RU2539004C1 - Method for controlling control circuit logoff by live operator - Google Patents

Method for controlling control circuit logoff by live operator Download PDF

Info

Publication number
RU2539004C1
RU2539004C1 RU2013134719/14A RU2013134719A RU2539004C1 RU 2539004 C1 RU2539004 C1 RU 2539004C1 RU 2013134719/14 A RU2013134719/14 A RU 2013134719/14A RU 2013134719 A RU2013134719 A RU 2013134719A RU 2539004 C1 RU2539004 C1 RU 2539004C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
alpha
theta
gamma
activity
operator
Prior art date
Application number
RU2013134719/14A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2013134719A (en
Inventor
Андрей Федорович Изнак
Никита Васильевич Чаянов
Original Assignee
Андрей Федорович Изнак
Никита Васильевич Чаянов
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Андрей Федорович Изнак, Никита Васильевич Чаянов filed Critical Андрей Федорович Изнак
Priority to RU2013134719/14A priority Critical patent/RU2539004C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2539004C1 publication Critical patent/RU2539004C1/en
Publication of RU2013134719A publication Critical patent/RU2013134719A/en

Links

Images

Landscapes

  • Measurement And Recording Of Electrical Phenomena And Electrical Characteristics Of The Living Body (AREA)
  • Measurement Of The Respiration, Hearing Ability, Form, And Blood Characteristics Of Living Organisms (AREA)

Abstract

FIELD: medicine.
SUBSTANCE: EEG frequency response is pre-determined by a period analysis in a highly-watchful live operator being involved in active visual-motor activities and in actual activities. Theta-, alpha- and gamma-wave count per second is measured. The derived values are compared. If the theta-, alpha- and gamma-wave count per second is stated to fall outside the values specific for high watchfulness, an EEG analyser converts a sequence of the values into a sensory signal and feeds a biofeedback-like warning signal automatically to state the control circuit logoff by the live operator.
EFFECT: method improves the accuracy of the control measurements enabling feeding the sensory signal in due time that is ensured by pre-determining a combination of highly-watchful EEG theta-, alpha- and gamma-wave frequencies.
1 dwg, 2 ex

Description

Изобретение относится к медицине, в частности к гигиене труда, и к эргономике и может быть использовано для контроля выхода человека-оператора из контура управления.The invention relates to medicine, in particular to occupational health, and to ergonomics and can be used to control the exit of a human operator from the control loop.

Поддержание высокой работоспособности, бдительности и безошибочной деятельности операторов в системах «человек-техника» является крайне актуальной задачей в связи с тем, что согласно статистике, от 30-ти до 80-ти процентов техногенных аварий и катастроф, дорожно-транспортных и летных происшествий происходят по вине «человеческого фактора». При этом наиболее частой причиной таких инцидентов является снижение, отвлечение или потеря зрительного внимания, то есть эпизоды (в том числе, кратковременные) непроизвольного и неосознаваемого выхода человека-оператора из контура управления динамическим объектом.Maintaining high efficiency, vigilance and error-free activity of operators in human-equipment systems is an extremely urgent task due to the fact that, according to statistics, from 30 to 80 percent of industrial accidents and disasters, traffic accidents and traffic accidents occur through the fault of the "human factor". Moreover, the most common cause of such incidents is a decrease, distraction, or loss of visual attention, that is, episodes (including short-term) of an involuntary and unconscious exit of a human operator from the control loop of a dynamic object.

Известны способы и технические устройства контроля и поддержания бдительности, основанные на периодической (через каждые 15-90 секунд) подаче оператору (машинисту, водителю автотранспорта) тестового сигнала, на который он должен быстро ответить определенным действием (нажатием на кнопку, поворотом рукоятки и т.п.). В случае отсутствия такого ответного действия устройство подает сигнал тревоги и/или изменяет параметры динамического объекта (например, включает режим торможения) [Венцевич Л.Е. Локомотивные устройства обеспечения безопасности движения поездов и расшифровка информационных данных их работы. - М.: Маршрут, 2006. - 328 с.; WO 00/55000, 21.09.2000]. Недостатками этих способов являются относительно низкое быстродействие (как минимум 20 секунд), то есть невозможность определения кратковременных (порядка единиц секунд) выходов человека-оператора из контура управления, а также дополнительная информационная нагрузка на оператора, которая, кроме того, отвлекает его от основной деятельности.Known methods and technical devices for monitoring and maintaining vigilance, based on the periodic (every 15-90 seconds) giving the operator (driver, driver) a test signal to which he must quickly respond with a specific action (by pressing a button, turning the handle, etc. P.). In the absence of such a response, the device gives an alarm and / or changes the parameters of a dynamic object (for example, turns on the braking mode) [L. Ventsevich Locomotive devices to ensure the safety of train traffic and decryption of information data of their work. - M .: Route, 2006. - 328 p .; WO 00/55000, 09/21/2000]. The disadvantages of these methods are the relatively low speed (at least 20 seconds), that is, the inability to determine short-term (of the order of units of seconds) outputs of the human operator from the control loop, as well as additional information load on the operator, which, in addition, distracts him from his main activity .

Известна другая группа способов и устройств для контроля и поддержания бдительности, основанных на непрерывной регистрации (мониторинге) и автоматическом измерении различных физиологических показателей человека-оператора непосредственно в процессе деятельности. При выходе параметров этих показателей за некоторые, экспериментально определенные пределы оператору подается сигнал, предупреждающий его о наступлении «опасного» функционального состояния, а также (опционально) могут изменяться параметры управляемого динамического объекта [Обзор «Rail Safety and Standards Board's (RSSB) response to the report by Quintec entitled 'Driver vigilance devices: systems review' 03 T024 Quintec 22 RPT Final Report Issue 01. 30th August 2002, Railway Safety, GB]. Эти способы не создают дополнительных и отвлекающих нагрузок на оператора. Однако точность, быстродействие и помехоустойчивость этих способов принципиально зависит от характера регистрируемых физиологических показателей.There is another group of methods and devices for monitoring and maintaining vigilance, based on continuous registration (monitoring) and automatic measurement of various physiological parameters of a human operator directly in the process. When the parameters of these indicators go beyond some experimentally determined limits, the operator is given a signal warning him of the onset of a “dangerous” functional state, and also (optionally) the parameters of the controlled dynamic object may change [Rail Safety and Standards Board's (RSSB) overview response to the report by Quintec entitled 'Driver vigilance devices: systems review' 03 T024 Quintec 22 RPT Final Report Issue 01. 30th August 2002, Railway Safety, GB]. These methods do not create additional and distracting loads on the operator. However, the accuracy, speed and noise immunity of these methods fundamentally depends on the nature of the recorded physiological indicators.

Так, при использовании в качестве информативного показателя параметров кожно-гальванических реакций и/или электрокожного сопротивления для определения наступления «опасного» дремотного состояния оператора требуется не менее 15-20 секунд. Поэтому кратковременные (порядка единиц секунд) эпизоды выхода человека-оператора из контура управления способами, основанными на регистрации электрокожных показателей, не определяются. Более того, состояние «флуктуирующей бдительности» оператора расценивается такими системами как состояние активной деятельности. Кроме того, параметры электрокожной активности значительно варьируют не только в связи с изменением функционального состояния оператора, но и в зависимости от внешних условий (прежде всего, температуры и влажности) и от характера деятельности оператора (частоты и интенсивности управляющих воздействий) [патент RU 2025731, 30.12.1994].So, when using parameters of skin-galvanic reactions and / or electric skin resistance as an informative indicator, at least 15-20 seconds are required to determine the onset of a “dangerous” drowsiness of the operator. Therefore, short-term (of the order of units of seconds) episodes of the exit of a human operator from the control loop by methods based on registration of electric skin indices are not determined. Moreover, the state of “fluctuating vigilance” of the operator is regarded by such systems as the state of active activity. In addition, the parameters of electrodermal activity vary significantly not only in connection with a change in the functional state of the operator, but also depending on external conditions (primarily temperature and humidity) and on the nature of the operator's activity (frequency and intensity of control actions) [patent RU 2025731, 12/30/1994].

При использовании в качестве информативного показателя уровня бдительности параметров глазодвигательной системы (закрывания глаз, частоты морганий, скорости смыкания/размыкания век, направления взора и частоты его переключений) [патент RU 2423070, 10.04.2009; патент RU 2444275, 10.03.2012] существенными ограничениями способов являются: ношение оператором очков (особенно, противосолнечных), повороты головы, изменения позы, вибрация, связанная с особенностями транспортного средства и состоянием дорожного покрытия. Быстродействие этих способов (в силу временных характеристик регистрируемых показателей) также не дает возможность определения кратковременных (порядка единиц секунд) выходов человека-оператора из контура управления.When used as an informative indicator of the level of vigilance of the parameters of the oculomotor system (closing the eyes, blinking frequency, speed of closing / opening of the eyelids, gaze direction and frequency of its switching) [patent RU 2423070, 04/10/2009; patent RU 2444275, 03/10/2012] significant limitations of the methods are: the operator wearing glasses (especially sun glasses), head turns, posture changes, vibration associated with vehicle features and the state of the road surface. The speed of these methods (due to the temporal characteristics of the recorded indicators) also does not allow the determination of short-term (of the order of units of seconds) outputs of the human operator from the control loop.

Наилучшим разрешением по времени среди физиологических показателей (порядка десятков миллисекунд) обладают параметры биоэлектрической активности головного мозга - электроэнцефалограммы (ЭЭГ). Кроме того, убедительно доказано, что амплитудные и частотные параметры ЭЭГ наиболее достоверно характеризуют функциональное состояние человека в континууме сон-бодрствование, а некоторые из них непосредственно связаны со зрительным вниманием. До недавнего времени использование ЭЭГ в качестве информативного показателя уровня бдительности человека-оператора в условиях реальной деятельности было затруднительно вследствие низкой помехоустойчивости как регистрирующей аппаратуры, так и традиционных методов анализа ЭЭГ. С развитием технологии часть этих ограничений была преодолена и в настоящее время известно несколько способов определения состояния человека-оператора (как правило, в терминах бдительность-дремота) по параметрам ЭЭГ [патент WO 0044580, 03.08.2000; Программы эмуляторы на ПК измерительных устройств; SmartCap Ресурс Интернет, опубл. 15.06.2010 http://www.radiomaster.net/news/view/699/].The best time resolution among physiological indicators (of the order of tens of milliseconds) is possessed by the parameters of the bioelectrical activity of the brain - electroencephalograms (EEG). In addition, it has been convincingly proved that the amplitude and frequency parameters of the EEG most reliably characterize the functional state of a person in the sleep-wake continuum, and some of them are directly related to visual attention. Until recently, the use of EEG as an informative indicator of the level of vigilance of a human operator in real-life conditions was difficult due to the low noise immunity of both recording equipment and traditional methods of EEG analysis. With the development of technology, some of these limitations have been overcome and several methods are now known for determining the state of a human operator (usually in terms of vigilance-drowsiness) by EEG parameters [patent WO 0044580, 03.08.2000; Program emulators on PC measuring devices; SmartCap Resource Internet, publ. 06/15/2010 http://www.radiomaster.net/news/view/699/].

Наиболее близким аналогом предлагаемого изобретения является способ контроля за утомлением человека при зрительном слежении путем регистрации амплитудно-частотных характеристик волн альфа-ритма электроэнцефалограммы человека-оператора в процессе деятельности и определении первых признаков зрительного утомления при регистрации трех последовательных волн альфа-ритма с амплитудным диапазоном от -3 дБ до +6 дБ [SU 1090341 от 07.05.1984].The closest analogue of the present invention is a method for controlling human fatigue during visual tracking by recording the amplitude-frequency characteristics of the alpha-rhythm waves of the electroencephalogram of a human operator in the course of activity and determining the first signs of visual fatigue when registering three successive alpha-rhythm waves with an amplitude range from - 3 dB to +6 dB [SU 1090341 dated 05/07/1984].

Однако данный способ имеет недостаточную помехоустойчивость, кроме того, появление фрагментов альфа-ритма может быть связано не только с утомлением оператора, что может продуцировать «ложные тревоги».However, this method has insufficient noise immunity, in addition, the appearance of fragments of the alpha rhythm can be associated not only with operator fatigue, which can produce “false alarms”.

Технический результат предлагаемого нами способа контроля выхода человека-оператора из контура управления заключается в повышении точности определения непроизвольных эпизодов выхода человека-оператора из контура управления динамическим объектом непосредственно в процессе деятельности.The technical result of our proposed method of controlling the exit of the human operator from the control loop is to increase the accuracy of determining involuntary episodes of the exit of the human operator from the control loop of a dynamic object directly in the process.

Технический результат достигается тем, что для контроля выхода человека-оператора из контура управления проводят непрерывную регистрацию и автоматический анализ его электроэцефалограммы непосредственно в процессе деятельности в реальном масштабе времени, при этом предварительно анализ частотных характеристик электроэнцефалограммы проводят экспериментально в реальном масштабе времени методом периодометрического анализа с определением числа волн тета-, альфа- и гамма-активностей головного мозга в секунду в состоянии высокой бдительности человека-оператора на модели зрительно-моторной деятельности, затем регистрацию и анализ электроэнцефалограммы оператора осуществляют непосредственно в процессе реальной деятельности, с автоматическим сравнительным анализом значений числа тета-, альфа- и гамма-волн в секунду и при выходе комбинации значений числа тета-, альфа- и гамма-волн в секунду за пределы значений, характерных для состояния высокой бдительности человека-оператора при активной зрительно-моторной деятельности, анализатор ЭЭГ преобразует эти данные в сенсорный (акустический) сигнал, контролирующий в автоматическом режиме состояние выхода человека-оператора из контура управления по типу биологической обратной связи.The technical result is achieved by the fact that to monitor the exit of the human operator from the control loop, continuous recording and automatic analysis of his electroencephalogram directly in the course of activity is carried out in real time, while preliminary analysis of the frequency characteristics of the electroencephalogram is carried out experimentally in real time by periodometric analysis with determination the number of waves of theta, alpha and gamma activities of the brain per second in a high bite state identity of the human operator on the model of visual-motor activity, then the registration and analysis of the electroencephalogram of the operator is carried out directly in the process of real activity, with automatic comparative analysis of the values of the number of theta, alpha and gamma waves per second and when a combination of the values of the number of theta, alpha and gamma waves per second beyond the values characteristic of the state of high alertness of the human operator during active visual-motor activity, the EEG analyzer converts this data into sensor ny (acoustic) signal controlling automatic output state of the human operator of the control loop according to the type of biofeedback.

Способ осуществляется следующим образом:The method is as follows:

Пример 1. В лабораторных условиях на голову испытуемого устанавливают датчики (стандартные ЭЭГ-электроды) и присоединяют их к входному устройству аппаратно-программного комплекса для регистрации и анализа электрической активности головного мозга (цифрового электроэнцефалографа). Затем испытуемому предлагают выполнять задачу, представляющую собой упрощенную модель операторской деятельности, а именно начать компенсаторное зрительно-моторное слежение за смещением на экране дисплея точки - «мишени», управляемой программой-имитатором динамического объекта слежения, удерживая «мишень» в пределах изображения «рамки» с помощью манипулятора («мыши» или джойстика). Смещение «мишени» по случайному закону осуществляют программой-имитатором объекта слежения. При выходе «мишени» за пределы «рамки» программа-имитатор объекта слежения выдает сигнал ошибки, амплитуда которого пропорциональна величине ошибки слежения. Одновременно непрерывно регистрируют электроэнцефалограмму и автоматически в реальном масштабе времени (on-line) анализируют частотные характеристики тета-, альфа- и гамма-активностей головного мозга испытуемого с использованием периодометрического анализа по ранее описанному алгоритму [Чаянов Н.В., Изнак А.Ф. Электронное устройство для автоматического распознавания некоторых ритмических паттернов электроэнцефалограммы. Биол.науки, 1979. - №3. - С. 93-98].Example 1. In laboratory conditions, sensors (standard EEG electrodes) are installed on the subject’s head and connected to the input device of a hardware-software complex for recording and analyzing the electrical activity of the brain (digital electroencephalograph). Then, the subject is asked to perform a task that is a simplified model of operator activity, namely, to begin compensatory visual-motor tracking of the shift on the display screen of a point - a “target” controlled by a program-simulator of a dynamic tracking object, holding the “target” within the image of the “frame” using the manipulator (“mouse” or joystick). The shift of the "target" according to a random law is carried out by the program-simulator of the tracking object. When the “target” goes beyond the “framework”, the tracking object simulator program gives an error signal whose amplitude is proportional to the tracking error value. At the same time, the electroencephalogram is continuously recorded and automatically in real time (on-line) the frequency characteristics of theta, alpha and gamma-activity of the brain of the subject are analyzed using periodometric analysis according to the previously described algorithm [Chayanov N.V., Iznak A.F. An electronic device for automatically recognizing certain rhythmic patterns of an electroencephalogram. Biol. Sciences, 1979. - No. 3. - S. 93-98].

Тета-активность - биоэлектрическая компонента, представляющая собой колебания потенциала с частотой от 4 до 8 Гц (с периодами колебаний от 125 мс до 250 мс, распределенными в случайном порядке). Альфа-активность - биоэлектрическая компонента, представляющая собой колебания потенциала с частотой от 8 до 12.5 Гц (с периодами колебаний от 80 мс до 125 мс, распределенными в случайном порядке). Гамма-активность - биоэлектрическая компонента, представляющая собой колебания потенциала с частотой, лежащей в полосе свыше 40 Гц (с периодами колебаний менее 25 мс, распределенными в случайном порядке). Соотношения тета-, альфа- и гамма-активностей отражают определенные функциональные состояния головного мозга.Theta activity is a bioelectric component representing potential fluctuations with a frequency of 4 to 8 Hz (with oscillation periods from 125 ms to 250 ms distributed randomly). Alpha activity is a bioelectric component representing potential fluctuations with a frequency of 8 to 12.5 Hz (with oscillation periods from 80 ms to 125 ms distributed randomly). Gamma activity is a bioelectric component representing potential fluctuations with a frequency lying in a band above 40 Hz (with oscillation periods of less than 25 ms distributed randomly). The ratios of theta, alpha, and gamma activities reflect certain functional states of the brain.

Автоматически у оператора в состоянии высокой бдительности человека-оператора при активной зрительно-моторной деятельности каждую секунду измеряют периоды волн электроэнцефалограммы и определяют число тета-, альфа- и гамма-волн. Экспериментально определено, что состоянию высокой бдительности испытуемого-оператора при активной зрительно-моторной деятельности соответствует сочетание менее двух тета-волн, менее трех альфа-волн и более десяти гамма-волн в секунду. При выходе значений числа тета-, альфа- и гамма-волн в секунду за эти пределы анализатор ЭЭГ выдает сигнал о выходе человека-оператора из контура управления по типу биологической обратной связи.Automatically, in the state of high alertness of the human operator, during active visual-motor activity, the periods of electroencephalogram waves are measured every second and the number of theta, alpha and gamma waves is determined. It has been experimentally determined that the state of high alertness of the test operator during active visual-motor activity corresponds to a combination of less than two theta waves, less than three alpha waves and more than ten gamma waves per second. When the values of the number of theta, alpha and gamma waves per second go beyond these limits, the EEG analyzer generates a signal about the exit of the human operator from the control loop by the type of biological feedback.

Электроэнцефалограмму испытуемого, сигнал детектора состояния испытуемого-оператора и сигнал ошибки записывают на жесткий диск аппаратно-программного комплекса.The electroencephalogram of the test subject, the signal of the detector of the state of the test operator and the error signal are recorded on the hard disk of the hardware-software complex.

На графике (Рис.1), иллюстрирующем результаты эксперимента, приведен пример характерных соотношений между функциональным состоянием оператора, определенном по комбинации числа волн тета-, альфа- и гамма-ритмов биоэлектрической активности головного мозга в секунду, и качеством деятельности - сигналом ошибки слежения (для упрощения на данном графике приведено отклонение «мишени» только по вертикали).The graph (Fig. 1) illustrating the results of the experiment shows an example of the characteristic relationships between the functional state of the operator, determined by the combination of the number of waves of theta, alpha and gamma rhythms of the bioelectrical activity of the brain per second, and the quality of the activity - a signal of tracking error ( to simplify, this graph shows the deviation of the "target" only vertically).

В данном случае на протяжении около 6 секунд от начала срабатывания детектора состояния оператора число тета-волн составляло от 2-х до 6-ти, число альфа-волн составляло от 3-х до 10-ти, а число гамма-волн составляло от 2-х до 8-ми в каждую из 6-ти секунд, что привело к появлению сигнала выхода оператора из контура управления. По окончании эпизода выхода оператора из контура управления в каждую секунду в ЭЭГ испытуемого-оператора определялось не более одной тета-волны, не более двух альфа-волн и от 15-ти до 30-ти гамма-волн.In this case, for about 6 seconds from the start of the operator’s state detector, the number of theta waves ranged from 2 to 6, the number of alpha waves ranged from 3 to 10, and the number of gamma waves ranged from 2 up to 8 in each of 6 seconds, which led to the appearance of an operator exit signal from the control loop. At the end of the episode of the operator’s exit from the control loop, no more than one theta wave, no more than two alpha waves and from 15 to 30 gamma waves were determined in the EEG of the test operator.

На графике видно также, что сигнал детектора состояния оператора (выхода из контура управления) опережает появление сигнала ошибки слежения (в данном эпизоде - примерно на 2 секунды).The graph also shows that the signal of the operator’s state detector (exiting the control loop) is ahead of the tracking error signal (in this episode by about 2 seconds).

Более того, график иллюстрирует, что во время эпизода выхода оператора из контура управления у него нарушается зрительно-моторная координация, вследствие чего управляющее воздействие оператора после окончания такого эпизода, призванное скорректировать внезапно осознанную им ошибку слежения, оказывается не только несоразмерным, но и неверным по направлению. В результате ошибка слежения вначале резко возрастает и только затем становится равной нулю. Применительно к управлению автомобилем это означало бы, что водитель некоторое время (в данном эпизоде около 6 секунд) ехал, не обращая внимания и не реагируя на изменение дорожной обстановки, а затем круто повернул руль не в ту сторону, или резко затормозил, или вместо тормозной педали нажал на педаль газа.Moreover, the graph illustrates that during the episode of the operator’s exit from the control loop, his visual-motor coordination is impaired, as a result of which the operator’s control effect after the end of such an episode, which is designed to correct the tracking error that he suddenly realized, is not only disproportionate, but also incorrect direction. As a result, the tracking error at first sharply increases and only then becomes equal to zero. With regard to driving, this would mean that the driver drove for some time (in this episode about 6 seconds), ignoring and not responding to changes in traffic conditions, and then turned the steering wheel abruptly in the wrong direction, or braked sharply, or instead of braking pedals pressed the gas pedal.

Пример 2. В реальных условиях управления автомобилем опытный оператор-водитель надевает головной убор (защитный шлем или теннисную ленточку), в который вмонтированы датчики (ЭЭГ-электроды), присоединенные к входу портативного («холтеровского» типа) аппаратно-программного комплекса для регистрации и анализа тета-, альфа- и гамма-активностей головного мозга. Предварительно анализ частотных характеристик электроэнцефалограммы оператора проводят экспериментально в реальном масштабе времени методом периодометрического анализа с определением числа волн тета-, альфа- и гамма-активностей головного мозга в секунду в состоянии его высокой бдительности на модели зрительно-моторной деятельности, затем регистрацию и автоматический периодометрический анализ электроэнцефалограммы оператора осуществляют непосредственно в процессе реальной деятельности - например, в данном случае при управлении автомобилем. Значения числа волн тета-, альфа- и гамма-активностей, выходящие за вышеуказанные экспериментально определенные пределы, преобразуются в сенсорный (акустический) сигнал, который в автоматическом режиме контролирует состояние выхода оператора-водителя из контура управления по типу биологической обратной связи. Для этого используется вмонтированный в головной убор миниатюрный громкоговоритель, через который в виде звукового тона подается сигнал от детектора состояния оператора, предупреждающий водителя об опасном выходе из контура управления автомобилем.Example 2. Under real driving conditions, an experienced driver operator puts on a hat (a protective helmet or a tennis ribbon), in which sensors (EEG electrodes) are mounted, connected to the input of a portable ("Holter" type) hardware-software complex for recording and analysis of theta, alpha and gamma activities of the brain. Preliminary analysis of the frequency characteristics of the operator’s electroencephalogram is carried out experimentally in real time by the method of periodometric analysis to determine the number of waves of theta, alpha and gamma-activity of the brain per second in the state of its high alertness on the model of visual-motor activity, then registration and automatic periodometric analysis electroencephalograms of the operator are carried out directly in the process of real activity - for example, in this case, when managing vtomobilem. The values of the number of waves of theta, alpha and gamma activities that go beyond the above experimentally determined limits are converted into a sensor (acoustic) signal, which automatically controls the state of the driver’s output from the control loop by the type of biological feedback. To do this, a miniature loudspeaker mounted in the headgear is used, through which a signal from the operator’s state detector is sent in the form of a sound tone, warning the driver about a dangerous exit from the car control loop.

Согласно отчету водителя после нескольких часов (4-5 часов) непрерывного управления автомобилем, как в условиях городского движения, так и на междугородной трассе, предупреждающие звуковые сигналы детектора состояния оператора подавались только в ситуациях неосознаваемого водителем выхода из контура управления. Это проявлялось, например, в виде опасного сближения с впереди идущим транспортным средством, в ситуациях отвлечения внимания от управления автомобилем (например, на чтение придорожной рекламы, на окружающий дорогу пейзаж с мысленным представлением отсутствующих деталей, на настройку радиоприемника, на работу с сотовым телефоном или навигатором), а также при кратковременном «ослеплении» водителя ярким светом (днем - при выезде из тоннеля, ночью - светом фар встречных автомобилей). Во всех этих случаях значения чисел тета-, альфа- и гамма-волн в секунду выходили за пределы значений чисел, характерных для состояния высокой бдительности оператора-водителя при активной зрительно-моторной деятельности, а водитель отмечал кратковременные эпизоды выхода из контура управления автомобилем, что свидетельствует об отсутствии «ложных тревог». Длительных выходов из контура управления, опасных с точки зрения возникновения ДТП, не было отмечено, причем, по мнению водителя, этому способствовали предупреждающие сигналы ЭЭГ-детектора состояния оператора.According to the driver’s report, after several hours (4-5 hours) of continuous driving, both in urban traffic and on the intercity highway, warning sound signals of the operator’s state detector were issued only in situations when the driver unconscious left the control loop. This manifested itself, for example, in the form of a dangerous approach to a vehicle in front, in situations of distraction from driving a car (for example, reading a roadside advertisement, the landscape surrounding the road with the mental representation of missing details, tuning the radio, working with a cell phone or navigator), as well as with short-term “blinding” of the driver with bright light (during the day - when leaving the tunnel, at night - with the headlights of oncoming cars). In all these cases, the values of theta, alpha, and gamma waves per second went beyond the values characteristic of the state of high alertness of the driver during active hand-eye activity, and the driver noted short-term episodes of exit from the vehicle control loop, which indicates the absence of “false alarms”. Long exits from the control loop, dangerous from the point of view of the occurrence of an accident, were not noted, and, according to the driver, this was facilitated by warning signals from the operator's EEG-detector.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет определять эпизоды непроизвольного выхода человека-оператора из контура управления динамическим объектом с высоким быстродействием (не более 1 секунды) и еще до появления реальной ошибки деятельности. Важно отметить, что такие эпизоды далеко не всегда связаны с состояниями дремоты или сонливости.Thus, the proposed method allows you to determine the episodes of the involuntary exit of a human operator from the control loop of a dynamic object with high speed (no more than 1 second) and even before the appearance of a real activity error. It is important to note that such episodes are far from always associated with states of drowsiness or drowsiness.

Способ основан на современных, экспериментально доказанных научных данных о функциональном значении биоэлектрической активности головного мозга и принципах обработки зрительной сенсорной информации [Гусельников В.И., Изнак А.Ф. Ритмическая активность в сенсорных системах. М.: изд-во МГУ, 1983]. В качестве информативных параметров используются результаты автоматического (в реальном времени) анализа биопотенциалов мозга человека-оператора. Для поддержания высокого уровня бдительности человека-оператора используется техника акустической ЭЭГ-обусловленной биологической обратной связи.The method is based on modern, experimentally proven scientific data on the functional value of the bioelectrical activity of the brain and the principles of processing visual sensory information [Guselnikov V.I., Iznak A.F. Rhythmic activity in sensory systems. M .: publishing house of Moscow State University, 1983]. As informative parameters, the results of automatic (in real time) analysis of the biopotentials of the human operator’s brain are used. To maintain a high level of vigilance of the human operator, the technique of acoustic EEG-mediated biological feedback is used.

Практическая реализация способа при современном уровне биомедицинской электронной техники и информационно-коммуникационных технологий не представляет проблемы. При использовании так называемых «активных» («сухих») ЭЭГ-электродов способ становится неинвазивным, так как не требует применения контактных гелей или жидкостей.The practical implementation of the method at the current level of biomedical electronic equipment and information and communication technologies is not a problem. When using the so-called "active" ("dry") EEG electrodes, the method becomes non-invasive, since it does not require the use of contact gels or liquids.

Способ может быть использован в технических системах определения и поддержания высокого уровня внимания, бдительности и работоспособности операторов, управляющих различными транспортными средствами (летчиков, водителей, машинистов), а также операторов «критических» технологий (например, диспетчеров транспортных и энергетических систем).The method can be used in technical systems for determining and maintaining a high level of attention, vigilance and operability of operators controlling various vehicles (pilots, drivers, drivers), as well as operators of "critical" technologies (for example, dispatchers of transport and energy systems).

Claims (1)

Способ контроля выхода человека-оператора из контура управления, включающий непрерывную регистрацию и автоматический анализ его электроэнцефалограммы непосредственно в процессе реальной деятельности, отличающийся тем, что предварительно анализ частотных характеристик электроэнцефалограммы проводят экспериментально в реальном масштабе времени методом периодометрического анализа с определением числа волн тета-, альфа- и гамма-активностей головного мозга в секунду в состоянии высокой бдительности человека-оператора при активной зрительно-моторной деятельности, затем регистрацию и автоматический периодометрический анализ электроэнцефалограммы оператора осуществляют непосредственно в процессе реальной деятельности, с автоматическим сравнительным анализом значений числа тета-, альфа- и гамма-волн в секунду, и при выходе значений числа тета-, альфа- и гамма-волн в секунду за пределы значений чисел, характерных для состояния высокой бдительности человека-оператора при активной зрительно-моторной деятельности, анализатор ЭЭГ преобразует комбинацию этих чисел в сенсорный сигнал, и подает в автоматическом режиме предупреждающий сигнал по типу биологической обратной связи о состоянии выхода человека-оператора из контура управления. A method of controlling the exit of a human operator from the control loop, including continuous recording and automatic analysis of its electroencephalogram directly in the process of real activity, characterized in that preliminary analysis of the frequency characteristics of the electroencephalogram is carried out experimentally in real time by periodometric analysis with the determination of the number of theta, alpha waves - and gamma-activity of the brain per second in a state of high alertness of the human operator with active motor-motor activity, then registration and automatic periodometric analysis of the electroencephalogram of the operator is carried out directly in the process of real activity, with automatic comparative analysis of the values of the number of theta, alpha and gamma waves per second, and when the values of the number of theta, alpha and gamma -waves per second beyond the limits of numbers characteristic of the state of high alertness of a human operator during active hand-eye activity, the EEG analyzer converts a combination of these numbers into weed signal, and supplies to the automatic warning signal for biofeedback type of output state of the human operator from the control circuit.
RU2013134719/14A 2013-07-24 2013-07-24 Method for controlling control circuit logoff by live operator RU2539004C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013134719/14A RU2539004C1 (en) 2013-07-24 2013-07-24 Method for controlling control circuit logoff by live operator

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013134719/14A RU2539004C1 (en) 2013-07-24 2013-07-24 Method for controlling control circuit logoff by live operator

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2539004C1 true RU2539004C1 (en) 2015-01-10
RU2013134719A RU2013134719A (en) 2015-01-27

Family

ID=53281304

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2013134719/14A RU2539004C1 (en) 2013-07-24 2013-07-24 Method for controlling control circuit logoff by live operator

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2539004C1 (en)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1090341A1 (en) * 1981-05-18 1984-05-07 Московский Ордена Ленина,Ордена Октябрьской Революции И Ордена Трудового Красного Знамени Государственный Университет Им.М.В.Ломоносова Method of determining man's tiredness
US6717518B1 (en) * 1998-01-15 2004-04-06 Holding B.E.V.S.A. Method and apparatus for detection of drowsiness
RU2363385C2 (en) * 2007-09-28 2009-08-10 Дмитрий Владимирович Попов Method of controlling level of wakefulness of human being and system to this end

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1090341A1 (en) * 1981-05-18 1984-05-07 Московский Ордена Ленина,Ордена Октябрьской Революции И Ордена Трудового Красного Знамени Государственный Университет Им.М.В.Ломоносова Method of determining man's tiredness
US6717518B1 (en) * 1998-01-15 2004-04-06 Holding B.E.V.S.A. Method and apparatus for detection of drowsiness
RU2363385C2 (en) * 2007-09-28 2009-08-10 Дмитрий Владимирович Попов Method of controlling level of wakefulness of human being and system to this end

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ПОТУЛОВА Л.А. и др. Пространственно-временные параметры электроэнцефалограммы при монотонной распознавательной деятельности в условиях разной информационной неопределенности. Биомедицинская радиотехника. 2011, 9, с. 37-44. ГУСЕВА Н.Л. Анализ психофизиологических показателей функционального состояния человека-оператора в условиях монотонной деятельности. Автореф. дисс., С-Пб., 2005, с. 8-19 *

Also Published As

Publication number Publication date
RU2013134719A (en) 2015-01-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Morales et al. Monitoring driver fatigue using a single-channel electroencephalographic device: A validation study by gaze-based, driving performance, and subjective data
Wang et al. A novel real-time driving fatigue detection system based on wireless dry EEG
Sikander et al. Driver fatigue detection systems: A review
Foy et al. Mental workload is reflected in driver behaviour, physiology, eye movements and prefrontal cortex activation
Heikoop et al. Effects of platooning on signal-detection performance, workload, and stress: A driving simulator study
Gharagozlou et al. Detecting driver mental fatigue based on EEG alpha power changes during simulated driving
He et al. High cognitive load assessment in drivers through wireless electroencephalography and the validation of a modified N-back task
Mascord et al. Behavioral and physiological indices of fatigue in a visual tracking task
US7574254B2 (en) Method for monitoring attentiveness and productivity in a subject
US20200241525A1 (en) Computer-based apparatus system for assessing, predicting, correcting, recovering, and reducing risk arising from an operator?s deficient situation awareness
Wanyan et al. Influence of mental workload on detecting information varieties revealed by mismatch negativity during flight simulation
Kajiwara Evaluation of driver’s mental workload by facial temperature and electrodermal activity under simulated driving conditions
Darzi et al. Identifying the causes of drivers’ hazardous states using driver characteristics, vehicle kinematics, and physiological measurements
WO2010032491A1 (en) Inattentiveness detecting device, inattentiveness detecting method, and computer program
JP5127576B2 (en) Mental work load detection device and motorcycle equipped with the same
RU2571891C1 (en) Device for operator's attention control in man-machine systems
Abtahi et al. Association of drivers’ sleepiness with heart rate variability: A pilot study with drivers on real roads
JP2020074805A (en) Method and device for presuming driver's state
Melnicuk et al. Employing consumer electronic devices in physiological and emotional evaluation of common driving activities
Mindoro et al. Drowsy or not? Early drowsiness detection utilizing arduino based on electroencephalogram (eeg) neuro-signal
Sahayadhas et al. Electromyogram signal based hypovigilance detection
RU2539004C1 (en) Method for controlling control circuit logoff by live operator
Mabry et al. Commercial motor vehicle operator fatigue detection technology catalog and review
Iampetch et al. EEG-based mental fatigue prediction for driving application
Zhu et al. High expectancy influences the role of cognitive load in inattentional deafness during landing decision-making

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20160725

NF4A Reinstatement of patent

Effective date: 20200204