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Fahrerunterstützungssysteme basierend auf der Messung psychophysiologischer Indikatoren

Guten Tag allerseits! Dieses Mal möchte ich ein so interessantes Thema wie Treiberunterstützungsgeräte oder vielmehr ihren „menschlichen“ - psychophysiologischen Teil ansprechen. Der Artikel wird über die neuesten Entwicklungen führender Universitäten der Welt und einige Systeme berichten, die bereits zum Verkauf angeboten wurden. Lass uns anfangen.

Fahrerzuverlässigkeit und Fahrpsychophysiologie


Unter der Zuverlässigkeit des Fahrers versteht man die Fähigkeit, Informationen über den Status von Fahrzeugen (TC) und den Straßenzustand rechtzeitig und genau zu empfangen und zu verarbeiten sowie angemessene Lösungen für die Fahrzeugkontrolle während eines bestimmten Zeitraums mit akzeptabler Arbeitsintensität und dem Risiko von Konflikten und Verkehrsunfällen zu verabschieden und umzusetzen und Notsituationen (Shashina E.V., MADI).


Der Personenbus von Krasnodar rollte wegen eines schlafenden Fahrers über, 10 Menschen wurden verletzt (02.00 10. Juli 2015, 894 km der Autobahn M4 Don in der Region Rostow)

Es können vier Hauptkomponenten der Zuverlässigkeit des Fahrers unterschieden werden:
- medizinisch - das Fehlen von Krankheiten, deren Manifestationen zu einem Verlust der Kontrolle über das Fahrzeug während der Bewegung führen können;
- psychophysiologisch - eine Reihe persönlicher Eigenschaften des Fahrers (Eigenschaften des Nervensystems, Gedächtnis, Reaktionszeit, Qualität der Aufmerksamkeit usw.), deren Mängel zu Zeitverlust führen können, beispielsweise in einer gefährlichen Situation oder zu Fehlern bei der Entscheidungsfindung oder zu ihrer Ausführung;
- professionell- das Vorhandensein von Erfahrung, eine Reihe von Fähigkeiten im Autofahren, die es ermöglichen, die rationalsten Methoden zur Gewährleistung der Sicherheit unter allen Fahrbedingungen, einschließlich gefährlicher und kritischer Situationen, anzuwenden;
- sozialpsychologisch - eine Reihe persönlicher Eigenschaften einer Person (Niveau der allgemeinen Kultur, Qualität der Verantwortung, Disziplin usw.), die die Art des Verhaltens auf der Straße bestimmen, das eine Art soziales Umfeld darstellt.

Die Gründe, die die Abnahme der Zuverlässigkeit des Fahrers beeinflussen, hängen auf die eine oder andere Weise mit seinen Komponenten zusammen. Zum Beispiel wird die Unfähigkeit eines Fahrers, sicher zu fahren, am häufigsten durch seine geringen psychophysiologischen Eigenschaften, Krankheit, übermäßige Müdigkeit, Stress usw. verursacht. Die Gründe für die Zurückhaltung des Fahrers, sicher zu fahren, sind ein geringes Maß an Kultur und rechtlichem Bewusstsein, Aggressivität, Verantwortungslosigkeit und die Tendenz, Alkohol zu trinken.
Sicheres Fahren erfordert vom Fahrer nicht nur gute Reflexreaktionen, sondern auch eine entspannte mentale Aktivität mit einer guten Konzentration der Aufmerksamkeit. Inakzeptables Maß an Stress, Müdigkeit und Ablenkung auf der Straße beeinträchtigen die Produktivität des Fahrers und können zu vorübergehendem Konzentrationsverlust, Risikobewertung und Fahrverlust führen, was häufig zu Unfällen führt. Forscher haben festgestellt, dass das Problem, das sich auf die Sterblichkeit und die wirtschaftlichen Verluste durch Verkehrsunfälle auswirkt, durch die Entwicklung und Implementierung kontextsensitiver Fahrerunterstützungssysteme gelöst werden kann. Solche Systeme können das Auftreten eines Unfalls vorhersagen und den Fahrer vorab warnen.
Viele Fahrunterstützungssysteme basieren auf der Messung von Biosignalen, die vom Fahrer mit verschiedenen Sensoren aufgezeichnet wurden. Basierend auf den aus den Biosignalen extrahierten Informationen bewerten die Forscher Emotionen, Stresslevel, Müdigkeit, Stimmung und Einschlafen.

Wissenschaftliche Laboruntersuchungen an Weltuniversitäten


In der Arbeit von Forschern am Massachusetts Institute of Technology (Massachusetts Institute of Technology)beschreibt Methoden zum Sammeln und Analysieren physiologischer Daten in Echtzeit während der Fahrt, um das Belastungsniveau des Fahrers zu bestimmen. Das Elektrokardiogramm, das Elektromyogramm, die Hautleitung und die Atmungsaktivität werden als Biosignale verwendet. Die experimentelle Basis umfasste 24 Probanden, von denen jeweils die obigen Signale 50 Minuten lang aufgezeichnet wurden. Es wurden drei Arten von Aktivitäten verwendet: Ruhe vom Fahren, Fahren auf der Autobahn und Fahren in der Stadt. Die Forscher konnten eine Genauigkeit von 97% bei der Erkennung der durch lineare Diskriminanzanalyse erzeugten Belastungsniveaus erreichen. In der Größenordnung wurde der Stress in hohe, mittlere und niedrige Werte unterteilt. Es wurde gezeigt, dass Herzfrequenzvariabilität und Hautleitung am stärksten mit dem Stressniveau korrelieren.


Alle Sensoren sind an einen Computer angeschlossen. Diese Entwicklung gilt als eine der weltweit führenden auf dem Gebiet der Psychophysiologie des Fahrens.


Kurven der gemessenen Biosignale und des Stressniveaus. Die

kontinuierliche Überwachung des affektiven Zustands des Fahrers in Echtzeit während des Fahrens ist eine schwierige Aufgabe, einschließlich der Erfassung, vorläufigen Verarbeitung, Identifizierung informativer Zeichen und Klassifizierung von Informationen, die den Ermüdungszustand anzeigen. / Stressfahrer.
Die Universität von Ioannina (Griechenland von Griechenland) hat ein Telemetriesystem zur Überwachung des emotionalen Zustands von Fahrern von Rennwagen entwickelt. Grundlage des Systems ist die Erfassung physiologischer Daten (EKG, EMG , RAG), Atmungsaktivität, Videobild des Gesichts), die drahtlos an ein zentrales System übertragen werden, das den emotionalen Zustand des Fahrers klassifiziert und bewertet. Zur Implementierung des Klassifikators wurden verschiedene Methoden verwendet: ein naiver Bayes'scher Klassifikator, eine Support Vector Machine (SVM), ein adaptives Fuzzy Inference Network (ANFIS), ein Entscheidungsbaum und andere. Infolgedessen schlugen die Autoren eine Aufschlüsselung der Ebenen des emotionalen Zustands nach Erregung vor - hoher Stress und niedriger Stress sowie nach Wertigkeit - Euphorie und Dysphorie.


An der Basisstation werden emotionale Zustände erkannt und ein 3D-Modell des Gesichtsausdrucks erstellt.


EMG-Sensoren werden im Gesicht befestigt, Atmungssensoren mit einem Gürtel an der Brust, EKG an der Brust, RAG am Arm

Um den Zustand der Ermüdung der Fahrer zu untersuchen, verwendeten griechische Wissenschaftler dynamische und statische Bayes'sche Netzwerke. Als analysierte Faktoren verwendeten wir die Schlafqualität, Arbeitsbedingungen, Umgebungsbedingungen, biologische Rhythmen sowie physiologische Signale - Augenbewegung, Kopfbewegung und Gesichtsausdruck.

Indische Wissenschaftler (Birla Institut für Technologie und Wissenschaft)machte eine Messung des Spannungsniveaus des Fahrers basierend auf dem photoplethysmographischen Signal und dem RGR. Basierend auf den Amplituden-Zeit-Parametern der Anfangssignale und des Pulsogramms identifizierten die Autoren viele Kriterien, anhand derer das Spannungsniveau bestimmt wird. Grundlage dieser Arbeit ist eine statistische Methode zur Bestimmung des Spannungstrends, der mit der Vorhersage von Signalwerten auf der Grundlage einer Untersuchung des Signaltrends verbunden ist. Beispielsweise wird bei diesem Verfahren ein Indikator berechnet, der als Differenz zwischen dem tatsächlichen Wert der Funktion und dem Wert berechnet wird, der unter Verwendung des exponentiell gewichteten gleitenden Durchschnitts ( EWMA ) der vorherigen Werte vorhergesagt wurde.


Es scheint einfach unmöglich zu sein, ein Auto in einem solchen Sensorband zu fahren!


Forscher, die Biotrace + als Softwareumgebung verwenden.

Australische Wissenschaftler der University of Technology Sydney haben das Elektrokardiogramm und die Herzfrequenzvariabilität während eines Labortests von Fahrsimulationen bewertet. Der gemessene Integralindikator war der Zustand von Angst und Müdigkeit.


Die Studie umfasste 12 Teilnehmer. Für jeden wurden die Werte Angst (Müdigkeit) und Müdigkeit (Alarm) notiert. Als Klassifikator wurde ein neuronales Netzwerk mit direkter Verteilung und Rückkopplung verwendet.

Der anhand des Herzrhythmusspektrums berechnete vagosympathische Interaktionsindex (Gleichgewichtsindikator LF / HF) diente als Kennung für den Übergang von einem schläfrigen / müden Zustand in einen Angstzustand. Infolgedessen stellte sich heraus, dass die Bilanz mit zunehmender Müdigkeit abnimmt, während ihre Zunahme eine erhöhte psychische Belastung und Angst zeigt.

Alle oben genannten Systeme sind Laborentwicklungen, und bisher wurde sie in ihrer ursprünglichen Form in Produktion und Verkauf nicht explizit in ihrer ursprünglichen Form implementiert. Dies ist natürlich in erster Linie auf die Komplexität der technischen Implementierung der Systeme, den Multiparametercharakter der gemessenen Indikatoren, das Fehlen einer experimentellen Basis und anscheinend das Fehlen der erforderlichen Startstellen für die Markteinführung des Produkts zurückzuführen.
Einige vereinfachte Systeme dieser Klasse wurden jedoch bereits zum Verkauf angeboten.

Im Handel erhältliche Treiberunterstützungssysteme


StopSleep ist ein ringförmiges Handgelenkgerät, mit dem Sie während der Fahrt wach bleiben können. An den Gerätehaltern befinden sich 8 Messkontakte in Kontakt mit der Haut an den Fingern des Fahrers. Das System überwacht kontinuierlich den Zustand des Fahrers durch Änderung der Leitfähigkeit der Haut und gibt in einer gefährlichen Situation Warnsignale in Form von Vibrationen und lauten Geräuschen aus.
Die gleiche Technologie wird im Polygraph-Lügendetektor verwendet. Warnt den Fahrer 2-5 Minuten vor dem Schlafengehen mit einem Tonsignal und Vibrationen. Das Funktionsprinzip des Gerätes basiert auf einer kontinuierlichen Messung der Leitfähigkeit der Haut des Fahrers an den Fingern. Vor dem Einschlafen nimmt die Leitfähigkeit der Haut dramatisch ab. Das Gerät reagiert sofort und gibt Warnsignale in Form von lauten Geräuschen und Vibrationen aus.


Der feste „Ring“ steht für flexiblen Gummi und hält während der aktiven Bewegung nicht immer gut. Daher wurde eine Verstärkungsklemme aus Gummi speziell für Fahrer schwerer Lastkraftwagen entwickelt (hier nicht gezeigt).



Es ist erwähnenswert, dass wir dieses Gerät kürzlich für unsere Laborforschung gekauft haben. Leider wurden schlafende Fahrer noch nicht getestet, aber das System funktioniert gut für schlafende Ingenieure!) Wenn Sie wie erwartet in einer Wohnumgebung einschlafen, erscheinen alle diese Wecksignale.

Unternehmen Anti-Schlaf - Pilotschlug ein Gerät vor, das festlegt, wann der Fahrer anhalten und eine Pause einlegen muss. Anti-Sleep Pilot vergleicht gespeicherte Daten (Tageszeit, wer das Auto fährt, wie lange das Auto ohne Stopps unterwegs war). Von Zeit zu Zeit macht das Gerät Geräusche und leuchtet orange, um einen schlafenden Fahrer zu wecken. Unmittelbar nach einem Ton- oder Lichtsignal muss der Fahrer das Systemgehäuse berühren. Abhängig von der Reaktionszeit bestimmt das Gerät, ob der Fahrer wach ist oder eine Pause einlegen muss.




Der Anti-Schlaf-Pilot umfasst: -
Beschleunigungsmesser, der die Beschleunigung des Fahrzeugs aufzeichnet, die für die Analyse des Fahrens erforderlich ist;
-Hochpräzise Uhren, die die Fahrzeit und die Reaktionen bestimmen, die zur Berechnung des Ermüdungsgrades des Fahrers verwendet werden;
- einen Lichtsensor, der die Hintergrundbeleuchtung des Displays automatisch an das Umgebungslicht im Auto anpasst;
-Soundsensor, passt auch automatisch Tonsignale an den Geräuschpegel im Auto an;
-Sensorsensor, der die Interaktion während der Fahrt erleichtert;
- Intelligente Ein / Aus-Taste zum Sparen der Batterie bei Nichtgebrauch.

Nun, und es ist vorbei, man kann nur die Firma Neurocom erwähnen - der größte inländische Hersteller von Sicherheitssystemen für Fahrzeuge. Derzeit verfügen sie über eine ganze Reihe von Geräten, sowohl zur Einführung in das System der Fahrerausbildung und -ausbildung als auch zur Verwendung in realen Fahrzeugen. Als Messgrundlage verwendet Neurocom ein Armband mit darauf platzierten Elektroden, um eine hautgalvanische Reaktion aufzuzeichnen.





Das Unternehmen ist in der Eisenbahnbranche gut etabliert, wo das Wachsamkeitskontrollsystem (TSKBM) seines telemechanischen Fahrers verhindert, dass Fahrer einschlafen. Für den Straßentransport wurde ein System zur Erhaltung der Gesundheit des Vigiton- Fahrers geschaffen . Das Einschlafen ist jedoch eine ziemlich hoch spezialisierte Aufgabe bei der Beurteilung des Zustands des gesamten Organismus. Im Zusammenhang mit einem exponentiellen Wachstum unter Bedingungen von erhöhtem Stress und Verkehrsaggressivität werden dringend Systeme benötigt, um die integralen Indikatoren für den Zustand des Körpers festzulegen. Eine rechtzeitige Angabe würde dazu beitragen, die Anzahl der Konfliktsituationen, Verkehrsunfälle und als Folge von Notsituationen erheblich zu verringern. Ich wünsche euch allen eine gute Reise!

Materialquellen

Source: https://habr.com/ru/post/de381167/

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