[发明专利]一种基于人体呼吸信号的人控转机控辅助决策系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及人因工程技术领域，尤其涉及一种基于人体呼吸信号的人控转机控辅助决策系统及方法。

背景技术

人工控制(以人为主导的复杂人机系统控制方式，简称人控)和机器控制(又称为自动控制，是以机器为主导的复杂人机系统自动控制方式，简称机控)相结合逐渐成为复杂人机系统控制方式的主要形式。如大规模自动化生产工业系统控制、核电站应急操作控制、民航或军用航空飞行器飞行控制等，既有人控，又有机控，它们都充分发挥了操作员和机器系统自身的各自优势，提高了复杂人机系统整体的安全性水平。

人控和机控相结合的控制方式在任务进程的不同阶段，需要面向具体任务情境科学选择控制方式，以保证任务成功和系统可靠。当前，主要依靠操作人员自身决策的方式实现。但该方法存在着较大的人因失误风险，特别是在紧急或复杂的任务情境下，操作员处于高度紧张、认知能力较弱的状态，只能进行有限的计划或期望性判断，每个下一步动作的选择主要依赖于对任务情境突出特征的感知或经验，使得人因失误概率大大上升。

VeltmanJ.A.,GaillardA.W.K.,等人在《Ergonomics》发表的论文“Physiologicalworkloadreactionstoincreasinglevelsoftaskdifficulty”中针对飞行员的不同记忆任务难度水平下的生理指标变化进行研究，发现随着被试认知负荷的增加，其呼吸频率(Frequency)显著加快。

JeffreyB.Brookings,GlennF.Wilsonh,CarolyneR.Swain等人在《BiologicalPsychology》发表的论文“Psychophysiologicalresponsestochangesinworkloadduringsimulatedairtrafficcontrol”中，针对美国空军空管员的认知负荷评估研究发现，随着任务难度的提升，被试的呼吸率指标显著升高，但呼吸深度(RespiratoryAmplitude)指标变化不显著。刘雪红、吴爱平、王立业、李川勇等人在《生物医学工程与临床》发表的论文“波变换去除心电信号中呼吸信号干扰”中针对中国人群的研究发现，人体呼吸信号的频率范围是0.1～0.35Hz。董明清和马瑞山在《航天医学与医学工程》发表的论文“脑力负荷评定指标敏感性的比较研究”中针对中国人群的认知(脑力)负荷实验研究发现，随着任务难度的增加，被试认知负荷提高，逐次呼吸间期(InterRespirationInterval，简称IRI)显著减小，呼吸率(RespirationRate，简称RR)显著加快。

综合已报道相关文献分析，认知超负荷时，人体呼吸信号的呼吸率RR指标将显著升高，且在不同情境(如不同任务、不同人群等)的认知负荷研究中具有普遍性，因此将人体呼吸信号的呼吸率RR指标用于紧急或复杂任务情境下操作员认知状态评估具有技术可行性。同时，将该技术应用于复杂人机系统人控转机控过程尚未见相关报道。

发明内容

针对目前上述存在的上述问题，本发明提供一种基于人体呼吸信号的人控转机控辅助决策系统，应用于对操作人员的认知状态进行评估以辅助所述操作人员决定是否人控转机控，所述系统包括：

呼吸检测模块，实时采集所述操作人员的呼吸信号，并将所述呼吸率信号输出；

控制器，与所述呼吸检测模块连接，以接收并分析所述呼吸信号，以根据所述呼吸信号反映的呼吸特征对所述操作人员的认知状态进行评估，并根据评估结果辅助所述操作人员决定是否人控转机控。

上述的基于人体呼吸信号的人控转机控辅助决策系统，其中，所述呼吸检测模块包括差压型硅压阻式传感器，且所述差压型硅压阻式传感器与所述控制器连接，以将实时采集的差压形式的呼吸信号输送至所述控制器。

上述的基于人体呼吸信号的人控转机控辅助决策系统，其中，用胸束缚带将所述硅压阻式传感器置于操作员的胸腔处。

上述的基于人体呼吸信号的人控转机控辅助决策系统，其中，所述呼吸检测模块还包括：

放大电路，与所述差压型硅压阻式传感器连接，以接收所述呼吸信号，并将所述呼吸信号放大后输出；

模数转换电路，分别与所述放大电路和所述控制器连接，以接收所述放大电路输出的放大后的差压信号，并将其转换为数字式的呼吸信号后输出至所述控制器进行分析处理。