胡鸿 HU Hong；易灿南 YI Can-nan；廖远志 LIAO Yuan-zhi；胡武 HU Wu
（湖南工学院安全与环境工程学院，衡阳 421102）
（Department of Safety & Environmental Engineering，Hunan Institute of Technology，Hengyang 421102，China）
摘要： 疲劳驾驶是世界性研究难题，目前已发展为国内交通安全研究热点之一，基于对疲劳驾驶相关专利、文献检索分析，得到国内外疲劳驾驶研究现状、研究热点与发展领域；然后对疲劳驾驶识别、疲劳驾驶预警，以及疲劳驾驶消除与控制三大核心技术的发展现状进行综述，指出疲劳驾驶发展方向。
Abstract： Driver fatigue is such a cosmopolitan difficult problem， and that it has become a hot topic in traffic safety research field in China. Based on the overview of the related patents， papers and its research status， hot topics， development fields of driver fatigue， then the three key technologies of driver fatigue research of detecting technology， warning technology， relieving and controlling technology are reviewed， and the direction scale inhibitor of driver fatigue research in the future is pointed out.
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关键词 ： 交通安全；疲劳驾驶；疲劳检测；疲劳预警；疲劳控制
Key words： traffic safety；driver fatigue；driver fatigue detection；driver fatigue warning；driver fatigue control
中图分类号：U491.31 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2015）18-0254-03
基金项目：湖南省教育厅科研项目（11C0357），湖南工学院科研项目（HY08027），湖南教育厅大学生研究性创新实验计划项目（湘教通[2011]272号-414），安全工程教育部第一类特色专业建设点项目（TS12328）。
作者简介：胡鸿（1979-），男，湖南邵阳人，湖南工学院安全与环境工程学院，副教授，博士研究生，研究方向为人因工程与安全。
0 引言
据中国汽车工业协会发布的数据[1]，2002年，中国年汽车产销量为300万辆，全国民用汽车保有量为2000辆，而2013年，产销量双超2000万辆，保有量达到13741万辆。迅速增长的汽车销量在带来汽车工业迅速发展、给人们带来方便的同时，也带来了许多负面影响。中国公安部交管局所提供的数据显示，2010 年共发生3906164 起交通事故，死亡 65225 人，受伤 254075 人，直接财产损失 9.3 亿元，这其中因疲劳驾驶而造成的事故约占 18.9%[2]。Maclean发现20%的交通事故都与疲劳驾驶相关，德国保险公司协会估计德国高速公路交通事故25%由疲劳驾驶引起，法国国家警察总署经调查发现20.6%的死亡事故是由疲劳瞌睡引起的，日本交通事故中1.0%-1.5%由疲劳驾驶所引起[3]。由此可见，驾驶员的疲劳驾驶是造成交通事故的重大原因，目前，疲劳驾驶研究已逐步成为国内外科研的热点领域，各汽车制造企业、高等院校、科研院所，以及个人等积极研究疲劳驾驶的识别技术和控制技术，申请了大量专利，发表了大量论文，很多高校研究生都以驾驶员疲劳驾驶为毕业研究课题，现有疲劳驾驶研究进展综述一般以疲劳识别方法或疲劳预警机制为对象[4-6]，本文将以国内外疲劳驾驶研究现状为研究对象，首先对国内外疲劳驾驶研究文献与专利进行检索与分析，分析出目前国内外疲劳驾驶安全发展水平与方向；然后对疲劳驾驶识别、预警与控制三大关键技术进行评述，剖析其存在的问题，以明确疲劳驾驶未来发展趋势与研究重点，为控制与降低疲劳驾驶风险奠定基础。
1 疲劳驾驶研究现状文献检索及分析
文献[7]提出由于学科的交叉性，学术界存在着“驾驶员疲劳”、“疲劳驾驶”和“驾驶疲劳”三种提法，该文认为“驾驶员疲劳”包括“疲劳驾驶”和“驾驶疲劳”，疲劳驾驶可能是由于睡眠不足或者长时间从事其他劳动而引起的，而驾驶疲劳则是长时间驾驶或者是由于道路的单调所引起的。因此分别以“疲劳驾驶”、“驾驶疲劳”、“driving fatigue”与“driver fatigue”作为教育期刊网 http://www.jyqkw.com
关键词 在中国知网进行检索，本文所提及疲劳驾驶包含驾驶疲劳。
1.1 疲劳驾驶专利检索
1.1.1 输入“专利名称＝疲劳驾驶”，共搜到专利197条，其中中国专利180条，外国专利17条，具体如表1所示。专利主要围绕疲劳检测、监测、预警而展开，其中与疲劳驾驶检测、监测有关的专利163条，与预警有关的专利71条（其中部分专利包含疲劳识别技术和预警、控制技术）。疲劳检测、监测的对象为驾驶员本身或车辆行驶状态，其中根据车辆状态（油门、刹车、离合器压力传感器，行车记录仪，车速传感器，发动机工作时间，方向盘转动角度，等）判断疲劳驾驶的专利65条，根据人的状态与行为（坐姿，脸部表情，头颈移动，等）来判断疲劳驾驶的专利98条。输入“专利名称=driving + fatigue”，搜到外国专利17条，其中，检测、监测15条（人的检测：9条，车检测：6条），预警2条。（表1）
1.1.2 输入“专利名称＝驾驶疲劳”，共搜到中国专利35条，其中驾驶疲劳检测、监测24条（人的检测：13条，车的检测：11条），疲劳预警或疲劳消除（制冷单元消除，制氧消除，经络穴位刺激消除，清醒仪，音波消除，等）相关专利18条；外国专利55条（专利名称=“driver + fatigue”），其中疲劳检测、监测相关专利48条（人的检测26条，车的检测22条），疲劳预警、消除相关专利11条。（表2）
1.2 疲劳驾驶文献检索
1.2.1 输入“篇名＝疲劳驾驶”，共搜到411条文献，其中期刊211条，博硕士论文76条。输入“篇名=疲劳驾驶+检测”，共搜到文献69篇，输入“篇名=疲劳驾驶+监测”，共搜到文献34篇，“篇名=疲劳驾驶+预警”，同时发现，无论是检测、监测或预警为题，研究内容都重点放在如何判断驾驶员是否处于疲劳驾驶状态，外文文献“篇名＝driving fatigue”62条，外文文献比较着重研究疲劳的形成机理、及疲劳消除等方面的研究。（表3）
1.2.2 输入“篇名＝驾驶疲劳”，共收到文献256条，其中期刊142条，博硕士论文49条， “篇名=驾驶疲劳+检测”42条，“篇名=驾驶疲劳+监测”11条，“篇名=驾驶疲劳+预警”3条，同样，无论题名是检测、监测还是预警，研究主体是疲劳识别，外文文献“篇名＝driver fatigue”114条。（表4）
1.3 疲劳驾驶文献检索分析
1.3.1 “疲劳驾驶”研究时间的区间分析 基于上述文献检索结果，结合由表1-表4及图1可知。
①疲劳驾驶相关研究与成果形成国外均早于国内。如国外最早有关疲劳驾驶文献出现在1987年前（国内第一篇文献为1987年）；国外在1975年就获得疲劳驾驶第一项专利（国内为1986年）。②疲劳驾驶研究在2000年前基本处于起步与缓慢发展阶段。如2000年以前，国内外发表的相关文献仅为36篇，获得相关专利仅为25个。③2000年后疲劳驾驶研究进入快速发展时期，年均文献与获得专利数量均呈现明显增加趋势，特别自2006年开始国内疲劳驾驶研究进入高速发展阶段，如2006年-2013年，年均发表文献60余篇（2011年达到82篇）；自2010年后国内相关专利集中喷发，年均获得专利30多项，2013年至统计截止日期（2013年11月21日）已高达75项。
以上文献与专利检索数据分析表明，疲劳驾驶研究与我国汽车行业发展趋势基本是吻合，此外，国家、社会与个体对安全驾驶日益关注与重视，为疲劳驾驶研究高速发展提供了良好的社会环境与实际需求，相关研究资金投入与技术发展为相关研究高速发展奠定了资金与技术基础，可以预计未来10年任将是疲劳驾驶研究高速发展期间。
1.3.2 “疲劳驾驶”研究内容的热度分析
对国内外“疲劳驾驶”的相关专利依据教育期刊网 http://www.jyqkw.com
关键词 “检测”与“预警”进行划分，可得到如图2所示专利检索结果显示的三方面热点研究内容。
①疲劳识别的“疲劳驾驶检测”相关专利达到250个，是目前疲劳驾驶最主要的研究内容。②疲劳驾驶检测专利技术主要集中在对驾驶员行为与车辆状态识别2个领域，其中通过驾驶员行为识别的专利146个，通过车辆状态及行为识别的专利104个。③疲劳驾驶预警相关专利与文献提出了声光报警，以及对发动机、变速器、ABS进行主动干预等技术；为消除驾驶员疲劳，相关专利与文献提出采用穴位电极刺激、光线刺激、振动刺激、音乐刺激等方式来实现。
1.3.3 “疲劳驾驶”研究领域的发展 基于上述文献与专利检索与分析，目前对驾驶员疲劳驾驶相关研究主要集中在疲劳检测、疲劳预警，以及疲劳消除与控制三个领域，由前面分析可知，驾驶员疲劳检测是实现安全驾驶的关键因素，可通过检测驾驶员状态和车辆行为或状态来实现，目前文献与专利检索结果表明目前研究主要集中在这个领域；根据疲劳识别结果，提出相关预警措施，如若驾驶员疲劳消除，车辆恢复安全状态，如果不能，需转入安全控制阶段，切入智能自动停车系统，目前这两个领域的研究文献还不多，相关技术还欠成熟。
2 疲劳驾驶控制检测技术现状
驾驶员在疲劳驾驶时脑电、心电、肌电信号会发生异常，并伴有频繁眨眼、打呵欠等面部特征，同时转向盘、油门和制动踏板长时间不动，甚至车辆会出现蛇形等危险驾驶行为[3]。因此，可通过检测驾驶员生理参数（如脑电、心电、肌电等）、行为（如眨眼频率、头部位置等），以及车辆状态（方向盘转动角度、车距等）来判断驾驶员是否处于疲劳驾驶状态。
根据疲劳检测结果判断驾驶员是否属于疲劳驾驶，如果属于，则需发出语音提示、警示灯和蜂鸣提示等警报信号，如文献[8]提出可采用WT588D模块进行语音报警；目前还有基于疲劳等级直接给予驾驶员物理刺激予以告警，比如座位振动提示[9]，电极刺激[10]等；同时，采取振动器、按摩器、制冷器以消除驾驶员疲劳，最终实现自动安全停车。
3 结论
3.1 随着汽车在我国迅速发展与大众化，疲劳驾驶严重威胁到交通安全，疲劳驾驶形成机理、疲劳驾驶行为失误别、疲劳预警与控制技术等正逐渐成为交通安全的主要研究方向。
3.2 疲劳驾驶相关文献与文献检索分析表明，国外相关研究早于国内，国内相关研究自2003年开发发展起来，目前疲劳驾驶识别与控制在国内外均属于交通安全与汽车安全等交叉热点研究领域。
3.3 目前国内外主要围绕疲劳驾驶识别、预警与控制三大核心技术展开，其研究领域与方法广泛涉及到安全科学、生理学、医学、行为科学、汽车工程、信息科学、电子检测与智能控制等，其中在疲劳识别原理与技术方面取得重要突破，但是检测识别系统的准确性、可靠性、抗干扰性、小型化与工程化等方面均存在一定问题，此外，接触式生理参数检测对安全驾驶不可避免地引入新危险；预警与控制技术目前还处以发展中，没形成相应成熟技术，比如疲劳等级划分标准、自动安全驾驶系统等，目前技术与系统难以满足工程应用要求。
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参考文献：
[1]2013年中国汽车产销量双超2000万辆[DB/OL].http：//www.guancha.cn/Industry/2014_01_10_198941.shtml.Automobile production and sales of China are more than 20 million in 2013 [DB/OL].http：//www.guancha.cn/Industry/2014_01_10_198941.shtml.
[2]2010年全国交通事故统计和解析[DB/OL]. http：//wenku.baidu.com/view/d71bd6bb1a37f111f1855b7f.html.The statistics and analysis of road accident in 2010 [DB/OL]. http：//wenku.baidu.com/view/d71bd6bb1a37f111f1855b7f.html.
[3]李都厚，刘群，袁伟，等.疲劳驾驶与交通事故关系[J].交通运输工程学报，2010，10（2）：104-109.
[4]孙伟，张为公，张小瑞，陈刚.疲劳驾驶预警系统的研究进展[J].汽车电器，2009（1）：4-8.
[5]孙伟，张为公，张小瑞，吕成绪，陈刚.疲劳驾驶检测方法的研究进展[J].汽车技术，2009（2）：1-5.
[6]袁翔，孙香梅.疲劳驾驶检测方法研究进展[J].汽车工程学报，2012，2（3）：157-164.
[7]谢晓莉.驾驶疲劳生成机理研究[D].北京：北京工业大学，2010.
[8]刘洋.基于STM32无线语言传输系统地通信协议[D].哈尔滨：哈尔滨工业大学，2010.
[9]翁时锋，庄力可，宋立滨，等. 疲劳驾驶检测系统及方法[P]. 中国专利.CN101976495A， 2011-02-16.
[10]吴一兵.司机疲劳驾驶监测及反馈刺激仪[P].中国专利. CN2891967，2007-04-25.
