本發(fā)明涉及民用航空空中交通管理，尤其涉及崗前空中交通管制員疲勞客觀預(yù)測方法及系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
1、空中交通管制是保障國家空防安全和民航運(yùn)輸高效運(yùn)行的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，其安全性高度依賴于空中交通管制員（以下簡稱“管制員”）在執(zhí)行任務(wù)時(shí)保持高度的警覺性和認(rèn)知能力。然而，由于管制員需要執(zhí)行輪班工作，尤其是在夜間時(shí)段，其生理節(jié)律容易受到干擾，導(dǎo)致疲勞的產(chǎn)生。疲勞會(huì)顯著降低管制員的警覺度、決策能力和反應(yīng)速度，是引發(fā)管制差錯(cuò)乃至嚴(yán)重安全事故的重大隱患。
2、因此，對從業(yè)人員的疲勞狀態(tài)進(jìn)行有效監(jiān)測和管理，已成為航空安全領(lǐng)域的一個(gè)重要技術(shù)方向。目前，相關(guān)技術(shù)主要集中在對人員執(zhí)行任務(wù)過程中的狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。
3、例如，專利申請cn113994403a公開了一種用于飛行員的飛行中風(fēng)險(xiǎn)管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)基于飛行員的歷史信息（如休息喚醒活動(dòng)）和當(dāng)前航班信息，預(yù)先生成一個(gè)預(yù)測的疲勞簡檔。在飛行過程中，系統(tǒng)通過駕駛艙內(nèi)的傳感器（如眼睛傳感器）持續(xù)被動(dòng)地采集實(shí)時(shí)的疲勞指示符值，并利用這些實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)來更新和修正原有的疲勞預(yù)測簡檔。當(dāng)更新后的疲勞水平超過風(fēng)險(xiǎn)閾值時(shí)，系統(tǒng)可采取警告或自動(dòng)控制等干預(yù)措施。該方案為飛行任務(wù)過程中的動(dòng)態(tài)疲勞風(fēng)險(xiǎn)管理提供了一種閉環(huán)控制思路。
4、又如，專利申請cn116504105a公開了一種針對管制員的空管指揮人機(jī)協(xié)同安全監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)包含一個(gè)ai監(jiān)督員單元，一方面通過生理數(shù)據(jù)采集設(shè)備對崗中管制員的管制效能進(jìn)行實(shí)時(shí)評估，另一方面基于空管態(tài)勢數(shù)據(jù)生成機(jī)器決策方案以輔助管制員。該方案旨在通過人機(jī)協(xié)同的方式，提升管制指揮過程中的安全性與效率。
5、然而，在現(xiàn)有技術(shù)領(lǐng)域中，如何對關(guān)鍵崗位人員（尤其是管制員）在上崗前（pre-duty）進(jìn)行快速、客觀、有效的疲勞狀態(tài)篩查，仍然是一個(gè)亟待解決的技術(shù)難題?，F(xiàn)有的方法主要有兩類：一類是主觀量表法，如斯坦福嗜睡量表（sss），該方法雖然簡便，但其結(jié)果易受被測試者主觀意愿、情緒及利益等因素的干擾，客觀性和可靠性不足；另一類是實(shí)驗(yàn)室級的客觀測試方法，如標(biāo)準(zhǔn)的精神運(yùn)動(dòng)警覺性測試（pvt）或腦電圖（eeg）檢測，這些方法雖然客觀準(zhǔn)確，但通常耗時(shí)較長、設(shè)備復(fù)雜或?qū)Νh(huán)境要求高，不適用于管制單位在上崗前進(jìn)行大規(guī)模、高效率的快速篩查。
6、因此，本領(lǐng)域迫切需要一種新的技術(shù)方案，該方案能夠克服上述缺陷，實(shí)現(xiàn)對管制員上崗前的疲勞狀態(tài)進(jìn)行既客觀準(zhǔn)確又快速便捷的檢測，從而在源頭上預(yù)防因疲勞上崗帶來的安全風(fēng)險(xiǎn)。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本發(fā)明旨在解決現(xiàn)有技術(shù)中缺乏適用于管制員崗前場景的快速、客觀疲勞檢測手段的技術(shù)問題。具體而言，本發(fā)明致力于提供一種崗前空中交通管制員疲勞客觀預(yù)測方法及系統(tǒng)，以克服傳統(tǒng)主觀量表可靠性不足和標(biāo)準(zhǔn)客觀測試耗時(shí)過長、不適用于班前快速篩查的缺陷。
2、為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種崗前空中交通管制員疲勞客觀預(yù)測方法，該方法包括以下步驟：
3、向一用戶呈現(xiàn)一精神運(yùn)動(dòng)警覺性任務(wù)；
4、在所述用戶執(zhí)行所述精神運(yùn)動(dòng)警覺性任務(wù)的過程中，通過一圖像采集設(shè)備采集包含該用戶的眼部圖像數(shù)據(jù)，并記錄該用戶對所述精神運(yùn)動(dòng)警覺性任務(wù)的反應(yīng)時(shí)間和錯(cuò)誤率；
5、基于所述眼部圖像數(shù)據(jù)，計(jì)算得到一眼瞼閉合度參數(shù)；
6、基于所述反應(yīng)時(shí)間和所述錯(cuò)誤率，計(jì)算得到一反應(yīng)時(shí)間參數(shù)和一錯(cuò)誤率參數(shù)；以及
7、基于對所述眼瞼閉合度參數(shù)、所述反應(yīng)時(shí)間參數(shù)和所述錯(cuò)誤率參數(shù)的加權(quán)組合，確定所述用戶的綜合疲勞值。
8、優(yōu)選的，所述精神運(yùn)動(dòng)警覺性任務(wù)包括：
9、從一預(yù)設(shè)字母集合中隨機(jī)選取一目標(biāo)字母序列；以及在屏幕上依次顯示一系列字母，并要求所述用戶在所述目標(biāo)字母序列出現(xiàn)時(shí)做出反應(yīng)。
10、優(yōu)選的，所述計(jì)算得到一眼瞼閉合度參數(shù)的步驟包括：采用一預(yù)設(shè)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，對所述眼部圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，以確定眼瞼的閉合狀態(tài)。
11、優(yōu)選的，所述確定所述用戶的綜合疲勞值的步驟具體為：通過以下公式計(jì)算所述綜合疲勞值f：
12、；其中，p為歸一化的所述眼瞼閉合度參數(shù)，r為歸一化的所述反應(yīng)時(shí)間參數(shù)，e為歸一化的所述錯(cuò)誤率參數(shù)，a1、a2和a3為預(yù)設(shè)的權(quán)重系數(shù)。
13、優(yōu)選的，所述精神運(yùn)動(dòng)警覺性任務(wù)的持續(xù)檢測時(shí)間為5分鐘。
14、優(yōu)選的，所述眼瞼閉合度參數(shù)是基于眼瞼閉合程度超過70%的圖像幀數(shù)確定的；并且，在進(jìn)行所述加權(quán)組合之前，還包括對所述眼瞼閉合度參數(shù)和所述反應(yīng)時(shí)間參數(shù)進(jìn)行歸一化處理的步驟。
15、本發(fā)明還提供了崗前空中交通管制員疲勞客觀預(yù)測系統(tǒng)，包括：
16、一呈現(xiàn)單元，用于向一用戶呈現(xiàn)一經(jīng)設(shè)計(jì)的精神運(yùn)動(dòng)警覺性任務(wù)，其中，所述精神運(yùn)動(dòng)警覺性任務(wù)的執(zhí)行過程用于引導(dǎo)所述用戶的視線朝向一圖像采集設(shè)備；
17、一數(shù)據(jù)采集單元，與所述呈現(xiàn)單元協(xié)同工作，用于在所述用戶執(zhí)行所述精神運(yùn)動(dòng)警覺性任務(wù)的過程中，通過所述圖像采集設(shè)備采集包含該用戶的眼部圖像數(shù)據(jù)，并獲取該用戶對所述精神運(yùn)動(dòng)警覺性任務(wù)的反應(yīng)時(shí)間和錯(cuò)誤率；
18、一處理單元，與所述數(shù)據(jù)采集單元連接，用于：
19、基于所述眼部圖像數(shù)據(jù)，確定一眼瞼閉合度參數(shù)；
20、基于所述反應(yīng)時(shí)間和所述錯(cuò)誤率，確定一反應(yīng)時(shí)間參數(shù)和一錯(cuò)誤率參數(shù)；以及
21、基于一預(yù)設(shè)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，對所述眼瞼閉合度參數(shù)、所述反應(yīng)時(shí)間參數(shù)和所述錯(cuò)誤率參數(shù)進(jìn)行處理，以確定所述用戶的綜合疲勞值。
22、有益效果
23、1、本發(fā)明摒棄了易受主觀因素影響的評估量表，完全基于客觀采集的生理指標(biāo)（眼瞼閉合度）和行為指標(biāo)（反應(yīng)時(shí)間、錯(cuò)誤率）進(jìn)行綜合評估。通過多維度數(shù)據(jù)的融合，其檢測結(jié)果能更準(zhǔn)確、更可靠地反映用戶的真實(shí)疲勞狀態(tài)。
24、2、整個(gè)檢測流程被設(shè)計(jì)為在短時(shí)間內(nèi)即可完成，極大地提高了檢測效率。這種“快速篩查”的特性使其能夠無縫融入管制員上崗前的準(zhǔn)備流程中，具備極高的現(xiàn)場應(yīng)用價(jià)值和可操作性，解決了傳統(tǒng)客觀測試方法耗時(shí)過長的技術(shù)痛點(diǎn)。
25、3、本發(fā)明獨(dú)創(chuàng)性地將認(rèn)知任務(wù)的設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)采集需求相結(jié)合。通過設(shè)計(jì)的精神運(yùn)動(dòng)警覺性任務(wù)來主動(dòng)引導(dǎo)用戶將注意力集中于屏幕，從而保證了圖像采集設(shè)備能夠穩(wěn)定地獲取高質(zhì)量的面部及眼部圖像。這種協(xié)同設(shè)計(jì)，在不增加額外硬件約束（如頭戴式設(shè)備）的前提下，有效解決了在非接觸、便攜式檢測中常見的數(shù)據(jù)質(zhì)量不高的問題。
26、4、本發(fā)明最終輸出一個(gè)單一的、量化的綜合疲勞值，該結(jié)果直觀明了，便于管理人員直接與預(yù)設(shè)的安全閾值進(jìn)行比對，從而為是否允許管制員上崗提供一個(gè)清晰、果斷的決策依據(jù)，簡化了疲勞風(fēng)險(xiǎn)管理的流程。
1.崗前空中交通管制員疲勞客觀預(yù)測方法，其特征在于，包括：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的崗前空中交通管制員疲勞客觀預(yù)測方法，其特征在于，所述精神運(yùn)動(dòng)警覺性任務(wù)包括：
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的崗前空中交通管制員疲勞客觀預(yù)測方法，其特征在于，所述計(jì)算得到一眼瞼閉合度參數(shù)的步驟包括：采用一預(yù)設(shè)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，對所述眼部圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，以確定眼瞼的閉合狀態(tài)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的崗前空中交通管制員疲勞客觀預(yù)測方法，其特征在于，所述確定所述用戶的綜合疲勞值的步驟具體為：通過以下公式計(jì)算所述綜合疲勞值f：
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的崗前空中交通管制員疲勞客觀預(yù)測方法，其特征在于，所述精神運(yùn)動(dòng)警覺性任務(wù)的持續(xù)檢測時(shí)間為5分鐘。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的崗前空中交通管制員疲勞客觀預(yù)測方法，其特征在于，所述眼瞼閉合度參數(shù)是基于眼瞼閉合程度超過70%的圖像幀數(shù)確定的；并且，在進(jìn)行所述加權(quán)組合之前，還包括對所述眼瞼閉合度參數(shù)和所述反應(yīng)時(shí)間參數(shù)進(jìn)行歸一化處理的步驟。
7.崗前空中交通管制員疲勞客觀預(yù)測系統(tǒng)，其特征在于，包括：