Интеллектуальный контроллер состояния оператора эргатической системы в условиях психоэмоционального стресса
Владельцы патента RU 2751274:
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки "Санкт-Петербургский Федеральный исследовательский центр Российской академии наук" (RU)
Изобретение относится к области психофизиологии труда, медицины труда, эргатических систем и эргономики и может применяться для информирования оператора эргатической системы о текущем психофизиологическом состоянии, динамике его изменения с возможностью учета прогностической оценки состояния оператора в контуре управления эргатической системы. Интеллектуальный контроллер состояния оператора в условиях психоэмоционального стресса содержит корпус с закрепленными внутри него микрокомпьютером, накопителем с энергонезависимой памятью, аккумулятором и блоком приема информации. В верхнюю грань корпуса встроены соединенные с микрокомпьютером видеокамера для получения изображения лица оператора, датчики температуры и влажности воздуха, индикатор исправности и соединенная с аккумулятором солнечная батарея. Встраиваемые в экипировку оператора датчики частоты пульса, частоты дыхания, температуры тела и влажности кожных покровов человека выполнены с возможностью передачи информации в блок приема информации. Микрокомпьютер выдает информацию в систему автоматического управления эргатической системы, адаптивно управляет частотой опроса датчиков, обрабатывает изображение лица оператора с получением количественных характеристик эмоций и рассчитывает оценку резервного времени сохранения работоспособности оператора по величинам температуры и влажности воздуха, частоты пульса, частоты дыхания, температуры тела, влажности кожных покровов оператора и результатам обработки изображения лица оператора. Достигается сокращение времени мониторинга в условиях психоэмоционального стресса за счет объединения в одном устройстве всех датчиков информации о состоянии оператора с возможностью получения и обработки информации в реальном времени по сравнению с применением для решения задачи набора отдельных датчиков о состоянии оператора.
Изобретение относится к области психофизиологии труда, медицины труда, эргатических систем и эргономики и может применяться для информирования оператора эргатической системы о текущем психофизиологическом состоянии, динамике его изменения в реальном времени с возможностью учета оценки текущей и прогностической оценки состояния оператора в контуре управления эргатической системы.
Из уровня техники известен монитор психофизиологического состояния человека (патент на полезную модель RU №183786), состоящий из корпуса, выполненного в виде пылевлагозащитного противоударного прямоугольного параллелепипеда со скругленными углами, внутри которого закреплены микрокомпьютер, накопитель с энергонезависимой памятью и блок приема информации, на одной из боковых внешних граней корпуса вмонтирован USB-порт, на верхней грани вмонтировано цифровое табло и три двухрежимных индикатора, на нижней грани вмонтировано крепление в виде липучки, причем накопитель с энергонезависимой памятью, блок приема информации, USB-порт, цифровое табло и двухрежимные индикаторы соединены проводами с микрокомпьютером. Недостатком этого технического решения является отсутствие возможности мониторинга состояния оператора эргатической системы в процессе деятельности в условиях воздействия физических факторов условий деятельности без использования внешних устройств (датчиков) интенсивности физических факторов, воздействующих на оператора, и показателей активности ряда ключевых функциональных систем его организма, что обусловливает увеличение времени мониторинга состояния оператора эргатической системы в процессе деятельности.
Технической задачей полезной модели является развитие арсенала средств мониторинга состояния оператора эргатической системы в процессе деятельности в рамках поиска способов эффективного ответа общества на большие вызовы с учетом взаимодействия человека и природы, человека и технологий.
Решение технической задачи достигается тем, что интеллектуальный контроллер состояния оператора эргатической системы в условиях психоэмоционального стресса состоит из:
1) корпуса, выполненного в виде прямоугольного параллелепипеда со скругленными углами, внутри которого закреплены микрокомпьютер, накопитель с энергонезависимой памятью, аккумулятор и блок приема информации;
в одну из внешних боковых граней корпуса заподлицо с ее поверхностью вмонтированы USB-порт и разъем, обеспечивающий сопряжение с системой автоматического управления эргатической системой и с параметрическим регистратором информации о ее функционировании;
в смежную с ней внешнюю боковую грань корпуса вмонтировано цифровое табло, динамик и трехрежимный световой индикатор;
накопитель с энергонезависимой памятью, блок приема информации, USB-порт, цифровое табло и трехрежимный световой индикатор соединены проводами с микрокомпьютером;
блок приема информации, USB-порт, цифровое табло, динамик, трехрежимный световой индикатор и микрокомпьютер соединены проводами с аккумулятором;
внешняя боковая грань корпуса, противоположная грани с цифровым табло, выполнена из материала с магнитными свойствами и оборудована креплением, встроенным заподлицо с поверхностью грани;
2) датчиков частоты пульса, частоты дыхания, температуры тела и влажности кожных покровов человека, встраиваемых в экипировку оператора эргатической системы, соединенных с микрокомпьютером, встроенным в экипировку, к которому с возможностью двунаправленного обмена информацией подключен встроенный в эту экипировку блок передачи информации в блок приема информации, имеющийся в корпусе;
причем корпус выполнен в пылевлагозащитном противоударном пожаровзрывобезопасном исполнении;
в верхнюю грань корпуса заподлицо ее внешней поверхности встроены видеокамера, датчик температуры воздуха, датчик влажности воздуха и индикатор исправности, соединенные с микрокомпьютером, и солнечная батарея, соединенная с аккумулятором;
а микрокомпьютер выполнен с возможностями:
выдачи информации в систему автоматического управления эргатической системы в параметрический регистратор информации о ее функционировании,
адаптивного управления частотой опроса датчиков, встроенных в экипировку оператора эргатической системы,
обработки изображения лица оператора, получаемого с видеокамеры, позволяющей получить количественные характеристики эмоций,
и расчета оценки резервного времени сохранения работоспособности оператором эргатической системы по величинам температуры воздуха, влажности воздуха, частоты пульса, частоты дыхания, температуры тела, влажности кожных покровов оператора и результатам обработки изображения лица оператора, получаемого с видеокамеры.
Технический результат, достигаемый заявленной совокупностью признаков, заключается в сокращении времени мониторинга состояния оператора эргатической системы в процессе деятельности в условиях психоэмоционального стресса.
Составные части заявляемого изобретения широко известны из уровня техники.
С помощью кабеля компоненты в корпусе контроллера соединены по топологии «активная звезда», центром которой является микрокомпьютер, имеющийся в корпусе.
Перед началом применения заявляемого контроллера:
1) его закрепляют на рабочем месте оператора эргатической системы с помощью крепления и/или магнитной боковой грани корпуса так, чтобы табло и трехрежимный индикатор были видны оператору эргатической системы - пользователю контроллера;
2) в экипировку оператора эргатической системы - пользователя контроллера встраивают датчики показателей психофизиологического состояния, необходимые для расчета интегрального показателя психофизиологического состояния (датчики частоты пульса, частоты дыхания, температуры тела и влажности кожных покровов), подключенные к встроенному в эту экипировку микрокомпьютеру, к которому с возможностью двунаправленного обмена информацией подключен встроенный в эту экипировку блок передачи информации в блок приема информации, имеющийся в корпусе, без создания помех выполнению деятельности оператором эргатической системы (дискретность передачи информации в процессе профессиональной деятельности определяется микрокомпьютером, имеющимся в корпусе).
Микрокомпьютер, находящийся в корпусе:
по заранее заданным алгоритмам (формулам) выполняет обработку изображения лица оператора, получаемого с видеокамеры, обеспечивая получение количественных характеристик выраженности эмоций, характеризующих психоэмоциональное состояние оператора,
по заранее заданным алгоритмам (формулам) рассчитывает оценку резервного времени сохранения работоспособности оператором эргатической системы по величинам температуры воздуха, влажности воздуха, частоты пульса, частоты дыхания, температуры тела, влажности кожных покровов оператора и результатам обработки изображения лица оператора, получаемого с видеокамеры;
выдает сигнал, определяющий режим свечения трехрежимного светового индикатора, записывает информацию в накопитель с энергонезависимой памятью и через разъем сопряжения передает ее в систему автоматического управления эргатической системой и в параметрический регистратор информации о ее функционировании;
генерирует речевую информацию, которую предъявляют оператору через динамик.
Индикатор исправности, соединенный с микрокомпьютером, показывает исправное (свечение зеленым) и неисправное (свечение красным) состояние контроллера.
Солнечная батарея, соединенная с аккумулятором, обеспечивает его подзарядку. Подзарядка аккумулятора также может осуществляться через USB-разъем.
Информация на табло и текущее свечение индикатора обновляются по команде микрокомпьютера, находящегося в корпусе.
Применяя заявляемый контроллер, оператор обеспечивается информацией о текущем психофизиологическом состоянии. Динамика изменения психофизиологического состояния сохраняется в накопителе с энергонезависимой памятью (может быть использована при необходимости анализа динамики интегрального показателя психофизиологического состояния), передается в систему автоматического управления эргатической системой (для возможного учета в законах управления ее функционированием) и в параметрический регистратор информации о ее функционировании (для документирования с возможностью анализа совместно с другой информацией о функционировании эргатической системы).
Корпус контроллера выполнен в пылевлагозащитном противоударном пожаровзрывобезопасном исполнении, что обеспечивает его применимость для контроля состояния оператора любых эргатических систем.
За счет объединения в одном устройстве всех датчиков информации о состоянии оператора эргатической системы с возможностью получения и обработки информации в реальном времени обеспечивается достижение заявленного технического результата: достигается сокращение времени мониторинга состояния оператора эргатической системы в процессе деятельности по сравнению с применением для решения задачи набора отдельных датчиков информации о состоянии оператора эргатической системы.
Таким образом, цель применения заявляемого изобретения достигнута.
Описанные элементы заявляемого контроллера функционально взаимосвязаны, а совокупность его существенных признаков неизвестна из уровня техники - то есть заявляемый контроллер представляет собой новое техническое решение.
Работа выполнена при поддержке гранта Президента Российской Федерации по государственной поддержке ведущих научных школ Российской Федерации (НШ-2553.2020.8).
Интеллектуальный контроллер состояния оператора эргатической системы в условиях психоэмоционального стресса, состоящий из:
1) корпуса, выполненного в виде прямоугольного параллелепипеда со скругленными углами, внутри которого закреплены микрокомпьютер, накопитель с энергонезависимой памятью, аккумулятор и блок приема информации;
в одну из внешних боковых граней корпуса заподлицо с ее поверхностью вмонтированы USB-порт и разъем, обеспечивающий сопряжение с системой автоматического управления эргатической системой и с параметрическим регистратором информации о ее функционировании;
в смежную с ней внешнюю боковую грань корпуса вмонтировано цифровое табло, динамик и трехрежимный световой индикатор;
накопитель с энергонезависимой памятью, блок приема информации, USB-порт, цифровое табло и трехрежимный световой индикатор соединены проводами с микрокомпьютером;
блок приема информации, USB-порт, цифровое табло, динамик, трехрежимный световой индикатор и микрокомпьютер соединены проводами с аккумулятором;
внешняя боковая грань корпуса, противоположная грани с цифровым табло, выполнена из материала с магнитными свойствами и оборудована креплением, встроенным заподлицо с поверхностью грани;
2) датчиков частоты пульса, частоты дыхания, температуры тела и влажности кожных покровов человека, встраиваемых в экипировку оператора эргатической системы, соединенных с микрокомпьютером, встроенным в экипировку, к которому с возможностью двунаправленного обмена информацией подключен встроенный в эту экипировку блок передачи информации в блок приема информации, имеющийся в корпусе;
причем корпус выполнен в пылевлагозащитном противоударном пожаровзрывобезопасном исполнении;
в верхнюю грань корпуса заподлицо ее внешней поверхности встроены видеокамера, датчик температуры воздуха, датчик влажности воздуха и индикатор исправности, соединенные с микрокомпьютером, и солнечная батарея, соединенная с аккумулятором;
а микрокомпьютер выполнен с возможностями:
выдачи информации в систему автоматического управления эргатической системы в параметрический регистратор информации о ее функционировании,
адаптивного управления частотой опроса датчиков, встроенных в экипировку оператора эргатической системы,
обработки изображения лица оператора, получаемого с видеокамеры, позволяющей получить количественные характеристики эмоций,
и расчета оценки резервного времени сохранения работоспособности оператором эргатической системы по величинам температуры воздуха, влажности воздуха, частоты пульса, частоты дыхания, температуры тела, влажности кожных покровов оператора и результатам обработки изображения лица оператора, получаемого с видеокамеры.
