Software til træthedsdetektering - Fatigue detection software

Software til opdagelse af træthed er beregnet til at reducere udmattelsesrelaterede dødsfald og hændelser. Flere virksomheder arbejder på en teknologi til brug i industrier som minedrift, vej- og jernbanetransport og luftfart. Teknologien kan snart finde bredere anvendelser i brancher som sundhedspleje og uddannelse.

Træthed i driftsmiljøet

I et operativt miljøscenarie, hvor operativsystemer er afhængige af menneskelig ydeevne, kan træthed defineres som en tilbøjelighed til at nedbryde ydeevnen. Således er træthed en indikator for basisrisiko for forekomsten af fejl og ulykker.

Globalt er minedrift i fare for trætte arbejdstagere. Søvnighed og træthed øger menneskelige fejl og bidrager til ulykker, der kan være fatale. Faktorer, der sammensætter træthedsniveauer hos minearbejdere inkluderer; forstyrrelser i døgnrytme på grund af skiftarbejde, udsættelse for støj, vibrationer og kemikalier, monotone og gentagne opgaver og natteskiftkørsel. Undersøgelser anerkender en konnotation mellem livsstil og træthed. Minearbejdere i udviklingslande er afhængige af upålidelige offentlige transportsystemer, som tilføjer yderligere pendeltimer til deres hverdag. Disse medarbejdere er mere modtagelige for dårlig kvalitet og mængde søvn.

Træthed er en form for svækkelse. I 2011 sammenlignede den australske koroner Annette Hennessy træthed med beruset kørsel. Trætte arbejdstagere er simpelthen mindre opmærksomme og mere tilbøjelige til at udøve dårlig dømmekraft. Det er især risikabelt, fordi en træt operatør ofte er den værste dommer over, hvor træt han eller hun kan være. David Edwards PhD, Global Mining Safety Solutions Manager hos Caterpillar Inc. sammenligner det med at spørge en beruset person, hvis de mener, at de er for berusede til at køre.

Køretøjer og kørsel anerkendes som en kritisk risiko i minedrift miljøer. Interaktion mellem køretøj til køretøj og køretøj til menneske er generelt dødelig. De reelle monetære omkostninger ved ulykker strækker sig ud over erstatning og forsikringsudbetalinger, lægeudgifter og efterforskningsomkostninger. Dødsulykker resulterer ofte i midlertidig suspension af drift og tab af produktion. Minedrift i verdensklasse stræber efter et dødelighedsfrit miljø og offentliggør deres årlige sikkerhedspræstation i deres årsrapport. Der er en global forventning om, at miner skal reducere skader, eliminere dødsfald og forhindre katastrofale hændelser.

De fleste miner og kommercielle lastbilflåder er afhængige af bløde kontroller såsom procedurer og andre modforanstaltninger for at håndtere træthed. Almindelige modforanstaltninger, der potentielt kan lindre træthed og forbedre årvågenhedsniveauer hos lastbilchauffører, inkluderer; hviledage, søvnadministration, veldesignede skiftarbejdsplaner og strukturerede pauser under skiftet, sundhedsundersøgelse og rådgivning, uddannelsesprogrammer, mad- og væskeindtag og udstyr til måling af førerens årvågenhed.

Konsekvenser af træthed

Konsekvenserne af træthed fremgår specifikt af statistikkerne om trafiksikkerhed. Det er dog ikke kun førere af lette og erhvervskøretøjer, der er i fare. På tværs af alle brancher er skiftearbejdere sårbare over for træthedsrelaterede hændelser, især under natskift. Sikkerhedsstatistikker er ikke altid tilgængelige og registrerer sjældent årsagsfaktorerne for hændelsen. I dette afsnit anvendes statistikker om trafiksikkerhed til at illustrere sammenhængen med træthedsproblemet.

Kørselstræthed henviser generelt til den tilstand, hvor en fører har fysiologiske og mentale funktionsmangler, og hvor kørefærdigheder falder objektivt, normalt efter en længere periode med kørsel. En chauffør, der sover bag rattet, vil ikke handle for at undgå en kollision eller ulykke, og det er derfor mere sandsynligt, at ulykken medfører alvorlige kvæstelser eller død. Træthedsrelaterede trafikulykker er tre gange mere tilbøjelige til at resultere i alvorlig personskade eller død. En stor del af disse ulykker sker mellem kl. 14h00-16h00 og 02h00-06h00. I løbet af disse to perioder er det mere sandsynligt, at chauffører bliver døsige, hvilket øger risikoen for ulykker.

Statistikker viser, at en væsentlig årsag til dødsulykker eller skader, der forårsager trafikulykker, er et nedsat årvågenhedsniveau. I lastbilindustrien skyldes 57% af de fatale lastbilulykker førertræthed. Det er den førende årsag til tunge lastbilulykker.

I henhold til National Sleep Foundations afstemning fra 2005 i Sleep in America siger 60% af voksne chauffører - omkring 168 millioner mennesker - at de har kørt et køretøj, mens de har været døsige det sidste år, og 13% af dem indrømmede at have gjort det mindst en gang måned.

National Highway Traffic Safety Administration (NHTSA) anslår konservativt, at 100.000 politirapporterede nedbrud er det direkte resultat af førerens træthed hvert år. Dette resulterede i anslået 1.550 dødsfald, 71.000 kvæstelser og 12,5 mia. $ I monetære tab.

I Australien er 60–65% af lastbiltransportulykker direkte relateret til førertræthed, og 30% af alle nedbrud er relateret til træthed.

Tekniske og designudfordringer

Den komplekse interaktion mellem de vigtigste fysiologiske faktorer, der er ansvarlige for søvnighed - døgnrytme og det homostatiske søvnløb - udgør formidable tekniske udfordringer for design og udvikling af træthedsdetekteringssystemer. Teknologien skal være robust og i stand til høj nøjagtighed i forskellige driftsmiljøer med konstant skiftende forhold og varierende kundebehov.

For at opfylde kravene til effektivitet og funktionalitet skal teknologien overholde følgende retningslinjer:

Det skal måle, hvad det er operationelt og konceptuelt beregnet til at måle og være konsistent i disse målinger over tid. Således skal en enhed designet til at måle blink i øjnene (operationelt) og årvågenhed (konceptuelt) måle disse hele tiden for alle chauffører.
Softwareteknologien, der anvendes i enheden, skal optimeres til følsomhed og specificitet. Falske negativer bør minimeres ved nøjagtig og pålidelig påvisning af reducerede årvågenhedsniveauer. Falske positive bør minimeres gennem nøjagtig og pålidelig identifikation af sikker kørsel og førerens årvågenhed.
Enheden skal være robust, pålidelig og i stand til kontinuerlig drift over længere perioder, f.eks. Et skift. Vedligeholdelses- og udskiftningsomkostninger bør ikke være for store.
Være i stand til i realtid at overvåge førerens eller operatørens adfærd.
Enheden skal kunne fungere nøjagtigt under forskellige driftsforhold om dagen, om natten og under oplyste forhold. Nøjagtigheden bør ikke kompromitteres af forholdene i førerhuset, såsom fugtighed, temperatur, vibrationer, støj osv.
Hørbare advarselssignaler bør ikke skræmme operatøren og skal justeres over et rimeligt interval. Signalerne skal være tydelige og hørbare under driftsforhold for ikke at forveksle med andre alarmer og signaler.

Kriterier for accept af brugere

Uanset de åbenlyse sikkerhedsfordele, som træthedsdetekteringsanordninger tilbyder, afhænger vellykket accept af teknologien af, om operatøren opfatter fordelene som større end prisen. Brugeraccept påvirkes af følgende faktorer:

Brugervenlighed: teknologien skal være forståelig og intuitiv i sin drift. Operatøren skal være fortrolig med kapaciteter, begrænsninger og driftsparametre under alle driftsforhold. Enhedsudgangen skal fortolkes let og korrekt af operatører med forskellige kognitive og fysiske evner. Operatørens vision af vejen og andre kontroller bør ikke skjules.
Let læring: succesen med teknologien afhænger af dens kongruens med operatørens mentale model, hvor let det er at forstå, huske og gemme informationen og reagere derpå. Vigtigst er det, at operatøren stoler på enhedens nøjagtighed for at maksimere 'hits' og eliminere falske eller generende alarmer.
Oplevet værdi: operatøren skal opleve teknologien som en bidrager til en sikrere og mere opmærksom køreoplevelse, men samtidig bør den ikke skabe en tilstand af overdreven tillid. Enheden skal være til fordel for operatøren i sit eget træthedsstyringsprogram. Det skal være klart, at enheden er helt sikker at bruge uden nogen negative bivirkninger på operatørens sundhed. Operatørdata, der fanges og overføres til et centralt kontrolrum, skal være fuldstændig fortrolige.
Advocacy: en kritisk komponent i brugeraccept måles af operatørernes vilje til at købe og godkende teknologien. For de opfattede sikkerhedsfordele ved enheden vil markedsoptagelsen stige, når den understøttes af de tilsigtede brugere - operatører, flådechefer, lastbilforeninger, sikkerhedsafdelinger osv.
Driveradfærd: tildelingen af operatørens opmærksomhed på at opretholde sikker kørsel bør ikke påvirkes negativt af interaktion med enheden. Udvidet eksponering for teknologien skal skabe positiv indflydelse på førerens adfærd såvel som livsstilsændringer med hensyn til træthedsstyring.

Træthedsdetektering og overvågningsteknologi

Der var betydelige fremskridt inden for teknologi til overvågning af træthed det sidste årti. Disse innovative teknologiløsninger er nu kommercielt tilgængelige og giver reelle sikkerhedsfordele for chauffører, operatører og andre skiftearbejdere i alle brancher.

Softwareudviklere, ingeniører og forskere udvikler træthedsdetekteringssoftware ved hjælp af forskellige fysiologiske tegn til at bestemme tilstanden af træthed eller døsighed. Målingen af hjerneaktivitet (elektroencefalogram) er bredt accepteret som den standard i træthed overvågning. Anden teknologi, der anvendes til at bestemme træthedsrelateret svækkelse, inkluderer målinger af adfærdssymptomer såsom; øjenadfærd, blikretning, mikrokorrektioner i styring og gashåndtering samt pulsvariation.

Elektroencefalografi (EEG) teknologi

Software til træthedsdetektering analyserer adfærd og advarselsskilte for at bestemme begyndelsen af træthed. Teknologien har potentialet til at være et meget nøjagtigt værktøj til at opdage de tidlige stadier af træthed hos chauffører og minimere sandsynligheden for hændelser. Teknologien giver operatører i realtid mulighed for visuelt at identificere deres opmærksomhedsniveauer. Operatører kan proaktivt vurdere forskellige tilgange for at bevare årvågenhed og styre deres træthedsniveauer.

Elektroencefalografi (EEG) er en teknik, der rapporterer den elektriske hjerneaktivitet ikke-invasivt. Det blev opdaget af Hans Berger i 1924 og udviklede sig i mere end 90 år til nutidens avancerede teknologi. En dramatisk reduktion i størrelse, vægt og omkostninger ved EEG-instrumentering og potentialet til at kommunikere trådløst med andre digitale systemer banede vejen for at udvide teknologien til tidligere ikke-mistænkte felter, såsom underholdning, bio-feedback og support til læring og hukommelsestræning. Eksperiment og produktudvikling omkring denne teknologi inkluderer applikationer til opdagelse af træthed.

Ny EEG-træthedsdetekteringssoftware måler individets evne til at modstå søvn. Micro-sleep finder kun sted, når et individ undlader at modstå søvn, det sker ikke, når et individ vælger at hvile. Operatører af tungt mobilt udstyr er vant til at modstå søvn; det kommer naturligt og er næsten en underbevidst opførsel. Men når en persons evne til at modstå søvn mindskes, er der en risiko for en mikro-søvn. Evnen til at modstå søvn er derfor den mest relevante sikkerhedsforanstaltning for udstyrsoperatører. Den underliggende måling bag teknologien er hjerneaktivitet. Elektroencefalogram har været guldstandarden inden for søvn- og træthedsvidenskab. At være en mere direkte fysiologisk foranstaltning, giver det forbedret nøjagtighed ved at undgå fejlagtige målinger relateret til det eksterne miljø.

Bortset fra at udvikle praktisk bærbar teknologi kræves den universelle kortlægning af EEG-information til en nyttig måling for nøjagtig overvågning af træthed i et driftsmiljø. Selvom EEG-analyse er langt fremme, fandt forskere, at strenge regler til fortolkning af hjerneaktivitet ikke effektivt kan anvendes på hele befolkningen på grund af naturlige fysiologiske person-til-person variationer. Dette indebærer, at en regelbaseret tilgang til målinger af EEG-træthed ville være upraktisk, da hver fysiologisk variation ville kræve en specifik regel, der gælder for en bestemt person.

For at overvinde dette problem udviklede forskere den universelle træthedsalgoritme baseret på en datadrevet tilgang. Døsighed er en tilstand bestemt af uafhængige ikke-EEG-foranstaltninger. Oxford Sleep Resistance Test (OSLER test) og Psychomotorisk Vigilance Test (PVT) er de mest almindeligt anvendte foranstaltninger i søvnforskning. Begge tests blev brugt til at etablere eksempeldatasættet til udvikling af Universal Fatigue Algorithm. Algoritmen blev udviklet fra ægte EEG fra et stort antal individer. Kunstig intelligens blev derefter brugt til at kortlægge de mange individuelle forhold. Implikationen er, at resultatet bliver gradvist universelt og signifikant, da flere data fra en bredere vifte af individer er inkluderet i algoritmen. Ud over en uset-blindet eksperiment tilgang er test af algoritmen også underlagt uafhængige eksterne parter.

Procentvis øjenåbningssporing (PERCLOS)

PERCLOS er en sløvhedsdetekteringsforanstaltning, der kaldes procentdelen af øjenlågs lukning over pupillen over tid og afspejler langsom lukning eller fald i øjenlåg snarere end at blinke. Forskellige realtidsoperatørssøvnighedsregistreringssystemer bruger PERCLOS-vurdering og software, der er udviklet på behørig vis, til at bestemme starten på træthed. Hver teknologiudvikler bruger en unik opsætning og kombination af hardware til at forbedre nøjagtigheden og evnen til at spore øjenbevægelse, øjenlågsadfærd, hoved og ansigt udgør under alle mulige omstændigheder.

Nogle systemer er afhængige af et kameramodul på en roterende base, der er monteret på instrumentbrættet inde i førerhuset. Enheden har et stort synsfelt til at rumme operatørens hovedbevægelser. Udstyret bruger eye-tracking software med en struktureret belysningstilgang, der afhænger af den høje kontrast mellem pupiller og ansigt for at identificere og spore operatørens pupiller.

Alternativt giver fleksible og mobile tracking-systemer hoved- og ansigtssporing, som inkluderer øje-, øjenlåg- og bliktsporing. Disse systemer giver nu feedback i realtid uden brug af ledning, magneter eller hovedbeklædning.

Selvom undersøgelser bekræftede en sammenhæng mellem PERCLOS og svækkelse, er nogle eksperter bekymrede over den indflydelse, som øjenadfærd, der ikke er relateret til træthedsniveauer, kan have på målingernes nøjagtighed. Støv, utilstrækkelig belysning, blænding og fugtighedsændringer er ikke-træthedsrelaterede faktorer, der kan påvirke operatørens øjeopførsel. Dette system kan derfor være tilbøjeligt til højere frekvenser af falske alarmer og ubesvarede tilfælde af forringelse.

Ansigtsfunktioner sporing

Computersynssystemet anvender et diskret kamera monteret på instrumentbrættet og to infrarøde belysningskilder til at opdage og spore operatørens ansigtsegenskaber. Systemet analyserer øjenlukninger og hovedposer for at bestemme tidlig begyndelse af træthed og distraktion. Træthedsdetekteringsalgoritmen beregner AVECLOS. Dette er den procentdel af tid, øjnene er helt lukkede i løbet af et minuts interval.

Teknologien blev udviklet til det indenlandske og kommercielle marked og testes i øjeblikket i et Volvo-demonstrationskøretøj.

Mobil platform

For nylig er træthedsdetekteringssystemsoftware blevet ændret til at køre på Android-mobiltelefoner. Teknologien bruger mobiltelefonkameraet, der er monteret i et stativ på førerhusets instrumentbræt til at overvåge operatørens øjenbevægelser. Udviklerne af systemet foretrak at bruge øjenlågs bevægelsesteknik. Det robuste system er i stand til at spore hurtige hovedbevægelser og ansigtsudtryk. Ekstern belysning er begrænset, hvilket reducerer operatørens interferens. Andre potentielle teknikker viste sig at have ulemper ved anvendelsen af den specifikke hardware. Gabenregistrering gør det svært at præcist detektere læbepositioner. Påvisning af nikkende hoved kræver, at elektroder fastgøres til hovedbunden.

Yderligere er dyb læringsmetoder til handlingsgenkendelse også anvendt med succes på mobile enheder. Dyb læringsteknikker kræver ikke separate funktionsvalgstrin for at identificere øje-, mund- eller hovedpositioner og har potentialet til yderligere at øge forudsigelsesnøjagtigheden.

Der er også frigivet app-baserede teknologier, der ikke bruger kameraer, men i stedet udnytter Bowles-Langley Test (BLT) gennem en simpel 60-sekunders spillignende oplevelse. Virksomheder, der har frigivet apps til træthedsnedsættelse med denne type teknologi, inkluderer Predictive Safety , der er baseret i Denver, Colorado, USA og Aware360 med base i Calgary, Alberta, Canada.

Detektion af førerens døsighed

De teknologier, der blev diskuteret i tidligere afsnit, åbnede bilsikkerhedslandskabet for forskellige producenter for at tilføje nye sikkerhedsfunktioner til deres produktionsmodeller. Drivkræfterne for udviklingen af disse funktioner kan bidrages som enten reguleringsmæssigt pres eller forbedring af værdiproduktet for deres produkt gennem tilføjede funktioner.

Ny udvikling i bilindustrien er som følger:

Yderligere udvikling foretages af NVIDIA, chipleverandøren til Audi, Mercedes, Tesla og andre. NVIDIA udvikler co-pilot, et værktøj til kunstig intelligens, der kan lære de enkelte chaufførers adfærd og bestemme unormal adfærd.
Til tidlig afsløring af døsighed udviklede Plessey Semiconductors sensorer, der skal placeres i et sæde, der overvåger ændringer i hjerterytmen.
Bosch, en tysk leverandør af teknologi til mange bilvirksomheder, udvikler et kamerabaseret system, der overvåger hoved- og øjenbevægelser samt kropsholdning, puls og kropstemperatur.
Valeo, en anden leverandør af bilteknologi, udvikler et infrarødt kamerasystem, der overvåger børn i bagsædet samt førerens skulder-, nakke- og hovedbevægelser og ser efter afvigelser fra normen.
Mercedes's Attention Assist overvåger en chaufførs adfærd i de første 20 minutter bag rattet for at få en grundlæggende adfærd. Derefter kontrollerer systemet dem mod så mange som 90 indekser, såsom rattvinkel, baneafvigelse og eksterne faktorer såsom vindstød og undgåelse af hul.

Ansøgningen om disse systemer er ikke kun begrænset til bilproducenter, men også tredjeparts teknologiske virksomheder. Disse virksomheder har udviklet hardware som Anti Sleep Pilot og Vigo. Anti-Sleep Pilot er en dansk enhed, der kan monteres på ethvert køretøj, der bruger en kombination af accelerometre og reaktionstest. Vido er et smart Bluetooth-headset, der registrerer tegn på døsighed gennem øjen- og hovedbevægelse for at advare brugerne.

I 2013 blev det anslået, at ca. 23% af de nye registrerede biler havde forskellige grader af søvnregistreringssystemer på plads. Betydningen af disse systemer kan bidrage til, at sikkerhedsregulerende organer inkluderer disse systemer i deres klassificeringssystemer. Reguleringssystemer som Euro NCAP-systemet fokuserer primært på klassificering af passagerers sikkerhed, klassificering af fodgængere og klassificeringer af børnepassagerer gennem frigivelse af en samlet 5-stjernet vurdering. I 2009 blev en ny kategori tilføjet i form af Euro NCAP Advance sikkerhedsassistentsystemer. Euro NCAP Advanced gennemgår aktive sikkerhedsovervågningssystemer af nye bilmodeller og sigter mod at give bilkøbere en klar vejledning om sikkerhedsfordelene ved disse nye teknologier.

Her er en liste over nogle avancerede sikkerhedssystemer, der for nylig er udviklet af bilproducenter.

Styringsmønsterovervågning, Visionsforbedringer og autonom nødbremsning

Bruger primært styreindgang fra elektrisk servostyringssystem, radarsystemer og kameraer. Disse systemer kan lette autonom opbremsning i tilfælde af døsighed eller distraktion, når en chauffør fysisk ikke handler hurtigt nok. Det har også mulighed for autonom kørsel til forebyggelse af en ulykke, når føreren reagerer for langsomt eller slet ikke.

Køretøjets position i baneovervågning

Bruger baneovervågningskamera og radarsensorer. Disse systemer kan hjælpe og advare dig, når du utilsigtet forlader kørebanen, eller når du skifter kørebane uden indikation, ofte på grund af træthed. Disse funktioner omtales almindeligvis som blind-spot-overvågning, lane keep assist eller overvågning af bane-afgang.

Overvågning af førerens øje / ansigt

Kræver et kamera, der ser førerens ansigt, kaldet opmærksomhedsassistent, disse systemer registrerer og advarer førere om at forhindre dem i at falde i søvn et øjeblik under kørsel.

Fysiologisk måling

Kræver kropssensorer til måling af parametre som hjerneaktivitet, puls, hudledningsevne og muskelaktivitet. Det er ikke begrænset til kun bilister. Undersøgelser er også blevet udført i vurdering af neuro-fysiologiske målinger som en metode til at forbedre årvågenhed hos flypiloter.

Volkswagen

VW har indarbejdet et system til at hjælpe chauffører i den fysiske og mentale velvære, når de er bag rattet. Systemet overvåger førerens adfærd nøje og bemærker afvigelser, der kan være advarselsskilte til førerens træthed.

Volvo

Volvo har udviklet Driver Alert Control, et system, der registrerer trætte chauffører og advarer dem, før de falder i søvn bag rattet. Driver Alert Control var det første træthedsdetekteringssystem udviklet af en bilproducent og har været på markedet siden 2007.

Stanford-forskning

I 2009 undersøgte Stanford University automatiske træthedsdetekteringssystemer og konkluderede, at teknologi, der er afhængig af øjenlågsbevægelse, kan være effektiv til bestemmelse af førertræthed i biler, men mere forskning skal udføres for at forbedre nøjagtigheden.

Languages

In other projects