УСТРОЙСТВО КОНТРОЛЯ ФУНКЦИОНАЛЬНОГО СОСТОЯНИЯ ЧЕЛОВЕКА-ОПЕРАТОРА Российский патент 1994 года по МПК A61B5/16 B60T7/12 

Изобретение относится к инженерной психологии и может быть использовано для контроля восприятия информации человеком-оператором и его эмоционального напряжения (ЭН) непосредственно во время выполнения алгоритмов деятельности в составе эргатической системы.

Известно устройство для контроля бдительности водителя транспортного средства, содержащее блок выделения физической составляющей электрического сопротивления кожи, последовательно соединенный с амплитудно-временным селектором и блоком предупредительной сигнализации. Недостатком известного устройства является невозможность контролировать восприятие информации человеком-оператором и эмоциональное напряжение (ЭН).

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для контроля бдительности водителя транспортного средства, содержащее блок выделения фазической составляющей (ФС) электрического сопротивления кожи (ЭСК), последовательно соединенный с амплитудным селектором, состоящим из последовательно соединенных разрядного ключа, времязадающего и порогового элемента. К времязадающему элементу подключен также выход блока запуска временного селектора, вход которого подключен к прямому выходу блока отработки команд предупредительных сигналов. Прямой выход блока отработки команд предупредительных сигналов подключен также к одному входу блока анализа реакции водителя, выход которого соединен с одним входом элемента И, к другому входу которого подключен инверсный выход блока отработки команд предупредительных сигналов. Выход элемента И подключен к параллельно соединенным блоку предупредительной сигнализации и блоку управления исполнительными элементами транспортного средства.

Недостатком известного устройства является отсутствие контроля восприятия релевантной информации, что, обеспечивая контроль бдительности человека-оператора, как важного условия интегрального свойства для его эффективной деятельности по восприятию информации, не позволяет осуществить надежный контроль восприятия конкретного факта представления информации человеку-оператору в эргатической системе и не дает возможности контролировать состояние ЭН.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей устройства за счет контроля эмоционального напряжения и восприятия релевантной информации человеком-оператором.

Указанная цель достигается тем, что в известное устройство, содержащее блок выделения физической составляющей, вход которого является первым входом устройства, а выход подключен к входу первого амплитудного селектора, дополнительно введены второй амплитудный селектор, блок дублирования предъявленной информации, логический блок, блок контроля функционирования оператора, блок регистрации изменения информации на устройствах отображения, вход которого является вторым входом системы, а к выходу которого подключены второй вход блока дублирования информации и второй вход логического блока, первый вход которого подключен к выходу первого амплитудного селектора, а третий вход - к выходу второго амплитудного селектора, вход которого подсоединен к выходу блока выделения фазической составляющей, выход логического блока подключен к первому входу блока дублирования информации, а к второму выходу логического блока - вход блока контроля функционирования оператора.

Заявленная совокупность признаков является неизвестной по отношению к известным решениям и дает возможность расширить функциональные возможности системы, так как позволяет контролировать ЭН и восприятие семантически бинарной релевантной информации человеком-оператором и тем самым повысить надежность и эффективность функционирования человека-оператора и, как следствие, эргатической системы в целом.

На фиг. 1 приведена структурная схема системы. Система содержит блок 1 регистрации изменения информации на устройствах отображения, блок 2 выделения фазической составляющей, первый амплитудный селектор 3, второй амплитудный селектор 4, блок 6 дублирования информации, логический блок 5, блок 6 контроля функционирования оператора.

Устройство работает следующим образом. В случае изменения состояния устройств эргатической системы, представляющих человеку-оператору семантически бинарную релевантную информацию, на выходе блока 1 регистрации изменения информации генерируется сигнал, подающийся на второй вход блока 6 дублирования предъявленной информации и на второй вход логического блока 5.

На выходе блока 2 выделения фазической составляющей электрического сопротивления кожи формируется фазический сигнал, поступающий на входы амплитудного селектора 3 и амплитудного селектора 4, выходы которых подключены соответственно к первому и третьему входам логического блока 5. Сигнал, поступающий с выхода первого амплитудного селектора 3 на первый вход логического блока 5, используется для контроля восприятия релевантной информации. Сигнал, поступающий на третий вход логического блока 5, используется для интерпретации состояния эмоционального напряжения человека-оператора. Логический блок 5 реализует функцию определения длительности Δ t между временем t_o появления релевантной информации на устройствах отображения и временем t₁ появления импульса ФС ЭСК человека-оператора. Если Δ t_o - время, необходимое человеку-оператору для идентификации и оценки релевантной информации, оно зависит от индивидуальной скорости реакции t' (t' - 0,15-0,60 с, справочные данные) и времени t'' переработки (осмысления) информации человеком-оператором (величина t'' для различного вида информационных сообщений известна, т.е. Δ t_o = t' + t'' иΔ t < <Δ t_o, то можно констатировать, что импульс ФС ЭСК в момент времени t₁ обусловлен восприятием релевантной информации, отображенной устройствами представления информации в момент времени t_o, т.е. информация воспринята оператором. Отсутствие импульса ЭСК в промежуток времени Δ t_o с момента t_o поступления импульса с блока 1 регистрации информации на устройствах отображения интерпретируется как невосприятие информации. В этом случае на первом выходе логического блока 5 генерируется сигнал, поступающий на первый вход блока 6 дублирования информации. Кроме рассмотренной выше, логический блок 5 реализует функцию контроля эмоционального напряжения. Если на третий вход логического блока 5 с выхода второго амплитудного селектора 4 (необходимость двух амплитудных селекторов объясняется разными пороговыми значениями амплитуды ФС ЭСК, применяемыми для интерпретации восприятия (невосприятия информации и состояния эмоционального напряжения) в течение заданного интервала времени Т поступает более n сигналов, то на выходе логического блока 5 отрабатывается признак наличия эмоционального напряжения поступлением импульса на вход блока 7 контроля функционирования оператора. Блок 7 контроля функционирования оператора позволяет передавать информацию о функционировании оператора и эргатической системы оператору более высокого уровня управления по приходу сигнала, означающего наличие эмоционального напряжения у человека-оператора. Численные значения T и n, необходимые для интерпретации состояния эмоционального напряжения, могут быть формализованы для различных видов операторской деятельности на основе материалов и результатов известных исследований.

Блок 6 дублирования предъявленной информации осуществляет свои функции следующим образом. При поступлении на его второй вход сигнала, означающего изменение информации на средствах представления информации, поступившая на средства представления информация фиксируется средствами блока 6 дублирования представленной информации и при поступлении на первый вход сигнала с первого выхода логического блока 5 зафиксированная информация предъявляется человеку-оператору повторно с изменением модальности сигнала.

ФС ЭСК может интерпретироваться как кожно-гальваническая реакция (КГР) и является обязательным компонентом любой ориентировочной реакции на впервые примененный раздражитель, но по мере его повторения она постепенно угасает. Проведенная серия экспериментов с учетом нескольких десятков машинистов в условиях реальной поездной работы, когда такие производственно важные сигналы, как показания светофоров, прохождение переездов, стрелок и т.п. повторяются множество раз, показала, что восприятие релевантной информации, в отличие от индифферентных раздражителей, неизменно без всякого исключения сопровождается кожно-гальванической реакцией, т.е. реакция любого оператора при любом виде деятельности при восприятии релевантной информации будет сопровождаться импульсом ФС ЭСК.

В процессе функционирования эргатических систем, под воздействием дестабилизирующих факторов, в функциональном состоянии оператора происходят изменения, которые могут приводить к нарушению или невыполнению штатных алгоритмов деятельности человека-оператора. Так, монотонность трудового процесса, присущая многим видам операторской деятельности, обуславливает снижение уровня бдительности, тем самым увеличивая вероятность пропуска человеком-оператором релевантных информационных сообщений. К такому же результату может привести чрезмерное поступление информации на сенсорные входы оператора вне зависимости от его функционального состояния. Пропуск информационного сообщения приводит к невыполнению определяемого им этапа алгоритма деятельности.

Работа устройства при контроле восприятия релевантной информации и ЭН оператором атомной электростанции (АЭС). Сложность объекта и системы управления обусловливается двумя главными особенностями блочных щитов управления (БЩУ), применяемых на АЭС: концентрацией информации и возникновением лавинных проявлений информационного потока в аварийных ситуациях.

Концентрация информации характеризуется такими данными. Для атомного энергоблока мощностью 440 МВт с реактором ВВЭР-440, представленного на щите управления, подлежит восприятию более 4000 аналоговых параметров. Количество дискретных (типа "включено/выключено") показателей превышает 8 тысяч. Для блока 1500 МВт с реактором РБМК превышения достигают соответственно 1,9 и 2,3 раза. Из этого числа экспертным путем отбирается несколько дискретных показателей, изменение которых ведет к существенному изменению алгоритма деятельности человека-оператора. Далее ведется контроль восприятия информации отобранных показателей и в случае констатации невосприятия информации человеком-оператором информация представляется повторно. Операции фиксирования информации, повторного ее представления могут осуществляться с помощью серийно выпускаемых средств промышленного телевидения: телекамер, видеомониторов, запоминающих устройств.

Поток информации, поступающей к оператору, существенно меняется в зависимости от технологического режима. Наименьшее значение он имеет в нормальном режиме, когда в работе находится практически вся автоматика. Этот поток увеличивается в 4-10 раз во время проведения пусковых операций. В ненормальных технологических режимах наблюдается 20-40-кратный рост потока; в аварийных режимах входной поток приобретает лавинный характер, вырастая по отношению к нормальному режиму более чем в 100 раз. Характерный пример - авария на энергоблоке N 1 АЭС "Тримайл Айленд" (США), произошедшая в 1979 г. В течение первых шести минут развития аварии сработало 100-200 предупредительных сигналов. Очевидно, что такие потоки информации могут являться одними из источников эмоционального напряжения человека-оператора. В случае интерпретации системой состояния человека-оператора как эмоциональная напряженность, блок 6 контроля функционирования оператора и эргатической системы с помощью телекамеры, установленной на рабочем месте человека-оператора, и видеомонитора, установленного на рабочем месте оператора более высокого уровня управления (начальника смены), позволяет последнему оперативно оценить ситуацию на рабочем месте оператора и принять соответствующее решение (например, о изменении алгоритмов деятельности подчиненных ему операторов).

Таким образом, по сравнению с прототипом заявляемая система для контроля восприятия информации человеком-оператором имеет более расширенные функциональные возможности, что позволяет контролировать ЭН и восприятие информации человеком-оператором и тем самым повысить надежность и эффективность функционирования оператора и, как следствие, эргатической системы в целом.

Конкретная реализация блока 1 регистрации изменения информации на устройствах отображения зависит от вида устройств, представляющих информацию оператору. В случае представления семантически бинарной информации принципиальная реализуемость очевидна (см.рис.2).

Описание и схема блока 2 выделения фазической составляющей ЭСК общеизвестна. В качестве амплитудных селекторов 3 и 4 могут быть использованы компараторы, например типа 521САЗ.

Принципиальная схема логического блока 5 представлена на фиг.3.

Логический блок содержит генератор (Г), формирователь импульса по приходу информационного сигнала (Ф₁), поступающего с блока 1, первый формирователь импульса по поступлению с блока 3 сигнала ответной реакции оператора (Ф₂), счетчик (СТ), триггер (Т), установщик эталонного времени (ЭВ), таймер (ТМ). Второй формирователь импульсов по поступлению сигнала с блока 4 (Ф₃).

При поступлении сигнала на Ф₁ о изменении дискретной релевантной информации на устройстве отображения, формируется импульс, поступающий на первый вход СТ, записывая в нем информацию, сформированную в ЭВ, подключенного к четвертому информационному входу СТ, и на первый вход Т, устанавливая его в состояние, обеспечивающее на втором входе счетчика режим разрешения счета импульсов, поступающих на третий вход СТ с выхода генератора Г. При поступлении сигнала ответной реакции оператора на вход Ф₂, на его выходе формируется импульс, поступающий на второй вход триггера и устанавливающий его в состояние, обеспечивающее на втором входе СТ режим запрещения счета импульсов, поступающих на третий вход СТ от генератора Г. Если в течение заданного интервала времени Т в таймере ТМ фиксируется n сигналов на выходе Ф₃, то по выходу ТМ отрабатывается признак наличия эмоционального напряжения. Принципиальная схема ТМ приведена на фиг. 4.

Блок 6 дублирования информации и блок 7 контроля функционирования оператора и эргатической системы могут быть реализованы с помощью средств промышленного телевидения. В зависимости от технологических требований (число одновременно работающих операторов и соответствующих операторов более высокого уровня, условия работы операторов и т.п.) могут использоваться самые различные промышленные телевизионные установки (ПТУ), отличающиеся по допускаемым условиям работы (внутри помещения, вне помещения и т. п. ), по числу телевизионных камер (от одной для ПТУ-61 до 28 для ПТУ-75), количеству видеоканальных устройств и т.д. ПТУ IV-го поколения с автоматическим микропроцессорным пультом управления позволяют обеспечить работу по программе, работу от сигналов специальной сигнализации, стыковку с ЭВМ, что очевидно позволяет легко интегрировать такие установки в заявляемую систему. Кроме того, в состав блока 6 дублирования информации входит устройство памяти УП-4, позволяющее осуществлять (по приходу сигнала с блока 1 регистрации изменения информации) одно- и многокадровую запись (накопление) от 1 до 500 кадров и считывание записи до 5 мин в автоматическом и ручном режимах для повторного представления информации человеку-оператору.

Изобретение относится к инженерной психологии и может быть использовано для контроля восприятия информации человеком-оператором и его эмоционального напряжения непосредственно во время выполнения алгоритмов деятельности в составе эргатической системы. Целью изобретения является расширение функциональных возможностей устройства за счет обеспечения контроля восприятия информации человеком-оператором и его эмоционального напряжения. Указанная цель достигается тем, что в известное устройство, содержащее блок 2 выделения фазической составляющей, вход которого является входом устройства, а выход подключен к входу первого амплитудного селектора 3 введены второй амплитудный селектор 4, блок 1 регистрации изменения информации на устройствах отображения, блок 6 дублирования предъявляемой информации, логический блок 5, блок 7 контроля функционирования оператора и эргатической системы. 4 ил.

УСТРОЙСТВО КОНТРОЛЯ ФУНКЦИОНАЛЬНОГО СОСТОЯНИЯ ЧЕЛОВЕКА-ОПЕРАТОРА, содержащее блок выделения фазической составляющей электрического сопротивления кожи, вход которого подключен к первому входу устройства, а выход - к входу первого амплитудного селектора, отличающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей путем контроля эмоционального напряжения и восприятия релевантной информации, в него введены последовательно соединенные второй амплитудный селектор, вход которого подключен к выходу блока выделения фазической составляющей, логический блок и блок контроля функционирования оператора, выход которого подключен к выходу устройства, также последовательно соединенные блок регистрации изменения информации, вход которого подключен к второму входу устройства и блок дублирования информации, первый вход которого подключен к второму входу логического блока, второй вход - к его второму выходу, причем третий вход логического блока соединен с выходом первого амплитудного селектора.