Результат интеллектуальной деятельности: УСТРОЙСТВО ДИАГНОСТИКИ РАБОТОСПОСОБНОСТИ ВОДИТЕЛЯ ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА

Изобретение относится к диагностическим измерениям биоэлектрических сигналов организма, в частности к диагностике изменения состояния здоровья и работоспособности водителя транспортного средства во время движения.

Известно устройство диагностики работоспособности водителя транспортного средства (см. патент US № 4572207, кл. A61B 5/04, 1986 г.), содержащее рулевое колесо с установленными на нем пластинчатыми электродами, блоком питания, связанным с преобразователем и информационным блоком.

Недостатком известного устройства является то, что оно не позволяет получить информацию об изменении состояния здоровья, работоспособности водителя, а также не анализирует электрокардиограмму водителя во время движения.

Известно также устройство диагностики работоспособности водителя транспортного средства (см. патент US № 3731672, кл. A61B 5/04, 1973 г.), содержащее рулевое колесо, с установленными на нем пластинчатыми электродами, связанным с преобразователем и информационным блоком, блок питания.

Недостатком известного устройства является то, что оно не позволяет обрабатывать по алгоритму полученный сигнал электрокардиограммы и сравнивать его с нормированным сигналом кардиограммы.

Кроме того, известное устройство не способно анализировать другие физические параметры организма водителя, которые способны определять самочувствие и состояние водителя, а именно, при нормальной электрокардиограмме у водителя в ходе длительной езде без отдыха может появиться усталостный фактор, характеризующийся замедленным морганием глаз, указывающий на дремотную стадию сна, который известное устройство не может отследить и проинформировать или воздействовать на водителя, так и нет возможности проинформировать другие службы, а также не может предпринять соответствующих действий в случае отсутствия реакции водителя, а именно, в случае предельного отклонения здоровья водителя дать команду на экстренную остановку транспортного средства без участия водителя.

Задачей предложенного решения является расширение эксплуатационных возможностей диагностических измерений.

Эта задача решается тем, что устройство диагностики работоспособности водителя транспортного средства, содержащее рулевое колесо с установленными на нем пластинчатыми электродами, связанно с преобразователем и информационным блоком, блоком питания, дополнительно снабжено видеокамерой, установленной на плоскости салонного зеркала заднего вида, фильтром ночного видения, микроконтроллером, с установленным алгоритмом обработки электрокардиограммы и подсчета количества морганий глаза, связанным с системами управления транспортным средством и GPS передатчиком местоположения и кнопкой экстренной остановки транспортного средства, установленной на рулевом колесе.

По сравнению с известным предложенное устройство диагностики работоспособности водителя транспортного средства позволяет обрабатывать и оценивать изменение по алгоритму полученный сигнал электрокардиограммы во время движения, определять частоту моргания глаза водителя, своевременное информирование водителя об экстренной ситуации или, в особых случаях, самостоятельно принимает решение об остановке транспортного средства без участия водителя, обеспечивая повышение безопасности водителя и других участников движения, расширение эксплуатационных возможностей диагностических измерений.

На фиг.1 изображена структурная схема устройства; на фиг.2 - алгоритм работы устройства; на фиг.3 - фрагмент электрокардиограммы с указанием контрольных точек.

Устройство диагностики работоспособности водителя транспортного средства содержит рулевое колесо 1 с установленными на нем пластинчатыми электродами 2, соединенными в цепь блока питания 3 с масштабирующим устройством 4, фильтром 5, аналогово-цифровым преобразователем (АЦП) 6, таймером-счетчиком 7 и микроконтроллером 8. На салонном зеркале 9 заднего вида установлена видеокамера 10 с повышенным углом обзора, соединенная в цепь с блоком питания 3 и фильтром 11 ночного видения, GPS передатчиком 12 местоположения транспортного средства, системой экстренной остановки 13 транспортного средства, индикатором 14, звуковым устройством 15 и кнопкой 16 экстренной остановки транспортного средства, установленной на рулевом колесе 1.

Устройство диагностики работоспособности водителя транспортного средства работает следующим образом.

Когда водитель в процессе движения обхватывает рулевое колесо транспортного средства, он касается ладонями пластинчатых электродов 2. Электрический потенциал, соответствующий работе сердца водителя, поступает на масштабирующее устройство 4, через фильтр 5, АЦП 6 для анализа на микроконтроллер 8.

Сигнал, регистрируемый пластинчатыми электродами 2, имеет уровень 1 мВ. Низкий уровень сигнала является недостаточным для его обработки. Сигнал усиливается масштабирующим устройством 4 в 1000 раз.

Фильтр 5 не пропускает помехи, наводимые на регистрируемый сигнал от штатных устройств автомобиля.

АЦП 6 преобразует аналоговый сигнал в цифровой и далее может быть использован бортовым микроконтроллерным устройством.

Полученный сигнал соответствует I стандартному отведению электрокардиограммы (см. фиг.3). Анализ полученного сигнала позволяет определить исходные параметры частоты сердечных сокращений (ЧСС), увеличение ЧСС (тахикардия), уменьшение ЧСС (брадикардия) и другие виды аритмий, а также ишемические смещения интервала ST. Результат анализа отображается на индикаторе 14 и информирует водителя о текущем изменении состояния здоровья. Если оно превышает уровень отклонения, устройство рекомендует либо снизить скорость движения, либо остановиться и отдохнуть. Если водитель не следует рекомендациям, устройство 13 отрабатывает алгоритм экстренной остановки транспортного средства с помощью систем управления и передает координаты местонахождения транспортного средства, а также предварительный диагноз в ближайшее медицинское учреждение.

Одновременно во время управления транспортным средством видеокамера 10 находит глаз водителя, передает сигнал на микроконтроллер 8, в соответствии с алгоритмом программа определяет закрыты глаза водителя или нет и рассчитывает частоту моргания. В случае, если частота моргания превышает 30 раз в минуту, то человек находится состоянии волнения, если менее 15, то это соответствует переходу в дремотную стадию сна (Частота моргания «Клиническая офтальмология. Систематизированный подход» Джек Дж. Кански 2009, с.38).

Для комплексной оценки изменения состояния водителя микроконтроллер 8 работает по алгоритму, который включает оценочный функционал C. Влияние каждого фактора на изменение состояния здоровья водителя определяется зависимостью:

где P_i - фактор;

K_i - весовой коэффициент фактора.

Об опасных отклонениях состояния здоровья водителя C>C_доп,; C>C_крит.; C_{засыпания}, устройство информирует водителя, выводя необходимую информацию на индикатор 14, звуковое устройство 15 и систему экстренной остановки 13.

В случае, когда водитель чувствует ухудшение здоровья и понимает, что он не в состоянии безопасно управлять транспортным средством, а устройство диагностики состояния водителя не указывает на существенные изменения состояния здоровья, водитель воздействует на кнопку 16, после нажатия которой системы управления транспортным средством отрабатывают команду его экстренной остановки, а устройство диагностики проводит регистрацию всех параметров и передает полученные результаты в специализированное учреждение.

При необходимости переключить устройство в режим движения транспортного средства, необходимо повторно нажать на кнопку 16. Кнопка оснащена световой индикацией, информирующей водителя о включенном режиме работы.

Для обеспечения работы устройства при движении транспортного средства в темное время суток введен фильтр 11 ночного видения, который обеспечивает корректную работу видеокамеры 10 при слабом уровне освещенности в салоне или кабине.

Таймер-счетчик 7 необходим для привязки измерений к реальному времени и подсчета интервалов времен между морганиями глаза.

GPS передатчик 12 предназначен для определения и передачи координат местоположения транспортного средства в соответствующие службы после определения устройством отклонения состояния водителя выше заданного диапазона.

Индикатор 14 информирует водителя о текущем состоянии здоровья и режиме бодрствования (засыпает или перенапряжен).

Оценка функционала С включает весовые коэффициенты каждого фактора. Значения K₁, K₂, …K_n определяются на основании статистической обработки персональных данных водителя, которые получают при обследовании водителя на тестовых режимах. Весовые коэффициенты отражают относительную весомость каждого фактора. Введение функционала C позволит комплексно оценить изменение состояния водителя. В процессе движения транспортного средства отслеживается влияние каждого фактора на состояние здоровья и алгоритмом организовывается переключение на анализ наиболее опасных факторов. После определение функционала C его значение сравнивается с C_доп. В зависимости от его величины система либо продолжает дальше анализ сигналов, либо рекомендует водителю особый режим движения, либо выполняет аварийную остановку транспортного средства.

Устройство позволяет определить уровень физической активности водителя и отклонения состояния здоровья водителя от нормы. Использование в устройстве диагностики дополнительных факторов, влияющих на физиологическое и психоэмоциональное состояние водителя, позволит более точно определить изменение состояния водителя.

Таким образом, предложенное устройство диагностики работоспособности водителя транспортного средства обеспечивает комплексную оценку состояния водителя и его работоспособность. Алгоритм, кроме оценки изменения состояния показателей здоровья водителя, принимает решение об экстренной остановке транспортного средства без участия водителя и передачи информации о местонахождении транспортного средства и предварительном диагнозе здоровья водителя.