科普 | DMS，到底是个什么东西？

最近有人告诉小编：你应该关注一下驾驶员监测系统(DMS, Driver Monitor System)，它与自动驾驶和智能座舱关系很强，对商用车也意义重大，可能马上就会成为行业热点！

小编一搜，在2021年中国乘用车市场中，标配有DMS的新车上险量仅为54.33万辆，搭载率仅为2.66%[1]，商业发展还处于非常早期的阶段。

一般来说，考虑到投资研发的资金回报率，新技术都是先在乘用车上先普及，再逐渐渗透到商用车领域。

对此小编陷入了沉思：如果DMS在乘用车领域的应用都仅处于早期阶段，那应用到商用车得猴年马月啊？ 

再说，DMS的「监视」、「警告」驾驶员的功能，DMS常常被司机们吐槽烦人，它真有这么重要吗？

带着这个疑问，小编请教了相关专家、进行了大量调研，才得到粗浅的理解，分享给大家：

1. 什么是DMS?

当你开车带朋友长途出行时，很可能会出现疲倦状态，这时难免会发生注意力分散的情况，甚至有时候睡着了自己都不知道。

在头部耷拉下来时，坐在副驾的朋友看不下去了，对你大吼一声：「注意点，别睡着了啊！要不我帮你开一会儿吧？」

此时，副驾驶朋友扮演的正是DMS的角色：感知(察觉到司机走神) → 决策(决定提醒你一下) → 执行(通过语音叫醒你)。

虽然简单，但成功避免了一场潜在车祸。

近年来，疲劳驾驶、分心驾驶已成为交通事故的主要原因。随着自动驾驶、智能座舱的功能越来越强大，让驾驶员分心的场景也会越来越多。例如下面这场事故，就是由于司机玩手机分心引发的：

如果是一个人开车、没有朋友坐在副驾提醒呢？特别是咱们商用车领域，通常都是一个人开车。长途重卡虽然是两个人，那也是一人开车、另一人休息。

这时候，DMS系统的重要性就体现出来了：它也是通过「感知→决策→执行」3个步骤来实现这一功能的！其中最复杂的就是感知，咱们就重点聊聊感知吧！

视觉感知

2. 感知传感器

要获得人的精神状态，最专业的感知仪器，当数医院的睡眠监测仪。

它可以根据脑电波、肌电、皮肤电、心电、呼吸等全面的数据，可以准确地感知你的状态：到底是深睡、浅睡，还是在认真开车。

用脚后跟想想也知道，这套系统虽然专业，但不可能用于量产车上。退而求其次，有人提出用智能穿戴设备与车载系统通讯，获取人的心电、血压、体温数据：

这个思路确实不错，但智能穿戴设备与车机系统之间的沟通不太通畅，难以落实。要想实现这一点，等华为、苹果造出量产车来再说吧！

那么，再退一步吧！这也是目前的主流方案：视觉感知为主，其它信息为辅。

例如在方向盘、A柱或内后视镜上安装摄像头，来监测驾驶员的状态。

小鹏P7在方向盘上有一个红外摄像头，还有一串小灯用于红外补光、照亮人脸。照片中显现出紫色的小灯，实际上是因为人眼看不出的近红外光。采用红外光的另一个好处是，它可以穿透墨镜。

蔚来ES8将DMS摄像头布置到了内后视镜[2]：

蔚来ES8的DMS摄像头 图片来源[2]

吉利星越将DMS摄像头布置到了A柱上：

吉利星越的DMS摄像头 图片来源[2]

除视觉之外，还有其它传感器提供的辅助信息。例如检测驾驶员手部是否放在方向盘上的传感器，有两种：

• 扭矩传感器：如果长时间检测不到手的转动力矩，就会报警 —— 在启用高级辅助驾驶时，就会比较烦；手不仅要搭在方向盘上，还要一直施加一个不大不小的力矩，太大会退出辅助驾驶，太小则检测不到，相当考验技巧。

• 电容式HOD传感器：检测驾驶中的手是否在方向盘上，而不需要施加力矩，比较好用一些。

其实，通过车辆本身的状态也可以辅助判断驾驶员状态。例如奔驰就有这么一套Attention Assist系统：依据驾驶员驾驶行为、基于车辆状态参数（车速、发动机转速、横摆角速度、侧向加速度、转向盘角速度和角加速度）检测驾驶员状态[3]。

图片来源[3]

粗略一想，这种方法也很有道理：如果是醉汉朋友开车，刚一上车咱们就能察觉出不对劲，这就是通过车辆的加减速度、行驶轨迹判断出来的。

这种极简的方案虽然听起来讲得通，但有时也不太靠谱。所以，现在主流方案还是以视觉感知为主、其它信息辅助。

3. 感知算法：驾驶员的分神、

疲劳、瞌睡、昏迷.....

摄像头看到了面部与眼球，怎么判断驾驶员的状态呢？

判断结果不能是简单的睡或没睡，而是要区分出：走神（distraction）、疲劳（fatigue）、打瞌睡（drowsiness）[4]甚至昏迷（突发事故、突发疾病）……

传统方法是人为地总结出一套判断规则，例如一篇综述作了总结[5]：

• 根据微小点头动作发生的频率[6]：当过大时判断为瞌睡。

• 根据眼睛闭合70%的时间比例[7]：当闭合多的时候就判断为瞌睡。但这套方法对小眼睛司机、戴墨镜的司机无效。

• 综合PERCLOS指标[8]：眨眼持续时间、眨眼频率、明显的头部或体动。

• 监测瞳孔变化[9]：瞌睡时瞳孔会缩小，醒时瞳孔大小保持相对稳定。如果副驾坐着你爱的人，瞳孔也会忽大忽小，从而干扰算法。

• 监测嘴部变化[10]：频繁说话、认真开车、偶尔打哈欠，嘴的动作是显著不同的。

这些算法还有很多，我猜你也不想再听了，其实也没必要听了。因为……

因为在深度学习算法出来之后，它说：在坐的都是垃圾！

所谓深度学习算法之类的AI算法，根本不去总结这些规则，而是以自己的一套隐藏逻辑直接推导出结论。

它就像Alpha Go的围棋完虐人类棋手之后，柯洁委屈地对Alpha Go说：你根本不懂围棋！

Alpha Go对柯洁说：你根本不懂AI。懂不懂围棋重要吗？反正我能赢。

总之，深度学习算法就是下面这么一通分层、一通运算，就可以判断驾驶员状态了，比之前人类总结的所有规则都要好使。

AI眼中的美女，她长这个样子[11]。

你可以对AI说：你不懂美女。一位好好的美女，不应该按照三庭五眼的标准来看吗？

AI告诉你：你不懂AI。你管我怎么看美女呢？她打瞌睡时我能知道就好了！

主要判断依据为摄像头的视觉信息，实际上是融合了车辆状态、方向盘传感器、麦克风等各种状态的。将来，随着汽车与智能穿戴设备的融合，DMS也会越来越精准、越来越安全。

比如，当年测个心电数据，还要在座椅上贴传感器[12]。如今，华为watch和iwatch都具有ECG功能了。万事俱备，就差让他俩造车了！

驾驶员座椅上的心电测量设施[12]

所有传感器的信息要经过一个数据融合的过程[13]：

干扰测试框架[13]

4. DMS市场趋势

乘用车领域，2021年DMS前装率虽然只有2.66%，但同比增加243.77%[1]。DMS在乘用车领域的高速增长趋势将在未来几年持续下去。

商用车市场与政策相关性比较大。复盘自动紧急刹车系统(AEB)可以发现，它的高增长依赖于相关法规的推进。

例如，在《营运客车安全技术条件》中明确要求：自2018年4月起，车长超过9米的营运客车都需要加装符合JT/T 883要求的LDW（车道偏离预警系统）和FCW（前车碰撞预警系统）；自2019年4月起，需安装AEBS（自动紧急制动系统）[14]。

欧洲新车测试规程Euro -NCAP预计将于2023年起，考评车辆的DMS能力，否则就无法拿满分[15]。中国新车测试规程C-NCAP预计将在2025年考察车辆的DMS能力[16]。

中国新车测试规程C-NCAP主要针对的是乘用车，而国内商用车DMS的强制安装法规可能将在不久后出台，届时将推动商用车DMS的一波快速发展。

参考文献：

[1]乘用车前装视觉DMS搭载率不到3%，3D ToF进入量产周期 https://blog.csdn.net/GGAI_AI/article/details/123530084[2] 2019-2020年车载DMS产业研究报告. 佐思产研.[3] 于立娇, 吴振昕, 王文彬,等. 驾驶员疲劳状态监测系统综述[J]. 汽车文摘, 2019(3):7.[4]https://zhuanlan.zhihu.com/p/112322258[5]张恒, 刘艳丽. 基于视觉信息融合的驾驶员疲劳监测方法综述[J]. 信息技术, 2008, 32(6):5.[6]Kithil P W, Jones R D, MacCuish J．Development of driver alertness detection system using overhead capacitive sensor array [R]．SAE Technical Paper Series982292．SAE International 1998．[7]Wierwille W W, Ellsworth L A, Wreggit S S, et al. Research on Vehicle base Status/ Performance Mon-toring: Development Validation and Refinement of Algorithms for Detection of Driver [R]．Final Report：DOT HS808247 National Highway Traffic Safety Administration 1994[8]National Highway Traffic Safety Administration. evaluation of Techniques for Ocular Measurement as an index of Fatigue and the Basis for alertness Management [Z/OL]．http：//www．fhwa．dot．gov．[9]Lois E K, Hohu L B, Michael H S. New Understanding of Irresistible Sleep [C]．Mayo Clin Pro 2001 76：185－194．[10]Liao W, Zhang W, Zhu Z, et al. Toward a decision-theoretic framework for affect recognition and user assistance [J]. International[11]夏家豪. 基于多任务级联卷积神经网络的驾驶员疲劳监测算法研究[D]. 湖南大学.[12]J. Hyun, S. Gih, K. Ko, S. Kwang, “A Smart health monitoring chair for nonintrusive measurement of biological signals,” IEEE Trans. Inform. Technol. Biomed., 2012.[13]Kashevnik A, Shchedrin R, Kaiser C, et al. Driver distraction detection methods: A literature review and framework[J]. IEEE Access, 2021, 9: 60063-60076.[14]https://new.qq.com/omn/20220302/20220302A09WQY00.html[15] Euro NCAP 最新DMS驾驶员监控未来测试路线图分析 - 离开的嘴巴的文章 - 知乎 https://zhuanlan.zhihu.com/p/458457972[16] 前装DMS进入技术+法规「红利期」，哪些供应商在领跑 https://blog.csdn.net/GGAI_AI/article/details/123727430