基于實(shí)時視頻監(jiān)測的汽車安全駕駛智能化集成化輔助系統(tǒng)

1、課題類型：  探索導(dǎo)向類申請受理編號：  SQ2007AA11Z127227國家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃（863計(jì)劃）專題課題申請書 技術(shù)領(lǐng)域名稱：現(xiàn)代交通技術(shù)領(lǐng)域?qū)ｎ}名稱：綜合交通運(yùn)輸系統(tǒng)與安全技術(shù)申請指南技術(shù)方向：交通安全新技術(shù)課題名稱：基于實(shí)時視頻監(jiān)測的汽車安全駕駛智能化集成化輔助系統(tǒng)申 請 人：楊澤紅依托單位：清華大學(xué)基于實(shí)時視頻監(jiān)測的汽車安全駕駛智能化集成化輔助系統(tǒng) 清華大學(xué)計(jì)算機(jī)系 （楊澤紅） 對該課題申請所涉及主要研究內(nèi)容的熟悉程度： 很熟悉 比較熟悉 一般 評議內(nèi)容評分 一、研究目標(biāo)和內(nèi)容的重要性與必要性（10分）所涉及到的

2、關(guān)鍵技術(shù)或產(chǎn)品是否重要？研究內(nèi)容是否符合國家重大技術(shù)需求？主要研究內(nèi)容是否符合本專題指南的技術(shù)方向？ 二、研究內(nèi)容的創(chuàng)新性與前沿性（40分）研究內(nèi)容是否具有突出的原始性創(chuàng)新內(nèi)容？研究內(nèi)容是否體現(xiàn)了新的原理、方法的創(chuàng)新內(nèi)容？研究內(nèi)容是否具有突出的集成創(chuàng)新內(nèi)容？研究內(nèi)容是否體現(xiàn)了集成應(yīng)用或集成產(chǎn)品的創(chuàng)新內(nèi)容？研究內(nèi)容是否處于國際或國內(nèi)技術(shù)發(fā)展前沿？研究內(nèi)容如果成功能否在國際或國內(nèi)產(chǎn)生較大影響？研究內(nèi)容是否在國內(nèi)已有相同或接近的成果？研究內(nèi)容是否有望獲得發(fā)明專利等知識產(chǎn)權(quán)？ 三、技術(shù)實(shí)力與研究基礎(chǔ)（20分）課題申請負(fù)責(zé)人是否能夠勝任課題組長？課題組人員構(gòu)成和時間投入是否合理？課題組現(xiàn)有研究基礎(chǔ)是否處

3、于國內(nèi)領(lǐng)先行列？課題依托單位（及協(xié)作單位）的支撐條件是否較強(qiáng)？ 四、研究目標(biāo)和研究方案的可行性（20分）預(yù)期研究目標(biāo)是否明確、集中？技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)是否具體、適度？對國內(nèi)外技術(shù)發(fā)展趨勢是否把握？主要技術(shù)的知識產(chǎn)權(quán)分析和對策是否恰當(dāng)？技術(shù)路線和研究方法是否合理、可行？依托單位和協(xié)作單位的分工合作是否合理？ 五、預(yù)期成果及前景（10分）課題預(yù)期成果是否可取得一定的經(jīng)濟(jì)社會效益？課題預(yù)期成果是否具有較大的市場（潛在的市場）前景？課題成果是否能對相關(guān)技術(shù)發(fā)展起到帶動作用？課題研究是否可實(shí)現(xiàn)預(yù)期的人才、隊(duì)伍培養(yǎng)目標(biāo)？ 綜合評議得分 綜合評價結(jié)論    

4、60;  根據(jù)分項(xiàng)評議意見，對該課題申請進(jìn)行綜合評價，給出總體結(jié)論性意見。 評價結(jié)論意見： 同意立項(xiàng)（A） 不同意立項(xiàng)（C） 總體評議意見：（對該課題申請給出綜合評價意見，闡述同意立項(xiàng)或不同意立項(xiàng)的理由，說明需要說明的有關(guān)問題。本部分內(nèi)容為必填內(nèi)容，文字不超過300字。） 窗體底端課題名稱基于實(shí)時視頻監(jiān)測的汽車安全駕駛智能化集成化輔助系統(tǒng)  行業(yè)領(lǐng)域交通運(yùn)輸 預(yù)計(jì)完成年限3 課題密級公開級 預(yù)期成果類型新裝置、計(jì)算機(jī)軟件、論文論著 申請(負(fù)責(zé))人信息姓名楊澤紅   性別男 出生日期1968-11-2  職

5、稱高級職稱   最高學(xué)位碩士  從事專業(yè)信息與電子科學(xué)類  所在單位清華大學(xué)計(jì)算機(jī)系   依托單位信息單位名稱清華大學(xué) 單位性質(zhì)大專院校 所在地區(qū)北京市   單位主管部門教育部  組織機(jī)構(gòu)代碼400000624  單位成立時間1911-4-29  協(xié)作單位信息單位名稱單位性質(zhì)組織機(jī)構(gòu)代碼課題經(jīng)費(fèi)來源預(yù)算(萬元)總經(jīng)費(fèi)100  申請863計(jì)劃資助100  其他國家級資助(包括部門匹配)0   地方政府匹配0   銀行貸款0   自有資金0   其它資金0&#

6、160; 經(jīng)費(fèi)備注序號姓名性別出生日期職稱職務(wù)專業(yè)為本課題工作時間(人月)課題組中職務(wù)(組長、副組長或成員)在課題中分擔(dān)的任務(wù)所在單位1包德沛男 1981年11月 其他人員 無 信息與電子科學(xué)類 24 成員 視頻檢測技術(shù)和特征抽取 清華大學(xué)  2于揚(yáng)男 1982年7月 其他人員 無 信息與電子科學(xué)類 24 成員 通信技術(shù)和遠(yuǎn)程傳輸方案 清華大學(xué)  3溫慶華男 1984年12月 其他人員 無 信息與電子科學(xué)類

7、 36 成員 路況檢測和視頻壓縮存儲設(shè)計(jì) 清華大學(xué)  4丁力男 1982年6月 其他人員 無 信息與電子科學(xué)類 24 成員 面部視頻處理和特征抽取 清華大學(xué)  5談黎男 1973年5月 其他人員 無 信息與電子科學(xué)類 24 成員 嵌入式技術(shù)和平臺系統(tǒng) 清華大學(xué)  6楊澤紅男 1968年11月 高級職稱 無 信息與電子科學(xué)類 24 組長&#

8、160;總體方案、規(guī)劃并組織實(shí)施 清華大學(xué)  7林曉瑋女 1983年8月 其他人員 無 信息與電子科學(xué)類 36 成員 系統(tǒng)框架設(shè)計(jì)和遠(yuǎn)程服務(wù)器方案實(shí)現(xiàn) 清華大學(xué)  8葉榛女 1945年11月 高級職稱 無 信息與電子科學(xué)類 24 副組長 負(fù)責(zé)人臉狀態(tài)檢測及安全模型 清華大學(xué)  9丁冬花女 1946年11月 高級職稱 無 信息與電子科學(xué)類 24 副組長 負(fù)責(zé)路

9、況檢測技術(shù)及路況模型 清華大學(xué)  課題參加總?cè)藬?shù) 9 人。 其中：高級職稱 3 人， 中級職稱 0 人， 初級職稱 0 人， 無職稱 6 人； 其中具有：博士學(xué)位 0 人， 碩士學(xué)位 3 人， 學(xué)士學(xué)位 6 人， 其他 0 人； 合計(jì)：投入 240 人月2.1 課題組長、副組長資歷情況（從事過的主要研究任務(wù)及所負(fù)責(zé)任和作用，主要研究成果、發(fā)明專利和獲獎情況，在國內(nèi)外主要刊物上發(fā)

10、表論文情況，完成其他科技計(jì)劃課題情況，特別是近五年取得的與本申請課題相關(guān)的研究成果情況，字?jǐn)?shù)要求1000字以內(nèi)）課題組長楊澤紅，男，副教授。1991年和1995年分別獲清華大學(xué)計(jì)算機(jī)系計(jì)算機(jī)應(yīng)用專業(yè)學(xué)士學(xué)位和碩士學(xué)位。在計(jì)算機(jī)應(yīng)用和人工智能領(lǐng)域從事工作十幾年，主要研究內(nèi)容集中在模式識別及應(yīng)用、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與系統(tǒng)、智能控制技術(shù)與系統(tǒng)、機(jī)器人視覺技術(shù)、多媒體應(yīng)用系統(tǒng)、嵌入式系統(tǒng)等方面。先后負(fù)責(zé)或參與了7項(xiàng)863項(xiàng)目，2項(xiàng)95攻關(guān)和十余項(xiàng)其它合作項(xiàng)目，負(fù)責(zé)2項(xiàng)863項(xiàng)目。發(fā)表論文60余篇，獲得發(fā)明專利3項(xiàng)。獲教育部和北京市科技進(jìn)步獎各1項(xiàng)，清華大學(xué)校級獎2項(xiàng)。近五年完成的與本申請課題相關(guān)的研究成果如

11、下：（）負(fù)責(zé)十五863項(xiàng)目“開放式結(jié)構(gòu)的模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化、網(wǎng)絡(luò)化通用控制器研究”，已經(jīng)順利完成并驗(yàn)收。相關(guān)內(nèi)容包括嵌入式技術(shù)、系統(tǒng)集成技術(shù)和框架研究。（）作為主要骨干參與研究的863項(xiàng)目“虛擬現(xiàn)實(shí)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)”獲北京市科技進(jìn)步三等獎。（）作為主要骨干參與研究的攻關(guān)項(xiàng)目“基于DSP控制器整機(jī)開發(fā)”獲教育部科技進(jìn)步二等獎。（）作為負(fù)責(zé)人，先后組織了“高速路車牌識別系統(tǒng)”、“NX-EH301型彩色攝像機(jī)控制系統(tǒng)”、“DVR基礎(chǔ)平臺系統(tǒng)”、“多媒體視頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)和算法分析研究”、“清華中型組足球機(jī)器人系統(tǒng)”、“汽車駕駛員視線檢測方法研究”等與本課題相關(guān)的研究，并取得了相應(yīng)的成果，是本課題研究的重要基礎(chǔ)。 副組

12、長葉榛，女，1970年畢業(yè)于清華大學(xué)，現(xiàn)為清華大學(xué)計(jì)算機(jī)系教授。曾從事控制理論的教學(xué)及計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，機(jī)器人仿真的研究工作，作為骨干參加過相關(guān)科研項(xiàng)目五項(xiàng)及兩項(xiàng)計(jì)算機(jī)控制工程。近年來從事臨場感及虛擬現(xiàn)實(shí)的研究工作，負(fù)責(zé)過863項(xiàng)目"基于視覺臨場感的機(jī)器人遙操作關(guān)鍵技術(shù)研究"，虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用項(xiàng)目"基于虛擬現(xiàn)實(shí)的輪機(jī)模擬器"，"基于寬帶虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的智能小區(qū)信息系統(tǒng)"及航天863項(xiàng)目一項(xiàng)，發(fā)表有關(guān)論文20余篇。 副組長丁冬花，女，1970年畢業(yè)于清華大學(xué)，現(xiàn)為清華大學(xué)計(jì)算機(jī)系副教授。曾從事控制系統(tǒng)CAD、計(jì)算機(jī)控制課程設(shè)計(jì)的教學(xué)及 機(jī)器人仿

13、真的研究工作。作為骨干參加農(nóng)藥殺蟲雙生產(chǎn)兩項(xiàng)計(jì)算機(jī)控制工程。目前主要研究領(lǐng)域?yàn)橹悄芤苿訖C(jī)器人THMR、人機(jī)交互、導(dǎo)航算法、局域最佳控制、面向工程的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)等。 2.2 課題組長、副組長目前承擔(dān)863計(jì)劃和其它國家科技計(jì)劃課題情況（包括人員姓名、承擔(dān)課題名稱、課題經(jīng)費(fèi)數(shù)、課題起止時間、所屬科技計(jì)劃名稱等信息）姓名承擔(dān)課題名稱課題經(jīng)費(fèi)數(shù)(萬元)課題開始時間課題結(jié)束時間所屬科技計(jì)劃其他說明事項(xiàng)：所承擔(dān)的十五期間的863項(xiàng)目和國家科技計(jì)劃項(xiàng)目都已經(jīng)完成，并通過驗(yàn)收。目前沒有承擔(dān)國家科技項(xiàng)目。 2.3 課題組長及課題組主要成員是否曾就相同或類似課題863計(jì)劃和國家其他科技計(jì)劃提出申請（如有，請說明

14、申請人姓名、申請科技計(jì)劃名稱、申請課題名稱、申請時間、申請結(jié)果等情況，并說明與本課題申請的關(guān)系）3.1、課題簡介（簡要說明課題的目的意義、主要研究內(nèi)容、預(yù)期目標(biāo)等，字?jǐn)?shù)要求1000字以內(nèi)）課題目的和意義：隨著中國向汽車社會快速邁進(jìn)的步伐，汽車技術(shù)特別是汽車安全技術(shù)受到越來越受多的重視。除了傳統(tǒng)汽車行業(yè)中對汽車安全起決定作用的機(jī)電控制、汽車電子、機(jī)械零件、發(fā)動機(jī)等關(guān)鍵技術(shù)之外，各種輔助性技術(shù)也成為汽車安全駕駛的一個有效補(bǔ)充。基于IT技術(shù)的汽車安全駕駛輔助系統(tǒng)就是一個研究熱點(diǎn)。利用IT行業(yè)的研究成果，為汽車安全駕駛提供輔助性的支持，從而增強(qiáng)汽車在安全方面的人性化特征，達(dá)到輔助駕駛安全的目的。所以，

15、基于實(shí)時視頻的汽車安全駕駛智能化集成化輔助系統(tǒng)對汽車行業(yè)發(fā)展和社會進(jìn)步具有實(shí)際意義。 本課題研究的主要內(nèi)容包括三個方面：第一，研究基于實(shí)時視頻技術(shù)的駕駛員臉部特征模型，探索反映駕駛員安全駕駛的狀態(tài)特征，并開發(fā)基于臉部狀態(tài)檢測的駕駛員安全駕駛輔助提醒子系統(tǒng)；第二，研究基于實(shí)時視頻技術(shù)的路況檢測模型和視頻備份技術(shù)，探索影響駕駛安全的路況模型因子以及短時視頻存儲方案，并開發(fā)基于實(shí)時路況檢測的安全駕駛輔助提醒及路況視頻備份子系統(tǒng)；第三，研究基于無線通信技術(shù)的實(shí)時圖像（或視頻）傳輸方案，探索適合車載系統(tǒng)的實(shí)時視頻發(fā)送和接收技術(shù)、存儲和管理技術(shù)、轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)，并開發(fā)基于智能 的汽車安全實(shí)時圖像（或視頻）監(jiān)測子

16、系統(tǒng)。簡言之，本課題研究的主要內(nèi)容是：基于實(shí)時視頻的集成了駕駛員的駕駛狀態(tài)監(jiān)測、路況監(jiān)測及 無線監(jiān)測三個主要功能子系統(tǒng)的為汽車安全駕駛服務(wù)的智能化輔助系統(tǒng)。 課題預(yù)期目標(biāo)是：研究并開發(fā)出集成駕駛員駕駛狀態(tài)監(jiān)測、路況監(jiān)測及短時備份、基于智能 的無線遠(yuǎn)程實(shí)時監(jiān)測等三大功能為一體的汽車安全駕駛輔助系統(tǒng)。該系統(tǒng)以集成化的方式對汽車安全駕駛的三個方面問題提供輔助性解決方案，可以理解為汽車安全輔助的“黑匣子”。具體包括：第一，通過監(jiān)測駕駛員在駕駛過程中的頭部狀態(tài)特征（如眼、嘴、頭等），對不合理的或具有安全隱患的駕駛員狀態(tài)給出友好提醒，以達(dá)到安全駕駛目的；第二，通過監(jiān)測汽車行駛的路況狀態(tài)，對一些具有安全隱患

17、的環(huán)境狀態(tài)或危險道路給出友好提示，達(dá)到不同路況的安全駕駛目的，同時對實(shí)時路況的短時備份保存，可以在發(fā)生交通事故時得到現(xiàn)場狀況的實(shí)時記錄，也可作為交警處理事故的依據(jù)之一；第三，基于智能 的無線遠(yuǎn)程監(jiān)測功能，可以讓車主在任何有 信號的地方接收到汽車的監(jiān)測圖像，以檢測汽車停放安全，即使汽車被盜，也可以通過 獲取盜竊者正在駕駛時的圖像信息和行駛路況信息，輔助案件的偵破，從而起到加強(qiáng)汽車停放安全的目的。  課題主要研究技術(shù)的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢，課題主要研究技術(shù)國內(nèi)外專利授權(quán)情況文獻(xiàn)搜尋和檢索發(fā)現(xiàn)，包含本課題提出的面向汽車安全駕駛的具有以上三個主要功能的集成化研究和應(yīng)用開發(fā)尚未出現(xiàn)。但是，針對

18、其中每個方面的獨(dú)立研究已經(jīng)非常普遍，并形成了很多局部技術(shù)熱點(diǎn)。下面分別介紹這些主要的局部技術(shù)的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢，以及專利申請情況。課題主要研究技術(shù)的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢（一）駕駛員的駕駛狀態(tài)監(jiān)測方面的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢駕駛員的安全駕駛屬于汽車的主動安全范疇，是汽車安全的一個重要方面。關(guān)于駕駛員主動安全性的研究由來已久，并成為一個長期的研究熱點(diǎn)。從國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀來看，駕駛員主動安全性研究主要包括以下幾個方面：第一，駕駛員主動安全性因素及評價模型研究；第二，駕駛員主動安全性模型及完整性研究；第三，駕駛員的疲勞狀態(tài)檢測及其對主動安全影響的研究。其中，第一和第二方面非常復(fù)雜，涉及到汽車物理模型、駕駛員

19、的駕駛模型、駕駛心理模型、駕駛員的生理反應(yīng)、生物物理量的個體差異等，目前主要進(jìn)行方法和模型的基礎(chǔ)研究。如：有些學(xué)者把駕駛員主動安全性辨識分成熟練程度和疲勞程度兩個獨(dú)立的部分進(jìn)行評價，利用模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對駕駛員主動安全性因素進(jìn)行了定量分析。有些研究者從生物學(xué)的角度，基于人體主觀心里感受和客觀生物物理測量，對駕駛員的駕駛舒適度進(jìn)行了系統(tǒng)研究，為駕駛員主動安全性研究提供了一個重要評價指標(biāo)。另外還有人從智能控制的角度，以駕駛安全為目的，為駕駛員的駕駛過程進(jìn)行建模分析，提出了人車結(jié)合的智能化交互控制系統(tǒng)，以提高汽車駕駛的主動安全性。所以，第一和第二方面不是本課題的研究范疇。第三方面是在大家共同認(rèn)為“疲勞狀

20、態(tài)是主動安全性的一個重要影響因子”的基礎(chǔ)上，對疲勞狀態(tài)進(jìn)行深入的研究，是目前研究的最大熱點(diǎn)。研究人員利用各種測量技術(shù)和評價模型，從多種角度對駕駛員的疲勞狀態(tài)及其評價模型進(jìn)行了全方位的研究，取得了豐富的成果。并且，部分成果已經(jīng)在實(shí)際的系統(tǒng)中得到了一定的應(yīng)用。而疲勞狀態(tài)模型、疲勞檢測及評價體系構(gòu)成了研究的主體，也是本課題的主要內(nèi)容之一。在國外，早期的駕駛疲勞測評始于20 世紀(jì)80 年代，主要是從醫(yī)學(xué)角度出發(fā)，借助醫(yī)療器件進(jìn)行。此后，在眾多專家和學(xué)者的努力探索下，出現(xiàn)了不少嶄新的思想和方法，其中最具代表性的有：1996年，美國Knipling, Wang 和Kanianthra等人測量開閉、運(yùn)動和眼

21、睛的生理學(xué)表現(xiàn)形態(tài)來研究機(jī)動車駕駛員的疲勞問題。他們認(rèn)為利用眼睛來判斷疲勞是非常恰當(dāng)?shù)模⑶乙彩切兄行У姆椒?。Dinges認(rèn)為，PERCLOS(單位時間內(nèi)眼睛閉合時間所占的百分率)能相當(dāng)準(zhǔn)確地反映疲勞狀態(tài)。1999 年4 月，美國聯(lián)邦公路管理局(Federal Highway Administration)的技術(shù)論壇上發(fā)表題為“Ocular Measures of DriverAlertness”的文章，首先提出了把PERCLOS作為預(yù)測機(jī)動車駕駛員駕駛疲勞的可行方法。JohnStern 博士是研究眼睛部位運(yùn)動狀態(tài)與駕駛疲勞之間的關(guān)系的權(quán)威人士。由他領(lǐng)導(dǎo)的美國聯(lián)邦公路管理局和汽車聯(lián)合會資助的

22、研究所，通過開發(fā)專用的照相機(jī)、腦電圖儀和其他儀器來精確測量眼睛瞳孔的直徑變化、眨眼頻率和頭部運(yùn)動，以此來研究駕駛疲勞問題。弗吉尼亞大學(xué)的精神生理學(xué)教授Walt Wierwille 博士提出的疲勞測量(psychophysiological fatigue detection devices and measures)方法是采用PERCLOS 作為疲勞測量指標(biāo)。目前，PERCLOS 方法已被公認(rèn)為最有效的、車載的、實(shí)時的駕駛疲勞測評方法。2000 年以來，隨著IT技術(shù)和汽車技術(shù)的發(fā)展，駕駛員疲勞狀態(tài)的研究得到了進(jìn)一步的發(fā)展。經(jīng)過世界各國開展的駕駛員疲勞車載電子測量系統(tǒng)的研究開發(fā)工作（尤其美國的研

23、究發(fā)展較快），出現(xiàn)了一批具有代表性的應(yīng)用系統(tǒng)：（1）美國研制的打瞌睡駕駛員偵探系統(tǒng)。采用多普勒雷達(dá)和復(fù)雜的信號處理方法，可獲取駕駛員煩躁不安的情緒活動、眨眼頻率和持續(xù)時間等疲勞數(shù)據(jù)，用以判斷駕駛員是否打瞌睡或睡著。該系統(tǒng)可制成體積較小的儀器，安裝在駕駛室內(nèi)駕駛員頭頂上方，完全不影響駕駛員正常的駕駛活動。（2）轉(zhuǎn)向盤監(jiān)視系統(tǒng)。一種監(jiān)測轉(zhuǎn)向盤非正常運(yùn)動的傳感器系統(tǒng)，適用于各種車輛。轉(zhuǎn)向盤正常運(yùn)動時傳感器系統(tǒng)不報警，若轉(zhuǎn)向盤4s 不運(yùn)動就會發(fā)出報警聲直到轉(zhuǎn)向盤繼續(xù)正常運(yùn)動為止。該系統(tǒng)固定在車內(nèi)錄音機(jī)旁，轉(zhuǎn)向盤下面的桿上裝有一條磁性帶，用以監(jiān)測轉(zhuǎn)向盤的運(yùn)動。（3）路面警告系統(tǒng)。一種設(shè)置在高速公路上用計(jì)

24、算機(jī)控制的紅外線監(jiān)測系統(tǒng)，當(dāng)行駛車輛擺過道路中線或路肩時，向駕駛員發(fā)出警告。（4）反應(yīng)時測試儀。根據(jù)駕駛員對儀器屏幕上隨機(jī)出現(xiàn)的光點(diǎn)的反映（光點(diǎn)出現(xiàn)時敲擊鍵盤）速度測試駕駛員的反應(yīng)時，用以判斷其疲勞程度。（5）日本成功研制了電子清醒帶。使用時固定在駕駛員頭部，將其一端的插頭插入車內(nèi)點(diǎn)煙器的插座，裝在帶子里的半導(dǎo)體溫差電偶使平展在前額部位的鋁片變涼，使駕駛員睡意消除，精神振作。（6）美國華盛頓大學(xué)通過自行開發(fā)的專用照相機(jī)、腦電圖儀和其他儀器來精確測量頭部運(yùn)動、瞳孔直徑變化和眨眼頻率，用以研究駕駛行為等問題。研究結(jié)果表明：一般情況下人們眼睛閉合的時間在0.20.3 秒之間，駕駛時若眼睛閉合時間達(dá)到

25、0.5 秒就很容易發(fā)生交通事故。（7）賓夕法尼亞大學(xué)智能交通實(shí)驗(yàn)室采用PERCLOS 作為精神生理疲勞程度的測量指標(biāo)，測量的參數(shù)是在單位時間內(nèi)（1 分鐘）眼睛閉合程度超過80%以上的時間占總時間的百分比，在設(shè)計(jì)原理上進(jìn)行了創(chuàng)新，提供一個很好的跟蹤人眼的測量方法，充分利用人眼的基本生理特點(diǎn)，即視網(wǎng)膜對不同波長的紅外光能夠反射量的不同。它是最早報道的能自動測量和跟蹤被測者的睜閉眼情況，并且能檢測到疲勞現(xiàn)象出現(xiàn)的系統(tǒng)，它連續(xù)跟蹤測量眼瞼的睜閉，并且根據(jù)相應(yīng)的閾值提醒可能發(fā)生的瞌睡。精神生理疲勞程度的測量還采用腦電圖儀、頭動探測器等，但是公認(rèn)最有效的方法是PERCLOS 法。（8）2000 年1 月明

26、尼蘇達(dá)大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程系的成功開發(fā)了一套駕駛員眼睛的追蹤和定位系統(tǒng)，通過安置在車內(nèi)的一個攝像頭監(jiān)視駕駛員的臉部，實(shí)現(xiàn)以下功能：用快速簡單的算法確定駕駛員眼睛在臉部圖像中的確切位置和其他臉部特征；通過追蹤多幅正面臉部特征圖像來監(jiān)控駕駛員是否駕駛員疲勞；追蹤多幅側(cè)面臉部特征圖像來估算駕駛員是否駕駛員疲勞。同年3 月，他對上述系統(tǒng)進(jìn)行了改進(jìn)，改用紅外線彩色攝像頭并加濾波器濾除圖像的噪聲和非臉部的圖像，使搜索臉部圖像的次數(shù)減少，加快了系統(tǒng)處理圖像的速度。采用灰度模式匹配方法追蹤輸入圖像序列來搜尋并確定眼睛區(qū)域，然后用同樣的模式匹配方法來確定眼睛是睜開還是閉合，若搜索失敗，系統(tǒng)可自動重新開始搜索。（

27、9）日本先鋒公司最近開發(fā)出防止駕駛員開車打瞌睡的系統(tǒng)。它可通過心跳速度的變化，監(jiān)測司機(jī)駕駛員是否打瞌睡，在睡意來臨15 分鐘前提醒司機(jī)注意，防止發(fā)生事故。這一系統(tǒng)的核心技術(shù)之一是貼在轉(zhuǎn)向盤上的紙狀心跳感應(yīng)器，司機(jī)駕駛員握轉(zhuǎn)向盤時可以握住它。感應(yīng)器每隔15 秒檢測一次司機(jī)的心跳速度。一般說來，人在打瞌睡之前，心跳速度下降。對心跳速度的檢測可以大體判斷司機(jī)是否打瞌睡。另外，該系統(tǒng)還安裝有汽車內(nèi)置感應(yīng)器，可以檢測汽車速度的變化和轉(zhuǎn)向盤操作頻率的變化，汽車導(dǎo)航設(shè)備還可以檢測汽車是否蛇行。這一系統(tǒng)把上述情況綜合起來分析，就可大體上判斷司機(jī)是否有睡意。一旦確認(rèn)司機(jī)很快有睡意襲來，它就通過改變音樂等方式提醒

28、司機(jī)。先鋒公司還研究了通過測量眨眼頻率和車體搖晃頻率監(jiān)測司機(jī)是否瞌睡的系統(tǒng)。（10）測量頭部位置的傳感器。設(shè)計(jì)安裝在司機(jī)座位上方，每個傳感器都能輸出司機(jī)頭部距離傳感器的位置，利用三角代數(shù)算法就可以計(jì)算出頭在X、Y、Z 三維空間中的位置，也能夠?qū)崟r跟蹤頭部的位置，同時利用各個時間段頭部位置的變化特征，可以表現(xiàn)出司機(jī)處于清醒還是瞌睡狀態(tài)。該傳感器物理特點(diǎn)基于傳感器電極的屏蔽之間的電容，通過人這個高導(dǎo)體可以改變電極之間的電容，通過測量電壓計(jì)算頭部與傳感器之間的距離。當(dāng)人進(jìn)入電容區(qū)域時，臨近的電容改變同距離之間的關(guān)系是，利用3 個傳感器，就可以利用三角代數(shù)計(jì)算出頭的X、Y、Z 坐標(biāo)。并在此基礎(chǔ)上，對司

29、機(jī)的頭部位置進(jìn)行實(shí)時跟蹤，并且根據(jù)頭部位置的變化規(guī)律判定司機(jī)是否瞌睡，發(fā)現(xiàn)點(diǎn)頭的動作和瞌睡有非常好的相關(guān)性。在國內(nèi)，從20 世紀(jì)60 年代開始對駕駛疲勞進(jìn)行實(shí)驗(yàn)性的研究。1998 年，深圳長途汽車公司的周鵬應(yīng)用人體生理學(xué)、現(xiàn)代神經(jīng)學(xué)、電子工程學(xué)分析了駕駛員疲勞事故隱患的起因，提出了消除疲勞事故隱患必須消除司機(jī)開車時的異常疲勞和大腦麻痹。根據(jù)這一思想他研究了佩戴于司機(jī)小腿部與手腕部的“司機(jī)疲勞事故預(yù)防器”。1999 年，張殿業(yè)、金鍵等對機(jī)車司機(jī)工作過程中的身體狀態(tài)、疲勞程度提出了測試方法與評價模式。2000 年，石堅(jiān)、吳遠(yuǎn)鵬、卓斌等通過傳感器測量駕駛員駕駛時方向盤、踏板等運(yùn)動參數(shù)來判別駕駛員的安

30、全因素，發(fā)現(xiàn)方向盤操縱情況與駕駛員的疲勞程度具有一定的聯(lián)系，方向盤較長時間不動，說明駕駛員在打瞌睡。2001 年，李增勇，王成燾從人機(jī)工程學(xué)角度綜合防治分析研究了造成駕駛疲勞的環(huán)境因素，并從汽車人機(jī)界面設(shè)計(jì)方面提出防止和緩解駕駛疲勞的有效措施。2001 年，鄭培、周一鳴提出了臉部活動圖像識別的人臉皮膚色彩高斯模型，通過眼睛灰度模式匹配，成功地實(shí)現(xiàn)了駕駛員駕駛疲勞的測評，構(gòu)建了基于PERCLOS 的機(jī)動車駕駛員駕駛疲勞的實(shí)驗(yàn)測評系統(tǒng)。該系統(tǒng)初步具備了實(shí)時、非接觸式檢測的特性。2002 年，楊渝書、姚振強(qiáng)從人機(jī)工程學(xué)角度對駕駛疲勞的產(chǎn)生因素進(jìn)行了分析，對駕駛疲勞的定量評價進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。從發(fā)展趨勢

31、來看，國內(nèi)外關(guān)于駕駛員的駕駛狀態(tài)監(jiān)測研究將沿著以下兩個方面進(jìn)行：（）在基礎(chǔ)性研究方面，結(jié)合心理學(xué)、生理學(xué)、人體運(yùn)動學(xué)、物理學(xué)、人機(jī)工程學(xué)、行為科學(xué)等諸多學(xué)科，探索影響駕駛安全的新的因素及其檢測方法，逐步完善駕駛員的安全駕駛狀態(tài)模型，為汽車安全駕駛提供理論依據(jù)和方法上的突破。（）在應(yīng)用基礎(chǔ)研究方面，以非完備的駕駛狀態(tài)模型為核心，研究具有一定應(yīng)用價值的駕駛狀態(tài)模型和狀態(tài)檢測技術(shù)，開發(fā)出應(yīng)用模型和實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，甚至實(shí)際應(yīng)用系統(tǒng)。隨著相關(guān)學(xué)科的研究發(fā)展，新的成果可以不斷加入進(jìn)來，促使應(yīng)用基礎(chǔ)研究逐步滿足實(shí)際應(yīng)用的需要。而在應(yīng)用基礎(chǔ)研究方面，駕駛員的疲勞狀態(tài)模型成為一個公認(rèn)的有效的具有應(yīng)用價值的一個內(nèi)容。其

32、次，反映駕駛員在駕駛過程中是否精力集中的一些狀態(tài)逐步被大家發(fā)掘和認(rèn)可，如駕駛過程中打 、聊天、吃東西、視線搖擺等都會對駕駛安全帶來影響。還有，在狀態(tài)檢測方面，隨著IT技術(shù)的飛速發(fā)展，基于實(shí)時視頻的檢測技術(shù)相比傳統(tǒng)的生理檢測（如腦電圖、心電圖）也體現(xiàn)出了良好的發(fā)展?jié)摿?。目前，許多國家意識到駕駛員疲勞造成的交通事故，已成為一個嚴(yán)重的社會問題，因而加大了對其研究力度，并取得了一定的成效。特別是在澳大利亞，該國的交通事故發(fā)生率近年來已呈下降趨勢；而美國把駕駛疲勞的研究提到了立法高度，以保證開展駕駛疲勞研究的合法性、有效性和持續(xù)性。近幾年來，我國在機(jī)動車輛駕駛中駕駛疲勞測評方法的研究在理論上雖然已取得了

33、一些成績，但至今還沒有研究出實(shí)用的產(chǎn)品，同發(fā)達(dá)國家相比還有相當(dāng)大的差距。因此，在我國，加大對其研究力度勢在必行。（二）汽車駕駛的路況監(jiān)測方面的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢汽車駕駛的路況狀態(tài)是世界各國大力發(fā)展的智能交通系統(tǒng)（ITS）中非常重要的環(huán)境因素，也是交通安全的一個重要因素。據(jù)統(tǒng)計(jì)，僅在美國，每年約有300萬SVRD（Single Vehicle Roadway Departure）的交通事故發(fā)生，占所有交通事故的16.5%。這些事故往往是由于駕駛者疲勞或心不在焉造成的，其中有近70的事故發(fā)生在雙車道的郊區(qū)或鄉(xiāng)間道路，因?yàn)檫@些道路看起來都一樣。所以，路況監(jiān)測是安全駕駛研究的一個重要內(nèi)容。然而，在常規(guī)的汽

34、車駕駛研究中，鑒于正常路況的復(fù)雜性太高，對路況模型的研究非常困難，一直沒有太多的成效。幸運(yùn)的是，在移動機(jī)器人領(lǐng)域，為了達(dá)到室外移動機(jī)器人的自主運(yùn)動，滿足各種高技術(shù)應(yīng)用的需求，移動機(jī)器人的環(huán)境監(jiān)測，特別是路況監(jiān)測得到了非常全面、深入的研究，并取得了很有價值的研究成果。在汽車安全駕駛研究中，可以利用這些研究成果，為駕駛員建立路況實(shí)時監(jiān)測信息，通過輔助提醒手段達(dá)到提高駕駛員的安全駕駛目的。在國內(nèi)外的各種類型的研究中，移動機(jī)器人的路況檢測技術(shù)主要分為兩類：一類是基于視覺傳感器的路況檢測技術(shù)，另一類是基于非視覺的其它傳感器檢測技術(shù)。其中，基于非視覺傳感器的檢測技術(shù)發(fā)展空間有限，主要受到傳感器的機(jī)械性能、

35、物理性能的制約，需要得到相關(guān)學(xué)科發(fā)展的促進(jìn)。而基于視覺傳感器的檢測技術(shù)由于IT技術(shù)的飛速發(fā)展而得到了廣泛的重視，成為移動機(jī)器人視覺系統(tǒng)中環(huán)境檢測的主要手段之一，也正是本課題的主要研究內(nèi)容之一。由于移動機(jī)器人在軍事、航天、交通運(yùn)輸?shù)阮I(lǐng)域的特殊應(yīng)用價值及其廣泛的應(yīng)用前景，國內(nèi)外專家學(xué)者對其進(jìn)行了大量研究，并取得了豐富的成果。以下介紹與本課題相關(guān)的路況監(jiān)測技術(shù)在移動機(jī)器人研究中的國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r。CMU的FastNav系統(tǒng)利用Cyclone的單線掃描激光雷達(dá)，同步檢測機(jī)器人行駛路徑上的障礙物，如樹木、巖石等，同時還配有彩色攝像機(jī)、光碼盤、陀螺、GPS等傳感器，使用基于輪胎地面相互作用的車體動態(tài)模型進(jìn)行

36、導(dǎo)航。CMU的RANGER（Real-time Autonomous Navigator with a Geometric Engine）系統(tǒng)強(qiáng)調(diào)機(jī)器人在越野環(huán)境下的安全性、可靠性與高速性，配備彩色攝像機(jī)、激光雷達(dá)、GPS、光碼盤、陀螺等傳感器，分別使用自適應(yīng)感知算法建立周圍的環(huán)境模型，使用導(dǎo)航用的卡爾曼濾波器估計(jì)車體位姿，使用狀態(tài)空間控制器執(zhí)行路徑規(guī)劃、路徑跟蹤與車體控制。1996年JRP/DARPA資助的DemoII計(jì)劃，采用立體視覺探測障礙物，達(dá)到良好的機(jī)動性。CMU在其研制的專門面向結(jié)構(gòu)化道路的自動駕駛車NavLab3、NavLab5系統(tǒng)中，采用了其與AssistWare技術(shù)公司合作開

37、發(fā)的便攜式高級導(dǎo)航支撐平臺PANS（Portable Advanced Navigation Support）。其傳感器系統(tǒng)包括：（）一臺SONY DXC-151A彩色攝像機(jī)作為視覺傳感器；（）差分GPS系統(tǒng)一套，差分模式下定位精度為25m；（）光纖阻尼陀螺；（） 光碼盤。其中，NabLab-5 的核心是基于視覺的RALPH系統(tǒng)（Rapidly Adapting Lateral Position Handler）。NavLab5在實(shí)驗(yàn)場環(huán)境道路上自主駕駛的平均速度為。95年首次進(jìn)行了橫穿美國大陸的長途自主駕駛實(shí)驗(yàn)，其自主駕駛的行程為4496km，占總行程的98.1%。雖然計(jì)算機(jī)僅控制方向，油門

38、和剎車由人工控制，這個結(jié)果仍相當(dāng)令人鼓舞。德國慕尼黑聯(lián)邦國防大學(xué)與德國奔馳汽車公司從八十年代開始合作研制的室外移動機(jī)器人，先后開發(fā)出VaMoRs和 VaMoRs-P（即VaMP）兩種實(shí)驗(yàn)車。VaMoRs由一輛奔馳508D型5噸面包車改裝而成，12個完成特定功能的計(jì)算機(jī)一塊進(jìn)行電視圖象處理來導(dǎo)航，運(yùn)算速度為10MIPS的單機(jī)能以每秒13幀的速度跟蹤一個圖象。特征量在自動行駛之前人為選定，比如在公路或車道左右各設(shè)一個典型標(biāo)志，在交通牌照上，或行駛前方明顯的標(biāo)志處，應(yīng)用移動預(yù)測技術(shù)，圖象處理器可以長時間的保持視覺固定，圖象處理器的輸出作為微型計(jì)算機(jī)的輸入信息，從而控制汽車在車道上行駛，以使它和其它交

39、通物保持安全距離。VaMoRs-P（VaMP）的視覺系統(tǒng)主要包括道路檢測與跟蹤RDT模塊和障礙物檢測與跟蹤ODT模塊。RDT模塊使用回旋曲線模型檢測車道線，并通過Kalman濾波器跟蹤車輛運(yùn)動狀態(tài)向量和道路的動態(tài)模型。ODT包括單目標(biāo)檢測與跟蹤（SODT）和多目標(biāo)檢測與跟蹤（MODT）。德國研究與技術(shù)部門與大眾汽車公司于1992年合作研制成的Caravelle 系統(tǒng)采用大眾公司的Caravelle旅行車，主要研究高速公路下的視覺導(dǎo)航。傳感器系統(tǒng)除兩臺攝像機(jī)外，僅安裝了一個速度傳感器和一個測量駕駛角的傳感器。兩臺攝像機(jī)中一臺裝有攝遠(yuǎn)鏡頭的用來檢測障礙，另一臺裝有廣角鏡頭的用來檢測行車道。執(zhí)行機(jī)構(gòu)

40、為方向力矩電機(jī)和電子油門。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)也是由Transputer構(gòu)成的并行處理單元構(gòu)成，完成圖像處理、卡爾曼動態(tài)濾波、車體控制。另一臺PC完成系統(tǒng)自舉、監(jiān)控等功能。92年公布的材料顯示系統(tǒng)從識別一幀圖像到完成控制的周期為70ms。意大利帕爾馬大學(xué)研制的ARGO 實(shí)驗(yàn)車裝備有攝像機(jī)、霍爾效應(yīng)傳感器、IO 接口板、信息輸出設(shè)備和奔騰200MMX 的PC 機(jī)，使用Linux 操作系統(tǒng)。其核心GOLD 視覺系統(tǒng)（Generic Obstacle and Lane Detection）使用2個前向攝像機(jī)，能夠檢測一般障礙物和結(jié)構(gòu)化環(huán)境中車道的位置，檢測速度為100ms。GOLD通過硬件模塊實(shí)現(xiàn)幾何變換消除

41、左右圖像的透視效應(yīng)；左圖像通過一系列形態(tài)學(xué)的處理用于檢測白線，左右圖像用于檢測障礙物，以確定車前的可行駛區(qū)域。系統(tǒng)輸出同時顯示在一個監(jiān)視器和一個控制面板上，提供給駕駛員圖形反饋。清華大學(xué)的THMR系統(tǒng)是清華大學(xué)計(jì)算機(jī)系從八十年代開始自主研制開發(fā)的新一代多功能室外智能移動機(jī)器人實(shí)驗(yàn)平臺。其中THMR-III型的視覺系統(tǒng)針對特定的校園網(wǎng)道路環(huán)境，用拉普拉斯算子對道路圖像進(jìn)行抽邊，用模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)識別路面上的陰影、水跡、樹葉等，然后對二者的結(jié)果圖像進(jìn)行差運(yùn)算便得到道路信息，實(shí)驗(yàn)結(jié)果比較理想。其速度在自主道路跟蹤時達(dá)到510km/h，避障達(dá)5km/h。THMR-V型不僅具有面向高速公路和一般道路的功能，

42、而且還包括臨場感遙控駕駛功能。車體采用道奇7座廂式車改裝，裝備有彩色攝像機(jī)、GPS、磁羅盤光碼盤定位系統(tǒng)、激光測距儀LMS220等。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)采用PENTIUM II計(jì)算機(jī)兩臺，其中一臺進(jìn)行視覺信息處理，另一臺完成信息融合、路徑規(guī)劃、行為控制、決策控制等功能。四臺IPC工控機(jī)分別完成激光測距信息處理、定位信息處理、通訊管理、駕駛控制等功能。設(shè)計(jì)車速高速公路為80km/h，一般道路為20km/h?；谇懊娼榻B的室外移動機(jī)器人相關(guān)技術(shù)，結(jié)合汽車安全駕駛的需要，輔助駕駛報警系統(tǒng)已經(jīng)在國外進(jìn)行了很長時間的實(shí)用化研究。主要包括：車道偏離報警、碰撞預(yù)測報警、智能速度適應(yīng)、自動操作等方面。典型的應(yīng)用如下：在

43、小型車方面，適應(yīng)性巡航控制(ACC-Adaptive Cruise Control)系統(tǒng)，已經(jīng)應(yīng)用在歐洲和日本的汽車上。目前的ACC系統(tǒng)主要用于高速公路汽車速度控制，下一代ACC系統(tǒng)將支持停停走走(stop-and-go)的擁擠交通狀況。日本三菱1999年引入的駕駛員支持系統(tǒng)(Driver Support System)，可以進(jìn)行車輛離道(lane departure)報警，并利用機(jī)器視覺監(jiān)視車輛側(cè)面和后面的交通情況。歐洲開放基金(Publicly Funded)的研究則集中在駕駛員的監(jiān)測、道路環(huán)境的感知、視覺增強(qiáng)、前車距控制(Heading Control)以及傳感器融合方面。美國交通部 (

44、USDOT)已經(jīng)開始一項(xiàng)5年計(jì)劃，投入3500萬美元與通用汽車公司合作開發(fā)一種前后方防撞系統(tǒng)。在重型汽車方面，碰撞預(yù)警同樣需要。重型汽車上的CW(Collision Warning)盡管目前價格較貴，但在美國CW的使用量已超過50000套，這些CW大都基于雷達(dá)的預(yù)警。駕駛員注意力減弱監(jiān)測、防撞及辦輔助駕駛系統(tǒng)、隊(duì)列自動駕駛也正走向成熟。在公交車輛的應(yīng)用上，法國的IrisBus提出了CiViS 系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過車載處理器識別路面可視的條帶路徑標(biāo)識來實(shí)驗(yàn)車輛的自主導(dǎo)航。該系統(tǒng)已經(jīng)被選用在法國的Clermont-Ferrand和Rouen間的公共汽車上。2002年英國倫敦運(yùn)輸部門將利用電子導(dǎo)航汽車在

45、Greenwich的Millenium Dome地區(qū)及其周邊地區(qū)的運(yùn)營。美國的幾個運(yùn)輸機(jī)構(gòu)正在論證采用電子導(dǎo)航系統(tǒng)，并得到聯(lián)邦快速客車運(yùn)輸項(xiàng)目(federal Rapid Bus Transit program)的支持。加州交通部積極發(fā)展自動公共汽車，并于2002年提供樣車。具有自主導(dǎo)航性能的公共汽車在Sao Paulo, Brazil 和其它一些南美國家也開始得到重視和開發(fā)研究。在特種車輛的應(yīng)用方面,主要集中在高速公路的掃雪、工業(yè)及軍事應(yīng)用等領(lǐng)域。對于掃雪系統(tǒng)，美國加州和明尼蘇達(dá)州進(jìn)行了相關(guān)試驗(yàn)，以評估該系統(tǒng)的應(yīng)用情況。試驗(yàn)中，在暴風(fēng)雪天氣或大風(fēng)天造成低能見度或零能見度時，該系統(tǒng)可以為掃雪車

46、提供車道邊緣信息。當(dāng)然，該系統(tǒng)需要依靠磁性參照物或高精度的GPS和電子地圖。美國交通部的IVI項(xiàng)目也有關(guān)于該項(xiàng)系統(tǒng)性能的有關(guān)測試。工業(yè)自動化領(lǐng)域的應(yīng)用主要體現(xiàn)在物流運(yùn)輸上。在荷蘭鹿特丹(Rotterdam)的港口短程運(yùn)輸如集裝箱從船邊運(yùn)送到幾百碼以外的倉庫，主要由“yard tractors”完成。這種重復(fù)性的工作已經(jīng)實(shí)現(xiàn)自動化。世界其它港口也在準(zhǔn)備實(shí)施這種自動運(yùn)輸系統(tǒng)。在工廠中貨物運(yùn)輸，如Netherland荷蘭的Combi-Road系統(tǒng)，采用無人駕駛的車輛來往返運(yùn)輸貨物，它的路面上采用了磁性導(dǎo)航參照物，并利用一個光陣列傳感器去探測障礙。荷蘭南部目前正在討論工業(yè)上利用這種系統(tǒng)的問題，政府正考

47、慮沿已有的高速公路新建一條專用的車道，采用這種系統(tǒng)將貨物從鹿特丹運(yùn)往各地。從發(fā)展趨勢來看，在室外移動機(jī)器人視覺系統(tǒng)研究中，在其它傳感器發(fā)展緩慢的今天，基于視覺傳感器的IT處理技術(shù)將承擔(dān)視覺系統(tǒng)的主要任務(wù)，具有廣闊的發(fā)展空間。而多傳感器融合的技術(shù)方案也將提高視覺系統(tǒng)的性能。所以，對汽車安全駕駛具有實(shí)際應(yīng)用價值的路況監(jiān)測技術(shù)也將以視覺傳感器為核心，以多傳感器融合的技術(shù)方案得到深入廣泛的發(fā)展。另外，從美國警車為保留真實(shí)辦案過程而安裝實(shí)時視頻記錄裝置來看，除安全駕駛因素之外，路況的實(shí)時視頻記錄也將對交通事故的處理和責(zé)任認(rèn)定起到一定的作用。（三）汽車停放安全（防盜）方面的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢汽車防盜是汽車安全

48、的一個重要方面，隨著汽車逐步進(jìn)入普通家庭，汽車被盜強(qiáng)的發(fā)生案件越來越多，給單位、個人以及保險公司帶來了很大的損失，同時也對社會的和諧穩(wěn)定造成了極大的危害。目前，汽車防盜技術(shù)已經(jīng)與駕駛安全、環(huán)保、節(jié)能一起被列為汽車技術(shù)發(fā)展的四大課題。隨著汽車電子技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用需要，汽車防盜系統(tǒng)發(fā)展迅速，出現(xiàn)了多種類型、多個品牌共存的局面。但是，從技術(shù)層面來看，汽車防盜技術(shù)按其結(jié)構(gòu)和功能可分為四大類：機(jī)械式、電子式、芯片式和網(wǎng)絡(luò)式。（）機(jī)械式防盜器機(jī)械鎖是最常見也是最早的汽車防盜器，其造價低，結(jié)構(gòu)簡單，環(huán)保性好，工作狀況和防盜效果類似于鎖具。目前，機(jī)械鎖在高中檔汽車中幾乎難覓蹤影，即便是在抵擋汽車中也已很少單獨(dú)

49、使用，它主要和電子式、芯片式聯(lián)合使用。機(jī)械鎖主要分為方向盤鎖和變速箱鎖兩大類。其中，方向盤鎖在使用時，主要是將方向盤與制動踏板連接在一起，使方向盤不能做大角度轉(zhuǎn)向，而且不能制動汽車。而變速箱鎖安裝在換檔桿附近，通常在停車后，把換檔桿推回空檔位置并加上變速箱鎖后，使汽車不能換檔。方向盤鎖、變速箱鎖、鉤鎖等機(jī)械式防盜器，主要是靠鎖定離合、制動、油門或方向盤、變速桿來達(dá)到防盜目的，只防盜不報警。另外，機(jī)械式防盜鎖靠堅(jiān)固的金屬結(jié)構(gòu)鎖住汽車的操作部件，使用起來不隱蔽，且占用駕駛室空間，每次使用都要拆裝，較為麻煩。機(jī)械鎖主要起到限制車輛操作的作用，其防盜效果非常有限，很難抵擋利用鋼鋸、撬棍、老虎鉗等重型工

50、具進(jìn)行的盜竊。（）電子式防盜系統(tǒng)機(jī)械鎖是一種預(yù)防汽車被盜的裝置，它不能阻止他人進(jìn)入駕駛室、車內(nèi)，打開行李箱、發(fā)動機(jī)罩，甚至啟動發(fā)動機(jī)。而電子式防盜系統(tǒng)不僅能防止汽車被盜，而且能防止他人進(jìn)入車內(nèi)或拆卸某些汽車零件，是現(xiàn)階段應(yīng)用最廣泛的防盜系統(tǒng)。它主要是靠震動偵測、中控門鎖、鎖定點(diǎn)火或起動系統(tǒng)來達(dá)到防盜的目的。同時它具有聲音報警功能，甚至微波探測、紅外探頭檢測等功能。電子式防盜器功能齊全，安裝隱蔽，無線遙控，操作簡單，充分利用了成熟的電子芯片密鑰技術(shù)、傳感器技術(shù)以及工藝技術(shù)，生產(chǎn)廠家多，成本低。然而，電子式防盜系統(tǒng)的致命弱點(diǎn)在于其電子密碼和遙控操作方式。當(dāng)車主用遙控器開關(guān)車門時，遙控器發(fā)出的無線電

51、波或紅外線容易被盜車賊用接收器或掃描器接收，經(jīng)過解碼，就可以開啟汽車的防盜系統(tǒng)。另外，電子式防盜報警器的使用頻率通常被限定在300-350MHz的業(yè)余頻段上，容易受到電波、雷電、工業(yè)電焊等較多干擾源的影響而產(chǎn)生誤報警。（）芯片式防盜系統(tǒng)在電子式防盜系統(tǒng)之后，人們又研究出了更先進(jìn)的芯片式數(shù)碼防盜器。這種防盜器以優(yōu)點(diǎn)突出使用方便的特色被很多高檔車（如德國奔馳、寶馬、法國雪鐵龍等）采用，作為這些車型的原配防盜器。芯片式防盜系統(tǒng)的基本原理是通過芯片鑰匙鎖住汽車的馬達(dá)、電路和油路，使汽車在沒有芯片鑰匙的情況下無法啟動。由于數(shù)字化的密碼重碼率極低，并且要用密碼鑰匙接觸車上的密碼鎖才能開鎖，這就杜絕了被掃描

52、的弊病。（）網(wǎng)絡(luò)式防盜系統(tǒng)芯片式防盜系統(tǒng)雖然有著強(qiáng)大的防盜功能，但依然不能突破距離的限制，無法實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程汽車狀態(tài)的監(jiān)控。于是，隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)式防盜系統(tǒng)。這種系統(tǒng)通過網(wǎng)絡(luò)來實(shí)現(xiàn)汽車門的開關(guān)、馬達(dá)啟停、汽車的定位，甚至可以根據(jù)車主的要求提供遠(yuǎn)程的車況報告。具有遠(yuǎn)程傳輸功能的網(wǎng)絡(luò)主要有Bp機(jī)網(wǎng)絡(luò)、GPS、GSM/GPRS等，未來還可以選擇3G無線通訊網(wǎng)絡(luò)。目前使用最多的是GPS防盜系統(tǒng)，它主要靠鎖定點(diǎn)火或起動達(dá)到防盜的目的。GPS的工作原理是利用接收衛(wèi)星發(fā)射信號，與地面監(jiān)控設(shè)備和GPS信號接收機(jī)組成全球定位系統(tǒng)。衛(wèi)星星座連續(xù)不斷發(fā)送動態(tài)目標(biāo)的三位位置、速度和時間信息，保證車輛在地球上的

53、任何地點(diǎn)、任何時刻都至少能收到衛(wèi)星發(fā)出的信號。因此，只要每輛移動車輛上安裝的GPS車載機(jī)能正常工作，再配上相應(yīng)的信號傳輸鏈路（如GSM移動通訊網(wǎng)絡(luò)和電子地圖），建立一個專門接收和處理各個移動目標(biāo)發(fā)出的報警和位置信號的監(jiān)控室，就可以形成一個衛(wèi)星定位的移動目標(biāo)監(jiān)控系統(tǒng)。典型的GSM/GPS汽車防盜系統(tǒng)必須在衛(wèi)星監(jiān)控中心對車輛的24小時不間斷、高精度的監(jiān)控服務(wù)基礎(chǔ)上，由安裝在指揮中心的中央控制系統(tǒng)、安裝在車輛上的移動GPS終端以及GSM通信網(wǎng)絡(luò)三大部分組成，通過接收衛(wèi)星發(fā)出的定位信息，計(jì)算出移動目標(biāo)的經(jīng)度、緯度、速度和方向，并利用GSM網(wǎng)絡(luò)的短消息平臺作為通信媒介來實(shí)現(xiàn)定位信息的傳輸。由此可見，昂貴

54、的運(yùn)營費(fèi)用是GSM/GPS網(wǎng)絡(luò)防盜系統(tǒng)普及應(yīng)用的障礙。從發(fā)展趨勢來看，基于以上分析可見，20世紀(jì)90年代以來，IT技術(shù)的飛速發(fā)展，使電子技術(shù)、傳感器技術(shù)、數(shù)據(jù)通信技術(shù)、汽車網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、計(jì)算機(jī)處理技術(shù)和控制技術(shù)有效應(yīng)用于汽車防盜系統(tǒng)中，并將引導(dǎo)汽車防盜系統(tǒng)向更高的智能化和多功能集成化方向發(fā)展。課題主要研究技術(shù)國內(nèi)外專利授權(quán)情況為深入了解與本課題相關(guān)的研究成果，專門進(jìn)行了相關(guān)技術(shù)的專利檢索。情況如下：（）以“汽車（auto）”和“安全（safety）”為關(guān)鍵詞，國內(nèi)檢索發(fā)現(xiàn)公開的專利有6468條，其中發(fā)明專利1236條，實(shí)用新型專利5231條，外觀設(shè)計(jì)專利1條；世界知識產(chǎn)權(quán)組織網(wǎng)上專利檢索發(fā)現(xiàn)公開專

55、利5188條。（）以“汽車”和“監(jiān)控（monitor）”為關(guān)鍵詞，檢索發(fā)現(xiàn)公開的國內(nèi)專利有340條，其中發(fā)明專利142條，實(shí)用新型專利198條。世界知識產(chǎn)權(quán)組織網(wǎng)上專利檢索發(fā)現(xiàn)公開專利4214條。（）以“汽車”和“安全”和“監(jiān)控”為關(guān)鍵詞，檢索發(fā)現(xiàn)公開的國內(nèi)專利有104條，其中發(fā)明專利46條，實(shí)用新型專利58條。世界知識產(chǎn)權(quán)組織網(wǎng)上專利檢索發(fā)現(xiàn)公開專利1195條。（4）以“汽車”和“安全”和“識別（recognition）”為關(guān)鍵詞，檢索發(fā)現(xiàn)公開的國內(nèi)專利有76條，其中發(fā)明專利26條，實(shí)用新型專利50條。世界知識產(chǎn)權(quán)組織網(wǎng)上專利檢索發(fā)現(xiàn)公開專利563條。（5）以“汽車”和“安全”和“視頻（vi

56、deo）”為關(guān)鍵詞，檢索發(fā)現(xiàn)公開的國內(nèi)專利有17條，其中發(fā)明專利4條，實(shí)用新型專利13條。世界知識產(chǎn)權(quán)組織網(wǎng)上專利檢索發(fā)現(xiàn)公開專利697條。（6）以“汽車”和“視頻”為關(guān)鍵詞，檢索發(fā)現(xiàn)公開的國內(nèi)專利有121條，其中發(fā)明專利53條，實(shí)用新型專利68條。世界知識產(chǎn)權(quán)組織網(wǎng)上專利檢索發(fā)現(xiàn)公開專利3123條。通過對以上專利檢索情況的簡單分析，可以得到如下結(jié)果：（）沒有發(fā)現(xiàn)與本課題研究目標(biāo)完全一致的專利成果；（）汽車安全是國內(nèi)外的一個研究熱點(diǎn)，并成果頗多；（）從數(shù)量來看，國內(nèi)研究成果不比國外研究成果少；（）從內(nèi)容來看，國內(nèi)研究成果以傳統(tǒng)的機(jī)械技術(shù)、傳感器技術(shù)、電子技術(shù)為主要內(nèi)容，基于最新的識別技術(shù)和視頻

57、技術(shù)的內(nèi)容非常少；而國外研究成果中，以識別技術(shù)和視頻技術(shù)為主要內(nèi)容的比例非常高；（）視頻技術(shù)在國外的汽車技術(shù)研究中占有相當(dāng)大的地位，除了安全方面的應(yīng)用研究之外，車載多媒體系統(tǒng)似乎已經(jīng)成為國外汽車應(yīng)用研究的必備內(nèi)容，應(yīng)該引起國人的關(guān)注?？傊ㄟ^以上對本課題相關(guān)技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢，以及國內(nèi)外專利情況的綜述和深入分析，沒有發(fā)現(xiàn)與本課題研究目標(biāo)和內(nèi)容完全一致的成果或?qū)＠?。與本課題“基于實(shí)時視頻技術(shù)的汽車安全駕駛智能化集成輔助系統(tǒng)”研究相比，以上介紹的研究成果多數(shù)都側(cè)重于單個方面或者兩個方面的研究，還有一部分是具體算法的試驗(yàn)性研究，或者實(shí)用新型研究。也就是說，對于本課題的三個主要研究內(nèi)容（即駕駛員的

58、駕駛狀態(tài)識別、駕駛路況識別和環(huán)境記錄、基于無線網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程監(jiān)測）中的每一個，都得到國內(nèi)外學(xué)者的關(guān)注，并取得了一些研究成果，但并沒有出現(xiàn)三個研究內(nèi)容集成化的研究成果。而這正是本課題的主要研究目標(biāo)和思路。而且，針對以上分析的國內(nèi)和國外研究的差距，本課題研究人員基于自己擁有的相關(guān)技術(shù)和堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，對完成本課題的研究工作，縮短與國外研究的差距充滿信心。課題主要研究內(nèi)容、擬解決的技術(shù)難點(diǎn)和主要創(chuàng)新點(diǎn)，現(xiàn)有研究基礎(chǔ)課題主要研究內(nèi)容本課題的總體思想是：利用IT行業(yè)的最新研究成果，參考最新的國際研究趨勢，為汽車安全駕駛提供智能化、集成化的輔助性支持，通過IT新技術(shù)在汽車安全駕駛方面的應(yīng)用研究，提升汽車電子技術(shù)水平

59、，更好地為汽車行業(yè)服務(wù)。具體而言，本課題將研究實(shí)時視頻在汽車安全駕駛方面的應(yīng)用技術(shù)，探索視頻技術(shù)在汽車駕駛安全和停放安全等方面的集成化應(yīng)用方案和智能化技術(shù)。具體目標(biāo)是：研究并開發(fā)出具有駕駛員駕駛狀態(tài)監(jiān)測、路況監(jiān)測并短時備份、基于智能 的無線遠(yuǎn)程實(shí)時監(jiān)測三大集成功能的智能化汽車安全駕駛輔助實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。該實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)以集成化的方式對汽車安全駕駛的三個方面問題提供輔助性解決方案，可以理解為汽車安全的“黑匣子”。由此可見，本課題的主要研究內(nèi)容包括以下四個方面：(1)駕駛員的駕駛狀態(tài)檢測技術(shù)及安全模型研究這方面的研究工作主要是針對駕駛過程中實(shí)時采集得到的駕駛員的面部視頻信息，綜合應(yīng)用視頻處理技術(shù)，檢測出對駕駛安全有影響的面部狀態(tài)特征。然后，逐步建立基于這些狀態(tài)特征的駕駛安全模型。一般認(rèn)為，影響駕駛安全的面部狀態(tài)特征可以包括：眨眼特征（包括頻率、閉眼時長、睜眼時長），視線特征（包括方向、變換頻率），嘴狀態(tài)特征（包括說話、吃東西、打哈欠），頭狀態(tài)特征（包括左右偏向、上下偏向、偏向時長、偏向頻率）等，以及各面