Устройство для измерения в стационарных условиях времени зрительно-моторной реакции водителя транспортного средства на опасные дорожные ситуации

Изобретение относится к психофизиологической медицине, медицинской и измерительной технике и может быть применено для определения профессиональной пригодности водителя к управлению транспортными средствами путем измерения в стационарных условиях времени зрительно-моторной реакции водителя на опасные дорожные ситуации. Устройство включает автотренажер с сиденьем для водителя, рулевым колесом, педалями тормоза и подачи топлива, рычагом переключения передач. Автотренажер снабжен видеомонитором для воспроизведения опасных и безопасных дорожных ситуаций, который соединен с центральным процессорным блоком для измерения и обработки экспериментальных данных. Педали тормоза и подачи топлива имеют электроконтактные датчики, реагирующие на действия испытуемого водителя и формирующие сигналы для обработки. Датчики встроены в насадки, укрепленные скобой на педали тормоза и подачи топлива. Датчик нажатия на педаль тормоза подсоединен к центральному процессорному блоку, а датчик нажатия на педаль подачи топлива - к звуковому имитатору, выполненному в виде акустической колонки для создания звукового фона работы двигателя автомобиля и контроля для экспериментатора положения ноги испытуемого водителя на педали подачи топлива. Применение изобретения позволит повысить точность и достоверность результатов измерений, а также сократить время на обработку экспериментальных данных. 3 з.п.ф-лы, 4 ил.

 

Изобретение относится к психофизиологической медицине, медицинской и измерительной технике и может быть применено для определения профессиональной пригодности водителя к управлению транспортными средствами (автомобилем, автобусом, троллейбусом, трамваем, трактором, самоходной машиной и др.) путем измерения в стационарных условиях времени зрительно-моторной реакции водителя на опасные дорожные ситуации.

Известны устройства для измерения акустико-моторной реакции водителя на сильный звуковой раздражитель интенсивностью 120 дБ и частотой 1000 Гц, используемые, например, в способе определения повышенной предрасположенности водителей к дорожно-транспортным происшествиям путем регистрации и анализа психофизиологических показателей и вычисления прироста времени зрительно-моторной реакции при предъявлении последовательно 15 и 105 белых световых сигналов и сравнения значения обоих показателей с критериальными, соответственно, (-15,0)-(+0,9) мс и 200 мс и более, или (+1,0)-(+19,9) мс и 175 мс и более, или (+20,0)-(+39,9) мс и 150 мс и более, или (+40,0)-(+70,0) мс и 125 мс и более. Таким способом у индивидуума выявляют повышенную предрасположенность к дорожно-транспортным происшествиям (авт.св. СССР №1806608, М. кл. - А61В 5/18, опубликовано 07.04.1993 г.) (аналог).

Недостатком известных устройств является не прямое измерение зрительно-моторной реакции водителя на опасность, а определение ее косвенно путем измерения акустико-моторной реакции на сильный раздражитель и сравнения затем полученных показателей с критериальными значениями. Кроме того, не объяснены и не обоснованы физический смысл приведенных критериальных значений и методика их получения.

Известна также установка для определения времени реакции водителя транспортного средства, состоящая из стенда с сиденьем для водителя, рулевым колесом и рулевой колонкой, педалями сцепления, тормоза и управления дроссельной заслонкой, размещенными на раме с соблюдением нормативных расстояний между ними в кабине грузового автомобиля. Установка включает самодельный «светофор», вибропреобразователь, электросекундомер, системы переключателей, электромагнитные реле и микропереключатель, устанавливаемый на педаль тормоза, автомобильный аккумулятор и пульт управления. Рядом со стендом ставится стол или тумбочка, около которого находится экспериментатор с пультом управления в руках. Вместо стенда может быть использован стоящий грузовой или легковой автомобиль. В этом случае самодельной «светофор» устанавливается впереди автомобиля, а экспериментатор с пультом управления садится в кабину автомобиля рядом с испытуемым водителем. «Светофор» устанавливается перед стендом или автомобилем на расстоянии 5-10 м (Информационный листок Татарского центра научно-технической информации №187, 1980) (прототип).

Основным недостатком данной установки является использование в качестве сигнала опасности только красного сигнала самодельного «светофора». В этом случае не учитывается влияние на восприятие водителем возможной опасности конкретных дорожных условий, таких как появление пешеходов и детей, автомобилей с поперечного и встречного направлений, внезапное торможение впереди идущего автомобиля, маневры автомобиля поворотами налево и направо, наличие открытых люков, ям и неровностей на проезжей части и др. Кроме того, измеренные величины времени реакции водителя на опасность нужно записывать на бумаге и провести математическую статистическую обработку экспериментальных данных вручную, что требует дополнительное время и может привести к ошибкам.

Целью изобретения является повышение точности измерения времени зрительно-моторной реакции водителя транспортного средства на опасные дорожные ситуации, достоверности полученных предельных значений - минимальной и максимальной величин данного психофизиологического параметра, уверенности в их объективности и достоверности, а также сокращение времени на математическую статистическую обработку экспериментальных данных и исключение при этом возможных ошибок.

Указанная цель достигается тем, что в устройстве для измерения в стационарных условиях времени зрительно-моторной реакции водителя транспортного средства на опасные дорожные ситуации, включающем автотренажер с сиденьем для водителя, рулевым колесом, педалями тормоза и подачи топлива, рычагом переключения передач, автотренажер снабжен видеомонитором для воспроизведения опасных и безопасных дорожных ситуаций, который соединен с центральным процессорным блоком для измерения и математической статистической обработки экспериментальных данных времени зрительно-моторной реакции испытуемого водителя на опасные дорожные ситуации, а педали тормоза и подачи топлива имеют электроконтактные датчики, реагирующие на действия испытуемого водителя. Электроконтактные датчики встроены в насадки, укрепленные скобой на педали тормоза и подачи топлива, причем датчик нажатия на педаль тормоза подсоединен к центральному процессорному блоку, а датчик нажатия на педаль подачи топлива - к звуковому имитатору. Видеомонитор выполнен в виде жидкого кристаллического телевизора, на экране которого воспроизводятся опасные и безопасные дорожные ситуации с цифровых носителей информации в соответствии с разработанным видеопрограммным обеспечением. Центральный процессорный блок, состоящий из процессора и платы индикации, начинает отсчет времени при появлении на экране видеомонитора опасной дорожной ситуации и заканчивает его при нажатии испытуемым водителем на педаль тормоза. Звуковой имитатор выполнен в виде акустической колонки, связанной с датчиком нажатия на педаль подачи топлива для создания звукового фона работы двигателя автомобиля и контроля для экспериментатора положения ноги испытуемого водителя на педали подачи топлива. Автотренажер имеет недействующие панель приборов и рычаг переключения передач для создания испытуемому водителю более полной имитации нахождения за рулем реального автомобиля. Опасные и безопасные дорожные ситуации в соответствии с разработанным встроенным видеопрограммным обеспечением представляют собой ролики с набором эпизодов, которые заключаются в появлении пешеходов и детей, автомобилей с поперечного и встречного направлений, внезапном торможении впереди идущего автомобиля, маневрах автомобилей поворотами налево и направо, появлении открытых люков, ям и неровностей на проезжей части, включении красного сигнала светофора и др., направленные на восприятие испытуемым водителем возможной опасности с учетом особенностей конкретных дорожных ситуаций.

На фиг.1 представлена общая блок-схема устройства для измерения в стационарных условиях времени зрительно-моторной реакции водителя транспортного средства на опасные дорожные ситуации; на фиг.2 представлен пример расположения (размещения) органов управления и датчиков на автотренажере; на фиг.3 представлена передняя панель центрального процессорного блока; на фиг.4 представлена задняя панель центрального процессорного блока.

Устройство состоит из трех базовых узлов: автотренажера, видеомонитора и центрального процессорного блока.

Автотренажер имеет педаль тормоза 1 с датчиком нажатия на педаль тормоза 2, педаль подачи топлива 3, датчик нажатия на педаль подачи топлива 4, звуковой имитатор 5, который в простейшем случае представляет собой акустическую колонку.

Центральный процессорный блок (ЦПБ) 6, состоящий из процессора 7 и платы индикации 8, служит для управления, измерения времени зрительно-моторной реакции испытуемого водителя на опасные дорожные ситуации и математической статистической обработки измеренных экспериментальных данных. Центральный процессорный блок 6 связан с видеоэкраном видеомонитора 9, который соединен с пультом его управления 10. Блок питания 11 служит для обеспечения питанием электрических компонентов устройства.

Размещение органов управления и датчиков на автотренажере может быть различным. Один из вариантов оптимального их расположения представляется таким образом. На верхней полке 12 основания автотренажера установлен видеоэкран видеомонитора 9, на котором демонстрируются опасные и безопасные дорожные ситуации. Центральной процессорный блок 6 измерения и математической статистической обработки экспериментальных данных может быть установлен на верхней полке 12 основания автотренажера или вынесен за пределы видимости испытуемого водителя. В нише для ног испытуемого водителя установлены звуковой имитатор (акустическая колонка) 5 и блок питания 11. В качестве видеоэкрана видеомонитора 9 может быть использован любой телеэкран. Для простоты управления комплексом в устройстве использован, например, LCD телевизор со встроенным видеоплеером, который дает возможность воспроизводить с DVD диска тестовую видеопрограмму в соответствии с разработанным видеопрограммным обеспечением.

Рулевое колесо 13, педаль тормоза 1 с датчиком нажатия на педаль тормоза 2, педаль подачи топлива 3 с датчиком нажатия на педаль подачи топлива 4, панель приборов 14, рычаг переключения передач 15 размещены перед сиденьем 16, звуковой имитатор 5 и блок питания 11 - в нише для ног испытуемого водителя.

На передней панели центрального процессорного блока 6 размещены кнопки управления «ПУСК» 17, «ОСТАНОВ» 18, цифровое табло 19 результатов каждого измерения времени зрительно-моторной реакции испытуемого водителя на опасные дорожные ситуации, цифровое табло 20 его минимальной величины и цифровое табло 21 максимальной величины, установленных на основе закона нормального распределения частот, цифровое табло 22 их вероятности и цифровое табло 23 количества проведенных измерений и необходимое количество экспериментов.

На задней панели ЦПБ размещены разъем 24 для подключения питания, разъем 25 для подключения датчика нажатия на педаль тормоза 2, разъем 26 для подключения датчика нажатия на педаль подачи топлива 4 и разъем 27 для подключения LCD телевизора со встроенным видеоплеером (или телеэкраном).

Устройство работает следующим образом.

В процессе определения времени зрительно-моторной реакции испытуемый водитель совершает определенные действия в зависимости от появления на видеомониторе 9 заданных дорожных ситуаций. В основном, водитель воздействует на педаль тормоза 1 и педаль подачи топлива 3. При этом замыкаются или размыкаются контакты, соответственно, датчика нажатия на педаль тормоза 2 и датчика нажатия на педаль подачи топлива 4. Сигнал от датчика нажатия на педаль тормоза 2 поступает в процессор 7 ЦПБ 6, где перерабатывается и посредством платы индикации 8 производится индикация результатов измерений индикаторами цифровых табло 19, 20, 21, 22 и 23 на передней панели ЦПБ 6. Видеомонитор 9 управляется от пульта 10. Устройство питается от блока питания 11.

Процедура проведения измерений времени зрительно-моторной реакции испытуемого водителя на опасные дорожные ситуации осуществляется следующим образом. Перед пуском устройства для предварительного ознакомления испытуемого водителя с дорожными условиями необходимо продемонстрировать на видеомониторе 9 все эпизоды опасных и безопасных дорожных ситуаций, содержащиеся в подготовленных заранее видеороликах, не производя измерений. При нажатии экспериментатором кнопки «ПУСК» 17 на передней панели ЦПБ 6 начинается измерительная серия времени зрительно-моторной реакции испытуемого водителя на опасные дорожные ситуации. Экспериментатор запускает видеомонитор 9, который воспроизводит на экране различные дорожные ситуации. Испытуемому водителю дается задание - при появлении каждой опасной дорожной ситуации быстро нажать на педаль тормоза 1, а также указывается, что водитель постоянно должен держать ногу на педали подачи топлива 3, снимая ее лишь для нажатия на педаль тормоза 1. При этом звуковым имитатором, например, акустической колонкой 5 создается звуковой фон работы двигателя автомобиля, уровень которого задается величиной хода педали подачи топлива 3, что может регулироваться, например, с помощью переменного резистора (на фигурах не показан). Звуковая имитация одновременно служит средством контроля для экспериментатора положения ноги испытуемого водителя на педали подачи топлива 3. При нажатой педали подачи топлива 3 уровень звукового фона, имитирующего работающий двигатель, позволяет экспериментатору убедиться в том, что испытуемый водитель держит ногу на педали подачи топлива 3.

При возникновении опасной дорожной ситуации на видеомониторе 9 центральный процессорный блок 6 начинает отсчет времени. В момент нажатия испытуемым водителем на педаль тормоза 1 в автотренажере отсчет времени заканчивается. Это время, получаемое в сотых долях секунды, является временем зрительно-моторной реакции испытуемого водителя на конкретную единичную опасную дорожную ситуацию. При появлении на видеомониторе 9 безопасной дорожной ситуации испытуемый водитель не нажимает на педаль тормоза 1. Поэтому время не измеряется. Время также не измеряется и в случае, если испытуемый водитель по ошибке или случайно прикоснется ногой к педали тормоза 1 или нажмет на нее. Каждое измеренное время записывается в памяти ЦПБ 6. После десяти измерений ЦПБ 6 автоматически проводит математическую статистическую обработку экспериментальных данных с использованием, например, известного в теории вероятностей и математической статистике способа центральных отклонений, методика которого и порядок установления предельных значений времени зрительно-моторной реакции испытуемого водителя на опасные дорожные ситуации приведены в патенте автора на изобретение №2134062 «Способ определения профессиональной пригодности оператора к управлению движущимися и стационарными объектами». В соответствии с указанным способом ЦПБ 6 определяет статистические показатели и необходимое количество экспериментов при вероятности 0,95 и точности измерений±0,05 с, достаточных для обеспечения безопасности дорожного движения. При достаточном количестве проведенных экспериментов автоматически происходит математическая статистическая обработка результатов измерений. Если проведенное количество экспериментов недостаточно для получения статистически достоверных результатов при указанных вероятности и точности измерений, то эксперимент продолжают до 20-30 раз. Когда будет проведено достаточное количество измерений для получения статически достоверных результатов при вероятности не менее 0,95 и точности измерений не менее±0,05 с, ЦПБ 6 выдает в цифровой индикации при помощи индикаторов цифровых табло 19-23 статистически достоверные предельные значения - минимальную и максимальную величины времени зрительно-моторной реакции испытуемого водителя на опасные дорожные ситуации. Указанные минимальную и максимальную величины времени зрительно-моторной реакции водителя ЦПБ 6 определяет на основе закона нормального распределения частот, которому по исследованиям автора в диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук подчиняется данный психофизиологический параметр (Ермаков Ф.Х. Повышение безопасности движения на перекрестках улиц, пешеходных переходах и пересечениях дорог путем совершенствования организационно-технических мероприятий: дис....д-pa техн. наук. - СПб. - Пушкин, 1998.-530 с.).

Если полученная максимальная величина времени зрительно-моторной реакции испытуемого водителя на опасные дорожные ситуации будет меньше известного в технической литературе допустимого времени 1,2 с, то с вероятностью 0,95 и точностью измерений±0,05 с, а также уверенностью в объективности и достоверности полученного результата на 95% можно утверждать, что испытуемый водитель по данному психофизиологическому параметру пригоден к управлению транспортными средствами.

Если при количестве измерений до 20-30 раз вероятность полученных результатов будет менее 0,95, то нажатием на кнопку «ОСТАНОВ» 18 получаем указанные результаты с той вероятностью, которой соответствуют экспериментальные данные. В этом случае необходимо произвести расчет максимальной величины времени зрительно-моторной реакции испытуемого водителя на опасные дорожные ситуации при вероятности 0,95 по следующей формуле:

,

где х_mах - максимальное время зрительно-моторной реакции испытуемого водителя на опасные дорожные ситуации при вероятности 0,95, с;

1,96 - коэффициент достоверности при вероятности 0,95 (см. таблицу коэффициента достоверности и вероятности в книгах по теории вероятностей и математической статистике);

х_mах.э - максимальное время зрительно-моторной реакции испытуемого водителя на опасные дорожные ситуации, полученное на экспериментальном устройстве, с;

t_э - коэффициент достоверности полученных экспериментальных данных (см. таблицу, указанную выше для коэффициента достоверности 1,96).

Таблица достоверности, вероятности соответствия и процента уверенности в полученных данных приведена в патенте автора на изобретение №2246117.

Пример. Предположим, что при измерении на заявленном устройстве получили х_mах.э=0,68 с с вероятностью 0,80. По указанной выше таблице определяем, что вероятности 0,80 соответствует t_э=1,28. Тогда х_mах при вероятности 0,95 будет равно

.

Полученное время 1,04 с меньше допустимого времени зрительно-моторной реакции водителя на опасные дорожные ситуации 1,2 с. Следовательно, в этом случае также как и выше, с вероятностью 0,95 и уверенностью в объективности и достоверности полученного результата на 95% можно утверждать, что испытуемый водитель пригоден к управлению транспортными средствами.

Для математической статистической обработки полученных экспериментальных данных в программное обеспечение центрального процессорного блока 6 заложен способ центральных отклонений, методика которого и порядок определения предельных значений - минимальной и максимальной величин времени зрительно-моторной реакции испытуемого водителя на опасные дорожные ситуации - приведены в патенте автора на изобретение №2134062. Согласно этому способу определяют статистические показатели:

Среднее значение

,

где ΣX_i - сумма измеренных величин, с;

n - число измерений.

Для определения центральных отклонений используют выражение

.

Среднее квадратическое отклонение

.

Коэффициент изменчивости или вариации

;

при С до 5% изменчивость считается слабой, 6-10% - умеренной, 11-20% - значительной, 21-50% - большой, больше 50% - очень большой. Ошибка среднего

.

Процент ошибки экспериментов

.

Достоверность среднего

.

если t_с≥3, то значение параметра является надежным, достоверным и им можно пользоваться для разных сопоставлений и выводов.

Необходимое количество экспериментов определяют только при достоверности среднего значения, используя для этого формулу:

,

где t - показатель достоверности; при вероятности 0,68; 0,90; 0,95; 0,99; 0,997 и 0,999 t, соответственно, равен 1,0; 1,65; 2,0; 2,58; 3,0; 3,29;

m₃ - заданная точность.

Далее определяют минимальную и максимальную величины зрительно-моторной реакции испытуемого водителя на опасные дорожные ситуации, используя закон нормального распределения частот путем вычитания из среднего значения и сложения с ним двух средних квадратических отклонений (2σ) при вероятности 0,95 по формулам:

; .

На основании изложенного заключаем, что заявленное устройство повышает точность измерения времени зрительно-моторной реакции водителя транспортного средства на опасные дорожные ситуации, достоверность полученных предельных значений - минимальной и максимальной величин данного психофизиологического параметра на основе закона нормального распределения частот при вероятности не менее 0,95 и точности измерений не менее ±0,05 с и уверенность в их объективности и достоверности не менее чем на 95%, достаточных в безопасности дорожного движения, а также сокращает время на математическую статистическую обработку экспериментальных данных и исключает при этом возможные ошибки.

Разработанное устройство позволяет более точно определять и повысить профессиональную надежность и пригодность водителей транспортных средств путем проведения их психофизиологического отбора или психофизиологической диагностики. Данное экспериментальное устройство целесообразно применять в медицинских учреждениях, где проводят медицинское освидетельствование кандидатов в водителя и переосвидетельствование водителя на профессиональную пригодность к управлению транспортными средствами, в следственных отделах органов внутренних дел (например, МВД), подразделениях органов безопасности дорожного движения (например ГИБДД), учреждениях судебной автотехнической экспертизы, на транспортных и сельскохозяйственных предприятиях, в автошколах, высших и средних учебных заведениях и технических училищах, в которых изучают вопросы безопасности дорожного движения и готовят водителей транспортных средств, в страховых компаниях для объективного решения страховых споров между водителями, страховыми компаниями и водителями при рассмотрении дел о ДТП и др. Данное устройство можно также использовать для обучения водителей безопасному вождению транспортных средств, используя для этого, например, диски с видеосюжетами «Мастерство вождения 2», «Учебный видеокурс 2» и др.

Внедрение в производство заявленного устройства для измерения в стационарных условиях времени зрительно-моторной реакции водителя на опасные дорожные ситуации приведет к сокращению количества ДТП за один год минимум на 10%, что уменьшает ущерб от ДТП, например, в регионе с 3,7 миллионным населением более чем на 354 млн рублей (по данным статистики ДТП Управления ГИБДД МВД Республики Татарстан за 2002 г.) При положительном решении на заявку автор готов изготовить экспериментальный экземпляр данного устройства и испытать его в указанных выше организациях и учреждениях.

1. Устройство для измерения в стационарных условиях времени зрительно-моторной реакции водителя транспортного средства на опасные дорожные ситуации, включающее автотренажер с сиденьем для водителя, рулевым колесом, педалями тормоза и подачи топлива, рычагом переключения передач, отличающееся тем, что автотренажер снабжен видеомонитором для воспроизведения опасных и безопасных дорожных ситуаций, который соединен с центральным процессорным блоком для измерения и математической статистической обработки экспериментальных данных времени зрительно-моторной реакции испытуемого водителя на опасные дорожные ситуации, а педали тормоза и подачи топлива имеют электроконтактные датчики, реагирующие на действия испытуемого водителя и формирующие сигналы для обработки, электроконтактные датчики встроены в насадки, укрепленные скобой на педали тормоза и подачи топлива, причем датчик нажатия на педаль тормоза подсоединен к центральному процессорному блоку, а датчик нажатия на педаль подачи топлива - к звуковому имитатору, выполненному в виде акустической колонки для создания звукового фона работы двигателя автомобиля и контроля для экспериментатора положения ноги испытуемого водителя на педали подачи топлива.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что видеомонитор выполнен в виде жидкого кристаллического телевизора, на экране которого воспроизводятся опасные и безопасные дорожные ситуации с цифровых носителей информации в соответствии с разработанным видеопрограммным обеспечением.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что центральный процессорный блок состоит из процессора и платы индикации.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что автотренажер имеет недействующие панель приборов и рычаг переключения передач для создания испытуемому водителю более полной имитации нахождения за рулем реального автомобиля.