基于驾驶模拟的疲劳识别与车载预警设备设计探讨

　　【内容摘要】驾驶员在长时间连续行车之后，可能会由于疲劳驾驶而导致驾驶员的大脑反应机制以及行车操作能力大打折扣。具体反映在驾驶员行车速度减缓、遇到突发事件的反应能力变慢等。而导致疲劳驾驶的原因除了连续行车之外，也有诸如睡眠质量不好、个人疾病等原因。为了尽量避免此类情况的发生，开发出一款车载预警设备，使该设备能够对驾驶员及时地进行疲劳识别，以适时地对驾驶员给出是否可以继续驾驶的建议，是十分有益的。本文就是就以上情况，结合时代背景与现在科技水平的发展状况来探讨基于驾驶模拟的疲劳识别与车载预警设备的设计问题。

　　本文源自穆王君， 产业与科技论坛 发表时间：2021-01-15《产业与科技论坛》杂志，于2006年经国家新闻出版总署批准正式创刊，CN:13-1371/F，本刊在国内外有广泛的覆盖面，题材新颖，信息量大、时效性强的特点，其中主要栏目有：学术交流、硕博论坛、创新故事等。

　　【关键词】疲劳驾驶; 预警系统; 车载预警设备; 驾驶模拟; 疲劳识别

　　【基金项目】本文为陕西工业职业技术学院项目“疲劳驾驶预警手环的研究与设计”( 编号: ZK19 - 20) 研究成果。

　　【作者单位】穆王君，陕西工业职业技术学院

　　随着我国综合国力的不断增强，人民的生活品质也不断提升，汽车作为常用的出行工具，被千家万户所购买、使用。而在驾驶汽车的过程中，注意劳逸结合、谨慎小心驾车是十分必要的。根据近些年汽车交通事故原因调查报告中的相关数据表明，疲劳驾驶是导致交通事故的主要因素之一。倘若能有一项车载预警设备，可以在行车过程中对司机进行疲劳识别，使司机在经过车载的预警设备警示后及时休息，就可以在一定程度上避免悲剧的发生。倘若可以研发出这样的设备，不管对国家还是对社会都是十分有意义的。

　　一、在进行疲劳识别以及车载预警设备研发的过程当中可能会遇到的问题以及需要注意的几个方面

　　根据调查表明，由于疲劳驾驶的原因十分复杂，其表现也存在着个体差异，所以其检测起来也不是易事，对于同一个驾驶员而言，其在疲劳驾驶时，虽然其心理的状态与正常驾驶时十分不同，但是这些心理状态很难通过分析来得到; 而驾驶员在疲劳驾驶时虽然生理状态也与正常行车的状态存在差异，但是不同的驾驶员的相关生理数据也不是十分相同，若借助这两方面来进行检测势必要遇到相当大的困难。并且，即使能够利用某些技术检测出来相关数据，这些数据也缺少一个统一的评判标准。而通过采用在行车过程中识别驾驶员的面部特征的方法来进行疲劳识别这一方式也是不能采纳的，这是由于倘若直接只借助识别驾驶员外部特征的方式来进行疲劳识别，可能会受到光线、外部环境等因素的影响，进而导致识别结果受损。

　　综合上述分析，本文采用了基于驾驶模拟技术来实现疲劳识别与车载预警设备的设计。通过采用驾驶模拟技术来分析驾驶员在正常行车状态下的操作特征以及在疲劳驾驶状态下的不同操作特征，在获得大量的相关数据后，对所掌握的驾驶员在不同的行车状态下的行车数据、自身操作数据等进行分析，方能根据此来进行车载预警设备的设计，由此开展基于驾驶模拟的疲劳识别与车载预警设备的设计。

　　二、进行疲劳驾驶模拟测试的相关操作以及所采用的方法

　　对于疲劳监测，可以采用主观与客观两种评价形式来进行第一步的筛查。主观评价即为驾驶员对于自身的行车状态的评价，一般是由驾驶员在行车过程当中自己感受到自己心情、身体状态的变化而得出结论的。也可以采用车内乘客的评价来进行辅助。对于主观评价，是建立在个人感觉与情感之上的，不是一种可靠地评价方式，仅可当做一个参考。而客观评价是不以人的意志为转移的一种评价方式，在进行设备设计时也是以客观评价为主，主观评价为辅，下面就站在客观评价的角度来展开探讨。

　　对于疲劳识别方法的研究，是建立在驾驶模拟的相关操作之上的。所以倘若想更好地掌握疲劳识别的方法，首先就是对驾驶过程进行模拟。通过驾驶模拟器，可以对驾驶过程来进行模拟，且这种方式较为安全。这是因为，若要通过模拟行车过程的方式来进行数据分析，就不可避免地要进行疲劳驾驶过程的模拟，而倘若采取真实的疲劳驾驶方式来测算数据，有着很大的风险，对于驾驶员的安全也存在着很大的挑战。而驾驶模拟器与实际的驾驶过程十分类似，采用驾驶模拟器进行驾驶过程中产生的相关数据也与实际驾驶过程中的数据十分贴近，最重要的是，采用驾驶模拟器来进行驾驶模拟，很好地保证了驾驶员的人身安全。除此之外，驾驶模拟器还具备着其他优势。对于驾驶过程中数据的收集，通过驾驶模拟器来进行采集就更为方便。比如，在驾车行驶过程中对于档位的转换、驾驶员对于方向盘的转动角度、驾驶员的行车速度等数据都是可以借助驾驶模拟器来进行采集与记录的，并且驾驶模拟器采集到的行车数据准确性要高于实际驾车过程中人为采集到的数据。因此，采用驾驶模拟器来进行驾驶模拟是一个比较合理的方案。

　　在利用驾驶模拟器进行模拟的过程当中，对于驾驶环境的设置也至关重要。在设计过程中，应保证驾驶环境的真实性，合理对周遭车辆进行布局，充分考虑在正常行车时可能遇到的各种情况，例如超车、减速让行等情况的发生也要考虑在内。在模拟过程中，对于正常驾驶与疲劳驾驶都要针对同样的情况来采集到不同状态下的数据，至于这样才能针对数据来进行分析和比对。

　　利用模式识别技术来进行测算，再基于数据对疲劳识别系统来进行研发。还可以确定的是，对于车载预警设备，也要在模拟驾驶的过程中进行测试。除此之外，在进行驾驶员的数据采集之时，既要保证测量的严谨性，也要尽可能多的召集不同的驾驶员来进行模拟。只有尽可能多的取样，得到大量的数据，方可进行对数据的分析。

　　三、对于基于驾驶模拟的疲劳识别与车载预警设备在设计过程中应注意的要点

　　利用驾驶模拟器在采集到不同情况下充足的行车数据后，通过对大量数据进行分析，来设置在驾驶员疲劳时相关操作的临界值，继而达到在该设备通过数据分析得知驾驶员处于疲劳状态时，利用车载预警系统进行结果输出，起到对驾驶员的警示作用的效果。对于车载预警系统，要具有语音输出的功能，这样才能在检测到相关操作数据到达疲劳驾驶的参考值时，通过语音的形式来及时提醒驾驶员。同时，为了避免车载预警设备的音量不足以使驾驶员听到，在进行设备设计的过程中，该设备的默认音量值应为最大。由于该设备主要是用于对驾驶员行车过程中的状态监测，以及时地向驾驶员提供提醒，所以该设备对于实时性要求较高。

　　在进行基于驾驶模拟的疲劳识别与车载预警设备的设计时，可以采用神经网络技术来实现相关功能。使用神经网络技术来实现设备的设计可以根据在模拟驾驶过程当中收集到的样本信息，结合驾驶模拟器的结论来进行调参，使用这种方法可以提高系统的数据准确性。

　　在对基于驾驶模拟的疲劳识别与车载预警设备进行设计时，不仅要使用到信息技术、人工智能技术，还要应用到数字通信技术、传感技术等，这对设计者的技术水平要求极高，尤其该设备的研发与应用可能涉及到驾驶员的人身安全，更加要慎之又慎。从数据采集到数据分析，再到最后的结果输出，每一步都要基于科学的分析来得出结论，要采用实时监测技术来进行相关监测，方能得到比较真实的结果。

　　四、结语

　　在社会不断进步、人民生活水平不断提高的今天，为了使出行更加方便，许多人采用驾车出行的出行方式。而疲劳驾驶可能导致交通事故的发生，为了尽量使疲劳驾驶的状况得到改善，本文主要针对基于驾驶模拟的疲劳识别与车载预警设备在设计过程中可能遇到的问题以及所采用的设计方法、设计过程中的相关注意事项来进行讨论。对于一个实时性较强、功效较为完善的疲劳驾驶车载预警系统，可以很好地对行车过程中的驾驶员进行监测，在监测到驾驶员处于疲劳状态时及时地发出语音提醒，从而可以更好地保障驾驶员能够安全驾车。相信经过对该类系统的不断修改、测试、完善，必能使该系统在全国范围内普遍推广使用，使我国的交通事故率显著下降。