驾驶员监控系统的普及与推广

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美国国家公路交通安全管理局（NHTSA）2021年的一项研究表明，2020年美国发生了超过3.8万起汽车事故，其中大约95%由人为失误造成。自动驾驶系统的倡导者们一直认为，自动驾驶技术将会是减少人为失误的影响和提高行车安全的关键所在。但专家们一致认为，距离实现全自动驾驶系统仍有数年甚至几十年的时间，这让人的参与继续成为驾驶中不可缺少的一部分。

随着半自动驾驶系统在乘用车中变得越来越普遍，分心驾驶这种相对较新形式的人为失误已出现苗头。随着自动驾驶系统的普及，人们越来越担心驾驶员因为看手机和平板电脑等而导致注意力不够集中，从而没能避免本可预防的碰撞和其他事故。虽然已证实自动驾驶系统的故障只有零星发生，但对其安全仍然存在合理的担忧，主要是人为失误。

汽车制造商和监管机构如何确保驾驶员在驾驶有自动驾驶系统的车辆时始终留意路面情况？一种方法是利用多年来在商业运输卡车车队中实施的技术——驾驶员监控系统（DMS）。DMS使用红外传感器监测驾驶员的面部位置和眼睛运动，以确定其是否保持警觉并在观察前方情况。如果系统检测到驾驶员分心或疏忽，将会发出警报或闪烁车内灯光，警告他们路面上有潜在危险，如果驾驶员没有作出响应，则会自动刹车。美国、欧盟和中国已经立法，到21世纪20年代末，使DMS成为新出厂汽车的强制性功能。让我们来看看DMS的现状以及它可能走向何方。

DMS – 过去和现在

正如前面所提到的那样，在美国、欧洲部分地区和亚洲，DMS已被用于商业车辆车队管理。实践证明，DMS可以减少商业交通运输业中的事故，有助于提高驾驶员的时间效率，并确认他们是否遵守驾驶大型商业车辆所要求的严格安全规程。

然而，直到最近，这些系统主要依赖于对驾驶员的人工监督，这意味着DMS拍到的视频将需要上传到云端，然后由人类监督员进行审查。这种方式导致有分心迹象的驾驶员与人类监督员激活驾驶员警报系统之间形成了一个滞后时间，这一点正是这类早期系统功能中的明显缺陷。通过利用人工智能，如果发觉驾驶员的注意力不集中，DMS可以实时提醒驾驶员。

大多数DMS技术都在沿着类似的路线发展。配备红外LED传感器的摄像头安装在转向柱上，用于监测驾驶员头部姿势（他们是在抬头看路还是在低头看手机？）。驾驶员眼睛的移动及其眨眼的频率（人们在打瞌睡时眨眼的频率高于清醒和警觉时）。当DMS确定驾驶员对可能的道路危险或不安全行为（如无故偏离车道）反应不足时，就会激活驾驶员警报系统。然后，如果驾驶员没有及时干预，DMS就会让自动驾驶系统采取适当的操作（图1）。

2006年，汽车制造商雷克萨斯首次在乘用车中实施DMS，雷克萨斯的母公司丰田和沃尔沃紧随其后。美国汽车制造商（如福特与凯迪拉克）和欧洲公司（如宝马）也开发并在其部分车型中部署了DMS。预计几乎所有汽车公司都将在未来十年投资DMS。

图1：驾驶员警报系统被激活

DMS：系统的实施和安全

实施驾驶员监控系统时的首要考虑是安全问题。系统架构需要对各种指示潜在危险或意外障碍物的环境信号作出实时响应。这些信号将由多个传感器观察和记录，这些传感器经过综合和/或对比，在通常被称为“传感器融合”的过程中识别异常情况测量值。具有所需算力和关键功能的专用处理器是此类系统实施的绝佳起点。NXP Semiconductors S32V234视觉和传感器融合处理器提供了构建一流DMS解决方案其余部分所需的平台。

NXP Semiconductors S32V234视觉和传感器融合处理器通过异构组合为DMS等安全关键型设计提供完全集成的方法，这个组合使用了通用CPU、经由OpenCL^™、APEX-CV和APEX图形及嵌入式图像传感器处理（ISP）实现的进行特定用途处理的双APEX-2视觉加速内核3D GPU以及加速HDR和颜色处理过程。CPU包括用于计算密集型算法的四核1GHz Arm^® Cortex^®-A53和承载次要计算密集型系统管理功能的133MHzArm^® Cortex^®-M4微控制器。

为支持额外的安全性和可靠性功能，处理器均设有纠错代码（ECC），以保护发往处理器缓存、内部4MB暂存器、DRAM内存的数据和指令。由于安全性正在迅速成为保护内部IP和防止外部入侵攻击的关键因素，S32V234还包括嵌入式加密安全引擎（CSE），其中配备了16KB芯片内置安全RAM和ROM。S32V234处理器是NXP SafeAssure^™ 计划的一部分。该计划支持ISO 26262 ASIL B ADAS应用，并包含几个关键的DMS要素：行人检测、物体检测、车道偏离警告、智能头部光束控制和交通标志识别。S32V234处理器还设计用于汽车级可靠性、功能安全和安防，以支持汽车和工业自动化。

DMS：目前和未来的监管环境

欧盟已开始在新车中强制使用DMS。2019年，欧盟部长理事会颁布了一项通用安全条例，要求欧盟所有新制造的汽车都包含增强的安全功能，其中就包括驾驶员监控技术。新规则今年开始生效。虽然这些规则目前仅适用于具有一定程度自动驾驶能力的新车型，但到2026年，将会适用于欧盟境内所有新生产的汽车。该理事会估计，这项立法将在今后十年防止超过10万起汽车事故。立法并不是欧盟着力推动DMS的唯一途径。欧盟的新车评估计划（即Euro NCAP）现在要求新车必须具备驾驶员监控功能才能获得五星级安全评分。

在新冠肺炎疫情导致新车销量下降前，中国2018年销售出超过400万辆汽车，尽管慢于欧盟，但DMS作为一项安全功能正在逐渐深入人心。2018年，江苏成为中国第一个对运输危险品的长途卡车和车辆实行强制DMS的省份，预计很快也会有类似的全国性强制要求。有了美国和欧洲市场走在前面，这个人口最多的国家预计也会在驾驶安全方面加大力度。

美国国会也在采取立法措施，让驾驶员监控系统成为新车的强制性要求。2020年7月，众议院通过了《Moving Forward Act》法案，该法案通过加大对基础设施和道路安全的投入，使驾驶更安全。该法案包括一项与欧盟的安全条例类似的规定，让驾驶员监控系统在美国销售的所有新车中成为强制性要求。虽然《Moving Forward Act》法案仍有待参议院和总统批准，但参议院商务、科学和运输委员会的成员已在参议院提出了类似的立法。《Stay Aware for Everyone Act》（SAFE）法案指导美国交通部研究自动驾驶系统对驾驶员分心的影响，以及DMS在减少与疏忽驾驶相关的汽车事故方面的效果。研究结果可能要求监管机构颁布并执行要求汽车制造商将DMS技术纳入其新车型的规则。SAFE将要求在该法案通过后的两年内完成研究，并在四年内确定DMS对驾驶员安全的影响。

如果确定DMS对驾驶员的安全有实质性影响，则制造商须在之后的两年宽限期内完成整改。其支持者表示，立法采用“无关性”设计，这意味着其不会偏袒特定的技术或开发者。由于疫情和其他因素，上述两项法案在参议院都被搁置。尽管这两项法案的通过都没有明确的截止期限，但预计在今年某个时候投票时都会得到两党的支持。

DMS：目前和未来的监管环境

考虑到对于大规模实施（半）自动驾驶系统和提高驾驶安全性的国际关注，DMS在未来汽车市场似乎有着光明的前景。实施AI已经提高了DMS系统的效率，并提供了增强型功能。DMS开发的下一个阶段很可能会采用面部识别软件：斯巴鲁已在其DriverFocus系统中采用面部识别技术。如果司机的目光远离道路一次超过3秒钟以上，系统会向司机发出警告，同时使汽车的自动驾驶系统进入高度警戒状态，以备需要由系统接管驾驶员。

目前，对车辆行驶过程中不断拍摄视频的摄像头存在隐私方面的担忧。可能必须要在这些担忧得到解决后，面部识别软件才能成为DMS系统中一个广泛接受的功能。尽管有这些担忧，但如果欧盟的安全条例和立法在众议院和参议院最终以某种形式通过，DMS一定会在未来十年内以可观的速度在乘用车中激增。等着吧，在你不注意道路状况时，你的爱车将会更加注意你。