Fahrerzustandsbeobachtung und -messung. Dr. Katharina Seifert K-EFFB/S

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1 Fahrerzustandsbeobachtung und -messung Dr. Katharina Seifert K-EFFB/S

2 Agenda Motivation für die Fahrerzustandsbeobachtung Ergebnisse der Unfallforschung Ziele der Fahrerzustandsbeobachtung Fahrerzustand: Aufmerksamkeit, Vigilanz und Müdigkeit Indikatoren des Fahrerzustandes Ein Ansatz zur Fahrerzustandserkennung: Sensortechnologie und Systemoutput Anforderungen an ein System zur Fahrerzustandsbeobachtung

3 Motivation der Fahrerzustandsbeobachtung Ergebnisse der Unfallforschung 5 25 % aller Unfälle (in Abhängigkeit von den Datenquellen) sind auf Ermüdung des Fahrers zurück zu führen Die Unfallschwere von Müdigkeitsunfällen ist höher als bei anderen Unfallursachen, da vom Fahrer keine Gegenmaßnahmen ergriffen werden können 100% Maximale Verletztungsschwere von Kfz-Insassen 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% MAIS 6 MAIS 5 MAIS 4 MAIS 3 MAIS 2 MAIS 1 MAIS 0 10% 0% Alle Unfälle Müdigkeitsunfälle

4 Motivation der Fahrerzustandsbeobachtung Ergebnisse der Unfallforschung Müdigkeitsunfälle führen in 79 % aller Fälle zum Abkommen von der Fahrbahn Müdigkeitsunfälle ereignen sich überwiegend auf Autobahnen und Bundesstraßen, seltener auf städtischen Straßen Reifenspuren eines von der Fahrbahn abgekommenen Fahrzeugs

5 Ziele der Fahrerzustandsbeobachtung Das Ziel der Fahrerzustandsbeobachtung: Unfälle zu verhindern, die auf Müdigkeit, geringer Vigilanz und mangelnder Aufmerksamkeit beruhen Wie? Fahrers entsprechend seiner aktuellen Leistungsvoraussetzungen unterstützen Die Assistenz des Fahrers angepasst an die jeweilige Situation Die Priorisierung und das Managen der Human Machine Interface-Funktionen Vor der Implementierung eines Systems zur Fahrerzustandsmessung sind die psycho-physiologischen Zusammenhänge der Zustände zu berücksichtigen

6 Fahrerzustand: Aufmerksamkeit, Vigilanz und Müdigkeit Die Einschätzung der Kondition des Fahrers basiert auf dem aktuellen psycho-physiologischen Status des Fahrers Der psycho-physiologische Status des Fahrers kann beispielsweise mit den Konzepten Aufmerksamkeit, Vigilanz und Müdigkeit beschrieben werden Aufmerksamkeit, Vigilanz und Müdigkeit sind mit einander in Verbindung stehende Aspekte des sich temporär verändernden Fahrerzustandes Vigilanzniveau Müdigkeitsniveau Aufmerksamkeitsniveau Zeit

7 Indikatoren des Fahrerzustandes Simulatorexperimente mit mehr als 100 männlichen und weiblichen Testfahrern unterschiedlichen Alters und Fahrerfahrung zu unterschiedlichen Tageszeiten und auf verschiedenen Strecken Aus den Simulatordaten wurden reliable und spezifische Indikatoren zur Prädiktion kritischer Ermüdungszustände abgeleitet Zeit- und Kilometer- Zähler Szenenvideo Augenvideo des Fahrers Gesichtsvideo des Fahrers

8 Indikatoren des Fahrerzustandes Indikatoren des Lidschlusses, der Augenbewegung und der Fahraktivität wurden analysiert, um Vorhersageparameter zu identifizieren, die für die Mehrheit der Fahrer aussagekräftig sind unabhängig von Geschlecht, Alter, Fahrerfahrung und Streckeneigenmerkmalen

9 Indikatoren des Fahrerzustandes Die Parameter wurden mit Hilfe der Signal-Entdeckungs-Theorie ausgewählt Als Kriterium gelten Mikroschlafereignisse, die in einem definierten Zeitintervall auftreten 4 Fälle der Vorhersagefähigkeit potentieller Parameter unterscheidbar: Mikroschlaf folgt Kein Mikroschlaf folgt Detektion Treffer falscher Alarm Alle Warnungen keine Detektion Ausfall Korrekte Zurückweisung Alle Nicht- Warnungen alle Mikroschlafereignisse Alle Nicht- Mikroschlafereignisse

10 Indikatoren des Fahrerzustandes Die Parameter, die vom Lidschluss abgeleitet wurden, z.b. Lidschlussdauer oder Augenöffnungsgrad wiesen die beste Sensitivität und Spezifität auf Die Parameter, die aus den Augenbewegungen abgeleitet wurden hatten weniger Vorhersagekraft für das Müdigkeitsniveau des Fahrers Die Fahraktivitätsparameter wie Lenkwinkelgeschwindigkeit und Gaspedalposition waren durch Streckenmerkmale stark beeinflusst

11 Ein Ansatz zur Fahrerzustandskennung Das Systemkomponenten: Kamera mit Software zur Bildaufbereitung und Verarbeitung sowie Module zur Müdigkeitsprognose und ein HMI Augendaten Rohdaten/Input Fahrzeugdaten Umgebungs daten Datenaufbereitung & -parametrierung Datenraum Real time Modul Datenaufbereitung & -speicherung Algorithmus 1 Algorithmus 2 Algorithmus 3 Algorithmus 4 Algorithmen Endverarbeitung HMI Output

12 Ein Ansatz zur Fahrerzustandskennung Denkbare HMI-Varianten, die untersucht werden, sollen den Fahrer stimulieren oder warnen haptisch visuell auditiv Die HMI-Strategie kann berücksichtigen, wie kritisch die Situation erscheint, z.b.: Pausenempfehlung in risikoarmer Situation Direkte Warnung in risikoreicher Situation Einfluss auf Fahrerassistenzsysteme

13 Anforderungen an Systeme zur Fahrerzustandserkennung Kamera & Lichtquellen Automatische Bildverarbeitung Algorithmische Verarbeitung Human-Machine- Interface hohe Dynamik, hohe Bildfrequenz der Kamera Augensichere und unsichtbare Lichtquellen, hinreichende Helligkeit Genauer Augenöffnungs -grad Kopfposition und Blickrichtung Gesichtserkennung Müdigkeits-/ Fitness Level (Kalkulation der Mikroschlafwahrscheinlichkeit) Funktionalität für 80% aller Fahrer Adäquate Warnschwellen Adäquates Warnsignal Angemessene Empfehlungen für den Fahrer /Feedback Weitere Schnittstellen

14 Anforderungen an Systeme zur Fahrerzustandserkennung Systeme zur Fahrerzustandserkennung sind die ersten technischen Systeme im Fahrzeug, die das Verhalten des Fahrers im Sinne seiner Leistungsvoraussetzungen interpretieren Für die Akzeptanz solcher Systeme erscheint es notwendig, verschiedene Anforderungen zu erfüllen: Die benötigten Verhaltensparameter müssen non-invasiv messbar sein Die Systemfunktion muss für Fahrer unterschiedlicher persönlicher Merkmale, wie Alter, Geschlecht, Sehkorrekturen sowie unter allen Fahrtbedingungen erfüllt sein Eine minimale Falschalarmrate beugt Störungen und geringem Vertrauen in das System vor

15 Anforderungen an Systeme zur Fahrerzustandserkennung Die Berechnung des Fahrerzustandes muss sehr schnell und zuverlässig erfolgen Das HMI sollte dem Fahrer helfen, seine eigenen Ressourcen zu managen (z.b. durch Unterstützung der Pausenplanung) Die Datenspeicherung muss auf den Datenschutz des Benutzers abgestimmt sein Gespeicherte Daten und Profile sind zu anonymisieren (kein Müdigkeitsfahrtenschreiber!)

16 Danke für Ihre Aufmerksamkeit! Fragen sind willkommen...

17 Fahrerzustand: Aufmerksamkeit Aufmerksamkeit beschreibt die Fähigkeit einer Person zur bewussten (aber auch unwillkürlichen) Orientierung zu verschiedenen sensorischen Input oder mentalen Inhalten und deren Auswahl, z.b. zur Handlungssteuerung.

18 Fahrerzustand: Müdigkeit Müdigkeit als wahrnehmbares physiologisches Bedürfnis nach Schlaf steht in einer umgekehrten Beziehung zu Aufmerksamkeit und Vigilanz

19 Fahrerzustand: Vigilanz Vigilanz beschreibt das neuro-physiologische Erregungsniveau, welches die Handlungsbereitschaft einer Person mit moduliert