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Systèmes d'aide à la conduite basés sur la mesure d'indicateurs psychophysiologiques

Bonne journée à tous! Cette fois, je voudrais aborder un sujet aussi intéressant que les dispositifs d'aide à la conduite, ou plutôt leur partie «humaine» - psychophysiologique. L'article parlera des derniers développements des principales universités dans le monde et de certains systèmes qui sont déjà apparus en vente. Commençons.

Fiabilité du conducteur et psychophysiologie de la conduite


Sous la fiabilité du conducteur se réfère à la capacité de recevoir et de traiter en temps opportun et avec précision des informations sur l'état des véhicules (TC), les conditions routières, ainsi que d'adopter et de mettre en œuvre des solutions adéquates pour le contrôle des véhicules pendant une période donnée avec des niveaux d'intensité de travail acceptables et le risque de conflit, d'accidents de la route et les situations d'urgence (Shashina E.V., MADI).


Le bus de passagers de Krasnodar s'est renversé à cause d'un conducteur endormi, 10 personnes ont été blessées (02.00 10 juillet 2015, 894 km de l'autoroute M4 Don dans la région de Rostov)

On peut distinguer quatre composantes principales de la fiabilité du conducteur:
- médicale - l'absence de maladies, dont les manifestations peuvent entraîner une perte de contrôle de la voiture pendant le mouvement;
- psychophysiologique - un ensemble de qualités personnelles du conducteur (propriétés du système nerveux, mémoire, temps de réaction, qualité de l'attention, etc.), dont les carences peuvent entraîner une perte de temps dans les conditions de sa carence, par exemple, dans une situation dangereuse, ou conduire à des erreurs de prise de décision ou à leur exécution;
- professionnel- la présence d'expérience, un ensemble de compétences de conduite automobile, permettant de mettre en œuvre les méthodes les plus rationnelles pour assurer la sécurité dans toutes les conditions de conduite, y compris les situations dangereuses et critiques;
- socio-psychologique - un ensemble de qualités personnelles d'une personne (niveau de culture générale, qualité de responsabilité, discipline, etc.) qui déterminent la nature du comportement sur la route, qui est une sorte d'environnement social.

Les raisons qui affectent la diminution de la fiabilité du pilote sont, d'une manière ou d'une autre, liées à ses composants. Par exemple, l'incapacité d'un conducteur à conduire en toute sécurité est le plus souvent causée par ses faibles qualités psychophysiologiques, sa maladie, sa fatigue excessive, son stress, etc. Les raisons de sa réticence à conduire en toute sécurité sont un faible niveau de culture et de conscience juridique, l'agressivité, l'irresponsabilité et une tendance à boire de l'alcool.
La conduite sécuritaire requiert du conducteur non seulement de bonnes réactions réflexes, mais aussi une activité mentale détendue avec une bonne concentration d'attention. Des niveaux inacceptables de stress, de fatigue et de distraction sur la route nuisent à la productivité du conducteur et peuvent entraîner une perte temporaire de concentration, une capacité à évaluer le risque et une perte de conduite, entraînant souvent des accidents. Les chercheurs ont déterminé que le problème qui affecte le niveau de mortalité et les pertes économiques des accidents de la route peut être résolu en développant et en mettant en œuvre des systèmes de soutien au conducteur sensibles au contexte. De tels systèmes sont en mesure de prévoir la survenance d'un accident et d'avertir le conducteur à l'avance.
De nombreux systèmes d'aide à la conduite sont basés sur la mesure de biosignaux enregistrés par le conducteur à l'aide de divers capteurs. Sur la base des informations extraites des biosignaux, les chercheurs évaluent les émotions, les niveaux de stress, la fatigue, l'humeur et l'endormissement.

Etudes en laboratoire scientifique des universités mondiales


Dans le travail de chercheurs du Massachusetts Institute of Technology (Massachusetts Institute of Technology)décrit les méthodes de collecte et d'analyse des données physiologiques en temps réel pendant la conduite pour déterminer le niveau de stress du conducteur. L'électrocardiogramme, l'électromyogramme, la conduction cutanée et l'activité respiratoire sont utilisés comme signaux biologiques. La base expérimentale comprenait 24 sujets, dont chacun des signaux ci-dessus a été enregistré pendant 50 minutes. Trois types d'activités ont été utilisés: le repos de la conduite, la conduite sur autoroute et la conduite en ville. Les chercheurs ont pu atteindre une précision de 97% en reconnaissant les niveaux de stress produits par l'analyse discriminante linéaire. En importance, le stress était divisé en niveaux élevé, moyen et faible. Il a été démontré que la variabilité de la fréquence cardiaque et la conduction cutanée sont les plus corrélées aux niveaux de stress.


Tous les capteurs sont connectés à un ordinateur. Cette évolution est considérée comme l'une des plus importantes au monde dans le domaine de la psychophysiologie de la conduite.


Courbes des biosignaux mesurés et du niveau de stress.

La surveillance continue de l'état affectif du conducteur en temps réel pendant la conduite est une tâche difficile, y compris la collecte, le traitement préliminaire, l'identification des signes informatifs et la classification des informations indiquant l'état de fatigue. / conducteur de stress.
L' Université d'Ioannina (Grèce de Grèce) a développé un système de télémétrie pour surveiller l'état émotionnel des conducteurs de voitures de course. La base du système est la collecte de données physiologiques (ECG, EMG , RAG, activité respiratoire, image vidéo du visage), qui sont transmises sans fil à un système centralisé qui classe et évalue l'état émotionnel du conducteur. Plusieurs méthodes ont été utilisées pour implémenter le classificateur: un classificateur naïf bayésien, une machine à vecteur de support (SVM), un réseau adaptatif d'inférence floue (ANFIS), un arbre de décision, et d'autres. En conséquence, les auteurs ont proposé une ventilation des niveaux de l'état émotionnel par excitation - stress élevé et stress faible, et par valence - euphorie et dysphorie.


À la station de base, les états émotionnels sont reconnus et un modèle 3D d'expressions faciales est


construit. Des capteurs EMG sont fixés sur le visage, des capteurs respiratoires avec une ceinture sur la poitrine, un ECG sur la poitrine, un RAG sur le bras.

Pour étudier l'état de fatigue du conducteur, les scientifiques grecs ont utilisé des réseaux bayésiens dynamiques et statiques. Comme facteurs analysés, nous avons utilisé la qualité du sommeil, les conditions de travail, les conditions environnementales, les rythmes biologiques, ainsi que les signaux physiologiques - mouvements oculaires, mouvements de la tête et expressions faciales.

Scientifiques indiens (Birla Institute of Technology and Science)a fait une mesure du niveau de contrainte du conducteur, sur la base du signal photopléthysmographique et du RGR. Sur la base des paramètres amplitude-temps des signaux initiaux et du pulsogramme, les auteurs ont identifié de nombreux critères permettant de déterminer le niveau de contrainte. La base de ce travail est une méthode statistique pour déterminer la tendance de contrainte associée à la prédiction des valeurs de signal basée sur une étude de la tendance du signal. Par exemple, dans cette méthode, un indicateur est calculé, calculé comme la différence entre la valeur réelle de la fonction et la valeur prédite en utilisant la moyenne mobile à pondération exponentielle ( EWMA ) des valeurs précédentes.


Il semble que conduire une voiture avec un tel cerclage de capteurs est tout simplement impossible!


Chercheurs utilisant Biotrace + comme environnement logiciel Des

scientifiques australiens de l' Université de Technologie de Sydney ont évalué l'électrocardiogramme et la variabilité de la fréquence cardiaque lors d'un test en laboratoire de simulations de conduite. L'indicateur intégral mesuré était l'état d'anxiété et de fatigue.


L'étude a impliqué 12 participants. Pour chacun, les valeurs d'anxiété (fatigue) et de fatigue (alerte) ont été notées. Un réseau neuronal de distribution directe et de rétroaction a été utilisé comme classificateur.

L'indice d'interaction vagosympathique (indicateur d'équilibre LF / HF) calculé sur la base du spectre du rythme cardiaque a servi d'identifiant pour le passage d'un état de somnolence / fatigue à un état d'anxiété. En conséquence, il s'est avéré que le bilan diminue avec l'augmentation de la fatigue, tandis que son augmentation montre une augmentation du stress mental et de l'anxiété.

Tous les systèmes ci-dessus sont des développements en laboratoire et jusqu'à présent il n'y a pas eu leur mise en œuvre explicite sous sa forme originale dans la production et la vente. Bien sûr, cela est principalement dû à la complexité de la mise en œuvre technique des systèmes, à la nature multiparamétrique des indicateurs mesurés, au manque de base expérimentale et apparemment au manque de sites de démarrage nécessaires pour lancer le produit sur le marché.
Cependant, certains systèmes simplifiés de cette classe sont déjà apparus en vente.

Systèmes d'assistance aux conducteurs disponibles dans le commerce


StopSleep est un poignet en forme d'anneau qui vous aide à rester éveillé pendant la conduite. Sur les supports d'appareil se trouvent 8 contacts de mesure en contact avec la peau sur les doigts du conducteur. Le système surveille en permanence l'état du conducteur en modifiant la conductivité de la peau et, dans une situation dangereuse, émet des signaux d'avertissement sous forme de vibrations et de sons forts.
La même technologie est utilisée dans le détecteur de mensonge Polygraph. Alerte le conducteur avec un signal sonore et des vibrations 2 à 5 minutes avant de dormir. Le principe de fonctionnement de l'appareil est basé sur une mesure continue de la conductivité de la peau du conducteur sur les doigts. Avant de plonger dans le sommeil, la conductivité cutanée diminue considérablement. L'appareil réagit instantanément et émet des signaux d'avertissement sous la forme d'un son fort et de vibrations.


L'anneau fixe représente le caoutchouc flexible et ne tient pas toujours bien pendant le mouvement actif, donc une pince de renforcement en caoutchouc a été spécialement développée pour les conducteurs de poids lourds (non illustrée ici)



Il convient de noter que nous avons récemment acheté cet appareil pour nos recherches en laboratoire. Malheureusement, les conducteurs endormis n'ont pas encore été testés, mais le système fonctionne bien pour les ingénieurs endormis!) Lorsque vous vous endormez dans un environnement vivant, comme prévu, tous ces signaux de réveil apparaissent.

Société Anti-Sleep Pilota proposé un appareil qui détermine quand il est temps pour le conducteur de s'arrêter et de faire une pause. Anti-Sleep Pilot fonctionne en comparant les données stockées (heure de la journée, qui conduit la voiture, combien de temps la voiture était sur la route sans arrêts). De temps en temps, le gadget émet des sons et brille en orange pour réveiller un conducteur endormi. Immédiatement après un signal sonore ou lumineux, le pilote doit toucher le boîtier du système. Selon le temps de réaction, l'appareil détermine si le conducteur est éveillé ou doit faire une pause.




Anti Sleep Pilot comprend:
-Accéléromètre, qui enregistre l'accélération de la voiture, nécessaire à l'analyse de la conduite;
-des horloges de haute précision qui déterminent le temps de conduite et les réactions utilisées pour calculer le niveau de fatigue du conducteur;
- un capteur de lumière qui adapte automatiquement le rétroéclairage de l'écran en fonction du niveau d'éclairage ambiant de la voiture;
-Capteur sonore, adapte également automatiquement les signaux sonores au niveau de bruit dans la voiture;
-Capteur de capteur, facilitant l'interaction pendant la conduite;
- Bouton marche / arrêt intelligent pour économiser la batterie lorsqu'il n'est pas utilisé.

Et bien c'est fini, on ne peut que mentionner la société Neurocom - le plus grand fabricant national de systèmes de sécurité pour véhicules. Actuellement, ils ont toute une gamme d'appareils, à la fois pour l'introduction dans le système d'éducation et de formation des conducteurs, et pour une utilisation dans de vrais véhicules. Comme base de mesure, Neurocom utilise un bracelet avec des électrodes placées dessus pour enregistrer une réaction peau-galvanique.





La société est bien établie dans le secteur ferroviaire, où son système de contrôle de l’éveil du conducteur télémécanique (TSKBM) aide à empêcher les conducteurs de s’endormir. Un système de maintien de la santé du conducteur Vigiton a été créé pour le transport routier . Cependant, l'endormissement est une tâche plutôt hautement spécialisée dans l'évaluation de l'état de l'organisme dans son ensemble. Désormais liés à une croissance exponentielle dans des conditions de stress accru et d'agressivité du trafic, des systèmes sont nécessaires de toute urgence pour fixer les indicateurs intégraux de l'état du corps. Leur indication en temps utile contribuerait à réduire considérablement le nombre de situations de conflit, d'accidents de la route et en conséquence de situations d'urgence. Je vous souhaite à tous un bon voyage!

Sources de matériaux

Source: https://habr.com/ru/post/fr381167/

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