驾驶人疲劳监测预警技术研究与应用综述

基于各种物理传感器的疲劳驾驶监测预警技术(DFMP),是交通安全领域的研究重点。这类技术主要包括基于驾驶人生理特征、车辆运行状态以及驾驶人行为特征的疲劳监测。分析论述各种疲劳监测技术的研究现状与进展、优缺点以及应用状况,介绍目前世界上常用的疲劳监测系统。通过分析比较得出:车道偏离监测、车辆运动参数监测、基于人眼、头部运动以及面部状态的疲劳监测等是目前的热点研究方向;系统软硬件的提升、基于机器视觉的多传感器多参数信息融合等是疲劳监测技术重要的发展趋势;更强的实时性、准确性和鲁棒性是疲劳监测技术的发展目标。     

管制员疲劳状态下认知能力差异分析

为监测不同岗位管制员执勤过程中的疲劳状态,利用精神运动能力检测结合空间知觉感知测试仪设计试验方案,研究不同岗位管制员疲劳状态下的认知能力差异.结合试验获取的数据,运用K-means方法将管制员工作状态划分为清醒和疲劳.选取疲劳数据,通过KW检验理论计算并分析不同岗位间管制员疲劳状态下认知能力差异.结果表明:进近与区域管制员疲劳状态下警觉性差异度为75.495,即进近与区域管制员疲劳状态下管制员警觉性存在显著差异;进近与塔台管制员疲劳状态下注意力稳定性差异度为7.881,不存在显著差异.     

车载驾驶员疲劳驾驶预警与控制系统研究

为了识别与安全控制疲劳危险驾驶行为,有效预防与减少因疲劳危险驾驶导致的交通事故,基于疲劳检测分级、预警与自动智能控制技术,开发出车载驾驶员疲劳驾驶实时监测预警与控制系统。首先基于PERCLO方法,构建驾驶员疲劳检测与分级模型;然后根据所输出的驾驶员疲劳等级信息,提出疲劳驾驶三级预警原理,及其预警实现方式;最后以疲劳预警信息为基础,形成基于驾驶员不同疲劳等级预警的安全控制技术,并对处于深度疲劳的危险驾驶行为,构建自动智能紧急控制停车系统,重点阐述系统的地形匹配、智能控制,以及自动驾驶与停车三大核心技术,并提出相应的系统硬件构成,为系统工程应用提供理论与技术支持。     

基于层次分析法的空中交通管制员疲劳致因分析

本文通过递阶层次结构建立了管制员疲劳致因关系图,运用层次分析法(AHP)建立了管制员疲劳评价指标体系和层次结构模型,结合某空管局管制员实际工作情况,对管制员疲劳致因因素及其影响程度进行分析。研究结果表明,判断决策疲劳(权重C=0.648)为管制员主要疲劳类型,感知觉疲劳(C=0.229)和动作疲劳(C=0.122)为次要疲劳类型;工作强度(C=0.333)、轮班模式(C=0.25)、睡眠情况(C=0.154)为管制员疲劳的关键性致因,而生物节律、设备可操作性、空域环境是管制员疲劳的主要因素。通过对疲劳致因的识别从而提出相应的缓解措施,以达到保障航空器安全运行的目的。     

驾驶员注意涣散检测技术研究

通过对注意涣散时驾驶员头部运动及面部表情变化特征的分析,系统实时监测驾驶员眼睛、嘴巴位置和运动状态信息,构建驾驶员注意涣散特征表征参量,实现对驾驶员注意涣散状态信息的检测与提取。驾驶员注意涣散表征量具有复杂的非线性特征,利用BP神经网络非线性识别的优势对驾驶员注意特征进行模式分类,实现驾驶员不同注意涣散状态下的特征捕捉。同时采用Dempster-Shafer证据推理技术,对驾驶注意涣散多源表征信息进行决策融合,实现对驾驶员注意涣散状态的判断。结果表明,BP神经网络与D-S规则多源信息决策融合技术的运用提高了驾驶员注意涣散特征检测的准确性和可靠性。     

基于DSP虹膜识别防疲劳驾驶报警系统的研究

防止疲劳驾驶以主观监测和客观检测为主,但其在可靠性、成本、检测方法上存在不足,为此,设计了一套基于DSP虹膜识别防止疲劳驾驶报警系统。借鉴国内外学者的研究,遵循实时性、准确性、简洁性及经济性的设计原则,以虹膜识别算法为依据,DSP微处理器控制技术为基础进行了开发,该报警系统可在不干扰驾驶员的情况下,识别驾驶员身份,记录驾驶时间,识别疲劳驾驶并报警。测试结果表明:系统结构简单,实现了模块化。虹膜识别模块、计时模块基本满足了准确性和实时性的要求。     

疲劳及紧张状态管制员通话语音反应特征研究

为预防管制员工作中陷入疲劳及紧张状态,研究处于这2种状态时管制员的管制通话语音反应特征。通过管制模拟试验方式采集管制员在正常、疲劳、紧张和疲劳且紧张等4种状态的管制语音数据,并提取各状态下管制员回复机长的语音次数和反应时间,统计平均每架航班反应次数、整个管制任务及不同时段平均反应时间等3种参数,分析疲劳和紧张导致这些参数的变化特征。研究表明:疲劳和紧张将使管制员完成同等管制任务需要更多反应次数,疲劳时管制员反应速度变慢、稳定性降低,且两者会随工作时间增加变得更差;紧张将使反应时间稳定性降低,并使反应随工作时间增长而变慢。     

基于多通道信息融合的疲劳驾驶行为分析研究

为了克服单一通道信息在驾驶疲劳行为判定中的局限性,提出了综合运用多通道信息融合共同判定驾驶疲劳行为的方法。该方法在充分考虑各信息源相关性和互补性的基础上,优化采用驾驶人疲劳特征ECD、车道偏离程度SAAE、方向盘转动程度SWA等疲劳判别指标,运用MVAR进行多维特征向量提取,以有向无环支持向量机为融合算法,建立了基于多分类支持向量机的驾驶疲劳行为判定模型。结果表明,运用DAG-SVM进行多通道信息决策提高了疲劳驾驶行为检测的准确性和可靠性。     

疲劳状态下陆空通话语音特征变化研究

为预防空中交通管制不安全事件,利用陆空通话语音数据结合精神运动能力检测(PVT方法,研究管制员的疲劳预警机制。首先,通过处理管制模拟机训练过程中陆空通话的音频文件,截取有效的管制指令信息,提取重新定义的语速、音调等特征;然后,采用PVT方法测试管制员在每次训练前后的反应能力,对比各个语音特征和PVT测试结果;最后,采用箱型图统计观察各时间段语音特征的变化趋势,并通过k-means++算法分析疲劳状态下绝对和相对语音特征区间,观察管制员工作中疲劳的变化过程,提出安全红线。研究表明:所提出的方法可以通过语音特征有效监控管制员的工作状态,为人员疲劳进行预警,从而实现管制不安全事件的预防,提高安全管理水平。     

基于驾驶操作行为的驾驶员疲劳状态识别模型研究

以驾驶疲劳状态监测为研究对象,介绍现有几种疲劳检测方法及其优缺点,提出把驾驶行为操作和驾驶员生理指标相结合建立疲劳识别模型的思想。通过大量模拟器驾驶实验,建立驾驶操作和驾驶员生理指标之间的关系模型,并运用最小二乘法对数学模型进行了参数识别。利用驾驶员生理指标能较好判别驾驶员状态特性的特点,找出驾驶操作行为和驾驶状态之间的关系。研究结果有助于建立驾驶操作行为和驾驶员疲劳状态之间的关系模型。     

起重机械疲劳寿命分析预测软件开发及工程应用

随着国民经济的快速发展,起重机械的应用越来越广泛。在役起重机械的疲劳及由此引起的安全问题也愈来愈突出。以名义应力法为疲劳寿命预测的基本方法,采用双参数雨流计数法对随机载荷进行处理,根据Miner线性累积损伤模型计算随机载荷引起的疲劳累积损伤,然后对疲劳寿命做出分析预测。基于Matlab软件的图形用户接口开发环境,设计了工程应用型的疲劳寿命分析预测软件。采用所开发的疲劳寿命分析预测软件对起重机热点区的累积损伤和疲劳寿命进行分析计算与预测。根据4个测点的疲劳寿命分析结果,说明本文采用起重机结构疲劳损伤寿命预测方法比较合理,开发的疲劳寿命分析预测软件具有较好的工程应用价值,为快速进行在役起重机的疲劳寿命评估提供了平台。     

作业疲劳测量方法对比研究

作业疲劳是导致生产效率下降、事故发生的重要原因之一。研究作业疲劳对提高生产效率、减少事故的发生,以及保护劳动者安全和健康具有重要意义。而作业疲劳测量方法是作业疲劳研究的前提和基础。因此,本文首先对作业疲劳的分类及其导致疲劳的原因进行了简单概述,并归纳总结了目前常用的几种作业疲劳测量方法,包括：主观感觉询问表评价法、生理参数测试法、生物化学测试法、心理学测试方法以及几种方法相结合的综合测试方法,并分析了上述几种作业疲劳测量方法的测量目的、适用范围、以及各自的优缺点,且针对不同研究目的提出了作业疲劳测量方法的选择和使用原则,并探讨了几个重点作业疲劳测量方法的研究方向,以及作业疲劳测量方法的完善方法。     

A Device for Preventing Occupational Diseases of Lower Legs

Physiological processes characteristic of the fatigue of legs mainly appear when the worker’s activity requires standing. If the processes are intensive and regular, various diseases of legs, such as varicose veins and musculoskeletal disorders of legs and feet, can develop. Therefore, methods of reducing the fatigue of legs are important in occupational health protection. Air jet massage technology was developed and an appropriate massage device was built by the authors. The massage head turning around the lower leg and moving up and down gradually covers the leg’s surface. To determine the efficiency of the massage, fatigue processes were studied. These studies showed that jet massage effectively reduces both the subjective and objective fatigue symptoms. The device is convenient for use in industry, services, and at home.     

消防员运动性疲劳监测量表的应用研究

为探索消防员训练疲劳的监测方法及评价手段,通过对《运动员训练状态监测量表》的跨行业检验,分析了消防员运动性疲劳的产生因子;编制了监测量表共42道题目,包括:情绪应激、生理疲劳、心理疲劳3个应激分量表以及自我效能、体能恢复、自我调节、睡眠质量4个恢复分量表;统计得出量表筛查参考值,提出恢复对策。研究结果表明:量表总得分＜152分为正常;152~<167分为轻度疲劳;≥167分为中重度疲劳;应激分量表＜78分为正常;78~<88分为应激过度轻度疲劳;≥88分为应激过度中重度疲劳;恢复分量表＜96分为正常;96~<103分为恢复不足轻度疲劳;≥103分为恢复不足中重度疲劳。     

Detecting fatigue in car drivers and aircraft pilots by using non-invasive measures: The value of differentiation of sleepiness and mental fatigue

Introduction: Fatigue is one of the most crucial factors that contribute to a decrease of the operating performance of aircraft pilots and car drivers and, as such, plays a dangerous role in transport safety. To reduce fatigue-related tragedies and to increase the quality of a healthy life, many studies have focused on exploring effective methods and psychophysiological indicators for detecting and monitoring fatigue. However, those fatigue indicators rose many discrepancies among simulator and field studies, due to the vague conceptualism of fatigue, per se, which hinders the development of fatigue monitoring devices. Method: This paper aims to give psychological insight of the existing non-invasive measures for driver and pilot fatigue by differentiating sleepiness and mental fatigue. Such a study helps to improve research results for a wide range of researchers whose interests lie in the development of in-vehicle fatigue detection devices. First, the nature of fatigue for drivers/pilots is elucidated regarding fatigue types and fatigue responses, which reshapes our understanding of the fatigue issue in the transport industry. Secondly, the widely used objective neurophysiological methods, including electroencephalography (EEG), electrooculography (EOG), and electrocardiography (ECG), physical movement-based methods, vehicle-based methods, fitness-for-duty test as well as subjective methods (self-rating scales) are introduced. On the one hand, considering the difference between mental fatigue and sleepiness effects, the links between the objective and subjective indicators and fatigue are thoroughly investigated and reviewed. On the other hand, to better determine fatigue occurrence, a new combination of measures is recommended, as a single measure is not sufficient to yield a convincing benchmark of fatigue. Finally, since video-based techniques of measuring eye metrics offer a promising and practical method for monitoring operator fatigue, the relationship between fatigue and these eye metrics, that include blink-based, pupil-based, and saccade-based features, are also discussed. To realize a pragmatic fatigue detector for operators in the future, this paper concludes with a discussion on the future directions in terms of methodology of conducting operator fatigue research and fatigue analysis by using eye-related parameters.     

噪声对建筑施工人员作业疲劳影响实验研究

为了研究噪声对建筑施工人员作业疲劳的影响,设计噪声作业生理实验。先通过建筑施工作业疲劳分析确定疲劳测量生理指标,再通过施工作业现场噪声测量确定实验中作业环境噪声等级分类。根据实验中被试者心率指标变化率及作业疲劳自我评价量表对噪声作业疲劳程度影响进行分析,结果表明,施工人员作业疲劳受噪声影响;持续作业15min后噪声对施工人员作业疲劳程度影响显著;作业疲劳程度与作业环境中噪声值成正相关关系;施工人员作业后疲劳恢复程度不受作业环境噪声值大小影响。     

轮班制度对于地铁司机疲劳的影响

立足于轮班工作模式,阐述轮班制度对司机疲劳产生与积累的影响。介绍疲劳指数方法和池田公式的理论基础及模型构架,基于北京地铁13号线现行轮班表,分别应用上述两种研究方法进行地铁轮班司机疲劳程度的分析。两种方法的评估结果显著相关,均说明13号线现行轮班表的制定会导致司机疲劳的产生,存在安全运营风险。应用上述方法可实现对司机疲劳程度的非接触式测量,避免对司机驾驶作业的干扰,同时为地铁运营公司的安全管理人员制定合理的轮班方案,建立全面、量化的动态管理措施,提高行车安全保障提供了科学依据。