也存在著很大的挑戰。而駕駛模擬器與實際的駕駛過程十分類似，采用駕駛模擬器進行駕駛過程中產生的相關數據也與實際駕駛過程中的數據十分貼近，最重要的是，采用駕駛模擬器來進行駕駛模擬，很好地保證了駕駛員的人身安全。除此之外，駕駛模擬器還具備著其他優勢。對于駕駛過程中數據的收集，通過駕駛模擬器來進行采集就更為方便。比如，在駕車行駛過程中對于檔位的轉換、駕駛員對于方向盤的轉動角度、駕駛員的行車速度等數據都是可以借助駕駛模擬器來進行采集與記錄的，并且駕駛模擬器采集到的行車數據準確性要高于實際駕車過程中人為采集到的數據。因此，采用駕駛模擬器來進行駕駛模擬是一個比較合理的方案。

　　在利用駕駛模擬器進行模擬的過程當中，對于駕駛環境的設置也至關重要。在設計過程中，應保證駕駛環境的真實性，合理對周遭車輛進行布局，充分考慮在正常行車時可能遇到的各種情況，例如超車、減速讓行等情況的發生也要考慮在內。在模擬過程中，對于正常駕駛與疲勞駕駛都要針對同樣的情況來采集到不同狀態下的數據，至于這樣才能針對數據來進行分析和比對。

　　利用模式識別技術來進行測算，再基于數據對疲勞識別系統來進行研發。還可以確定的是，對于車載預警設備，也要在模擬駕駛的過程中進行測試。除此之外，在進行駕駛員的數據采集之時，既要保證測量的嚴謹性，也要盡可能多的召集不同的駕駛員來進行模擬。只有盡可能多的取樣，得到大量的數據，方可進行對數據的分析。

　　三、對于基于駕駛模擬的疲勞識別與車載預警設備在設計過程中應注意的要點

　　利用駕駛模擬器在采集到不同情況下充足的行車數據后，通過對大量數據進行分析，來設置在駕駛員疲勞時相關操作的臨界值，繼而達到在該設備通過數據分析得知駕駛員處于疲勞狀態時，利用車載預警系統進行結果輸出，起到對駕駛員的警示作用的效果。對于車載預警系統，要具有語音輸出的功能，這樣才能在檢測到相關操作數據到達疲勞駕駛的參考值時，通過語音的形式來及時提醒駕駛員。同時，為了避免車載預警設備的音量不足以使駕駛員聽到，在進行設備設計的過程中，該設備的默認音量值應為最大。由于該設備主要是用于對駕駛員行車過程中的狀態監測，以及時地向駕駛員提供提醒，所以該設備對于實時性要求較高。

　　在進行基于駕駛模擬的疲勞識別與車載預警設備的設計時，可以采用神經網絡技術來實現相關功能。使用神經網絡技術來實現設備的設計可以根據在模擬駕駛過程當中收集到的樣本信息，結合駕駛模擬器的結論來進行調參，使用這種方法可以提高系統的數據準確性。

　　在對基于駕駛模擬的疲勞識別與車載預警設備進行設計時，不僅要使用到信息技術、人工智能技術，還要應用到數字通信技術、傳感技術等，這對設計者的技術水平要求極高，尤其該設備的研發與應用可能涉及到駕駛員的人身安全，更加要慎之又慎。從數據采集到數據分析，再到最后的結果輸出，每一步都要基于科學的分析來得出結論，要采用實時監測技術來進行相關監測，方能得到比較真實的結果。

　　四、結語

　　在社會不斷進步、人民生活水平不斷提高的今天，為了使出行更加方便，許多人采用駕車出行的出行方式。而疲勞駕駛可能導致交通事故的發生，為了盡量使疲勞駕駛的狀況得到改善，本文主要針對基于駕駛模擬的疲勞識別與車載預警設備在設計過程中可能遇到的問題以及所采用的設計方法、設計過程中的相關注意事項來進行討論。對于一個實時性較強、功效較為完善的疲勞駕駛車載預警系統，可以很好地對行車過程中的駕駛員進行監測，在監測到駕駛員處于疲勞狀態時及時地發出語音提醒，從而可以更好地保障駕駛員能夠安全駕車。相信經過對該類系統的不斷修改、測試、完善，必能使該系統在全國范圍內普遍推廣使用，使我國的交通事故率顯著下降。