RU202777U1

RU202777U1 - OPERATOR PSYCHOPHYSICAL STATE CONTROL DEVICE

Info

Publication number: RU202777U1
Application number: RU2020139537U
Authority: RU
Inventors: Роман Евгеньевич Антипов; Сергей Григорьевич Данилюк; Сергей Владимирович Сергунин; Андрей Сергеевич Логунов; Андрей Александрович Билера; Михаил Иванович Привалов; Анастасия Романовна Антипова
Priority date: 2020-12-01
Filing date: 2020-12-01
Publication date: 2021-03-05

Abstract

Повышенные степени автоматизации и объективности контроля психофизического состояния оператора достигается путем внедрения в известное устройство нейросетевого анализатора, который позволяет принимать решение о допуске к работе оператора без участия контролирующего лица и выводить данное решение в удобном виде на ЖК-дисплей.Increased degrees of automation and objectivity of monitoring the psychophysical state of the operator is achieved by introducing a neural network analyzer into the known device, which allows making a decision on the operator's access to work without the participation of a controlling person and displaying this decision in a convenient form on the LCD display.

Description

Полезная модель относится к автоматике, в частности к системам контроля, определения, измерения или регистрации функционального состояния операторов для диагностических целей, и может быть использована при профессиональном отборе и психофизических исследованиях.The utility model relates to automation, in particular to systems for monitoring, determining, measuring or registering the functional state of operators for diagnostic purposes, and can be used in professional selection and psychophysical research.

Аналогом предполагаемой полезной модели является мобильное диагностическое устройство (патент RU 128469, 2013), содержащее корпус, датчики контроля деятельности сердечно-сосудистой системы, температуры тела, основной модуль, канал радиосвязи, датчики контроля деятельности дыхательной системы, датчики анализа гидрофильности тканей и водного баланса организма пользователя, датчики двигательной активности, положения тела в пространстве и функцию регистрации полноценной одноканальной ЭКГ, вариабельность сердечного ритма, динамику ST сегмента кардиограммы, позволяющую классифицировать различные виды аритмий сердца, функцию регистрации факта падения пользователя, функцию записи и анализа индивидуальной биометрической карты пользователя, представленной статистической информацией по параметрам его жизнедеятельности в течение определенного периода времени, функцию мониторинга биофизических параметров в режиме 24 ч в сутки 7 дней в неделю; при этом корпус основного модуля содержит электронную схему, управляющую датчиками контроля биофизических параметров организма, микроконтроллеры, внутреннюю память на электронном носителе, модуль беспроводной передачи данных, автономный источник питания, геолокационный контроллер, модуль для сотовой связи, пластину из эластичного материала с клеевой поверхностью; корпус основного модуля устройства крепится к пластине из эластичного материала с клеевой поверхностью, обработанной токопроводящим веществом, за счет которой фиксируется на коже человека в области проекции органа, предусмотренного для регистрации биофизических параметров; корпус основного модуля устройства и самоклеющаяся поверхность образуют разъемное соединение, за счет которого корпус является сменным и взаимозаменяемым.An analogue of the proposed utility model is a mobile diagnostic device (patent RU 128469, 2013) containing a housing, sensors for monitoring the activity of the cardiovascular system, body temperature, a main module, a radio communication channel, sensors for monitoring the activity of the respiratory system, sensors for analyzing tissue hydrophilicity and body water balance of the user, sensors of motor activity, body position in space and the function of recording a full-fledged single-channel ECG, heart rate variability, dynamics of the ST segment of the cardiogram, allowing to classify various types of cardiac arrhythmias, the function of registering the fact of a user's fall, the function of recording and analyzing an individual biometric card of the user presented by a statistical information on the parameters of his vital activity for a certain period of time, the function of monitoring biophysical parameters in the mode 24 hours a day, 7 days a week; the body of the main module contains an electronic circuit that controls sensors for monitoring biophysical parameters of the body, microcontrollers, internal memory on an electronic medium, a wireless data transmission module, an autonomous power source, a geolocation controller, a module for cellular communication, a plate of elastic material with an adhesive surface; the body of the main module of the device is attached to a plate made of elastic material with an adhesive surface treated with a conductive substance, due to which it is fixed on the human skin in the area of the projection of the organ provided for recording biophysical parameters; the body of the main module of the device and the self-adhesive surface form a detachable connection, due to which the body is removable and interchangeable.

Недостатками данного мобильного диагностического устройства являются: невозможность определения влажности покрова кожи, кожно-гальванической реакции в ходе работы оператора, передача множества различных параметров по одному каналу радиосвязи, что перегружает последний и приводит к снижению надежности, представление сигнала набором дискретных отсчетов при цифровой обработке приводит к потере информации, так как ничего неизвестно о поведении сигнала в промежутках между отсчетами - периодах дискретизации, при обработке сигнала в вычислительных устройствах его отсчеты представляются в виде двоичных чисел, имеющих ограниченное число разрядов, вследствие чего отсчеты могут принимать лишь конечное множество значений и, следовательно, при представлении сигнала неизбежно происходит его округление, при этом возникают ошибки округления, называемые шумами.The disadvantages of this mobile diagnostic device are: the impossibility of determining the moisture content of the skin cover, galvanic skin reaction during the operator's work, the transmission of many different parameters through one radio communication channel, which overloads the latter and leads to a decrease in reliability, the presentation of the signal by a set of discrete readings during digital processing leads to loss of information, since nothing is known about the behavior of the signal in the intervals between samples - sampling periods, when processing a signal in computing devices, its samples are represented as binary numbers with a limited number of digits, as a result of which the samples can take only a finite set of values and, therefore, when a signal is presented, rounding inevitably occurs, and rounding errors, called noise, occur.

Наиболее близким по технической сущности к предполагаемой полезной модели является устройство контроля психофизического состояния оператора (патент RU 200298, 2020), выполненное с возможностью получения сигналов с датчиков влажности покрова кожи, контроля деятельности сердечно-сосудистой системы, температуры тела и кожно-гальванической реакции, содержащее основной модуль, при этом корпус основного модуля содержит электронную схему, управляющую датчиками контроля биофизических параметров организма, модуль беспроводной передачи данных, автономный источник питания, фаззификатор, блок нечеткого логического вывода, базу правил, дефаззификатор, автокоррелятор, причем электронная схема, управляющая датчиками контроля биофизических параметров организма, подключена к фаззификатору, который соединен с блоком нечеткого логического вывода, к которому подсоединена база правил, к входу автокоррелятора подключена электронная схема, управляющая датчиками контроля биофизических параметров организма, а модуль беспроводной передачи данных соединен с дефаззификатором, который подключен к блоку нечеткого логического вывода, и с авто коррелятором.The closest in technical essence to the proposed utility model is a device for monitoring the psychophysical state of the operator (patent RU 200298, 2020), made with the possibility of receiving signals from moisture sensors of the skin cover, monitoring the activity of the cardiovascular system, body temperature and galvanic skin response, containing the main module, while the main module housing contains an electronic circuit that controls sensors for monitoring biophysical parameters of the body, a wireless data transmission module, an autonomous power source, a fuzzifier, a fuzzy inference block, a rule base, a defuzzifier, an autocorrelator, and an electronic circuit that controls biophysical control sensors parameters of the body, is connected to a fuzzifier, which is connected to a fuzzy inference block, to which the rule base is connected, an electronic circuit is connected to the input of the autocorrelator, which controls the sensors for monitoring the biophysical parameters of the body, and the wireless data transmission module is connected to the defuzzifier, which is connected to the fuzzy inference unit, and to the auto correlator.

Недостатком данного устройства контроля психофизического состояния оператора является то, что контролирующее лицо принимает решение о допуске оператора к работе самостоятельно, что ведет к снижению достоверности и оперативности принимаемо решения.The disadvantage of this device for monitoring the psychophysical state of the operator is that the controlling person decides on the operator's admission to work independently, which leads to a decrease in the reliability and efficiency of the decision.

Задачей предполагаемой полезной модели является уменьшение времени принятия решения, степени вмешательства контролирующего лица в процесс принятия решения о допуске оператора к работе и увеличения автоматизации процесса контроля психофизического состояния.The task of the proposed utility model is to reduce the decision-making time, the degree of intervention of the controlling person in the decision-making process on the operator's admission to work, and to increase the automation of the psychophysical state control process.

Сущность предполагаемой полезной модели заключается в том, что в известное устройство контроля психофизического состояния оператора, выполненное с возможностью получения сигналов с датчиков влажности покрова кожи, контроля деятельности сердечно-сосудистой системы, температуры тела и кожно-гальванической реакции, содержащее основной модуль, при этом корпус основного модуля содержит электронную схему, управляющую датчиками контроля биофизических параметров организма, модуль беспроводной передачи данных, автономный источник питания, фаззификатор, блок нечеткого логического вывода, базу правил, дефаззификатор, автокоррелятор, причем электронная схема, управляющая датчиками контроля биофизических параметров организма, подключена к фаззификатору, который соединен с блоком нечеткого логического вывода, к которому подсоединена база правил, к входу автокоррелятора подключена электронная схема, управляющая датчиками контроля биофизических параметров организма, вход дефаззификатора соединен с выходом блока нечеткого логического вывода, а модуль беспроводной передачи данных соединен с выходами дефаззификатором и с автокоррелятором, отличающаяся тем, что оно снабжено нейросетевым анализатором, вход нейросетевого анализатора соединен с выходами автокоррелятора и дефаззификатора, выход нейросетевого анализатора подключен к входу модуля беспроводной передачи данных.The essence of the proposed utility model lies in the fact that a known device for monitoring the psychophysical state of the operator, made with the possibility of receiving signals from moisture sensors of the skin cover, monitoring the activity of the cardiovascular system, body temperature and skin-galvanic reaction, containing the main module, while the body The main module contains an electronic circuit that controls sensors for monitoring biophysical parameters of the body, a wireless data transmission module, an autonomous power source, a fuzzifier, a fuzzy inference block, a rule base, a defuzzifier, an autocorrelator, and the electronic circuit that controls sensors for monitoring biophysical parameters of an organism is connected to the fuzzifier , which is connected to the fuzzy inference block, to which the rule base is connected, an electronic circuit is connected to the input of the autocorrelator, which controls the sensors for monitoring the biophysical parameters of the body, the input of the defuzzifier is connected to the output One of the fuzzy inference block, and the wireless data transmission module is connected to the outputs of the defuzzifier and to the autocorrelator, characterized in that it is equipped with a neural network analyzer, the input of the neural network analyzer is connected to the outputs of the autocorrelator and the defuzzifier, the output of the neural network analyzer is connected to the input of the wireless data transmission module.

На фиг. 1 изображен общий вид устройства контроля психофизического состояния оператора.FIG. 1 shows a general view of the device for monitoring the psychophysical state of the operator.

Устройство контроля психофизического состояния оператора состоит из: датчика контроля деятельности сердечно-сосудистой системы 1, датчика контроля температуры тела 2, датчика анализа влажности покрова кожи 3, датчика кожно-гальванической реакции 4, основного модуля 5, содержащего электронную схему 6, управляющую датчиками контроля биофизических параметров организма оператора, фаззификатор 7, осуществляющий преобразование в нечеткие переменные, блок нечеткого логического вывода 8, предназначенный для выдачи заключения об объекте, базу правил 9, содержащую в себе все возможные комбинации параметров датчиков, дефаззификатор 10, осуществляющий обратное преобразования нечетких переменных в четкие, модуль беспроводной передачи данных 11, отправляющий информацию об операторе и формальное решение на допуск к работам по каналу радиосвязи 12 на ЖК-дисплей, автокоррелятор 13, осуществляющий сравнения копии сигнала с оригиналом, автономный источник питания 14, нейросетевого анализатора 15. Причем датчики контроля температуры тела 2, анализа влажности покрова кожи 3, кожно-гальванической реакции 4, подключены к электронной схеме 6, управляющей датчиками контроля биофизических параметров организма, соединенной с фаззификатором 7, который соединен с блоком нечеткого логического вывода 8, к которому подсоединена база правил 9, а модуль беспроводной передачи данных 11 соединен с гибридным нейросетевым анализатором 15, к которому подсоединены дефаззификатор 10 и автокоррелятор 13, дефаззификатор 10 подключен к блоку нечеткого логического вывода 8, автокоррелятор 13 соединен с базой правил 9, модуль беспроводной передачи данных по каналу радиосвязи 12 выводит информацию на ЖК-дисплей.The device for monitoring the psychophysical state of the operator consists of: a sensor for monitoring the activity of the cardiovascular system 1, a sensor for monitoring body temperature 2, a sensor for analyzing the moisture content of the skin cover 3, a sensor for galvanic skin response 4, a main module 5 containing an electronic circuit 6 that controls biophysical control sensors. parameters of the operator's body, fuzzifier 7, converting into fuzzy variables, fuzzy inference block 8, designed to issue a conclusion about the object, rule base 9 containing all possible combinations of sensor parameters, defuzzifier 10, which converts fuzzy variables into clear ones, a wireless data transmission module 11, which sends information about the operator and a formal decision for admission to work via radio communication channel 12 to the LCD display, an autocorrelator 13, which compares a copy of the signal with the original, an autonomous power source 14, a neural network analyzer 15. Moreover sensors for monitoring body temperature 2, analyzing the moisture content of the skin cover 3, galvanic skin reaction 4, are connected to an electronic circuit 6 that controls sensors for monitoring biophysical parameters of the body, connected to a fuzzifier 7, which is connected to a fuzzy inference block 8, to which a rule base is connected 9, and the wireless data transmission module 11 is connected to a hybrid neural network analyzer 15, to which the defuzzifier 10 and the autocorrelator 13 are connected, the defuzzifier 10 is connected to the fuzzy inference unit 8, the autocorrelator 13 is connected to the rule base 9, the wireless data transmission module over the radio communication channel 12 displays information on the LCD display.

Нейросетевой анализатор 15 описан (см. Полякова А.Е. «Электрические машины, электропривод и системы интеллектуального управления электротехническими комплексами», 2015 г. с. 157-160.).The neural network analyzer 15 is described (see A.E. Polyakova "Electrical machines, electric drive and intelligent control systems for electrical complexes", 2015, pp. 157-160.).

Устройство работает следующим образом. С датчиков контроля деятельности сердечно-сосудистой системы 1, контроля температуры тела 2, анализа влажности покрова кожи 3, кожно-гальванической реакции 4, сигналы о психофизическом состоянии оператора поступают на электронную схему 6, управляющую датчиками контроля биофизических параметров организма, которая отправляет цифровые значения датчика температуры тела 2 и анализа влажности покрова кожи 3 в фаззификатор 7, осуществляющий преобразование в нечеткие переменные. В базе правил 9 на основе матрицы знаний записываются лингвистические правила вида ЕСЛИ - исходная ситуация, ТО - ответная реакция, которые вместе обычно называют рабочим правилом. Взаимодействие между входными и выходными физическими переменными типа ЕСЛИ-ТО обозначается как импликация. Импликация -это этап нечеткого вывода, представляющий собой процедуру нахождения степени истинности каждого из подзаключений логических правил вида ЕСЛИ-ТО, которые являются нечеткими лингвистическими высказываниями в форме лингвистических переменных. Соответствующей формулировкой правил достигается результат, при котором для любой лингвистической величины управляющего воздействия, как минимум, одно из правил оказывается приемлемым. Блок нечеткого логического вывода 8 на основе сопоставления лингвистических переменных, находящихся в базе правил, и переменных, поступающих с фаззификатора 7, выдает заключение об объекте. После чего дефаззификатор 10, осуществляет обратное преобразования нечетких переменных в четкие и посылает их в гибридный нейросетевой анализатор 15. Аналоговые сигналы, поступающие с датчиков контроля деятельности сердечно-сосудистой системы 1 и кожно-гальванической реакции 4, поступают на автокоррелятор 13, который осуществляет выделение копии сигнала задержанного на установленное время, которое хранится в базе правил 9. После чего по огибающей автокорреляционной функции выдается решение о значении данных биометрических параметров и отправляет в нейросетевой анализатор 15. После поступления в нейросетевой анализатор 15 данных о значениях биометрических параметров, он присваивает каждому параметру весовую функцию, после чего по весовой функции начинает обработка параметров с целью уменьшения погрешности при их оценке. После уменьшения погрешности, процесс обучения нейронной сети заканчивается, на основе заданных коэффициентов весовой функции, нейросетевой анализатор 15 принимает решение о допуске оператора к работе и отправляет его в модуль беспроводной передачи данных 11. Модуль беспроводной передачи данных 11 отправляет полученное решение о допуске оператор к работе по каналу радиосвязи 12 на ЖК-дисплей.The device works as follows. From the sensors for monitoring the activity of the cardiovascular system 1, monitoring body temperature 2, analyzing the moisture content of the skin cover 3, galvanic skin reaction 4, signals about the psychophysical state of the operator are sent to the electronic circuit 6, which controls the sensors for monitoring the biophysical parameters of the body, which sends digital values of the sensor body temperature 2 and analysis of the moisture content of the skin cover 3 into a fuzzifier 7, which transforms into fuzzy variables. In rule base 9, based on the knowledge matrix, linguistic rules of the form IF - initial situation, THEN - response are written, which together are usually called a work rule. The interaction between input and output physical variables of type IF-THEN is referred to as implication. Implication is a stage of fuzzy inference, which is a procedure for finding the degree of truth of each of the subconclusions of logical rules of the form IF-THEN, which are fuzzy linguistic statements in the form of linguistic variables. The corresponding formulation of the rules achieves a result in which for any linguistic value of the control action, at least one of the rules is acceptable. The fuzzy inference block 8, based on the comparison of linguistic variables in the rule base and variables coming from the fuzzifier 7, issues a conclusion about the object. Then the defuzzifier 10 converts the fuzzy variables back into clear ones and sends them to the hybrid neural network analyzer 15. Analog signals coming from the sensors for monitoring the activity of the cardiovascular system 1 and galvanic skin response 4 are fed to the autocorrelator 13, which extracts a copy signal delayed for a specified time, which is stored in the rule base 9. After that, according to the envelope of the autocorrelation function, a decision on the value of these biometric parameters is issued and sent to the neural network analyzer 15. After the data on the values of biometric parameters enters the neural network analyzer 15, it assigns a weight to each parameter function, after which, according to the weighting function, the parameters are processed in order to reduce the error in their estimation. After reducing the error, the neural network training process ends, based on the given weighting function coefficients, the neural network analyzer 15 makes a decision on the operator's admission to work and sends it to the wireless data transmission module 11. The wireless data transmission module 11 sends the received decision on the operator's access to work via radio channel 12 to the LCD display.

Преимущество предполагаемой полезной модели в том, что благодаря внедрению нейросетевого анализатора устройство контроля психофизического состояния оператора принимает решение о допуске к работе в автоматизированном режиме, увеличивает степень объективности, в связи с обучением с помощью весовой функции, что снижает время выработки решения о допуске и оценки психофизического состояния оператора.The advantage of the proposed utility model is that, thanks to the introduction of a neural network analyzer, the operator's psychophysical state control device makes a decision on admission to work in an automated mode, increases the degree of objectivity in connection with training using a weight function, which reduces the time for making a decision on admission and assessing the psychophysical operator states.

Claims

A device for monitoring the psychophysical state of the operator, made with the possibility of receiving signals from moisture sensors of the skin cover, monitoring the activity of the cardiovascular system, body temperature and skin-galvanic reaction, containing a main module, while the main module housing contains an electronic circuit that controls sensors for monitoring biophysical parameters organism, a wireless data transmission module, an autonomous power source, a fuzzifier, a fuzzy inference unit, a rule base, a defuzzifier, an autocorrelator, and the electronic circuit that controls sensors for monitoring biophysical parameters of the body is connected to a fuzzifier, which is connected to a fuzzy inference unit, to which the rule base is connected, an electronic circuit is connected to the autocorrelator input, which controls the sensors for monitoring the biophysical parameters of the body, the defuzzifier input is connected to the output of the fuzzy inference block, and the wireless transmission module is yes data is connected to the outputs of the defuzzifier and to the autocorrelator, characterized in that it is equipped with a neural network analyzer, the input of the neural network analyzer is connected to the outputs of the autocorrelator and the defuzzifier, the output of the neural network analyzer is connected to the input of the wireless data transmission module.