【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)屬于注意狀態(tài)監(jiān)測(cè)領(lǐng)域，具體而言，涉及基于腦電特征的低空管制員注意狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和方法。
技術(shù)介紹
1、隨著低空經(jīng)濟(jì)和無人機(jī)運(yùn)營規(guī)模的迅猛發(fā)展，地面管制員的監(jiān)測(cè)任務(wù)日益繁重，良好的管制員注意狀態(tài)可以有效支持安全、高效作業(yè)。特別的，低空管制員注意狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)對(duì)于任務(wù)操作流程和人機(jī)界面設(shè)計(jì)的優(yōu)化設(shè)計(jì)具有重要意義。
2、目前對(duì)于低空管制員注意狀態(tài)監(jiān)測(cè)尚有以下幾方面不足：
3、首先，目前的注意狀態(tài)監(jiān)測(cè)通常采用主客觀結(jié)合的評(píng)估方法，存在一定的主觀性；其次，已有的注意狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)多基于眼動(dòng)指標(biāo)，缺乏對(duì)能揭示深層次理解的腦電敏感特征探索；最后，目前缺乏基于腦電特征的管制員實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的開發(fā)。
4、基于上述情況，設(shè)計(jì)出基于腦電特征的低空管制員注意狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和方法，能夠解決上述缺點(diǎn)，以應(yīng)用于低空管制員在執(zhí)行管制任務(wù)的注意狀態(tài)監(jiān)測(cè)，從而為低空經(jīng)濟(jì)下飛行服務(wù)站或指揮中心中管制員人機(jī)交互界面、操作流程等的設(shè)計(jì)優(yōu)化提供支撐，保障低空空域運(yùn)行管理的效率和安全。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、針對(duì)以上缺陷，本專利技術(shù)提供了基于腦電特征的低空管制員注意狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，包括：
2、腦電數(shù)據(jù)采集與分析模塊和管制員注意狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)模塊；
3、所述腦電數(shù)據(jù)采集與分析模塊中設(shè)置有用于對(duì)低空管制員注意狀態(tài)下腦電特征采集和分析的子模塊，包括數(shù)據(jù)采集子模塊、數(shù)據(jù)分析子模塊和特征選定子模塊；
4、所述管制員注意狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)模塊包括特征預(yù)處理子模塊、注意
5、所述特征預(yù)處理子模塊用于針對(duì)特征選定子模塊輸出的腦電特征依次進(jìn)行歸一化和標(biāo)準(zhǔn)化，輸出為標(biāo)準(zhǔn)化后的腦電特征；
6、所述注意狀態(tài)判別子模塊用于對(duì)特征預(yù)處理子模塊標(biāo)準(zhǔn)化后的腦電特征計(jì)算后，輸出的結(jié)果無順序注意、主次順序注意和多層級(jí)注意狀態(tài)進(jìn)行判別；
7、所述優(yōu)化策略推薦子模塊對(duì)于注意狀態(tài)判別子模塊輸出的判別結(jié)果對(duì)應(yīng)得到優(yōu)化策略，優(yōu)化策略包括任務(wù)操作的優(yōu)化和人機(jī)交互界面的優(yōu)化。
8、進(jìn)一步地，所述注意狀態(tài)判別子模塊的計(jì)算過程為：
9、將標(biāo)準(zhǔn)化后的特征代入下述方程：
10、（1）；
11、（2）；
12、（3）；
13、方程（1）至（3）中， p1、 p2和 p3分別為無順序注意、主次順序注意和多層級(jí)注意狀態(tài)的判別概率， y1至 y14為特征預(yù)處理子模塊輸出的標(biāo)準(zhǔn)化后的腦電特征，ln為自然對(duì)數(shù)。
14、進(jìn)一步地，本專利技術(shù)還公開了基于腦電特征的低空管制員注意狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)方法，包括上述的基于腦電特征的低空管制員注意狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，還包括以下步驟：
15、s1、通過所述腦電數(shù)據(jù)采集與分析模塊對(duì)低空管制員的腦電數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，并進(jìn)行儲(chǔ)存至計(jì)算機(jī)；
16、s2、通過數(shù)據(jù)分析子模塊對(duì)步驟s1中采集的腦電數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理和分析；
17、s2-1、針對(duì)腦電數(shù)據(jù)，進(jìn)行頭皮電極點(diǎn)定位，得到定位好的腦電數(shù)據(jù)；
18、s2-2、將定位好的腦電數(shù)據(jù)，選擇a1和a2作為雙側(cè)乳突參考，得到重參考后的腦電數(shù)據(jù)；
19、s2-3、將重參考后的腦電數(shù)據(jù)，去掉無用導(dǎo)聯(lián)的腦電數(shù)據(jù)，得到選定導(dǎo)聯(lián)的腦電數(shù)據(jù)；
20、s2-4、將選定導(dǎo)聯(lián)的腦電數(shù)據(jù)，進(jìn)行1-30hz的帶通濾波，得到濾波后的腦電數(shù)據(jù)；
21、s2-5、將濾波后的腦電數(shù)據(jù)，進(jìn)行獨(dú)立成分分析，得到獨(dú)立的腦電成分；
22、s2-6、將獨(dú)立的腦電成分，去除腦電偽跡，得到干凈的腦電數(shù)據(jù)；
23、s2-7、將干凈的腦電數(shù)據(jù)，進(jìn)行快速傅里葉變換，劃分為8個(gè)波段；
24、s2-8、計(jì)算各個(gè)波段的絕對(duì)功率和相對(duì)功率；
25、s3、將步驟s2-8得到的8個(gè)波段的絕對(duì)功率和相對(duì)功率值輸出至特征選定子模塊進(jìn)行特征的選定，得到選定后的14個(gè)腦電特征；
26、s4、通過特征預(yù)處理子模塊對(duì)選定特征進(jìn)行的預(yù)處理；
27、s4-1、對(duì)選定特征進(jìn)行歸一化，得到歸一化后的特征 x1~ x14；
28、s4-2、對(duì)上述歸一化結(jié)果進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，得到標(biāo)準(zhǔn)化后的特征 y1~ y14；
29、s5、通過注意狀態(tài)判別子模塊對(duì)標(biāo)準(zhǔn)化后的腦電特征計(jì)算，并對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行管制員注意狀態(tài)的判別；
30、s6、將步驟s5輸出的判別結(jié)果通過優(yōu)化策略推薦子模塊進(jìn)行優(yōu)化策略的推薦。
31、進(jìn)一步地，所述步驟s2-7中劃分出的8個(gè)波段具體為： δ(1-4hz)、 θ(4-8hz)、 α(8-12hz)、σ1(12-14hz)、σ2(14-16hz)、 β1(16-20hz)、 β2(20-24hz)和 β3(24-30hz)。
32、進(jìn)一步地，所述步驟s5中的具體判別過程為：
33、對(duì)方程（1）至（3）中得到的 p1、 p2和 p3值的大小進(jìn)行比較，當(dāng)時(shí)，判定操作員為無順序注意狀態(tài)；當(dāng)時(shí)，判定操作員為主次順序注意狀態(tài)；當(dāng)時(shí)，判定操作員為多層級(jí)注意狀態(tài)。
34、進(jìn)一步地，所述優(yōu)化策略的推薦具體為：
35、當(dāng)判別結(jié)果為無順序注意狀態(tài)時(shí)，人機(jī)交互界面顯示的優(yōu)化策略為：
36、a）當(dāng)前任務(wù)操作存在分心及情境意識(shí)喪失風(fēng)險(xiǎn)，請(qǐng)注意優(yōu)化工作量；
37、b）當(dāng)前人機(jī)操作界面有待優(yōu)化；
38、當(dāng)判別結(jié)果為主次順序注意狀態(tài)時(shí)，人機(jī)交互界面顯示的優(yōu)化策略為：
39、a）當(dāng)前任務(wù)操作存在高負(fù)荷風(fēng)險(xiǎn)，請(qǐng)核驗(yàn)緊急處置清單設(shè)計(jì)；
40、b）當(dāng)前人機(jī)操作界面有待優(yōu)化，請(qǐng)檢查關(guān)鍵信息或中央?yún)^(qū)設(shè)計(jì)；
41、當(dāng)判別結(jié)果為多層級(jí)注意狀態(tài)時(shí)，人機(jī)交互界面顯示的優(yōu)化策略為：
42、a）當(dāng)前任務(wù)操作良好，可以維持當(dāng)前工作量；
43、b）當(dāng)前人機(jī)操作界面設(shè)計(jì)良好。
44、本專利技術(shù)與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下有益效果：
45、1、通過實(shí)時(shí)采集和分析管制員腦電信號(hào)，進(jìn)一步選定 δ_fp2、 θ_o1等14個(gè)腦電特征，就能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)低空管制員的注意狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)判別的功能； 本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.基于腦電特征的低空管制員注意狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，包括：
2.如權(quán)利要求1所述的基于腦電特征的低空管制員注意狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，所述注意狀態(tài)判別子模塊的計(jì)算過程為：
3.基于腦電特征的低空管制員注意狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)方法，其特征在于：包括權(quán)利要求1-2任一項(xiàng)基于腦電特征的低空管制員注意狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，還包括以下步驟：
4.如權(quán)利要求3所述的基于腦電特征的低空管制員注意狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)方法，其特征在于，所述步驟S2-7中劃分出的8個(gè)波段具體為：δ(1-4Hz)、θ(4-8Hz)、α(8-12Hz)、σ1(12-14Hz)、σ2(14-16Hz)、β1(16-20Hz)、β2(20-24Hz)和β3(24-30Hz)。
5.如權(quán)利要求3所述的基于腦電特征的低空管制員注意狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)方法，其特征在于，所述步驟S5中的具體判別過程為：
6.如權(quán)利要求5所述的基于腦電特征的低空管制員注意狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)方法，其特征在于，所述優(yōu)化策略的推薦具體為：
【技術(shù)特征摘要】
1.基于腦電特征的低空管制員注意狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，包括：
2.如權(quán)利要求1所述的基于腦電特征的低空管制員注意狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，所述注意狀態(tài)判別子模塊的計(jì)算過程為：
3.基于腦電特征的低空管制員注意狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)方法，其特征在于：包括權(quán)利要求1-2任一項(xiàng)基于腦電特征的低空管制員注意狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，還包括以下步驟：
4.如權(quán)利要求3所述的基于腦電特征的低空管制員注意狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)方法，其特征在于，所述步...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：馮傳宴，嚴(yán)德，汪雯，李道春，周堯明，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：天目山實(shí)驗(yàn)室，
類型：發(fā)明
國別省市：
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