CN116746927B - 一种密闭舱水下作业时水下作业人员状态调节方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明密闭舱水下作业时水下作业人员状态调节方法及系统：S1、采集水下作业人员的人脑认知区和情绪区中每个采集点对应的N个采集周期的脑电信号；S2、对第i个采集点对应的每个采集周期的脑电信号进行信号质量评估，质量合格则保留；S3、判断第i个采集点对应保留的采集周期M是否满足条件，若否进入S4，若是进入S5；S4、采集第i个采集点对应X个采集周期的脑电信号，重复S2‑S3；S5、判断i是否达到(A+B)，若否进入S6，若是进入S7；S6、i＝i+1，重复S2‑S3；S7、对每个采集点M个采集周期的脑电信号预处理、认知和情绪特征提取，基于认知和情绪特征播放对应的刺激音频。

Description

一种密闭舱水下作业时水下作业人员状态调节方法及系统
技术领域
本发明涉及水下作业人员状态检测技术领域，特别是涉及一种密闭舱水下作业时水下作业人员状态调节方法及系统。
背景技术
深海密闭舱舱室空间作业环境差，具有狭小幽闭、水下作业人员密集等特点，且密闭舱室内操控仪表繁多、功能复杂、操控任务频繁多样，导致水下工作人员任务重，脑力、精神及心理超负荷运转，进而导致水下作业人员容易出现认知能力下降、情绪低落等现象，严重影响水下作业人员的作业能力。为了提高水下作业人员的作业能力，需要对水下作业人员进行状态检测，基于检测出的状态进而判断是否对水下作业人员进行状态调节。现有一般采集生理信号尤其是脑电信号来对人的状态进行检测，由于脑电信号具有信号弱、无规则和非稳定性的特点，脑电信号可能会出现信号质量问题，导致直接利用脑电信号获得的人的状态不准确，无法准确实现对人的状态的调节功能。
发明内容
本发明针对现有技术存在的问题和不足，提供一种密闭舱水下作业时水下作业人员状态调节方法及系统。
本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：
本发明提供一种密闭舱水下作业时水下作业人员状态调节方法，其特点在于，其包括以下步骤：
S1、采集水下作业人员的人脑认知区A个采集点和情绪区B个采集点中每个采集点对应的N个采集周期的原始脑电信号，A、B和N均为正整数；
S2、对第i个采集点对应的每一个采集周期的原始脑电信号进行信号质量评估，在第i个采集点对应的该采集周期的原始脑电信号的信号质量合格，则保留第i个采集点对应的该采集周期的原始脑电信号，否则丢弃第i个采集点对应的该采集周期的原始脑电信号，i为正整数，1≤i≤(A+B)，i初始值为1；
S3、判断第i个采集点对应的保留下来的原始脑电信号的采集周期数量M是否满足条件L≤M≤N，若否则进入步骤S4，若是则进入步骤S5，L和M均为正整数；
S4、再次采集第i个采集点对应的X个采集周期的原始脑电信号，重复执行步骤S2-S3，(L-M)*N/M若为正整数时则X取值为(L-M)*N/M，(L-M)*N/M若为非正整数时则X取值为大于(L-M)*N/M的最接近的正整数；
S5、判断i是否达到(A+B)，若否则进入步骤S6，若是则进入步骤S7；
S6、i＝i+1，重复执行步骤S2-S3；
S7、对水下作业人员每个采集点的M个采集周期的原始脑电信号进行预处理操作；
S8、对水下作业人员A个采集点中每个采集点的M个采集周期的预处理后脑电信号进行提取认知特征，对水下作业人员B个采集点中每个采集点的M个采集周期的预处理后脑电信号进行提取情绪特征；
S9、判断认知特征是否属于某一认知特征范围内且情绪特征是否属于某一情绪特征范围内，若均为否则进入步骤S10，若至少一个为是则进入步骤S11；
S10、无需对水下作业人员进行状态调节；
S11、基于认知特征对应的认知特征范围和情绪特征对应的情绪特征范围查找出对应的刺激音频，播放对应的刺激音频以对水下作业人员进行状态调节。
本发明还提供一种密闭舱水下作业时水下作业人员状态调节系统，其特点在于，其包括第一采集模块、质量评估模块、第一判断模块、第二采集模块、第二判断模块、赋予模块、预处理模块、特征提取模块、第三判断模块和查找播放模块；
所述第一采集模块用于采集水下作业人员的人脑认知区A个采集点和情绪区B个采集点中每个采集点对应的N个采集周期的原始脑电信号，A、B和N均为正整数；
所述质量评估模块用于对第i个采集点对应的每一个采集周期的原始脑电信号进行信号质量评估，在第i个采集点对应的该采集周期的原始脑电信号的信号质量合格，则保留第i个采集点对应的该采集周期的原始脑电信号，否则丢弃第i个采集点对应的该采集周期的原始脑电信号，i为正整数，1≤i≤(A+B)，i初始值为1；
所述第一判断模块用于判断第i个采集点对应的保留下来的原始脑电信号的采集周期数量M是否满足条件L≤M≤N，若否则调用第二采集模块，若是则调用第二判断模块，L和M均为正整数；
所述第二采集模块用于采集第i个采集点对应的X个采集周期的原始脑电信号，重复调用质量评估模块和第一判断模块，(L-M)*N/M若为正整数时则X取值为(L-M)*N/M，(L-M)*N/M若为非正整数时则X取值为大于(L-M)*N/M的最接近的正整数；
所述第二判断模块用于判断i是否达到(A+B)，若否则调用赋予模块，若是则调用预处理模块；
所述赋予模块用于赋予i＝i+1，重复调用质量评估模块和第一判断模块；
所述预处理模块用于对水下作业人员每个采集点的M个采集周期的原始脑电信号进行预处理操作；
所述特征提取模块用于对水下作业人员A个采集点中每个采集点的M个采集周期的预处理后脑电信号进行提取认知特征，对水下作业人员B个采集点中每个采集点的M个采集周期的预处理后脑电信号进行提取情绪特征；
所述第三判断模块用于判断认知特征是否属于某一认知特征范围内且情绪特征是否属于某一情绪特征范围内，若均为否则无需对水下作业人员进行状态调节，若至少一个为是则调用查找播放模块；
所述查找播放模块用于基于认知特征对应的认知特征范围和情绪特征对应的情绪特征范围查找出对应的刺激音频，播放对应的刺激音频以对水下作业人员进行状态调节。
本发明对采集的原始脑电信号进行信号质量评估，仅保留信号质量合格的原始脑电信号，当保留下来的原始脑电信号的采集周期数量不足原本采集周期的一半，说明这批采集的脑电信号整体质量不太好，需要重新进行采集，当保留下来的原始脑电信号的采集周期数量达到原本采集周期的一半及以上，则再判定保留下来的信号质量合格的脑电信号对应的采集周期数量是否满足预设数量要求，若符合则对每个采集点的M个采集周期的脑电信号进行预处理操作、认知和情绪特征提取操作，基于认知特征和情绪特征判定是否需要对水下工作人员的状态进行调节，若需要则播放对应的刺激音频。本发明参与水下作业人员状态调节的脑电信号均是质量合格的脑电信号，使得本发明能够准确地分析出水下作业人员是否处于状态要调节的状态，在分析出水下作业人员处于要调节状态时通过特殊的刺激音频对水下作业人员的人体进行调节，从而提高水下作业人员的认知能力，缓解水下作业人员的情绪。
附图说明
图1为本发明较佳实施例的密闭舱水下作业时水下作业人员状态调节方法的流程图。
图2为本发明较佳实施例的密闭舱水下作业时水下作业人员状态调节系统的结构框图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，本实施例提供一种密闭舱水下作业时水下作业人员状态调节方法，其包括以下步骤：
步骤101、采集水下作业人员的人脑认知区A个采集点和情绪区B个采集点中每个采集点对应的N个(如30个)采集周期的原始脑电信号，A、B和N均为正整数。
步骤102、对第i个采集点对应的每一个采集周期的原始脑电信号通过信噪比技术或标准差技术进行信号质量评估，在第i个采集点对应的该采集周期的原始脑电信号的信号质量合格，则保留第i个采集点对应的该采集周期的原始脑电信号，否则丢弃第i个采集点对应的该采集周期的原始脑电信号，i为正整数，1≤i≤(A+B)，i初始值为1。
例如：对第1个采集点对应的30个采集周期中每个采集周期的原始脑电信号进行信号质量评估，第1个采集点对应的第1个采集周期的原始脑电信号的信号质量合格，则保留第1个采集点对应的第1个采集周期的原始脑电信号；第1个采集点对应的第2个采集周期的原始脑电信号的信号质量不合格，则丢弃第1个采集点对应的第2个采集周期的原始脑电信号。以此类推，对第1个采集点对应的30个采集周期的原始脑电信号进行一个一个信号质量评估，剔除质量不符合要求的采集周期的原始脑电信号，保留质量符合要求的采集周期的原始脑电信号。
步骤103、判断第i个采集点对应的保留下来的原始脑电信号的采集周期数量M是否满足条件M≥N/2，若是则进入步骤104，若否则重新执行步骤101。
例如：N＝30，判断第1个采集点对应的保留下来的脑电信号的采集周期数量M是否满足条件M≥N/2即M≥15，若是则继续判断M是否满足条件L≤M≤N，若否则表明第1个采集点对应的原始脑电信号中连一半信号质量合格的都没有，则需要丢弃掉第1个采集点对应的保留下来的原始脑电信号，全部重新采集水下作业人员的人脑认知区A个采集点和情绪区B个采集点中每个采集点对应的N个30个)采集周期的原始脑电信号。
步骤104、判断第i个采集点对应的保留下来的原始脑电信号的采集周期数量M是否满足条件L≤M≤N，若否则进入步骤105，若是则进入步骤106，L和M均为正整数，L＞N/2。
步骤105、再次采集第i个采集点对应的X个采集周期的原始脑电信号，重复执行步骤102-104，(L-M)*N/M若为正整数时则X取值为(L-M)*N/M，(L-M)*N/M若为非正整数时则X取值为大于(L-M)*N/M的最接近的正整数。
步骤106、判断i是否达到(A+B)，若否则进入步骤107，若是则进入步骤108。
步骤107、i＝i+1，重复执行步骤102-104。
例如：L＝20，N＝30，判断第1个采集点对应的保留下来的原始脑电信号的采集周期数量M是否满足条件20≤M≤30，若M＝25，则满足条件，继续对第2个采集点对应的30个采集周期中每个采集周期的原始脑电信号进行信号质量评估；若M＝17，则不满足条件，再次采集第1个采集点对应的X个采集周期的脑电信号，(L-M)*N/M＝(20-17)*30/17约等于5.3，则X＝6，即再次采集第1个采集点6个采集周期的原始脑电信号，再对这6个采集周期的原始脑电信号进行信号质量评估，若此次评估有4个采集周期的原始脑电信号的信号质量合格，判断第1个采集点对应的保留下来的脑电信号的采集周期数量M＝17+4＝21满足条件20≤M≤30，第1个采集点对应保留下来满足数量要求的采集周期的原始脑电信号，继续对第2个采集点对应的30个采集周期中每个采集周期的原始脑电信号进行信号质量评估。类似上述操作，每个采集点都能够对应保留下来满足数量要求的采集周期的原始脑电信号。
步骤108、对水下作业人员每个采集点的M个采集周期的原始脑电信号进行去除噪声与伪迹干扰预处理操作。
例如：每个采集点对应保留下来满足数量要求M的采集周期的原始脑电信号之后，就可以对每个采集点的M个采集周期的原始脑电信号进行去除噪声与伪迹干扰预处理操作。
步骤109、对水下作业人员A个采集点中每个采集点的M个采集周期的预处理后脑电信号进行提取认知特征，对水下作业人员B个采集点中每个采集点的M个采集周期的预处理后脑电信号进行提取情绪特征。
步骤110、判断认知特征是否属于某一认知特征范围内且情绪特征是否属于某一情绪特征范围内，若均为否则进入步骤111，若至少一个为是则进入步骤112。
步骤111、无需对水下作业人员进行状态调节。
步骤112、基于认知特征对应的认知特征范围和情绪特征对应的情绪特征范围查找出对应的刺激音频，判断对应的刺激音频是否唯一，若是则进入步骤113，若否则进入步骤114。
步骤113、在设定刺激时间内播放该刺激音频，以对水下作业人员进行状态调节，改善水下作业人员的认知和情绪状态。
步骤114、在设定刺激时间内平均轮流播放该些刺激音频，以对水下作业人员进行状态调节，改善水下作业人员的认知和情绪状态。
例如：
认知特征范围 情绪特征范围 刺激音频
A1 B1 C1
A2 B2 C2
A3 B3 C3
若认知特征不属于任一认知特征范围内且情绪特征也不属于任一情绪特征范围内，则表明水下工作人员的状态良好，无需对水下作业人员的状态进行调节。
若认知特征属于A1认知特征范围内且情绪特征属于B1情绪特征范围内，则表明水下工作人员的状态不好，需要对水下作业人员的状态进行调节，此时对应的刺激音频为唯一的C1，在设定刺激时间内播放该刺激音频C1，以此改善水下作业人员的认知和情绪状态。
若认知特征属于A1认知特征范围内且情绪特征属于B2情绪特征范围内，则表明水下工作人员的状态不好，需要对水下作业人员的状态进行调节，此时对应的刺激音频为C1和C2，在设定刺激时间内平均轮流播放该刺激音频C1和C2，以此改善水下作业人员的认知和情绪状态。
如图2所示，本实施例还提供一种密闭舱水下作业时水下作业人员状态调节系统，包括第一采集模块1、质量评估模块2、第一判断模块3、第二采集模块4、第二判断模块5、赋予模块6、预处理模块7、特征提取模块8、第三判断模块9、查找播放模块10和第四判断模块11。
第一采集模块1用于采集水下作业人员的人脑认知区A个采集点和情绪区B个采集点中每个采集点对应的N个采集周期的原始脑电信号，A、B和N均为正整数。
质量评估模块2用于对第i个采集点对应的每一个采集周期的原始脑电信号通过信噪比技术或标准差技术来进行信号质量评估，在第i个采集点对应的该采集周期的原始脑电信号的信号质量合格，则保留第i个采集点对应的该采集周期的原始脑电信号，否则丢弃第i个采集点对应的该采集周期的原始脑电信号，i为正整数，1≤i≤(A+B)，i初始值为1。
第四判断模块11用于判断第i个采集点对应的保留下来的原始脑电信号的采集周期数量M是否满足条件M≥N/2，若是则调用第一判断模块3，若否则丢弃掉第i个采集点对应的保留下来的原始脑电信号，重新调用第一采集模块1。
第一判断模块3用于判断第i个采集点对应的保留下来的原始脑电信号的采集周期数量M是否满足条件L≤M≤N，若否则调用第二采集模块4，若是则调用第二判断模块5，L和M均为正整数，L＞N/2。
第二采集模块4用于采集第i个采集点对应的X个采集周期的原始脑电信号，重复调用质量评估模块2和第一判断模块3，(L-M)*N/M若为正整数时则X取值为(L-M)*N/M，(L-M)*N/M若为非正整数时则X取值为大于(L-M)*N/M的最接近的正整数。
第二判断模块5用于判断i是否达到(A+B)，若否则调用赋予模块6，若是则调用预处理模块7。
赋予模块6用于赋予i＝i+1，重复调用质量评估模块2和第一判断模块3。
预处理模块7用于对水下作业人员每个采集点的M个采集周期的原始脑电信号进行去除噪声与伪迹干扰预处理操作。
特征提取模块8用于对水下作业人员A个采集点中每个采集点的M个采集周期的预处理后脑电信号进行提取认知特征，对水下作业人员B个采集点中每个采集点的M个采集周期的预处理后脑电信号进行提取情绪特征。
第三判断模块9用于判断认知特征是否属于某一认知特征范围内且情绪特征是否属于某一情绪特征范围内，若均为否则无需对水下作业人员进行状态调节，若至少一个为是则调用查找播放模块10。
查找播放模块10用于基于认知特征对应的认知特征范围和情绪特征对应的情绪特征范围查找出对应的刺激音频，判断对应的刺激音频是否唯一，若是则在设定刺激时间内播放该刺激音频，若否则在设定刺激时间内平均轮流播放该些刺激音频，从而实现对水下作业人员进行状态调节。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种密闭舱水下作业时水下作业人员状态调节方法，其特征在于，其包括以下步骤：
S1、采集水下作业人员的人脑认知区A个采集点和情绪区B个采集点中每个采集点对应的N个采集周期的原始脑电信号，A、B和N均为正整数；
S2、对第i个采集点对应的每一个采集周期的原始脑电信号进行信号质量评估，在第i个采集点对应的该采集周期的原始脑电信号的信号质量合格，则保留第i个采集点对应的该采集周期的原始脑电信号，否则丢弃第i个采集点对应的该采集周期的原始脑电信号，i为正整数，1≤i≤(A+B)，i初始值为1；
S3、判断第i个采集点对应的保留下来的原始脑电信号的采集周期数量M是否满足条件L≤M≤N，若否则进入步骤S4，若是则进入步骤S5，L和M均为正整数；
S4、再次采集第i个采集点对应的X个采集周期的原始脑电信号，重复执行步骤S2-S3，(L-M)*N/M若为正整数时则X取值为(L-M)*N/M，(L-M)*N/M若为非正整数时则X取值为大于(L-M)*N/M的最接近的正整数；
S5、判断i是否达到(A+B)，若否则进入步骤S6，若是则进入步骤S7；
S6、i=i+1，重复执行步骤S2-S3；
S7、对水下作业人员每个采集点的M个采集周期的原始脑电信号进行预处理操作；
S8、对水下作业人员A个采集点中每个采集点的M个采集周期的预处理后脑电信号进行提取认知特征，对水下作业人员B个采集点中每个采集点的M个采集周期的预处理后脑电信号进行提取情绪特征；
S9、判断认知特征是否属于某一认知特征范围内且情绪特征是否属于某一情绪特征范围内，若均为否则进入步骤S10，若至少一个为是则进入步骤S11；
S10、无需对水下作业人员进行状态调节；
S11、基于认知特征对应的认知特征范围和情绪特征对应的情绪特征范围查找出对应的刺激音频，播放对应的刺激音频以对水下作业人员进行状态调节；
在步骤S2和S3之间包括：判断第i个采集点对应的保留下来的原始脑电信号的采集周期数量M是否满足条件M≥N/2，若是则进入步骤S3，若否则丢弃掉第i个采集点对应的保留下来的原始脑电信号，重新执行步骤S1，步骤S3中L＞N/2。
2.如权利要求1所述的密闭舱水下作业时水下作业人员状态调节方法，其特征在于，在步骤S11中，查找出对应的刺激音频之后，判断对应的刺激音频是否唯一，若是则进入步骤S12，若否则进入步骤S13；
S12、在设定刺激时间内播放该刺激音频；
S13、在设定刺激时间内平均轮流播放该些刺激音频。
3.如权利要求1所述的密闭舱水下作业时水下作业人员状态调节方法，其特征在于，在步骤S2中，对第i个采集点对应的每一个采集周期的原始脑电信号通过信噪比技术或标准差技术来进行信号质量评估。
4.如权利要求1所述的密闭舱水下作业时水下作业人员状态调节方法，其特征在于，在步骤S7中，对水下作业人员每个采集点的M个采集周期的原始脑电信号进行去除噪声与伪迹干扰预处理操作。
5.一种密闭舱水下作业时水下作业人员状态调节系统，其特征在于，其包括第一采集模块、质量评估模块、第一判断模块、第二采集模块、第二判断模块、赋予模块、预处理模块、特征提取模块、第三判断模块和查找播放模块；
所述第一采集模块用于采集水下作业人员的人脑认知区A个采集点和情绪区B个采集点中每个采集点对应的N个采集周期的原始脑电信号，A、B和N均为正整数；
所述质量评估模块用于对第i个采集点对应的每一个采集周期的原始脑电信号进行信号质量评估，在第i个采集点对应的该采集周期的原始脑电信号的信号质量合格，则保留第i个采集点对应的该采集周期的原始脑电信号，否则丢弃第i个采集点对应的该采集周期的原始脑电信号，i为正整数，1≤i≤(A+B)，i初始值为1；
所述第一判断模块用于判断第i个采集点对应的保留下来的原始脑电信号的采集周期数量M是否满足条件L≤M≤N，若否则调用第二采集模块，若是则调用第二判断模块，L和M均为正整数；
所述第二采集模块用于采集第i个采集点对应的X个采集周期的原始脑电信号，重复调用质量评估模块和第一判断模块，(L-M)*N/M若为正整数时则X取值为(L-M)*N/M，(L-M)*N/M若为非正整数时则X取值为大于(L-M)*N/M的最接近的正整数；
所述第二判断模块用于判断i是否达到(A+B)，若否则调用赋予模块，若是则调用预处理模块；
所述赋予模块用于赋予i=i+1，重复调用质量评估模块和第一判断模块；
所述预处理模块用于对水下作业人员每个采集点的M个采集周期的原始脑电信号进行预处理操作；
所述特征提取模块用于对水下作业人员A个采集点中每个采集点的M个采集周期的预处理后脑电信号进行提取认知特征，对水下作业人员B个采集点中每个采集点的M个采集周期的预处理后脑电信号进行提取情绪特征；
所述第三判断模块用于判断认知特征是否属于某一认知特征范围内且情绪特征是否属于某一情绪特征范围内，若均为否则无需对水下作业人员进行状态调节，若至少一个为是则调用查找播放模块；
所述查找播放模块用于基于认知特征对应的认知特征范围和情绪特征对应的情绪特征范围查找出对应的刺激音频，播放对应的刺激音频以对水下作业人员进行状态调节；
所述系统还包括第四判断模块，所述第四判断模块用于判断第i个采集点对应的保留下来的原始脑电信号的采集周期数量M是否满足条件M≥N/2，若是则调用第一判断模块，若否则丢弃掉第i个采集点对应的保留下来的原始脑电信号，重新调用第一采集模块，L＞N/2。
6.如权利要求5所述的密闭舱水下作业时水下作业人员状态调节系统，其特征在于，所述查找播放模块用于在查找出对应的刺激音频之后，判断对应的刺激音频是否唯一，若是则在设定刺激时间内播放该刺激音频，若否则在设定刺激时间内平均轮流播放该些刺激音频。
7.如权利要求5所述的密闭舱水下作业时水下作业人员状态调节系统，其特征在于，所述质量评估模块用于对第i个采集点对应的每一个采集周期的原始脑电信号通过信噪比技术或标准差技术来进行信号质量评估。
8.如权利要求5所述的密闭舱水下作业时水下作业人员状态调节系统，其特征在于，所述预处理模块用于对水下作业人员每个采集点的M个采集周期的原始脑电信号进行去除噪声与伪迹干扰预处理操作。
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