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毫米波雷達技術(shù)有望成駕駛疲勞監(jiān)測新方法
2020-12-30 22:49:12· 來源：MEMS
如今監(jiān)測疲勞駕駛成為一個熱門研究方向。記者12月27日從哈爾濱工業(yè)大學獲悉，近日，由該校儀器科學與工程學院孫金瑋教授和他的團隊成員曹天傲、王啟松、劉丹、董
如今監(jiān)測疲勞駕駛成為一個熱門研究方向。記者12月27日從哈爾濱工業(yè)大學獲悉，近日，由該校儀器科學與工程學院孫金瑋教授和他的團隊成員曹天傲、王啟松、劉丹、董哲寧、劉潤樵等人完成的一項課題“基于毫米波雷達的駕駛疲勞監(jiān)測方法研究”，突破現(xiàn)有監(jiān)測手段的局限性，提出通過毫米波技術(shù)實現(xiàn)對疲勞駕駛狀態(tài)測量的全新科研思路，不僅實現(xiàn)了駕駛員疲勞狀態(tài)的實時檢測，而且可使監(jiān)測精度提升到85%以上。近日，該項研究相關(guān)論文被“電氣與電子工程師協(xié)會消費電子與計算機工程國際學術(shù)會議（ICCECE 2021）”專輯錄用，該團隊將受邀參會做專題報告。
據(jù)介紹，許多人在長時間連續(xù)開車行駛后，往往產(chǎn)生生理機能和心理機能的失調(diào)與不適，而在客觀上出現(xiàn)駕駛技能下降的現(xiàn)象，這就是常說的“疲勞駕駛”。駕駛疲勞會影響到開車人的注意、感覺、知覺、思維、判斷、意志、決定和運動等諸多方面，極易釀成道路交通事故。
在駕駛?cè)颂幱谳p微疲勞時，就會換檔不及時、不準確；當駕駛?cè)颂幱谥卸绕跁r，操作動作呆滯，有時甚至會忘記基本要領(lǐng)；駕駛?cè)颂幱谥囟绕跁r，往往會下意識操作或有短時間睡眠等問題，嚴重時會失去對車輛的控制能力。
據(jù)本項目主要貢獻者曹天傲博士介紹，雖然當前普及的大多數(shù)疲勞駕駛系統(tǒng)可以在一定程度上對駕駛疲勞進行監(jiān)測，但仍然存在一些缺欠和短板的地方。現(xiàn)有方法大多采用接觸測量法，經(jīng)常需要駕駛員攜帶或安裝很多設(shè)備來監(jiān)測生理信息，這會對駕駛員的正常行為帶來一定困擾。其次，生理信息收集設(shè)施價格昂貴，不利于疲勞駕駛系統(tǒng)的普及。同時，運用機器視覺技術(shù)檢測環(huán)境單一，在白天對駕駛員疲勞測試較為精確，而對夜間司機的疲勞度監(jiān)測準確性不理想，特別是凌晨2點至4點正是駕駛疲勞的高峰時段。在面部遮蓋下的性能較差，常用的人臉定位算法在駕駛員面部被遮擋情況下，很難對人臉予以很好定位，因此也就無法對疲勞駕駛做出及時監(jiān)測。此外，疲勞判別指標較為單一，其中最廣泛使用的是眼瞼閉合度。若是由于外部因素使得此類指標無法較好獲取時，這類算法就不能對疲勞狀態(tài)做出理想的監(jiān)測，其準確性自然大打折扣。
針對現(xiàn)有監(jiān)測手段的局限性接觸性，孫金瑋團隊確定了通過毫米波技術(shù)來實現(xiàn)對疲勞駕駛狀態(tài)測量的科研思路。波長為1-10毫米的電磁波稱為毫米波，是位于微波與遠紅外波相交疊的波長范圍，因而兼有兩種波譜的特點。研究團隊利用AWR1642毫米波雷達搭建了實驗平臺，采集相關(guān)數(shù)據(jù)，同時將呼吸及心跳信號從采集到的數(shù)據(jù)中分離出來，給予濾波處理，經(jīng)過毫米波技術(shù)成功提取到了人體的心跳及呼吸信號，繼而借助“邏輯斯諦回歸方法”設(shè)計出一種心跳頻率、呼吸頻率、心跳幅度和呼吸幅度四種指標相融合的駕駛疲勞狀態(tài)判別的新模式、新技術(shù)。
孫金瑋教授解讀說，這一理工醫(yī)相結(jié)合的科研成果基于毫米波雷達展開疲勞駕駛的監(jiān)測手段，實現(xiàn)了駕駛員疲勞狀態(tài)的實時監(jiān)測。與現(xiàn)有方法相比，這項技術(shù)展現(xiàn)了非接觸式人體呼吸和心跳信號的準確檢驗的優(yōu)勢，提供了全天候和多指標測量，適用于大多數(shù)駕駛環(huán)境。并且，憑借毫米波雷達手段可使監(jiān)測精度提升到85%以上，完全能夠客觀反映駕駛員當前狀態(tài)。
專家評價指出，未來，此項技術(shù)綜合考慮了監(jiān)測精度和實際應用場景，形成了一種更加客觀的策略，為當前產(chǎn)品的普及拓寬了新視野、新思路，有助于更好地保證駕駛員的安全，有效地降低交通事故的發(fā)生頻率，為人民群眾安全出行“保駕護航”。
據(jù)介紹，許多人在長時間連續(xù)開車行駛后，往往產(chǎn)生生理機能和心理機能的失調(diào)與不適，而在客觀上出現(xiàn)駕駛技能下降的現(xiàn)象，這就是常說的“疲勞駕駛”。駕駛疲勞會影響到開車人的注意、感覺、知覺、思維、判斷、意志、決定和運動等諸多方面，極易釀成道路交通事故。
在駕駛?cè)颂幱谳p微疲勞時，就會換檔不及時、不準確；當駕駛?cè)颂幱谥卸绕跁r，操作動作呆滯，有時甚至會忘記基本要領(lǐng)；駕駛?cè)颂幱谥囟绕跁r，往往會下意識操作或有短時間睡眠等問題，嚴重時會失去對車輛的控制能力。
據(jù)本項目主要貢獻者曹天傲博士介紹，雖然當前普及的大多數(shù)疲勞駕駛系統(tǒng)可以在一定程度上對駕駛疲勞進行監(jiān)測，但仍然存在一些缺欠和短板的地方。現(xiàn)有方法大多采用接觸測量法，經(jīng)常需要駕駛員攜帶或安裝很多設(shè)備來監(jiān)測生理信息，這會對駕駛員的正常行為帶來一定困擾。其次，生理信息收集設(shè)施價格昂貴，不利于疲勞駕駛系統(tǒng)的普及。同時，運用機器視覺技術(shù)檢測環(huán)境單一，在白天對駕駛員疲勞測試較為精確，而對夜間司機的疲勞度監(jiān)測準確性不理想，特別是凌晨2點至4點正是駕駛疲勞的高峰時段。在面部遮蓋下的性能較差，常用的人臉定位算法在駕駛員面部被遮擋情況下，很難對人臉予以很好定位，因此也就無法對疲勞駕駛做出及時監(jiān)測。此外，疲勞判別指標較為單一，其中最廣泛使用的是眼瞼閉合度。若是由于外部因素使得此類指標無法較好獲取時，這類算法就不能對疲勞狀態(tài)做出理想的監(jiān)測，其準確性自然大打折扣。
針對現(xiàn)有監(jiān)測手段的局限性接觸性，孫金瑋團隊確定了通過毫米波技術(shù)來實現(xiàn)對疲勞駕駛狀態(tài)測量的科研思路。波長為1-10毫米的電磁波稱為毫米波，是位于微波與遠紅外波相交疊的波長范圍，因而兼有兩種波譜的特點。研究團隊利用AWR1642毫米波雷達搭建了實驗平臺，采集相關(guān)數(shù)據(jù)，同時將呼吸及心跳信號從采集到的數(shù)據(jù)中分離出來，給予濾波處理，經(jīng)過毫米波技術(shù)成功提取到了人體的心跳及呼吸信號，繼而借助“邏輯斯諦回歸方法”設(shè)計出一種心跳頻率、呼吸頻率、心跳幅度和呼吸幅度四種指標相融合的駕駛疲勞狀態(tài)判別的新模式、新技術(shù)。
孫金瑋教授解讀說，這一理工醫(yī)相結(jié)合的科研成果基于毫米波雷達展開疲勞駕駛的監(jiān)測手段，實現(xiàn)了駕駛員疲勞狀態(tài)的實時監(jiān)測。與現(xiàn)有方法相比，這項技術(shù)展現(xiàn)了非接觸式人體呼吸和心跳信號的準確檢驗的優(yōu)勢，提供了全天候和多指標測量，適用于大多數(shù)駕駛環(huán)境。并且，憑借毫米波雷達手段可使監(jiān)測精度提升到85%以上，完全能夠客觀反映駕駛員當前狀態(tài)。
專家評價指出，未來，此項技術(shù)綜合考慮了監(jiān)測精度和實際應用場景，形成了一種更加客觀的策略，為當前產(chǎn)品的普及拓寬了新視野、新思路，有助于更好地保證駕駛員的安全，有效地降低交通事故的發(fā)生頻率，為人民群眾安全出行“保駕護航”。
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