A Study on the Adaptive Multiple Warnings Scheme for Driver Drowsiness

研究了听觉、视觉和触觉等3类预警方式的预警效果,提出了疲劳预警的设计原则.深入研究了复合式预警的4种效果叠加模式,设计了一套适应于不同疲劳状态的复合式预警方案,实验结果表明该方案全面提高了疲劳预警的效果.     

不同干预方式下右转车辆避让行人效果研究

为探究车辆右转过程中不同干预方式对驾驶人未规避行人行为的改善情况,设计听觉警示、触觉警示、形式惩罚、利益惩罚和道德惩罚5种干预方式,分为控制组、警示组和惩罚组,试验基于眼动仪和模拟驾驶仪展开。定义注视次数、注视点分布信息熵、平均注视时间、视线转移路径、区域关注概率和瞳孔面积6项指标表征驾驶人眼动特性,提取制动踏板深度比例、行车速度2项指标反映车辆运行状态。经方差分析确定各干预方式差异的显著性水平,从注视特性指标、扫视特性指标、瞳孔面积指标、驾驶人制动指标和机动车制动指标5个方面分析不同干预下驾驶人视觉及操纵响应特征,并收集被试反馈的追踪问卷。试验结果表明：不同干预方式对右转车辆未避让行人均有规范作用,各组干预效果由强到弱依次为利益惩罚、道德惩罚、形式惩罚、触觉警示和听觉警示。利益惩罚性主动干预效果优势显著,注视点分布信息熵最高为0.74,右侧平均注视次数为6次,平均注视时间增加至13.25 s,驾驶人对右侧注视概率增加至0.403,瞳孔面积明显增大,制动踏板深度比例维持在0.8,右转车速下降至20 km·h^-1以下,谨慎驾驶程度和避让行人意识均有提升。一致性追踪问卷调查表明,结束试验时32%的驾驶人对利益惩罚印象深刻,驾驶人对其主观认可度高达83%,具有较强的推广性;该干预方式可帮助驾驶人规范驾驶行为,树立避让行人的安全驾驶意识。     

基于嗅觉和听觉刺激的驾驶员疲劳唤醒方法研究

针对驾驶员在疲劳状态下易引发交通事故的问题,提出一种基于嗅觉和听觉刺激的驾驶员疲劳唤醒方法,研究以薄荷气体和阿尔法脑波音乐作为刺激源的唤醒效果,采用主观疲劳问卷和心电（ECG）、脉搏（PPG）以及呼吸（RESP）生理信号作为疲劳唤醒有效性判断指标。结果表明,两种方案的心电、脉搏以及呼吸生理数据均显示能有效干预驾驶疲劳,与主观疲劳问卷调查结果相一致,验证了基于嗅觉和听觉刺激的驾驶员疲劳唤醒方法的有效性,且基于听觉刺激的唤醒方案唤醒效果更佳。     

基于并行短时面部特征的驾驶人疲劳检测方法研究

为实现更快速、准确的疲劳预警,提出了一种基于并行短时面部特征的驾驶人疲劳检测方法。基于加入了MicroNet模块、CA注意力机制、Wise-IoU损失函数的YOLOv7-MCW目标检测网络提取驾驶人面部的短时面部特征,再使用并行Informer时序预测网络整合YOLOv7-MCW目标检测网络得到的面部时空信息,对驾驶人疲劳状态进行检测与预警。结果表明：在领域内公开数据集UTA-RLDD和NTHU-DDD上,YOLOv7-MCW-Informer模型的准确率分别为97.50%和94.48%,单帧检测时间降低至28 ms,证明该模型具有良好的实时疲劳检测性能。     

基于转向盘操作的疲劳驾驶检测方法

疲劳驾驶是引发道路交通事故的主要原因之一,研究利用转向盘操作行为特征检测驾驶人疲劳的方法对改善交通安全具有重要意义.研究通过分析基于驾驶模拟器的疲劳状态下的实验数据,提取了描述疲劳状态的不同特征参数,运用方差分析方法量化了不同驾驶状态下特征参数的差异性水平,优化出转向盘转角标准差、转向盘角速度标准差、转向盘转角变异系数、转向盘转角熵和零速百分比5个参数作为疲劳驾驶的有效特征参数组.建立了基于支持向量机的驾驶人疲劳状态检测模型,并采用测试集样本对搭建的模型进一步验证,结果表明该模型对驾驶人疲劳的模型检测准确率为81.33％,灵敏度为85.33％,特异度为77.33％.     

考虑驾驶人风格的跟车预警规则研究

为研究驾驶人的跟车特性及探究可适用于不同风格驾驶人的跟车预警规则,为自动驾驶车辆开发可满足不同用户驾驶需求和驾乘体验的主动安全预警系统,选取50名被试驾驶人开展实车试验,采集驾驶人跟车行为表征参数并基于雷达数据确定跟车事件提取规则。选取平均跟车时距和平均制动时距为二维向量,使用基于K-means聚类结果的高斯混合模型将驾驶人聚类为3种风格类型(冒进型、平稳型、保守型)。通过分析3组驾驶人的跟车及制动数据,将不同类型驾驶人的制动时距分位数作为跟车预警阈值,结合实际预警数据及不同制动时距分位数对应的预警正确率,对现有跟车预警规则进行调整,以适应不同类型驾驶人的驾驶需求。研究结果表明:3组驾驶人的平均跟车时距和平均制动时距差异显著,冒进型驾驶人倾向于选择较小的跟车时距和制动时距,保守型驾驶人的跟车时距和制动时距则普遍较大;3组驾驶人的实际跟车预警次数为215次,驾驶人采取制动操作而系统未予以预警的次数为329次,系统整体预警正确率为21.9%,漏警率为87.5%,通过分析信息熵等判定当前预警规则并不合理;将每类驾驶人制动时距的10%分位数作为阈值时的预警效果较好,调整后的跟车预警规则能在一定程度上适应不同的驾驶人类型。     

预警时间对信控交叉口避撞驾驶行为的影响研究

研究不同预警信息发布时间下,不同性别驾驶人对于交叉口迎头侧面避撞情景驾驶行为影响规律,为提高车辆避撞预警系统功效性提供理论依据.基于汽车驾驶模拟器设计实验,招募具有稳定驾驶能力的驾驶人45名,采集7种预警信息发布时间(2.5～5.5 s),将无预警作为控制组,采用C#编程提取能够表征驾驶行为的变量.用方差分析和线性回归方法分析在交叉口迎头侧面碰撞情景下不同预警信息发布时间对驾驶人的制动时间、最大减速度、测试车辆与冲突车辆的最小距离的影响.结果表明,预警信息发布越早,驾驶人的制动时间越长,最大减速度越小,说明较早发布预警信息可以减缓驾驶人采取制动措施的剧烈程度.同时,预警信息发布较早,可以增大车辆间的最小间距,降低碰撞事故发生的可能性.此外,女性驾驶人的驾驶行为比男性驾驶人更加保守.     

险情中驾驶人接管自动驾驶车辆的驾驶行为研究

为了指导驾驶人安全地使用自动驾驶系统,在模拟驾驶仿真平台上研究驾驶人在复杂交通环境下实现自动驾驶切换到手动驾驶的绩效表现,以及影响驾驶人驾驶方式切换过程的因素。试验收集了36名驾驶人在2种险情下切换驾驶方式过程中的驾驶行为数据,包括驾驶速度、车头间距、车辆横向位移和车辆转向等数据。研究结果表明:部分驾驶人会在险情提示出现之后即刻切换驾驶方式,而部分驾驶人则在提示出现之后继续监控道路和车辆信息,直到交通冲突出现的时候才进行驾驶方式切换;对上述2种切换方式进行独立分析发现,进行第2种切换的驾驶人在接管车辆之前所处的状态(玩游戏或者听音乐)对驾驶人接管车辆所用的切换时间有显著性影响,驾驶人处于玩游戏的状态下接管车辆所用的时间会小于驾驶人在听音乐状态下接管车辆所用的时间;切换方式对车辆横向位置有显著性影响,而且进行第1种切换的驾驶人在后续的驾驶过程中能保持较小的安全速度行驶,说明"切换方式1"与"较小的安全车速"存在相关关系,但二者的因果关系尚需深一步研究。     

车路协同环境下道路无信号交叉口防碰撞系统警示效果

为了验证车路协同环境下道路交叉口防碰撞系统(CCPS)的实际警示效果,尤其是深入理解其对驾驶人心理和习惯的影响,日本爱知县丰田市开展了大规模实车试验,检验经过无信号交叉口从支路左/右转弯进入主干道的车辆获取CCPS信息后的冲突风险变化情况。应用统计模型分析了驾驶人社会属性、交通环境、CCPS信息提示模式(包括不提供信息、同时提供早期预警信息和晚期警报、仅在紧急情况时提供警报3种模式)等因素对驾驶人实际选择规避碰撞时间的影响,进一步研究8种类型驾驶风格对CCPS警示效果的影响,比较了高龄/非高龄群体的差异。应用PraisWinsten面板校正标准误差的一阶自回归模型有效解决了驾驶人多次试验观测的序列相关问题,较好地解析了不同驾驶风格对规避碰撞时间的影响。结果表明:除了自信熟练型驾驶人和争分夺秒型驾驶人外,该系统对其他6种类型驾驶人都具有显著影响,不同的警示方式对高龄/非高龄驾驶人的警示效果具有显著差异;现有CCPS预警设置有可能增加有条不紊型高龄驾驶人、粗心烦躁型高龄驾驶人和身份体现型非高龄驾驶人的转弯风险;通过开展面向个人驾驶习惯的CCPS系统设计,有望改进CCPS的适应性和可靠性。     

汽车主动安全预警系统警告触发方式研究

确定了汽车主动安全预警系统基于听觉、视觉和触觉为主的警告触发研究策略,在模拟驾驶环境中,分析比较了单一或组合的警告触发方式对驾驶人员操作行为的影响.通过驾驶人员主观判断筛选出适合作为警告触发方式的方案,并借助开发的车道偏离预警系统实际获取不同警告触发方式下驾驶人员的响应时间.对不同警告触发方式下驾驶人员操作的正确人数、平均响应时间和方差三者统计分析,确定听觉和视觉的组合警告更适合作为中国驾驶人员的警告触发方式.     

疲劳驾驶预警系统的研究进展

疲劳驾驶已成为交通安全的重要隐患,严重威胁着人们的生命和财产安全。本文分析疲劳驾驶预警系统的研究难点,介绍当前有代表性的预警系统,并在此基础上对这些预警系统的优缺点进行了对比分析,最后对疲劳驾驶预警系统的发展趋势进行了展望。     

考虑道路平曲线设计的驾驶疲劳对车道保持能力影响研究

不同的道路平面线形几何设计对于驾驶人车道保持能力的需求是有差异的,驾驶人受疲劳程度影响也会呈现车道保持能力下降的趋势,当前的研究未综合考虑以上2个因素:线形和疲劳程度对驾驶横向表现的交互影响.邀请41位被试者分别开展550 km的实车实验,获取车辆位置信息GPS以匹配道路线形类型,基于问卷调查方法获取驾驶过程疲劳等级.分析不同疲劳程度、不同平面线形类型以及弯道半径条件下的车道偏离标准差参数,构建了多元线性回归模型.数据分析结果表明,相同疲劳程度下驾驶人在圆曲线段驾驶的偏离值要超过直线段以及缓和曲线段;当弯道半径超过5 500 m时,曲线段弯道半径越大,车道偏离差值越高.同时,考虑了线形影响的多元线性回归模型对疲劳程度的预测精度要高于未考虑线形因素的模型,进一步说明在针对驾驶疲劳行为表现开展研究时,有必要对道路设计参数加以考虑以提高疲劳辨识精度.      

基于脉搏波特征融合的驾驶疲劳检测方法

疲劳驾驶是交通事故的主要诱因之一,精确检测驾驶人的疲劳程度是主动预防疲劳驾驶事故的核心内容之一。通过开展自然驾驶试验,以驾驶人的生物信号脉搏波（Blood Pressure Waveform,BPW）为数据源,使用脉搏波波形分析方法从中提取有效表征驾驶疲劳的特征指标,构建用于检测驾驶疲劳等级的BPW特征指标集,在此基础上引入D-S证据理论建立了基于BPW特征融合的驾驶疲劳检测模型。结果表明：该模型对测试数据的疲劳驾驶理论检测精度达到了91.8%,优于贝叶斯网络模型的81.4%和支持向量机模型的84.3%,能够满足实际应用的需求,但与决策回归树检测模型99.7%的精度相比较还有差距。研究获得的基于生物信息融合的驾驶疲劳检查模型和方法在驾驶疲劳检测与监测中具有很好的应用前景,可为辅助安全驾驶和疲劳预警及主动干预提供新的技术方案。     

营运长途客车驾驶员疲劳累积规律及模型研究

研究营运长途客车驾驶员的疲劳累积规律是保障公共交通安全的需要.针对黑龙江省海伦市营运长途客车驾驶员,设计疲劳累积随车实验,采集驾驶员状态视频及驾驶员感知判断能力、自我主观疲劳评价等指标,利用视频分析处理软件将驾驶员状态视频转化为PERCLOS-P80值,以此作为疲劳程度的衡量指标.分别从原始疲劳和驾驶疲劳2个方面,对营运长途客车驾驶员疲劳累积规律进行分析,得出原始疲劳与前1d的实际睡眠时间呈负相关、与驾驶时间差呈正相关;驾驶疲劳与原始疲劳及连续驾驶时间呈正相关、与累计休息时间呈负相关的结论.建立了疲劳累积与驾驶员工作、休息时间的关系模型,运用回归技术对模型进行标定,其拟合优度达到0.929.在此模型的基础上,对不同原始疲劳值的驾驶员提出了连续驾驶时间的风险临界值(F=0.3时),给出了营运长途客车驾驶员工作休息建议,为其安全驾驶提供指导.      

基于Python的驾驶员打哈欠在线检测方法研究

驾驶疲劳是造成交通事故的主要诱因之一。由世界卫生组织发布的调查研究结果表明,在高速公路中由疲劳驾驶引起的交通事故率占了将近百分之四十,驾驶疲劳检测和预警的技术也越来越受到研究人员的重视。而驾驶员打哈欠是疲劳形成过程中的一个直观指标,文章提出基于Python平台开发一套在线检测驾驶员打哈欠的系统,方法简单、指标稳定可靠,具有实际应用价值。     

基于多源数据的单调道路环境与驾驶疲劳关系模型

为了研究单调道路环境对驾驶疲劳的影响,采用眼动仪、脑电仪等仪器设备在G109格尔木-西藏沿线开展实车驾驶试验,获取19名被试驾驶过程中的生理和驾驶行为等多源数据以及驾驶疲劳主观KSS量表,分析不同时间窗下各特征参数随疲劳程度的变化规律。采用不同海拔对应的植被等级作为单调道路环境的量化指标,将驾驶疲劳程度划分为清醒、轻度疲劳、重度疲劳3个等级,根据皮尔逊相关性和自变量共线性检验结果,选取脑电（α+θ）/β、平均眨眼持续时间、血氧含量和植被等级为自变量,驾驶人疲劳程度为因变量,建立基于有序多分类Logistic的单调道路环境与驾驶疲劳的关系模型,并分析单调环境下驾驶疲劳生成机理。研究结果表明：在高海拔单调道路环境下,短时驾驶疲劳主要与环境单调程度有关,驾驶时间并不是引起短时驾驶疲劳的主要因素;脑电α/β和心率与驾驶疲劳程度无显著相关性,脑电（α+θ）/β、平均眨眼时间与疲劳程度呈正相关,血氧含量与疲劳程度呈负相关。当植被覆盖率从较稀疏变为稀疏时,驾驶人警觉性较高,疲劳程度增加5.9%;随着植被覆盖率下降至非常稀疏状态,驾驶人会出现克服自身疲劳的情况,疲劳程度增加5.8%;当环境单调性进一步加剧,植被覆盖率降低至严重稀疏状态时,驾驶人疲劳程度明显增加,进入重度疲劳状态。研究成果可为单调道路环境下驾驶疲劳的预防奠定理论基础。     

基于功效系数法的交叉口黄色闪烁警示灯有效性评估

为解决黄色闪烁警示灯有效性量化评估的问题,提高交叉口的综合运行水平,减少交通事故的发生.针对3种不同类型交叉口黄色闪烁警示灯的综合评估问题,提出了基于驾驶模拟技术的评价方法,实现以微观驾驶行为数据结合基于熵权的功效系数法对黄色闪烁警示灯进行有效性综合评价.以国道101部分路段为背景搭建T形、十字形、畸形3种类型交叉口国标组和专项组的模拟驾驶实验场景,采用驾驶模拟实验方法,从3个层面选取8项评价指标,进行综合评估.结果表明,同类型交叉口设置黄色闪烁警示灯后其总功效均显著性提高,交叉口的安全性、舒适性及预见性水平得到提高.功效系数法能够科学合理的实现方案间的相互对比,具有较强的实用性,为黄色闪烁警示灯的设置提供理论依据.      

个体差异对转向指标疲劳辨识能力的影响分析

驾驶人个体差异是影响疲劳驾驶辨识准确性的重要因素。为了探究个体差异与基于转向行为的疲劳辨识效果之间的关系,量化个体差异对转向特征指标疲劳辨识能力的影响程度,通过自然驾驶试验,采集被试在清醒状态和疲劳状态下的真实驾驶行为数据,结合观察员问询打分和被试面部视频得到疲劳水平信息。设置双层滑动时间窗对每位驾驶人的自然驾驶行为数据进行处理,挖掘出9个疲劳驾驶转向特征指标。对每位驾驶人清醒和疲劳状态下的指标样本进行Wilcoxon检验,用Wilcoxon检验的|Z|值表示指标对驾驶疲劳的分类性能。以清醒和疲劳状态下指标有显著差异的被试数目最多为优化目标,得到指标最优的双层时间窗设定值。将|Z|值最大的被试逐个与其他被试两两组合,对清醒和疲劳状态下混合两被试指标样本数据进行Wilcoxon检验,得到被试组合指标的|Z|值。计算两被试的综合个体差异值,基于线性模型拟合两被试组合Wilcoxon检验的|Z|值和个体差异值,以拟合直线的斜率绝对值|k|量化个体差异对指标疲劳辨识能力的影响。研究得到基于自然驾驶行为数据的9个疲劳驾驶转向特征指标的最优时间窗,发现指标对疲劳驾驶的分类性能存在个体差异,并且指标的疲劳辨识能力会随个体差异增加而降低,进而影响基于转向行为指标疲劳辨识的准确性,其中方向盘转角下四分位标准差（X_q1std）的斜率绝对值最大（1.17）,方向盘转角标准差（X_jstd）的斜率绝对值最小（0.44）,疲劳辨识能力受个体差异影响最大和最小的指标分别是X_q1std和X_jstd。研究结果可为利用自然驾驶行为数据的疲劳驾驶特征提取及考虑个体差异的疲劳驾驶建模提供参考。