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Sistemas de apoio ao motorista baseados na medição de indicadores psicofisiológicos

Bom Dia a todos! Desta vez, eu gostaria de abordar um tópico tão interessante como dispositivos de suporte ao motorista, ou melhor, sua parte psicológica e humana. O artigo falará sobre os mais recentes desenvolvimentos das principais universidades do mundo e alguns sistemas que já apareceram à venda. Vamos começar.

Confiabilidade do motorista e psicofisiologia da direção


Sob a confiabilidade do motorista, refere-se à capacidade de receber e processar informações de maneira oportuna e precisa sobre o status dos veículos (TC), condições da estrada, além de adotar e implementar soluções adequadas para o controle do veículo durante um determinado período de tempo, com níveis aceitáveis ​​de intensidade de trabalho e o risco de conflito, acidentes de viação. e situações de emergência (Shashina E.V., MADI).


O ônibus de passageiros de Krasnodar capotou devido a um motorista adormecido, 10 pessoas ficaram feridas (02.00 10 de julho de 2015, 894 km da rodovia M4 Don na região de Rostov)

Podem ser distinguidos quatro componentes principais da confiabilidade do motorista:
- médico - a ausência de doenças, cujas manifestações podem levar à perda de controle do carro durante o movimento;
- psicofisiológico - um conjunto de qualidades pessoais do motorista (propriedades do sistema nervoso, memória, tempo de reação, qualidade da atenção etc.), cujas deficiências podem causar perda de tempo em condições de deficiência, por exemplo, em uma situação perigosa ou levar a erros na tomada de decisão ou a sua execução;
- profissional- a presença de experiência, um conjunto de habilidades para dirigir automóveis, permitindo implementar os métodos mais racionais de garantir a segurança em qualquer condição de condução, incluindo situações perigosas e críticas;
- sócio-psicológico - um conjunto de qualidades pessoais de uma pessoa (nível de cultura geral, qualidade de responsabilidade, disciplina etc.) que determinam a natureza do comportamento na estrada, que é um tipo de ambiente social.

As razões que afetam a diminuição da confiabilidade do driver estão, de uma maneira ou de outra, relacionadas aos seus componentes. Por exemplo, a incapacidade do motorista de dirigir com segurança é mais frequentemente causada por suas baixas qualidades psicofisiológicas, doença, fadiga excessiva, estresse etc. As razões para a relutância do motorista em dirigir com segurança são um baixo nível de cultura e consciência legal, agressividade, irresponsabilidade e tendência a beber álcool.
A direção segura exige do motorista não apenas boas reações reflexas, mas também atividade mental relaxada com uma boa concentração de atenção. Níveis inaceitáveis ​​de estresse, fadiga e distração na estrada prejudicam a produtividade do motorista e podem levar à perda temporária de concentração, capacidade de avaliar riscos e perda de direção, geralmente levando a acidentes. Os pesquisadores determinaram que o problema que afeta o nível de mortalidade e perdas econômicas de acidentes de trânsito pode ser resolvido por meio do desenvolvimento e implementação de sistemas de suporte ao motorista sensíveis ao contexto. Tais sistemas são capazes de prever a ocorrência de um acidente e alertar o motorista sobre isso com antecedência.
Muitos sistemas de apoio à direção são baseados na medição dos sinais biológicos registrados pelo motorista usando vários sensores. Com base nas informações extraídas dos sinais biológicos, os pesquisadores avaliam emoções, níveis de estresse, fadiga, humor e adormecer.

Estudos de laboratório científico de universidades do mundo


No trabalho de pesquisadores do Instituto de Tecnologia de Massachusetts (Instituto de Tecnologia de Massachusetts)descreve métodos para coletar e analisar dados fisiológicos em tempo real enquanto dirige para determinar o nível de estresse do motorista. O eletrocardiograma, eletromiograma, condução cutânea e atividade respiratória são utilizados como biossinais. A base experimental incluiu 24 indivíduos, de cada um dos quais os sinais acima foram registrados por 50 minutos. Foram utilizados três tipos de atividades: descanso da direção, direção da estrada e direção da cidade. Os pesquisadores foram capazes de atingir 97% de precisão no reconhecimento dos níveis de estresse produzidos pela análise discriminante linear. Em magnitude, o estresse foi dividido em níveis alto, médio e baixo. Foi demonstrado que a variabilidade da frequência cardíaca e a condução da pele estão mais correlacionadas com os níveis de estresse.


Todos os sensores estão conectados a um computador. Esse desenvolvimento é considerado um dos líderes mundiais no campo da psicofisiologia da direção.


Curvas de biossinais medidos e nível de estresse.

O monitoramento contínuo do estado afetivo do motorista em tempo real durante a condução é uma tarefa difícil, incluindo a coleta, processamento preliminar, identificação de sinais informativos e classificação de informações indicando o estado de fadiga. / driver de estresse.
A Universidade de Ioannina (Grécia da Grécia) desenvolveu um sistema de telemetria para monitorar o estado emocional dos motoristas de carros de corrida. A base do sistema é a coleta de dados fisiológicos (ECG, EMG , RAG, atividade respiratória, imagem de vídeo do rosto), transmitidas sem fio a um sistema centralizado que classifica e avalia o estado emocional do motorista. Vários métodos foram usados ​​para implementar o classificador: um classificador bayesiano ingênuo, uma máquina de vetores de suporte (SVM), uma rede de inferência fuzzy adaptável (ANFIS), uma árvore de decisão e outros. Como resultado, os autores propuseram uma quebra dos níveis do estado emocional por excitação - alto estresse e baixo estresse e por valência - euforia e disforia.


Na estação base, estados emocionais são reconhecidos e um modelo 3D de expressões faciais é


construído. Sensores EMG são fixados no rosto, sensores respiratórios com cinto no peito, ECG no peito, RAG no braço

Para estudar o estado de fadiga do motorista, os cientistas gregos usaram redes bayesianas dinâmicas e estáticas. Como fatores analisados, utilizamos a qualidade do sono, condições de trabalho, condições ambientais, ritmos biológicos e sinais fisiológicos - movimento dos olhos, movimento da cabeça e expressões faciais.

Cientistas indianos (Instituto de Tecnologia e Ciência Birla)fez uma medição do nível de estresse do motorista, com base no sinal fotopletismográfico e na RGR. Com base nos parâmetros de amplitude-tempo dos sinais iniciais e do pulsograma, os autores identificaram muitos critérios pelos quais o nível de estresse é determinado. A base deste trabalho é um método estatístico para determinar a tendência de estresse associada à previsão de valores de sinal com base em um estudo da tendência de sinal. Por exemplo, neste método, um indicador é analisado, calculado como a diferença entre o valor real da função e o valor previsto usando a média móvel ponderada exponencialmente ( EWMA ) dos valores anteriores.


Parece que dirigir um carro com esses cintos de sensores é simplesmente impossível!


Pesquisadores que usam o Biotrace + como ambiente de software:

cientistas australianos da Universidade de Tecnologia de Sydney avaliaram a variabilidade do eletrocardiograma e da frequência cardíaca durante um teste laboratorial de simulações de direção. O indicador integral medido foi o estado de ansiedade e fadiga.


O estudo envolveu 12 participantes. Para cada um, foram anotados os valores de ansiedade (fadiga) e fadiga (alerta). Uma rede neural de distribuição direta e feedback foi usada como classificador.

O índice de interação vagosimpática (indicador de equilíbrio LF / HF) calculado com base no espectro do ritmo cardíaco serviu como um identificador para a transição de um estado de sono / cansaço para um estado de ansiedade. Como resultado, verificou-se que o balanço diminui com o aumento da fadiga, enquanto o aumento mostra aumento do estresse mental e da ansiedade.

Todos os sistemas acima são desenvolvimentos de laboratório e até agora não houve sua implementação explícita em sua forma original na produção e venda. Obviamente, isso se deve principalmente à complexidade da implementação técnica dos sistemas, à multiparametricidade dos indicadores medidos, à falta de uma base experimental e, aparentemente, à falta de locais de inicialização necessários para o lançamento do produto no mercado.
No entanto, alguns sistemas simplificados dessa classe já apareceram à venda.

Sistemas de suporte ao motorista disponíveis comercialmente


O StopSleep é um dispositivo de pulso em forma de anel que ajuda você a ficar acordado enquanto dirige. Nos suportes do dispositivo existem 8 contatos de medição em contato com a pele nos dedos do motorista. O sistema monitora continuamente as condições do motorista, alterando a condutividade da pele e, em uma situação perigosa, emite sinais de alerta na forma de vibração e som alto.
A mesma tecnologia é usada no detector de mentiras do polígrafo. Alerta o motorista com um sinal sonoro e vibração 2-5 minutos antes de dormir. O princípio de operação do dispositivo baseia-se na medição contínua da condutividade da pele do motorista nos dedos. Antes de mergulhar no sono, a condutividade da pele diminui drasticamente. O dispositivo reage instantaneamente e emite sinais de aviso na forma de um som alto e vibração.


O “anel” fixo representa borracha flexível e nem sempre se mantém bem durante o movimento ativo; portanto, um grampo de reforço de borracha foi desenvolvido especialmente para motoristas de caminhões pesados ​​(não mostrado aqui)



Vale ressaltar que adquirimos este dispositivo recentemente para nossa pesquisa de laboratório. Infelizmente, os drivers adormecidos ainda não foram testados, mas o sistema funciona bem para engenheiros adormecidos!) Ao adormecer em um ambiente de vida, como esperado, todos esses sinais de ativação são exibidos.

Empresa Anti-sono Pilotpropôs um dispositivo que determina quando é a hora do motorista parar e fazer uma pausa. O Anti-Sleep Pilot funciona comparando os dados armazenados (hora do dia, quem dirige o carro, quanto tempo o carro ficou na estrada sem paradas). De tempos em tempos, o dispositivo emite sons e brilha em laranja para acordar um motorista adormecido. Imediatamente após um sinal de som ou luz, o driver deve tocar no gabinete do sistema. Dependendo do tempo de reação, o dispositivo determina se o motorista está acordado ou precisa fazer uma pausa.




O Anti Sleep Pilot inclui: -
Acelerômetro, que registra a aceleração do carro, necessária para a análise da direção;
relógios de alta precisão que determinam o tempo de condução e as reações usadas para calcular o nível de fadiga do motorista;
- um sensor de luz que adapta automaticamente a luz de fundo da tela para se adequar ao nível de iluminação ambiente do carro;
sensor de som, também adapta automaticamente os sinais sonoros ao nível de ruído no carro;
Sensor -Sensor, proporcionando facilidade de interação durante a condução;
- Botão liga / desliga inteligente para economizar bateria quando não estiver em uso.

Bem, acabou, não se pode deixar de mencionar a empresa Neurocom - o maior fabricante nacional de sistemas de segurança para veículos. Atualmente, eles têm toda uma linha de dispositivos, tanto para introdução no sistema de educação e treinamento de motoristas quanto para uso em veículos reais. Como base de medição, a Neurocom usa uma pulseira com eletrodos colocados para registrar uma reação galvânica da pele.





A empresa está bem estabelecida no setor ferroviário, onde o sistema de controle de vigília do motorista telemecânico (TSKBM) ajuda a impedir que os motoristas adormeçam. Um sistema para manter a saúde do motorista Vigiton foi criado para o transporte rodoviário . No entanto, adormecer é uma tarefa bastante especializada na avaliação do estado de todo o organismo. Agora, em conexão com o crescimento exponencial em condições de aumento do estresse e agressividade no tráfego, são urgentemente necessários sistemas para corrigir os indicadores integrais do estado do corpo. A indicação oportuna deles ajudaria a reduzir significativamente o número de situações de conflito, acidentes de trânsito e como conseqüência de situações de emergência. Desejo a todos uma boa jornada!

Fontes de materiais

Source: https://habr.com/ru/post/pt381167/

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