岳悅　申曉歡　尹歡歡　潘猛　陳彥良

【摘要】：據(jù)統(tǒng)計(jì)，全球每年因司機(jī)疲勞駕駛導(dǎo)致的交通事故死亡人數(shù)達(dá)60多萬(wàn)，直接經(jīng)濟(jì)損失約125 億美元。駕駛疲勞是指駕駛員在長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)駕駛機(jī)動(dòng)車(chē)過(guò)程中產(chǎn)生的心理、生理機(jī)能衰減以及反應(yīng)水平下降和操控效率降低的生理現(xiàn)象。疲勞是人的一種正常且無(wú)法從根本上避免的生理現(xiàn)象，所以針對(duì)疲勞駕駛檢測(cè)方法而進(jìn)行的研究就更具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。

本項(xiàng)目通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)外道路交通事故數(shù)據(jù)進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，并重點(diǎn)分析了疲勞駕駛事故中駕駛?cè)颂卣?、行為，以及通過(guò)用腦電波對(duì)駕駛員進(jìn)行的圖像分析，提出了防疲勞駕駛預(yù)防對(duì)策--基于腦電信號(hào)的防疲勞駕駛預(yù)警器。

【關(guān)鍵詞】：腦電信號(hào)；信號(hào)檢測(cè)；模擬駕駛；信號(hào)反饋；交通安全

【正文】

目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)駕駛疲勞的研究包括疲勞預(yù)防，疲勞檢測(cè)和疲勞消除等三個(gè)環(huán)節(jié)。疲勞預(yù)防是指針對(duì)出現(xiàn)疲勞的原因，提前做好預(yù)防措施。疲勞檢測(cè)是利用相關(guān)方法和技術(shù)檢測(cè)出司機(jī)在駕駛中的疲勞狀態(tài)。疲勞消除是指在意識(shí)到或檢測(cè)出駕駛員皮疲勞時(shí)，及時(shí)進(jìn)行干預(yù)消除。本研究主要針對(duì)疲勞檢測(cè)和疲勞消除兩個(gè)方面對(duì)駕駛員在行車(chē)過(guò)程中出現(xiàn)的疲勞狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控和干預(yù)。

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷向前推進(jìn)，現(xiàn)在人們已經(jīng)可以通過(guò)儀器捕捉到人大腦的腦電波信號(hào)（EEG）--檢測(cè)人疲勞的最佳信號(hào)，通過(guò)分析，提取，變換復(fù)雜的腦電波信號(hào)，把復(fù)雜的生物信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字模擬信號(hào)，進(jìn)而對(duì)該信號(hào)經(jīng)性分析出來(lái)。因此，對(duì)疲勞腦電信號(hào)的提取，定義，計(jì)算和分析也是本項(xiàng)目的首要任務(wù)。

由于腦電信號(hào)在真實(shí)駕駛環(huán)境條件下采集存在大量困難，且實(shí)驗(yàn)時(shí)我們所采用的電極帽以及連接的導(dǎo)線(xiàn)都會(huì)引起被試者的不適感覺(jué)和影響被試者的腦電波信號(hào)。因此我們采用實(shí)驗(yàn)室模擬駕駛環(huán)境來(lái)研究駕駛疲勞。那么我們?cè)谘芯窟^(guò)程中首先是怎樣定義人大腦中的疲勞信號(hào)的呢？通過(guò)利用Neuroscan128導(dǎo)腦電儀采集年齡分布在20至25周歲，且都身體健康，無(wú)精神功能性障礙，有正常規(guī)律的睡眠模式的不同實(shí)驗(yàn)者在同一時(shí)間段在不同清醒和疲勞狀態(tài)下的幾段腦電信號(hào)的分析和查閱相關(guān)醫(yī)學(xué)資料，我們發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過(guò)證實(shí)大腦至少有四個(gè)不同的波段

（1）"α"腦電波，頻率為8-12Hz 當(dāng)大腦處于完全放松的狀態(tài)下，或是在心神專(zhuān)注的時(shí)候出現(xiàn)的腦電波。

（2）"β"腦電波，頻率為14-100Hz 這種腦電波放映的是一種通常的，日常的清醒狀態(tài)下的腦電波情況，在這種狀態(tài)下我們會(huì)出現(xiàn)邏輯思維、分析以及有意識(shí)的活動(dòng)。

（3）"θ"腦電波，頻率為4-8Hz 這個(gè)階段的腦電波為人的睡眠初期狀態(tài)，介于全醒與全睡的過(guò)度狀態(tài)。

（4）"δ腦電波，頻率為0.5-4Hz 它為人的深度睡眠階段的腦電波，當(dāng)我們完全進(jìn)入沉睡時(shí)，大腦就以0.5-4Hz的頻率運(yùn)動(dòng)。因此通過(guò)檢測(cè)到"θ"波和"δ"波可以初步判定被測(cè)試者處于疲勞狀態(tài)。

通過(guò)便攜式電腦檢測(cè)儀對(duì)被測(cè)試者的實(shí)時(shí)腦電波進(jìn)行檢測(cè)和分析處理，當(dāng)檢測(cè)到司機(jī)腦電波中"θ"腦電波和"δ"腦電波居多時(shí)，將對(duì)司機(jī)進(jìn)行反饋，反饋信號(hào)則由我們?cè)O(shè)計(jì)的一個(gè)特定APP軟件來(lái)接收。

通過(guò)便攜式腦電檢測(cè)儀檢測(cè)到司機(jī)腦電波的變化，將感知的信號(hào)通過(guò)傳感器轉(zhuǎn)換成電信號(hào)并通過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)0和1。（0和1根據(jù)檢測(cè)到的腦電信號(hào)的頻率來(lái)劃分）0表示駕駛員處于疲勞狀態(tài)，1則代表駕駛員處于未疲勞的清醒狀態(tài)。再將轉(zhuǎn)化的高低電平信號(hào)傳達(dá)到我們?cè)O(shè)計(jì)的一款手機(jī)特定APP軟件，該APP軟件通過(guò)接收特定的0和1信號(hào)來(lái)對(duì)駕駛員的疲勞狀態(tài)進(jìn)行判斷。當(dāng)APP接收到信號(hào)0時(shí)，APP軟件將通過(guò)連接的蜂鳴器發(fā)聲，來(lái)提醒司機(jī)直到司機(jī)清醒，若司機(jī)此時(shí)恢復(fù)清醒狀態(tài)，則APP接收到信號(hào)1，APP則恢復(fù)到正常不發(fā)聲狀態(tài)。當(dāng)APP通過(guò)發(fā)聲提醒司機(jī)超過(guò)30秒時(shí)，司機(jī)仍未清醒，即該APP軟件超過(guò)30秒未從信號(hào)0轉(zhuǎn)化成信號(hào)1時(shí)，則APP通過(guò)設(shè)計(jì)的藍(lán)牙模塊來(lái)控制單片機(jī)，通過(guò)單片機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)汽車(chē)剎車(chē)制動(dòng)，以防止安全隱患的發(fā)生。

警報(bào)自動(dòng)報(bào)警，通過(guò)對(duì)駕駛員進(jìn)行及時(shí)、準(zhǔn)確判斷其疲勞駕駛狀態(tài)和干預(yù)控制，能夠有效防止疲勞駕駛。考慮到整個(gè)機(jī)器部件較多，且配合較精密，故我們建造了三維模型，以模擬其運(yùn)作方式，加強(qiáng)裝置的可靠性。同時(shí)還對(duì)現(xiàn)實(shí)情況進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)勘測(cè)，我們發(fā)現(xiàn)當(dāng)司機(jī)處于疲勞狀態(tài)，并且此時(shí)大腦發(fā)出的"θ"波和"δ"波被檢測(cè)到后，APP軟件感應(yīng)到了信號(hào)0并通過(guò)蜂鳴器發(fā)出報(bào)警信號(hào)，駕駛員被及時(shí)叫醒后并及時(shí)根據(jù)自身情況采取相應(yīng)措施消除疲勞后，駕駛員的腦電波信號(hào)出現(xiàn)了大量的"α"和"β"波，即處于清醒狀態(tài)。

本文的研究工作對(duì)疲勞駕駛的腦電信號(hào)分析進(jìn)行了初步探索，旨在對(duì)駕駛疲勞狀態(tài)進(jìn)行預(yù)警。應(yīng)當(dāng)提到的是，本研究只是對(duì)駕駛員的疲勞狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)并通過(guò)報(bào)警使駕駛員暫時(shí)清醒。而當(dāng)疲勞發(fā)生，駕駛員被預(yù)警器的發(fā)生叫醒后，駕駛員應(yīng)該采取一些措施來(lái)消除或緩解疲勞。消除疲勞的方式也有很多，駕駛員應(yīng)該根據(jù)自身情況來(lái)選擇適合自己的方式。如：音樂(lè)刺激，穴位刺激，薄荷或檸檬等醒腦氣味刺激，光線(xiàn)刺激等。

與此同時(shí)，更應(yīng)對(duì)駕駛員進(jìn)行宣傳教育，避免過(guò)度疲勞駕駛，在行車(chē)一定時(shí)間時(shí)采取適當(dāng)?shù)拇胧﹣?lái)減緩疲勞，從而減少由于疲勞駕駛引起的道路交通事故。本研究上存在一些局限性，比如模擬駕駛與實(shí)際駕駛之間仍然存在一些明顯差異，這也會(huì)對(duì)檢測(cè)的腦電波和實(shí)驗(yàn)結(jié)果造成一定的影響。而且，不同體質(zhì)，不同性別，不同年齡的駕駛員在疲勞駕駛時(shí)的腦電波也會(huì)有較大差異，這也是本實(shí)驗(yàn)局限性所在。隨著研究的深入和進(jìn)一步細(xì)化，我們需要采用更完善的實(shí)驗(yàn)研究方法和更貼近現(xiàn)實(shí)的模擬仿真環(huán)境以及更先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)設(shè)備，提取更有用的信息來(lái)分析和檢驗(yàn)駕駛員疲勞狀態(tài)，本文中我們采用的技術(shù)也需進(jìn)一步完善。

基于腦電信號(hào)的防疲勞駕駛預(yù)警器的研究發(fā)展至今，仍存在許多問(wèn)題，如時(shí)效問(wèn)題，檢測(cè)裝置靈敏問(wèn)題，報(bào)警器與接受的信息的連接問(wèn)題以及裝置性?xún)r(jià)比問(wèn)題。因此，在研究防疲勞駕駛預(yù)警器這條道路上，我們?nèi)匀沃囟肋h(yuǎn)。

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