ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫЙ КОНТРОЛЛЕР СОСТОЯНИЯ ОПЕРАТОРА ЭРГАТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ

Заявляемая полезная модель относится к устройствам контроля состояния эргатической системы (системы «человек-машина»), оборудованной кабиной.
Из существующего уровня техники известна система контроля функционального состояния и работоспособности машиниста локомотива (патент на полезную модель RU №57577, опубл. 27.10.2006 г.), содержащая соединенные между собой локомотивный блок электроники, блок ввода и индикации параметров локомотивный, блок коммутации, соединенные с локомотивным блоком электроники приемник спутниковой навигационной системы, цифровую радиостанцию, датчик угла поворота, соединенные с блоком ввода и индикации параметров локомотивным, рукоятки безопасности, соединенную с приемником спутниковой навигационной системы антенну приемника спутниковой навигационной системы, соединенную с цифровой радиостанцией антенну цифрового радиоканала, при этом блок коммутации соединен со штатными измерительными системами локомотива и тормозными системами локомотива, отличающаяся тем, что в ней введены, соединенный с локомотивным блоком электроники, блоком ввода и индикации параметров локомотивным, блоком коммутации и цифровой радиостанцией блок анализа и управления, и соединенные с ним датчик местонахождения машиниста, датчик положения машиниста в кресле, датчик положения головы, датчик состояния глаз машиниста, датчик направления взгляда машиниста, датчик положения органов управления локомотивом, датчик регистрации речевого общения машиниста. Недостатками названной системы являются невозможность учета важных для прогноза состояния оператора показателей гигиенической обстановки на рабочем месте (температура воздуха, уровень шума и т.п.), использование нескольких контактных (а не бесконтактных, что позволяет современный уровень техники) датчиков направления взгляда, положения головы, отсутствие возможности учета в рассчитываемой оценке состояния диагностически важных показателей активности системы дыхания, кровообращения и др.
Технической задачей заявляемой полезной модели является обеспечение мониторинга состояния оператора эргатической системы в процессе профессиональной деятельности, не создавая помех ее выполнению, для учета оценки состояния в контуре управления эргатической системы.
Решение технической задачи достигается тем, что интеллектуальный контроллер состояния оператора эргатической системы содержит соединенные по топологии «активная звезда», центром которой является блок анализа и управления: биорадиолокатор, анализатор положения органов управления, анализатор состояния системы обеспечения жизнедеятельности, анализатор состояния защитного снаряжения, анализатор речевого общения, анализатор ответных реакций, оборудование громкой связи, экран для предъявления знаковых и цветовых стимулов, устройство ввода реакции оператора и блок коммутации, обеспечивающий сопряжение с системой автоматического управления эргатической системой и с параметрическим регистратором информации о ее функционировании.
Для индивидуальной адаптации к антропометрическим особенностям конкретного оператора и учета положения его тела (рабочей позы) при выполнении профессиональной деятельности система может дополнительно включать устройство, обеспечивающее автоматизированную динамическую настройку пространственного положения биорадиолокатора (его излучателя и приемника), обеспечивающую четкую регистрацию биорадиолокационного сигнала.
При необходимости получения диагностически важной информации, требуемой конкретными методиками или алгоритмами диагностики состояния оператора, интеллектуальный контроллер может включать дополнительный анализатор положения оператора в кресле, подключенный к блоку анализа и управления.
При необходимости получения диагностически важной информации, требуемой конкретными методиками или алгоритмами диагностики состояния оператора, интеллектуальный контроллер может включать дополнительный анализатор положения головы оператора, подключенный к блоку анализа и управления.
При необходимости получения диагностически важной информации, требуемой конкретными методиками или алгоритмами диагностики состояния оператора, интеллектуальный контроллер может включать дополнительный анализатор направления взгляда оператора, подключенный к блоку анализа и управления.
При необходимости получения диагностически важной информации, требуемой конкретными методиками или алгоритмами диагностики состояния оператора, интеллектуальный контроллер может включать дополнительный анализатор электроэнцефалограммы, подключенный к блоку анализа и управления.
При необходимости получения диагностически важной информации, требуемой конкретными методиками или алгоритмами диагностики состояния оператора, интеллектуальный контроллер может включать дополнительный анализатор осциллограммы, подключенный к блоку анализа и управления.
При необходимости получения диагностически важной информации, требуемой конкретными методиками или алгоритмами диагностики состояния оператора, интеллектуальный контроллер может включать дополнительный анализатор состава выдыхаемой газовой смеси, подключенный к блоку анализа и управления.
При необходимости получения диагностически важной информации, требуемой конкретными методиками или алгоритмами диагностики состояния оператора, интеллектуальный контроллер может включать дополнительный анализатор электрокардиографических сигналов, подключенный к блоку анализа и управления.
При необходимости получения диагностически важной информации, требуемой конкретными методиками или алгоритмами диагностики состояния оператора, интеллектуальный контроллер может включать дополнительный анализатор двигательной активности оператора, подключенный к блоку анализа и управления.
Устройство ввода реакции оператора, входящее в состав интеллектуального контроллера, может быть выполнено в виде клавиатуры.
Устройство ввода реакции оператора, входящее в состав интеллектуального контроллера, может быть выполнено в виде набора тумблеров.
Устройство ввода реакции оператора, входящее в состав интеллектуального контроллера, может быть выполнено в виде сенсорной панели.
При необходимости документирования динамики состояния оператора интеллектуальный контроллер может дополнительно содержать накопитель информации с энергонезависимой памятью, подключенный к блоку коммутации.
Технический результат, обеспечиваемый приведенной совокупностью признаков, заключается в повышении помехоустойчивости и объективности мониторинга состояния оператора эргатической системы. Помехоустойчивость обеспечивается за счет использования биорадиолокатора, а объективность - за счет интеллектуального комплексирования информации о физиологических показателях состояния с информацией о состоянии системы обеспечения жизнедеятельности, защитного снаряжения, показателей речевого общения и ответных реакций оператора на стимулы.
Функционирование заявляемого интеллектуального контроллера состояния оператора эргатической системы заключается в следующем.
1) Интеллектуальный контроллер состояния оператора эргатической системы устанавливают в кабине эргатической системы таким образом, чтобы биорадиолокатор обеспечивал возможность регистрации отраженного телом оператора зондирующего радиолокационного сигнала (наиболее предпочтительным является установка, обеспечивающая расположение излучателя/приемника биорадиолокатора напротив лица оператора - то есть, биорадиолокатор излучает зондирующий радиолокационный сигнал и он же принимает отраженный сигнал).
2) Сигнал с выхода биорадиолокатора по проводам передают в блок анализа и управления, который осуществляет его обработку, обеспечивающую определение положения головы оператора, направления его взгляда, частоты пульса и частоты дыхания.
3) Анализатор положения органов управления самолетом в реальном времени обрабатывает поступающую из параметрического регистратора по проводам информацию о силе давления ног оператора на педали и о силе зажима ручек органов управления эргатической системой. Обрабатывая поступающую информацию, анализатор рассчитывает показатели управляющих движений оператора и передает их в блок анализа и управления.
4) Анализатор состояния системы обеспечения жизнедеятельности оператора эргатической системы в реальном времени получает из параметрического регистратора и обрабатывает информацию о температуре, давлении воздуха в кабине и в окружающей среде, составе воздуха (газовой смеси) в кабине, влажности, освещенности, уровне звука, уровне радиации, содержании (концентрации) химически активных веществ в кабине и по проводам передает ее в блок анализа и управления.
5) Анализатор состояния защитного снаряжения оператора в реальном времени получает из параметрического регистратора и обрабатывает информацию о исправности (неисправности) защитного снаряжения и по проводам передает ее в блок анализа и управления.
6) Регистратор речевого общения в реальном времени регистрирует и обрабатывает речь оператора (определяет темп речи, громкость и т.п.) и по проводам передает ее в блок анализа и управления.
7) На основе информации, названной в пунктах 2-6 в соответствии с используемым алгоритмом в блоке анализа и управления в реальном времени осуществляют обработку информации и принятие решения о текущем состоянии оператора и о прогнозируемом изменении состояния на априорно заданном интервале времени.
8) Если решение о текущем состоянии оператора, принятое в блоке анализа и управления, интерпретируют как «выраженное отклонение состояния от нормы», то для определения текущей дееспособности оператора блок анализа и управления формирует стимул в виде звукового (команда нажать кнопку, прикоснуться к экрану и т.п.) или светового сигнала, реакция оператора на который осуществляется посредством входящего в состав интеллектуального контроллера оборудования громкой связи, экрана для предъявления знаковых и цветовых стимулов и устройств ввода реакции (клавиши, кнопки, переключатели и т.п.). Реакции в реальном времени оцениваются анализатором ответных реакций, а результат по проводам передают в блок анализа и управления.
9) На основании информации с анализатора ответных реакций с учетом динамики показателей и оценок состояния оператора блок анализа и управления с помощью специального алгоритма принимает решение о необходимости (или отсутствии необходимости) нормализации и/или коррекции состояния оператора.
10) Информацию с выхода блока анализа и управления в реальном времени передают в блок коммутации, который осуществляет:
передачу всей полученной информации в параметрический регистратор для обеспечения ее хранения и, при необходимости, использования при анализе особенностей эксплуатации эргатической системы;
передачу информации об опасном состоянии в систему автоматического управления эргатической системой.
Что касается родового понятия названия полезной модели. Под контроллером (англ. controller - регулятор, управляющее устройство) заявители понимают устройство, применяемое для автоматизации процессов мониторинга изменения показателей состояния оператора и, при необходимости, реагирования на них в соответствии со специальным алгоритмом. Под интеллектуальностью заявленного контроллера понимается, что решения, принимаемые блоком анализа и управления, интеллектуальны в том смысле, что содействуют достижению обеспечения безопасной эксплуатации эргатической системы (в том числе, принятию прогностических решений), подчеркивая более высокий уровень технологии управления по сравнению с примитивными (dumb) триггерными системами.
Конструктивное единство заявленного технического решения обеспечивается тем, что элементы, входящие в состав системы, выполнены в одном корпусе, соединены проводами по топологии «активная звезда», центральным элементом которой является блок анализа и управления, и запитаны от одного источника питания.
Функциональная взаимосвязь элементов заявленной системы обеспечивается топологией их проводного соединения. Блок анализа и управления анализирует информацию, поступающую от всех других элементов, управляет функционированием интеллектуального контроллера, формируя управляющие воздействия по результатам обработки информации.
Совместное использование элементов заявленной системы приводит к созданию нового устройства с новой функцией - обеспечение возможности бесконтактной регистрации и автоматизированной обработки информации для контроля состояния и оператора эргатической системы в профессиональной деятельности и в процессе тренажерной подготовки.
Таким образом, описанные элементы заявляемого интеллектуального контроллера состояния оператора эргатической системы функционально взаимосвязаны и находятся в конструктивном единстве, а совокупность его существенных признаков неизвестна из уровня техники. За счет использования биорадиолокатора для мониторинга частоты пульса и дыхания оператора, положения его головы и направления взгляда обеспечивается компактность и надежность аппаратуры, за счет анализаторов состояния системы обеспечения жизнедеятельности и состояния защитного снаряжения обеспечивается возможность учета диагностически важной информации при принятии диагностических решений, а с помощью блока коммутации обеспечивается сопряжение интеллектуального контроллера с параметрическим регистратором информации и с системой автоматического управления эргатической системы, что обеспечивает повышение объективности расследования причин происшествий (инцидентов, нештатных ситуаций) и предпосылок к ним, а также реализовать принципы активного обеспечения безопасной эксплуатации эргатической системы.
Поэтому заявляемый интеллектуальный контроллер состояния оператора эргатической системы представляет собой новое техническое решение, относящееся к классу устройств для контроля и управления состоянием и работоспособностью оператора эргатической системы.
Заявляемый интеллектуальный контроллер состояния оператора эргатической системы является промышленно применимым, поскольку может быть реализован предприятиями (организациями) промышленности при производстве и модернизации любых эргатических систем.