НАРУЧНЫЙ БИОМЕТРИЧЕСКИЙ ПРИБОР СИСТЕМЫ АВАРИЙНОЙ СИГНАЛИЗАЦИИ ДЛЯ ХОДОВОЙ НАВИГАЦИОННОЙ ВАХТЫ НА МОСТИКЕ
WRIST BIOMETRIC DEVICE FOR BRIDGE WATCH MONITORING SYSTEM

Изобретение относится к биометрическим датчикам состояния операторов в системе аварийной сигнализации для ходовой навигационной вахты на мостике (СКДВП, англ. BNWAS).
Система аварийной сигнализации СКДВП устанавливается на морские и речные суда различного назначения, в том числе на корабли и яхты, для повышения безопасности судоходства (далее - судно). Целью СКДВП является наблюдение за действиями на мостике и обнаружение неспособности операторов выполнять свои функции, которая может привести к морским авариям (см. Resolution MSC.128(75), (aborted on 20 May 2002), Performance standards for a bridge navigational watch alarm system (BNWAS), Annex 11). Русский текст документа: Резолюция MSC.128(75), принята 20 мая 2002 г. Рекомендации по эксплуатационным требованиям к системе аварийной сигнализации для ходовой навигационной вахты на мостике BNWAS.
СКДВП (BNWAS) наблюдает за степенью внимательности вахтенного помощника (ВП) и автоматически предупреждает капитана или другого квалифицированного помощника капитана в случае, когда по какой-либо причине ВП становится неспособным выполнять свои обязанности. Помимо этого, СКДВП обеспечивает ВП средством вызова для оказания немедленной помощи, если она потребуется. Если СКДВП не отключена капитаном, она должна функционировать всякий раз, когда включена судовая система управления курсом или траекторией движения.
К таким СКДВП относится, в частности, система TSS/WATCH ALARM (ООО «Валком», г. Санкт-Петербург). TSS/Watch Alarm обеспечивает подачу световых и звуковых сигналов для привлечения внимания вахтенного помощника. При отсутствии реакции, система выполняет оповещение капитана судна и резервного помощника, однако биометрического датчика такая система не содержит.
Известно большое число систем текущего контроля работоспособности операторов с использованием биометрических данных, в частности для железнодорожного и автомобильного транспорта. Они предотвращают потерю работоспособности, в частности, связанной с засыпанием на транспорте, как фактором с преобладающими катастрофическими последствиями. Наиболее информативным биометрическим параметром, позволяющим оценить фактор засыпания, является электродермальная активность, которая совместно с другими физиологическими данными позволяет решить проблему противодействия засыпанию (RU 2376159 С1, НЕЙРОКОМ, 20.12.2009; RU 2455694 С1, НЕЙРОКОМ, 10.07.2012; RU 2631364 С1, НЕЙРОКОМ, 21.09.2017 и др.).
Описаны СКДВП (BNWAS), использующие биометрические средства контроля экипажа. В патенте RU 121141 U1, "Балтийская государственная академия рыбопромыслового флота", 20.10.2012 описана телеметрическая система контроля бодрствования водителя транспортного средства, содержит связанные по радиоканалу приемник и три телеметрических датчика, два - для определения кожно-гальванической реакции, имеющие электроды для обеспечения электрического контакта с кожей водителя, и датчик пульса, имеющий свето- и фотодиод. Также система включает блок обработки сигналов и управления, связанный с устройством индикации. Каждый датчик имеет аналого-цифровой преобразователь, выход которого подключен к передатчику с антенной. Передатчики всех телеметрических датчиков и приемник выполнены с возможностью передачи и приема индивидуальных сигналов от каждого из датчиков, а блок обработки сигналов и управления выполнен с возможностью суммирования сигналов от датчиков в режиме реального времени. Однако какой-либо специфики операторов морского транспорта, а также конструкции телеметрических датчиков описание не содержит.
В заявке KR 20150122358 (А) - BRIDGE NAVIGATIONAL WATCH ALARM SYSTEM USING BIOMETRICS, DMC CO LTD, 02.11.2015, описана система контроля за персоналом с помощью биометрических данных каждого из членов экипажа, с тем, чтобы неквалифицированный матрос не смог оказаться на ходовой вахте на мостике. Для этого формируется биометрическая база данных, хранящая данные о некоторых частях человеческих тел рабочих в целом и рабочую информацию; блок биометрического распознавания, распознающий часть тела вахтенного помощника, для создания биометрических данных о вахтенном помощнике; сигнальное устройство, выдающее визуальные или звуковые сигналы вахтенному помощнику; и блок управления, выводящий сигнал через устройство сигнализации, позволяющий вахтенному офицеру генерировать биометрические данные о вахтенном помощнике и сравнивать информацию о работнике, соответствующую биометрическим данным вахтенного помощника, в биометрической базе данных с информацией о вахтенном помощнике. Однако данная система не устанавливает факт дееспособности данного вахтенного помощника в текущий момент времени.
В патенте KR 102237855 (B1) - BNWAS USING BIOMETRICS, JUNG JONG PIL; SHIN DONG YEOL; KIM HYO KWAN; FAMILIDATA IM IL KYUN; 15.04.2021, (прототип) описана система контроля, включающая носимый датчик для обнаружения биосигнала, включающего по меньшей мере одно из средств регистрации артериального давления, частоты сердечных сокращений, температуры тела и электрокардиограммы, мобильное устройство для определения состояния здоровья и система мониторинга для приема информации о состоянии здоровья рабочего от мобильного устройства и генерации сигнала тревоги, когда биосигнал выходит за пределы нормального диапазона. В качестве носимого устройства можно использовать устройство, которое можно носить на запястье, такое как коммерчески доступные часы Galaxy Watch. Мобильное устройство может быть персональным терминалом, например смартфоном. Носимое и мобильное устройства могут обмениваться данными друг с другом посредством связи Bluetooth. Кроме того, носимое устройство может дополнительно включать в себя датчик ускорения и гироскопический датчик для определения количества упражнений рабочего.
Настоящее изобретение направлено на повышение безопасности судоходства за счет улучшения качества контроля работоспособности ВП при увеличении количества используемых психофизиологических показателей, в т.ч. электродермальной активности, для определения его функционального состояния.
Наручный биометрический прибор системы аварийной сигнализации для ходовой навигационной вахты на мостике (СКДВП) содержит датчик частоты сердечных сокращений (ЧСС), датчик температуры тела (ТТ), контроллер датчиков и связи с блоком управления СКДВП, размещенные в корпусе, закрепляемом на запястье вахтенного помощника (ВП).
Отличие состоит в следующем. Прибор дополнительно содержит датчик электродермальной активности (ЭДА), сенсорную кнопку квитирования для подтверждения работоспособности ВП, вибромотор для подачи тактильного сигнала, связанные совместно с датчиком ЧСС и датчиком ТТ с контроллером датчиков и с антенной связи с блоком управления СКДВП.
На прилегающей к запястью стороне удлиненного корпуса установлены два выпуклых электрода датчика ЭДА овальной формы так, что большие оси электродов параллельны и установлены друг относительно друга с зазором, обеспечивающим размещение между указанными электродами датчика ТТ и датчика ЧСС, выполненного в виде фотоплетизмографа, причем вибромотор размещен в полости корпуса, а кнопка квитирования расположена на лицевой стороне корпуса.
Прибор может характеризоваться тем, что модуль контроллера датчиков и связи выполнен с возможностью определения динамических параметров ЭДА, частоты сердечных сокращений, температуры тела и включения вибромотора при возможной утрате работоспособности ВП.
Кроме того, прибор может характеризоваться тем, что выполнен с возможностью немедленного приведения в действие сигнализации второго и третьего уровня «Аварийный вызов» («ALARM») посредством нажатия и удержания кнопки квитирования более 5 с.
Технический результат - повышение безопасности судоходства за счет улучшения качества контроля работоспособности ВП при увеличении количества используемых психофизиологических показателей, в т.ч. электродермальной активности, для определения его функционального состояния. Это позволяет ВП при несении вахты меньше отвлекаться на квитирование кнопками, расположенными в разных частях мостика, а также уменьшит необходимость отвлечений ВП на квитирование за счет размещения кнопки квитирования непосредственно на корпусе прибора НБ. В случае необходимости, предусмотрена возможность экстренной подачи сигнала «Аварийный вызов» с помощью прибора НБ.
Особенность патентуемого наручного биометрического прибора (прибор НБ), используемого на судах в составе СКДВП, в отличие от систем контроля работоспособности оператора железнодорожного и автомобильного транспортного средства, состоит в том, что:
- машинисту локомотива или водителю автомобиля для подтверждения нахождения в работоспособном состоянии достаточно нажать на кнопку квитирования в кабине. Во время несения вахты ВП перемещается по мостику судна и может находиться в любой его части;
- в существующих СКДВП для подтверждения нахождения ВП в работоспособном состоянии ему необходимо подойти и нажать на кнопку квитирования, которая устанавливается в тех местах на мостике, откуда ВП может вести надлежащее наблюдение за визуальными индикаторами, а также управлять движением судна. С учетом габаритных размеров мостика обязательная необходимость подхода ВП к кнопке квитирования приводит к его отвлечению от выполнения прямых обязанностей по управлению судном. При использовании патентуемого прибора НБ в составе СКДВП, у ВП нет необходимости покидать свое текущее место нахождения для нажатия кнопки квитирования.
Сущность изобретения поясняется на чертежах:
ФИГ. 1 - блок-схема прибора НБ в составе СКДВП;
ФИГ. 2, 3 - конструкция прибора НБ в разрезе;
ФИГ. 4 - вид на электроды и фотоплетизмограф прибора НБ с внутренней, закрепляемой на запястье, поверхности;
ФИГ. 5 - вид с внутренней стороны;
ФИГ. 6 - вид с лицевой стороны.
На фиг. 1 позициями обозначены: 10 - система СКДВП, а также входящие в состав системы блоки и модули: 101 - блок управления; 102 - прибор НБ; 103 - модуль сигнализации второго уровня; 104 - модуль сигнализации третьего уровня. Блок 101 связан двухсторонней линией связи обмена информацией и управления с прибором НБ 102 и линиями с модулями 103 и 104.
Блок управления 101 включает модуль 1011, который предназначен для выбора рабочего режима:
а) Автоматический режим» - СКДВП приводится в действие всякий раз, когда включается судовая система управления курсом или траекторией движения, и блокируется, если эта система выключена;
б) «Включение вручную» - изделие включено и функционирует постоянно;
в) «Отключение вручную» - изделие выключено.
Индикатор неисправности системы - модуль 1012 FAULT, предназначен для самотестирования системы и выявления неисправностей.
Модуль 1013 установки длительности исходного пассивного состояния. Предназначен для выбора капитаном пассивного периода работы СКДВП на текущий момент времени с интервалом от 1,7 мин (100 с) до 12 мин (интервалы: 100, 120, 180, 240, 300, 360, 420, 480, 540, 600, 660, 720 с).
Модуль 1014 кнопка тестирования и индикатор работы, модуль 1015 регулятор яркости подсветки, который предназначен для самотестирования изделия и изменения интенсивности освещенности дисплея. Модуль 1016 RESET квитирования предназначен для возврата изделия в исходное пассивное состояние. Модуль 1017 предназначен для получения и обработки информации от прибора НБ 102. 1018 оценки работоспособности ВП, предназначен для получения и обработки информации от прибора НБ, о фиксировании очередного импульса кожно-гальванической реакции (КГР) в пределах интервала времени, предусмотренного алгоритмом работы изделия.
Модуль 1019 сигнализации первого уровня - предназначен для включения визуальной индикации после окончания времени пассивного периода работы изделия.
Прибор НБ 102 включает модули: 1021 - вибромотор; антенну - 1022, модуль 1023 контроллера датчиков и связи, модуль 1024/1025 - электроды датчика электродермальной активности (ЭДА); 1026 RESET квитирования; датчик температуры ТТ - модуль 1027; модуль 1028 - датчик частоты сердечных сокращений (ЧСС) на основе фотоплетизмографа.
На ФИГ. 2-5 показано конструктивное выполнение прибора НБ. Позициями обозначены: 201 - корпус; 202 - внешняя поверхность; 203 - внутренняя поверхность (основание); 204 - крышка; 205 - кнопка квитирования; 206 - контакты для зарядки аккумулятора; 207 - сигнальный светодиод; 211, 212 - выпуклые электроды датчика ЭДА; 214 - вибромотор; 215 - антенна; 216 - зазор между электродами; 217 - плата печатная; 218 - большие оси электродов; 219 - аккумулятор 220 - наручный ремешок; 2151 - крепление ремешка к корпусу; 22 - фотоплетизмограф; 221 - датчик температуры ТТ.
Прибор НБ 20 имеет корпус 201 с внешней 202 и внутренней 203 прилегающей к запястью поверхностями, а также крышку 204 для аккумуляторного отсека с установленной на аккумуляторе 219 сенсорной кнопкой 205 квитирования и контактами 206 для зарядки аккумулятора, а также сигнальным светодиодом 207 для отображения работоспособности и уровня заряда.
Датчик ЭДА содержит два выпуклых электрода 211, 212 овальной формы, размещенных на внутренней поверхности 203 основания 201 так, что большие оси 208 электродов 211, 212 параллельны и установлены друг относительно друга с зазором 216, обеспечивающим размещение оптической части фотоплетизмографа 22 и датчика ТТ 221 между электродами 211, 212. Корпус 201 прибора НБ 20 имеет крепление 2151 для наручного ремешка 220. Модуль 21, фотоплетизмограф 22, вибромотор 214, датчик ТТ 221, присоединены к входу модуля 1023 контроллера датчиков и связи, который связан с СКДВП 10 по радиоканалу.
Прибор НБ 20 связан с блоком управления (модулем 101) посредством соединения по Bluetooth для передачи информации и управления.
Система контроля дееспособности вахтенного помощника позволяет оценивать в модуле 21 работоспособность ВП, а именно дифференцировать релаксацию (риск засыпания) и активное бодрствование.
Алгоритм работы прибора НБ в составе СКДВП осуществляется следующим образом.
1. При подаче электропитания на СКДВП 10 проводится внутренняя диагностика блоков и модулей и установление связи с прибором НБ 102.
При надевании на руку прибор НБ 102 выполняет сбор, регистрацию психофизиологических параметров ВП и передачу их по радиоканалу в блок управления - модуль 101.
2. Если в предусмотренном программой СКДВП 10 интервале времени прибором НБ 102 не подтверждено нахождение ВП в работоспособном состоянии, продолжается режим ожидания окончания установленного капитаном времени пассивного периода работы изделия. При этом возврат СКДВП в исходное пассивное состояние возможен в следующих случаях:
- при нажатии ВП кнопки 205 квитирования, расположенной на корпусе прибора НБ 102;
- при нажатии ВП (или иным лицом после включения звуковой сигнализации второго и третьего уровня), кнопки модуля 1016 квитирования, расположенной на БУ 101.
Если до истечения времени пассивного периода работы СКДВП 10 от прибора НБ 102 не поступает сигнал о нахождении ВП в работоспособном состоянии, то последовательно включаются цветовая индикация и звуковая сигнализация посредством модулей 1019, 103 и 104, предусмотренная действующей СКДВП 10.
Испытания показали достижение технического результата - улучшение качества контроля работоспособности ВП за счет использования совокупности психофизиологических показателей, дополненных регистрацией электродермальной активности, для определения его функционального состояния, а также размещения кнопки квитирования непосредственно на корпусе прибора НБ. Это позволяет ВП при несении вахты меньше отвлекаться на квитирование кнопками, расположенными в разных частях мостика.