Презентация содержит обзор существующих систем безопасности вождения, в частности контроля состояния водителя. Предложены новые методы и средства оценки состояния водителя во время вождения.

1. Разработка и исследование методов
регистрации и анализа аффективного
состояния водителя транспортного средства по
данным анализа сердечного ритма
Рязанский государственный радиотехнический университет
Кафедра Биомедицинской и полупроводниковой электроники
Кирюхин Антон Викторович,
аспирант 3-го года обучения
Научный руководитель:
к.т.н., Алпатов Алексей Викторович
2 февраля 2014
Москва, МАДИ

2. Меры повышения безопасности вождения ТС
Системы поддержки водителей с
полуавтономным управлением
Автомобили Google с автономным
управлением
Кардинальное решение проблемы
Коммерческие портативные системы
для предотвращения сна за рулем
Особенности технической реализации существующих систем безопасности не используют данные о психо-
эмоциональном состоянии водителя в привязке к движению транспортного средства
1
Научно-исследовательские проекты
1 J.A. Healey and R. W. Picard. Detecting stress during real-world driving tasks using physiological sensors, IEEE Transactions on Intelligent Transportation Systems. 2005
2 Rajiv Ranjan Singha, Sailesh Conjetia, Rahul Banerjeeb. (India). A comparative evaluation of neural network classifiers for stress level analysis of automotive drivers using
physiological signals, Biomedical Signal Processing and Control, 2013
Massachusetts Institute of Technology (MIT)1Birla Institute of Technology and Science2, India

3. Психофизиологические особенности деятельности водителя за рулем
Происходит анализ не поведения
автомобиля, а поведения водителя!
Аффект— эмоциональный процесс,
характеризующийся кратковременностью и высокой
интенсивностью, сопровождающийся резко
выраженными двигательными проявлениями и
изменениями в работе внутренних органов.2
2
1 Котик М.А., Емельянов A.M. Природа ошибок человека-оператора. - М.: Транспорт, 1995.
2 Балабанова Л.М. Судебная патопсихология (вопросы определения нормы и отклонений). Донецк. 1998
В 11 случаях из 18 ДТП предшествовал эмоциональный
конфликт и психический стресс1
Наиболее «опасные» водители с качествами:
агрессивность, нетерпимость, чрезвычайная возбудимость,
эмоциональная неустойчивость.
Все эти проявления сопровождаются аффектами.
Водителя нельзя отключить от управления
сложной системой в режиме управления!

4. Структура программно-аппаратных средств разрабатываемых
в диссертационном исследовании
3

5. Цель и основные задачи работы
Целью работы является снижение риска дорожно-транспортных происшествий, путем оценки
аффективного состояния водителя, на основе сбора, анализа и классификации биомедицинской и
технической информации в результате взаимодействия водителя с дорожной ситуацией.
Для достижения поставленной цели должны быть решены следующие задачи.
1.Анализ существующих методов и средств повышения безопасности вождения и их
классификация.
2.Обоснование степени важности оценки аффективного состояния водителя при проектировании
средств повышения безопасности вождения транспортного средства.
3.Разработка алгоритма выделения информативных параметров степени эмоционального
воздействия процесса вождения на водителя транспортного средства по данным пульсометрии.
4.Выбор и обоснование количественных критериев для оценки степени безопасности вождения,
полученных в результате пульсометрии и регистрации скорости движения транспортного
средства.
5.Разработка модели классификатора для количественной оценки степени безопасности
вождения транспортного средства на основе аппарата нечеткой логики.
6.Разработка программных и аппаратных средств, реализующих синхронную регистрацию и
анализ биомедицинской и технической информации в режиме реального времени в процессе
движения транспортного средства.
3

6. Структура аппаратно-программных средств4
РАНГОВАЯ ШКАЛА УРОВНЯ
АФФЕКТИВНОГО СОСТОЯНИЯ (СТРЕССА)

7. Предлагаемые критерии опасного вождения
Название датчика Параметр вождения Диапазоны значений Пороговое значение
(требуется апробация)
P1 GPS - датчик Интенсивность замедления более 3 м/с2
P2 GPS - датчик Интенсивность ускорения более 3 м/с2
P3 GPS - датчик Скорость транспортного средства 10 – 160 км/ч > 60км/ч
P4 Датчик пульса Количество случаев роста пульса на 80% за 3 с.
относительно условной нормы(усредненное значение
за 20 мин.)
30 – 230 уд в мин. 120 уд. в сек.
P5 Датчик пульса Количество перепадов пульса на 80%(на 3 с.) за 5 мин. 0 - 30
P6 Датчик пульса Отношение LF/HF 0,1 - 3 >> 2 в течении 5 мин.
P7 Датчик пульса Значение скейлингового показателя пульса DFA 0,5 - 2 > 1,6 в течении 5 мин.
P8 Датчик пульса Монотонный рост значений пульса (в окне 30 с.) в
течении 5 мин.
30 – 230 уд в мин.
P9 Датчик пульса Снижение уровня стресс-индекса в теч. 20 мин. 50 - ~1000 < 50
Критерии отражены в заявке на изобретение
№2013149074 «Устройство для
предупреждения водителя об опасном
движении транспортного средства»
5

8. Результаты экспериментальных данных6
Простое усреднение пульса для устранения артефактов снижает
вариабельность ритма сердца.
Предложен и реализован метод линейной экстраполяции (предсказания)
значений пульса. Размер окна экстраполяции от 10 до 40 выборок.
Проблема регистрации пульса с запястья – артефакты!
Поиск критических точек (экстремумов) на кривой пульса
Уточнение значения стресс-индекса для
устранения артефактов

9. Сравнение средств регистрации пульса человека с предлагаемым браслетом
Пульсоксиметр MD300C318
фирмы CHOICEMMED
Bluetooth датчик пульса
фирмы Polar
Пульсоксиметр CMS50D+
фирмы Contec
Авторский ЭКГ- регистратор.
Fд=530 Гц, 16 бит,
точность определения интервалов 1мс.
ЭТАЛОН
Датчик пульсовой волны с браслетом
7

10. Результаты сравнительного анализа средств регистрации пульса человека
с предлагаемым браслетом
Ритмограмма теста №1.
Длина окна 138 выборок.
Ритмограмма теста №1.
Длина окна 415 выборок.
Ритмограмма теста №1.
Длина окна 175 выборок.
8

11. Технические реализации системы
Нагрудный
датчик
пульса
Проведение тестов вождения с записью ритма
сердца , скорости ТС, ускорения органов управления
и видео дорожной ситуации
9
Проведенные испытания
Проведение тестов вождения с записью ритма
сердца , скорости ТС и видео дорожной ситуации
Текущие испытания

12. Результаты работы
1.Проведенный аналитический обзор выявил, что существующие системы повышения
безопасности вождения не анализируют совокупность психо-эмоциональных и
технических факторов движения ТС.
2.Предложены количественные критерии для оценки степени безопасности вождения,
полученные по данным анализа пульса и технических параметров движения ТС.
3.Предложен классификатор на основе аппарата нечеткой логики и шкала степени
безопасности вождения на его основе.
4.Разработан алгоритм и программная реализация определения критических точек на
нестационарных сигналах (требуется дальнейшее исследование алгоритма).
5.Реализован программно-аппаратный комплекс с использование симулятора
вождения, датчиков ускорения и пульса.
6.Реализован программно-аппаратный комплекс для записи регистрируемых сигналов с
возможностью установки на реальном автомобиле.
7.Проведены пилотные экспериментальные тесты вождения в черте города Рязани.
Результаты анализа позволили предположить о возможной корреляции между
параметрами ритма сердца и скоростью ТС.
8.Проведена серия экспериментов по сравнительному анализу различных средств
измерения пульса.
9.Реализована предварительная версия программного классификатора для оценки
критериев опасного вождения по ранее записанным сигналам на базе среды LabVIEW.
10

13. 1. Победитель программы «Участник молодежного научно-инновационного
конкурса» («УМНИК») в 2014 году.
2. Победитель конкурса научных работ в рамках Всероссийской конференции
«Актуальные вопросы биомедицинской инженерии - 2013» в г. Саратов при
поддержке РФФИ
3. Диплом в номинации «Признание-2014» участника конкурса инновационных
проектов «Инновации для здоровья» за проект «Система регистрации и анализа
аффективных состояний водителя».
4. Победитель 4-х конкурсов инновационных научно-исследовательских работ
среди студентов, аспирантов и молодых ученых РГРТУ
5. 18-я Международная научно-техническая конференция «Радиоэлектроника,
электротехника и энергетика».
6. Всероссийская научно-техническая конференция «Биотехнические, медицинские
и экологические системы и комплексы» БИОМЕДСИСТЕМЫ
7. Участие в выставке МИП РГРТУ, и выставке, посвященной 60-летию РГРТУ
8. Участие в выставке оборудования, решений National Instruments в составе
LabVIEW Portal с экспонатом «Программно-аппаратный комплекс для
регистрации и анализа ритма сердца»
11 Апробация работы

14. Публикационная активность
Основные публикации по теме:
1.А.В. Кирюхин, А.В. Алпатов. Проектирование автоматизированной системы для
оценки аффективных состояний человека на основе измерения пульса при просмотре
видеоизображений // Программная инженерия. 2015. №1. С. 34-40
2.A. V. Alpatov, A. V. Kiryukhin. Device to warn drivers about the dangerous movement of the
vehicle // Research Journal of International Studies. Ekaterinburg: LL “Europrint” 2013. P. 38-41.
Всего опубликовано:
– 2 статьи из списка ВАК;
– 2 статьи в РИНЦ;
– 6 статей в межвуз. сборниках;
– 22 тезисов докладов;
– 5 свидетельств о регистрации прав на ПО;
Готовятся к публикации:
– Патент на изобретение;
– 2 статьи в журналы «Медицинская техника» и «Вестник аритмологии»;
– Статья в сборнике “Sibcon-2015”, цитируемая в БД Scopus.
12