Транспортная газета Евразия Вести

Разделы:

 Свежий номер
 Подшивка
 Материалы
 Новости
 О газете
 Редакция
 Подписка

 Консалтинг
 Лицензирование
 Сертификация
 Юридические
 услуги

 Партнеры
 Ресурсы сети
 Реклама на сайте

Поиск:


 

НОВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ


Версия для печати
Обсудить в форуме

Единственный в мире "детектор сна"

Так в обиходе иногда называют разработанную коллективом ученых и технологов компании "Нейроком" Телеметрическую систему контроля бодрствования машиниста - комплекс приборов, подобного которому нет ни в одной стране мира. О принципах работы и возможностях применения суперсовременной технологии рассказывает первый заместитель генерального директора ЗАО "Нейроком", кандидат физико-математических наук В.В. Дементиенко.

Единственный в мире "детектор сна"
Единственный в мире "детектор сна"
Единственный в мире "детектор сна"
Единственный в мире "детектор сна"
Когда говорят, что "наука - двигатель прогресса", имеют в виду тот, веками подтвержденный, факт, согласно которому любое научное открытие рано или поздно найдет достойное практическое применение. Так было и в нашем случае.

Еще в 1976 году мы начали исследования, целью которых был поиск возможности надежного определения уровня бодрствования машиниста. И спустя некоторое время обнаружили связь психофизиологических состояний "бодрствования - релаксации" с электрическими свойствами кожи человека.

ЭЛЕКТРОДЕРМАЛЬНАЯ АКТИВНОСТЬ

Электродермальная активность (ЭДА), или изменение электрических свойств кожи (падение сопротивления кожи или изменение ее потенциала относительно внутренних частей организма), - один из самых известных и широко используемых электрофизиологических параметров. Известно, что в ответ на стимулы различной природы, имеющие важное значение для человека, возникают электродермальные реакции (ЭДР) - быстрые изменения электрических свойств кожи с постоянными времени порядка секунд. ЭДР называют фазической компонентой ЭДА, в отличие от тонических изменений ЭДА с постоянными времени порядка минут.

ЭДР наблюдается при сильных эмоциях. На этом явлении, в частности, основан широко известный "детектор лжи". Переход к фазе интенсивных ЭДР легко наблюдается также для всех лиц при появлении субъективно неприятных воздействий типа резкого громкого звука, особенно раздражающих разговоров и т.д

ЭДР также возникает всегда, когда человек вынужден часто переключать свое внимание с одного объекта на другой, при условии, что получаемая при этом информация для него важна. Например, если человек управляет движущимся транспортным средством и наблюдение за дорожной обстановкой является для него чрезвычайно важной задачей, то у него развивается интенсивная ЭДР. Тот же человек, рассматривая картинки в журнале, тоже переключает внимание, но, если при этом его они не волнуют и он находится в расслабленном состоянии, ЭДР исчезает. Между этими двумя крайними случаями существует множество состояний человека. И этим состояниям можно сопоставить интенсивность ЭДР. При одной и той же интенсивности состояние человека может соответствовать роду выполняемой им деятельности или не соответствовать. Поэтому пороговые значения ЭДР выбираются для разных профессий разные.

Кроме того, как показали наши исследования, время реакции человека на предъявляемый стимул и интенсивность ЭДР коррелируют между собой. Это означает, что по значению интенсивности ЭДР в текущий момент времени можно предсказать, насколько быстро человек среагирует на внезапное изменение обстановки: чем менее интенсивна ЭДР, тем больше будет время реакции у данного человека.

АЛГОРИТМ ОБРАБОТКИ И АРТЕФАКТЫ ДВИЖЕНИЯ

После обнаружения ранее упомянутой связи между уровнем бодрствования и ЭДА в 1986 году уже год спустя нами был разработан первый алгоритм обработки ЭДА для определения уровня бодрствования. Минимально допустимый уровень бодрствования был определен экспериментально. Из соображений безопасности и с учетом индивидуального разброса физиологических параметров людей критический уровень бодрствования был зафиксирован вблизи границы работоспособного состояния человека, когда человек еще работоспособен, но вероятность совершения им ошибки возрастает.

После успешных экспериментов, проведенных в лаборатории, мы продолжили их в реальной транспортной ситуации и сразу же столкнулись с проблемой артефактов движения. Как мы поняли позже, в течение полувека именно проблема артефактов не позволяла многообещающим системам контроля бодрствования человека быть использованными. Решение этой проблемы заняло у нас три года, потому что сигналы ЭДА не имели строгого математического описания, а артефакты движения при расшифровке записей специалистами физиологами часто интерпретировались, как ЭДА. Нам совместно с физиологами пришлось разработать совершенно новые методики для набора данных. Новый алгоритм был разработан на основе этих данных. Это позволило нам избежать интерпретации артефактов, как сигналов ЭДА.

Для этого провели дополнительно испытания более чем на пятистах добровольцах. Сейчас мы оцениваем вероятность аварии поезда в результате того, что артефакт движения будет идентифицирован нашим алгоритмом как ЭДА, как величину 10-10 за один час работы. Это означает, что, если все локомотивы будут оборудованы нашей системой, то на всех железных дорогах России по крайней мере в течение 100 лет не произойдет аварии по причине потери бодрствования машинистом. Этот алгоритм был использован при создании первой в мире серийной промышленной телеметрической системы контроля бодрствования (ТСКБМ), которая была предложена потребителям в 1994 году. Фактически эта система в случае диагностики активного бодрствования машиниста отменяет проверку бдительности, а в случае диагностики психофизиологической релаксации - включает ее. К сегодняшнему дню мы имеем более 20 тысяч человеко-часов испытаний в лабораторных условиях и более 50 млн. человеко-часов работы машинистов и водителей с нашей системой.

ТЕЛЕМЕТРИЧЕСКАЯ СИСТЕМА КОНТРОЛЯ БОДРСТВОВАНИЯ

Система ТСКБМ предназначена для повышения безопасности движения поездов. Она следит за физиологическим состоянием машиниста, принимает сигналы о состоянии рукоятки бдительности (РБ), обрабатывает полученную информацию, показывает уровень бодрствования машиниста по условной шкале в виде светящейся линейки переменной длины. Эта линейка не является необходимым элементом прибора, но, как показал опыт применения предыдущих модификаций, является очень полезной.

Машинист, как любой человек, почти всегда при релаксации не отдает себе отчета в ее глубине. Только специально тренированные люди умеют всегда контролировать свое состояние. А обычному человеку помогает эта линейка. Теперь машинист при желании может оценить глубину релаксации, и сигнал ЭПК для него не будет неожиданным.

- Как же так, прибор вдруг засвистел? - раньше вопрошал машинист, а теперь укорочение линейки всегда предупреждает о приближении этого момента.

Однако появление линейки породило новую проблему:

- Я себя отлично чувствую, слежу за окружающей обстановкой, а линейка укорачивается, - говорят некоторые машинисты. В большинстве случаев - это неадекватная самооценка. Человек уже попал в зону релаксации, и время реакции у него увеличилось. Для немногих машинистов это состояние не опасно, поскольку даже такая реакция у них не хуже, чем требуемая по нормативу. Но все же она хуже, чем может быть у данного человека при нормальной работоспособности. А поскольку ТСКБМ - это прибор безопасности, в него заложен алгоритм, который считает это ухудшение недопустимым, хотя до наступления сна может пройти еще очень много времени.

В действительности, прибор устроен так, что он стремится помочь машинисту находиться в наилучшем состоянии. И, если машинист уделит некоторое время для собственного обучения работы с индикаторной линейкой, он вскоре будет способен оценивать собственное состояние и укорочение или удлинение линейки не будет для него неожиданным. Кроме того, машинист с помощью этого индикатора может сам подобрать подходящие для него способы приведения себя в надлежащее состояние и в дальнейшем пользоваться ими.

Однако увлекаться слежением за индикаторной линейкой не нужно. ТСКБМ - не ревизор и он не наказывает за то, что интенсивность ЭДР уменьшилась. Прибор прежде всего - это помощник, и лишь затем хранитель. Даже если сработал свисток ЭПК, это не означает, что человек заснул, до сна - еще не менее 90 секунд. И это для одного из двухсот человек, для остальных 199 это время гораздо больше и в среднем имеет величину около 10 минут. Хотя, конечно, время реакции у машиниста уже увеличилось. Т.е. в прибор по требованиям безопасности заложены очень жесткие критерии, и его срабатывание может не означать, что машинист потерял работоспособность.

ОСНОВНЫЕ ЗАДАЧИ ТСКБМ

Таким образом, система ТСКБМ повышает безопасность движения поездов за счет того, что:

- не допускает попадания машиниста в состояние глубокой релаксации;

- повышает надежность работы машиниста, который может контролировать свой уровень бодрствования, не допуская его снижения до нижней границы на индикаторе уровня бодрствования, и может посредством активных действий поддерживать свою работоспособность, не дожидаясь обесточивания электропневмоклапана ЭПК;

- контроль бодрствования машиниста производится непрерывно в процессе движения поезда независимо от поездной ситуации и без отвлечения машиниста требованием периодически подтверждать свое бодрствование, что особенно важно в ситуациях, требующих от машиниста повышенной бдительности для обеспечения безопасности движения.

ПРИБОРЫ И БЛОКИ

В соответствии с этими задачами в систему ТСКБМ включены следующие приборы и блоки:

- прибор ТСКБМ-Н - телеметрический датчик. Располагается на запястье машиниста. Он предназначен для получения информации об относительном изменении сопротивления кожи, преобразования этой информации в кодовые посылки и передачу их по радиоканалу на прибор ТСКБМ-П;

- прибор ТСКБМ-П - приемник сигналов телеметрического датчика и устройство индикации. Располагается в кабине локомотива над локомотивным светофором или слева от локомотивного скоростемера. Приемник сигналов телеметрического датчика предназначен для приема сигналов по радиоканалу, их предварительной обработки и передачи в блок контроллера системы. Кроме того, приемник обнаруживает присутствие второго работающего телеметрического датчика в зоне действия системы и информирует об этом контроллер системы;

- устройство индикации совмещено конструктивно с приемником и предназначено для визуального отображения уровня бодрствования машиниста на светодиодной линейке.

- блок ТСКБМ-К - контроллер системы. Располагается в кабине локомотива в месте, допускающем удобное включение и выключение системы. Он предназначен для обработки информации телеметрического датчика системы, поступающей из приемника блока ТСКБМ-П, определения уровня бодрствования машиниста в соответствии с заложенным алгоритмом, управления устройством индикации блока ТСКБМ-П и контроля состояния системы. Контроллер системы обеспечивает совместную работу с системами АЛСН или КЛУБ.

ТСКБМ - прибор безопасности. В связи с этим критерии и пороги выбраны на основе анализа огромного статистического материала по принципу: самый маленький из маленьких, самый большой из больших. Поэтому для некоторых людей прибор, построенный на основе вышеизложенного принципа, субъективно жесткий.

Однако, во-первых, ТСКБМ гарантирует срабатывание ЭПК перед засыпанием в стадии релаксации, когда человек еще отдает себе отчет о происходящем, в отличие от ситуации с периодической проверкой, когда несколько последних нажатий перед засыпанием человек может произвести "на автомате".

Во-вторых, срабатывание ТСКБМ происходит также и при недопустимом снижении времени реакции человека или прекращении сканирования им окружающей обстановки, в то время как при периодических проверках эти параметры состояния человека вообще никак не контролируются. Формально это означает, что вероятность проезда запрещающего сигнала машинистом, связанная с ухудшением его состояния, при применении ТСКБМ в среднем в 100 раз ниже, чем при периодических проверках.

При выходе из строя ТСКБМ машинист с неизбежностью должен перейти к режиму работы с периодическими проверками. В этом случае он должен отдавать себе отчет в том, что уровень безопасности снижается до того состояния, которое было в то время, когда данный локомотив еще не был оборудован ТСКБМ. Но этот уровень безопасности был разрешен ранее и является допустимым в настоящее время в соответствии с требованиями ОСТ.

НОВЫЕ ПОКОЛЕНИЯ ТСКБМ

Второе поколение системы было разработано для железнодорожных поездов и больших междугородных автобусов. Система состоит из двух частей: той же наручной части и более сложной стационарной части.

Стационарная часть содержит радиоприемник с антеннами, центральный процессор, индикатор бодрствования и интерфейсы к органам управления и устройствам активной безопасности локомотива. По сравнению с первым поколением здесь использован более мощный процессор и встроен алгоритм для анализа рациональных действий машиниста.

Сейчас мы заканчиваем разработку третьего поколения такой системы.

Отличительная черты этой системы - полная обработка физиологического сигнала в носимой части и использование синтезатора речи для информирования машиниста.

В полный комплект прибора входят:

- носимая часть, сконструированная как браслет и перстень, содержит электроды, блок обработки информации, передатчик, который передает информацию в стационарный блок, индикатор заряда батареи. В наручной части есть сенсор. Если машинист прикоснется к нему, он вырабатывает сигнал, подтверждающий, что человек не спит, чтобы отменить сигнал тревоги и действия по остановке поезда. Носимая часть располагается на руке машиниста;

- стационарная часть содержит интерфейс к органам управления локомотивом, радиоприемник, блок вторичной обработки информации. Стационарная часть также оборудована интерфейсом к устройствам активной безопасности локомотива. Запись действий прибора сохраняется в энергонезависимой памяти и может быть передана любому компьютеру, оборудованному стандартным инфракрасным портом (IrDA) и соответствующей программой;

- индикатор бодрствования машиниста. Этот индикатор сконструирован как светящаяся полоска переменной длины. Свечение всех сегментов полоски соответствует максимальному уровню бодрствования водителя.

Индикатор может быть расположена где-нибудь в зоне бокового зрения машиниста, например, на передней панели или встроен в нее. Все работы по оборудованию локомотива системой должны производиться специалистами.

Система работает следующим образом.

Прибор повышает безопасность движения, подавая сигнал тревоги за несколько десятков секунд до возникновения критического физиологического состояния, когда уровень бодрствования, т.е. внимание и работоспособность, уменьшаются до критических величин. Это означает, что машинист еще способен адекватно воспринимать окружающую обстановку и управлять движущимся поездом, но это уже - предел.

Индикатор уровня бодрствования обеспечивает биологическую обратную связь, таким образом помогая машинисту поддерживать наилучшее состояние или предпринимать необходимые меры для его корректировки. Если индикатор выключается полностью, это указывает на то, что состояние бодрствования машиниста достигло критического уровня. Если машинист воспринимает сигнал тревоги, он должен прикоснуться к сенсору на носимой части, чтобы подтвердить, что он контролирует ситуацию. Если не будет сигнала подтверждения бодрствования, система автоматически через заданный промежуток времени включит тормоза.

Все действия, перечисленные выше, регистрируются и сохраняются работающим устройством записи в энергонезависимой памяти стационарной части. Таймер реального времени, который имеет автономное питание, определяет дату и время каждого события.

Дизайн всех частей системы и язык, на котором подаются звуковые сигналы, могут быть выбраны потребителем или заменены им на другие.

* * *

Серийная поставка всех наших устройств осуществляется в соответствии с федеральной программой по повышению безопасности движения на железнодорожном транспорте. В настоящее время имеется пятилетний опыт эксплуатации более 1500 локомотивов с этими устройствами. Система была сертифицирована и включена в государственную программу повышения безопасности движения на железнодорожном транспорте. К настоящему времени более четырех тысяч машинистов используют эту систему, как и систему анализа рациональных действий (Л-116У), также поставляемую нами. Эксплуатация таких комплексов в течение всех последних пяти лет показала их эффективность - ни один из всех этих тысяч машинистов не допустил брака в работе по причине потери бдительности. Техническая надежность системы характеризуется как 0,8 отказа на один миллион километров пробега локомотива.

© Евразия Вести XII 2002







XII 2002

Евразия Вести XII 2002

МПС программирует безопасность

Реформировать не в ущерб безопасности

Безопасность обеспечивает автоматизация

Совершенствовать конструкцию, ремонт, эксплуатацию и производство тормозов

Система сертификации доказала свою эффективность

Почему выходят из строя колесные пары?

Управлять помогает компьютер

Случай на железнодорожном переезде

Безопасность движения требует правовой защиты

Страхование, проверенное временем

Вовремя предупреждать профессиональные болезни

Вопросы медицинской реабилитации работников железнодорожного транспорта, связанных с движением поездов

"Локомотив" нужен не только России

Автоматика "НПО САУТ" работает безотказно

Лучшие в мире скоростемеры производит ОАО "Электромеханика"

"Транс-Сигнал" гарантирует безопасность

"Алтек" теснит конкурентов

"Инфотранс" ставит диагноз точный, надежный и своевременный

"ПИК прогресс" делает ставку на комплексные системы диагностики

"Твема" продолжает удивлять отечественных и зарубежных конкурентов

Всемирно известная Schneider Electric

Путь к повышению безопасности и комфорта

Чем заменять, лучше восстанавливать

Как обезопасить свой бизнес

PDF-формат



 

Copyright © 2003-2015 "Евразия Вести"
Разработка: интернет-студия "ОРИЕНС"

Евразия Вести