Способ диагностики функционального состояния оператора по речевому сигналу и устройство для его осуществления

Способ диагностики функционального состояния оператора по речевому сигналу и устройство для его осуществления

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к медицине, точнее к диагностированию психофизиологического состояния оператора. Цель изобретения - повышение точности диагностики функционального состояния оператора. Для этого после определения энергетического спектра речевого сигнала с одновременной разбивкой его на участки запоминают энергии участков для каждого конкретного функционального состояния оператора , сравнивают энергии всех участков спектра во всех функциональных состояниях оператора, выделяя наиболее информативные участки спектра речевого сигнала, по результату сравнения энергий которых осуществляют диагностирование или тренировку в достижении оптимального функционального состояния оператора. Способ осуществляют при помощи устройства, содержащего анализатор спектра, блоки аналогоцифровых преобразователей, мультиплексоров , обработки данных, а также регистр, кнопку «Пуск, соединенную с нулевым входом первого триггера. Устройство имеет переключатель режимов работы, блок деле- g ния, индикаторы состояния оператора, настройки, сигнала окончания настройки, /Л а также второй и третий триггеры, элемент ИЛИ. 2 с.п.ф-лы, 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„Я0„„145 - 655 (51) 4 А 61 В 8/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 3972370/28-14 (22) 17. 07. 85 (46) 23.02.89. Бюл. № 7 (71) Ленинградский институт авиационного приборостроения (72) А. Г. Голубков, И. В. Ершова, H. М. Иванов и Ю. А. Малышев (53) 615.472 (088.8) (56) Лукьянов А. Н., Фролов М. В. Сигналы состояния человека-оператора. — М.:

Наука, 1969, с. 185. (54) СПОСОБ ДИАГНОСТИКИ ФУНКЦИОНАЛ ЬНОГО СОСТОЯНИЯ ОПЕРАТОРА ПО РЕЧЕВОМУ СИГНАЛУ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к медицине, точнее к диагностированию психофизиологического состояния оператора. Цель изобретения — повышение точности диагностики функционального состояния оператора.

Для этого после определения энергетичес. кого спектра речевого сигнала с одно1

Изобретение относится к медицине, а именно к психофизиологии, и может быть использовано при диагностике психофизиологического состояния оператора в процессе его профессиональной деятельности.

Цель изобретения — повышение точности диагностики функционального состояния оператора.

На чертеже изображена блок-схема устройства для диагностики функционального состояния оператора по речевому сигна I V.

Устройство содержит анализатор 1 спектра, состояший из параллельных каналов, число которых определяется шириной спектра речевого сигнала.

В каждом канале последовательно соединены полосовой фильтр 2, нелинейный временной разбивкой его на участки запоминают энергии участков для каждого конкретного функционального состояния оператора, сравнивают энергии всех участков спектра во всех функциональных состояниях оператора, выделяя наиболее информативные участки спектра речевого сигнала, по результату сравнения энергий которых осуществляют диагностирование или тренировку в достижении оптимального функционального состояния оператора. Способ осуществляют при помоши устройства, содержашего анализатор спектра, блоки аналогоцифровых преобразователей, мультиплексоров, обработки данных, а также регистр, кнопку «Пуск», соединенную с нулевы м входом первого триггера. Устройство имеет переключатель режимов работы, блок деления, индикаторы состояния оператора, настройки, сигнала окончания настройки, а также второй и третий триггеры, элемент ИЛИ. 2 с.п.ф-лы, 1 ил.

2 элемент 3 и интегра Ър 4. Входы каналов объединены и являются входом устройства, а выход каждого канала соединен с соответствующим входом переключателя 5 режимов работы.

Выходы переключателя 5 режима работы соединены с последовательно включенными блоком 6 деления и индикатором 7 состояния оператора, а также с информационными входами блока 8 аналого-цифровых преобразователей, информационные выходы которых подключены к соответствующим входам блока 9 мультиплексоров.

Устройство также имеет блок 10 обработки данных, содержащий микропроцессор 11, оперативное запоминаюшее устройство 12, постоянное запоминаюшее устройство 13 и адресный дешифратор 14.

1459655, Первый и второй выходы последнего соединены соответственно с управляющими

: .,ходами оперативного запоминающего устройства 12 и постоянного запоминающего устройства 13. Информационные входывыходы микропроцессора 11, оперативного запоминающего устройства 12, информационные выходы постоянного запоминающего устройства 13 и выходы блока 9 мультиплексоров соединены с двунаправленной шиной 15 данных. Адресные входы оперативного запоминающего устройства 12, ; постоянного запоминающего устройства 13,, ::адресные выходы микропроцессора 11 и уп равляющий вход блока 9 мультиплексоров соединены с шиной 16 адреса блока 10

: обработки данных. Вход «Готовность» микропроцессора 11 соединен с выходом «Готовность» блока 8 аналого-цифровых преобразователей.

Кроме того, устройство содержит блок

17 формирования сигнала окончания настройки, кнопку 18 «Пуск», кнопку 19

«Сброс», первый 20 и второй 2! триггеры, блок 22 временной задержки, третий триггер 23, элемент ИЛИ 24, регистр 25, блок 26 индикации, индикатор 27 настройки, индикаторы 28 и 29 окончания настройки. Выход первого разряда регистра

25 соединен с вторым входом элемента

ИЛИ 24, а его разрядные выходы с второго по восьмой подключены к входам блока !7 формирования сигнала окончания настройки и блока 26 индикации.

Выход последнего соединен с управляющим входом переключателя 5 режимов работы, выход которого соединен с единичным входом триггера 23, снабженного индикатором 28 окончания настройки. Кнопка 18 «Пуск» соединена с единичным входом триггера 20, снабженного индикатором

27 настройки, а также с нулевым входом второго триггера 21 и через блок 22 временной задержки с единичным входом триггера 21, инверсный выход которого соединен с управляющим входом блока 8 аналого-цифровых преобразователей. Кнопка 19

«Сброс» соединена с входом «Сброс» микропроцессора 11, нулевым входом триггера 23 и первым входом элемента ИЛИ 24.

Выход последнего соединен с нулевым входом триггера 20 и установочным входом регистра 25 (не показано). Разрядные входы регистра 25 соединены с шиной 15 данных блока 10 обработки данных, его управляюгций вход соединен с третьим выходом адресного дешифратора 14.

Анализатор 1 спектра вырабатывает матрицу информативных признаков.

Переключать 5 режимов работы предназначен для подключения выходов каналов анализатора 1 спектра к входам блока 10 обработки данных в режиме настройки либо выбранных каналов к входам блока 6 деления в рабочем режиме при

Устройство имеет два режима работы: режим настройки и рабочий режим.

В режиме настройки переключатель 5 режимов работы устанавливают в режим

«Настройка». При этом его выходы соединены с информационными входами блока 8 аналого-цифровых преобразователей. индикации функционального состояния оператора.

Блок 10 обработки данных предназначен для получения двух наиболее информативных участков исследования по программе, записанной в постоянном запоминающем устройстве 13. Исходной информацией к программе служит матрица информационных признаков, дискретные значения которых формируются на информационных выходах блока 8 аналого-цифровых преобразователей и через блок 9 мультиплексоров предварительно заносятся в оперативное запоминающее устройство 12.

Способ осуществляют следующим об15 разом.

Предварительно производят регистрацию речевых сигналов, соответствующих определенному состоянию оператора, и определяют энергетический спектр речевого сигнала с разбивкой на участки, запоминают энергии участков для каждого конкретного функционального состояния оператора.

Далее сравнивают энергии информативных признаков всех участков спектра во всех функциональных состояниях операто25 ра "о формуле

%=/!и — — "-/./!к — —, / !я, — — /.

/1.; Аз; Аз.

41. А1ь А„. где Ап — отношение информативных признаков в I-M столбце матрицы 0l 30 ношений информативных признаков в первом (недонапряженном) функционал ьном состоянии оператора;

А, — отношение информативных признаков в i-м столбце матрицы отношений информативных признаков во втором (оптимальном) функциональном состоянии оператора;

Аз; — — отношение информативных признаков в i ì столбце матрицы отношений информативных признаков в третьем (перенапряженном) функциональном состоянии оператора.

По наибольшему значению W;.. выделяют два наиболее информативных участка спектра речевого сигнала и путем сравнения отношения их энергий с результатами деятельности оператора осуществляют диагностирование функциона 7bного состояния оператора, степень его напряженности.

50 Устройство работает следующим о6разом.

1459655

После нажатия кнопки 19 «Сброс» в исходное состояние устанавливаются микропроцессор 11, регистр 25, первый 20 и третий 23 триггеры. В результате гаснут индикатор 2 настройки и индикатор

29 окончания настройки.

В блоке 22 временной задежки устанавливают время действия вечевого. сигнала.

В момент начала поступления речевого сигнала, соответствующего первому состоянию оператора, на анализатор 1 спектра нажимают кнопку 18 «Пуск». При этом триггер 20 переходит в состояние «1» и загорается индикатор 28 настройки. Тригrep 21 переходит в состояние «О» и его выходной сигнал высокого уровня переводит блок 8 аналого-цифровых преобразователей в исходное состояние, подготовив его к преобразованию исходной информации.

Через промежуток времени, установленный в блоке 22 временной задержки, выходной сигнал последнего устанавливает триггер 21 в состояние «1». При этом сигнал низкого уровня с выхода триггера

21 разрешает преобразование входной информации блоку 8 аналого-цифровых преобразователей.

Через промежуток времени, равный длительности преобразования аналоговой информации в цифровую, на выходе «Готовность» блока 8 аналого-цифровых преобразователей формируется сигнал высокого уровня, разрешая микропроцессору 11 прием значений матрицы информативных признаков речевого сигнала в цифровой форме.

С этого момента начинается исполнение записанной в постоянном запоминающем устройстве 13 программы ввода информации в микропроцессор 11.

После ее выполнения микропроцессор 11 по шине 15 данных записывает в регистр

25 код, в первом разряде которого содержится «1», а в остальных разрядах

«О». Сигнал с первого информационного выхода регистра 25 поступает через элемент ИЛИ 24. на нулевой вход триггера 20, устанавливая его в состояние «О», При этом индикатор 28 настройки гаснет.

На этом завершается ввод данных для одного состояния эмоциональной напряженности оператора.

Аналогично заносится информация, соответствующая второму и третьему состоянию эмоциональной напряженности оператора.

После занесения информации по третьему состоянию эмоциональной напряженности оператора начинает работать программа обработки данных для всех трех состояний эмоциональной напряженности, в результате исполнения которой микропроцессор 11 по шине 15 данных заносит в регистр 25 код, содержащий информацию о номерах двух каналов анализа5

1О

55 тора 1 спектра, соответствующих наиболее информативным участкам спектра исследуемого речевого сигнала, которая поступает с второго по восьмой информационных выходов регистра 25 на блок 26 индикации. Последний регистрирует номера этих двух каналов в удобной для оператора форме.

Одновременно сигналы с тех же выходов регистра 25 поступают на блок 17 формирования сигнала окончания настройки.

С входа последнего сигнал поступает на триггер 23 и устанавливает его в состояние «1». При этом загорается индикатор 29 окончания настройки.

В рабочем режиме переключатель 5 режимов работы устанавливают в режим

«Работа», в результате чего выходные сигналы с двух каналов анализатора 1 спектра, выбранных в режиме настройки, поступают на блок 6, с выхода которого снимают напряжение, пропорциональное частному входных напряжений, которое фиксируют индикатором 7 состояния оператора. Это напряжение является информационным параметром для диагностирования функционального состояния оператора.

Пример. Для диагностирования функционального состояния оператора используют речевые сигналы, произносимые артистами, моделирующими три состояния человека: перенапряжение, нейтральное и подавленное.

Речевой сигнал, соответствующий определенному состоянию, подается на анализатор 1 спектра, на выходе которого формируются информативные признаки данного состояния, записываемые в оперативное запоминающее устройство 12. Эта операция повторяется три раза для каждого из трех состояний. В результате в оперативном запоминающем устройстве 12 записана матрица информативных признаков вида

Й!1 Й12 13 Q 14 <15

<21 ß22 <23 (724 <25

Й31 <Х32 <33 <34 1Х35

Числовое значение матрицы для одной фразы имеет вид

12 5 2 2 2

8 5 4,5 6 5,5

6 4 1,2 1,3 1

Матрица информативных признаков является исходной для выделения наиболее информативных участков спектра.

Далее в процессе обработки этой матрицы микропроцессором 11 по программе, записанной в постоянном запоминающем устройстве 13, формируется матрица отношений признаков

1459655 а15 А а15

19— 110 а1з а14 а 12 а1з а14

А11 — А12 — А1з— а11 а11 а11 а22 а23 а24 а25 „а 25

А21= — А22 — А2з — ... A29 — A210— а 21 а21 <21 а 23 а 24 а35 а 35

Аз9 — Аз10— азз а 34

1Х 32 азз аз4

Аз1 — Аз2 — Азз— а31 аз1 аз1

Формула изобретения

Числовое значение этой матрицы для

; данного примера имеет вид

4,1 1,6 1,6 ! 0,6 0,56 0,75 : 6,6 0,2 0,2 1 . 1,6 0,4 0,4

: 0,68 0,9 1,2 15 ! 0,16 0,3 0,32

1 0,4 1 1 1 1,1 1,3 1,2 0,9

0,25 1,1 0,8 0,77

Сравнение энергий (информативных приз, :наков) всех участков спектра в трех сос тояниях осуществляется по формуле

W;=/1а — — / /1g+ —. / /1g+ ". /, числовые значения W; в рассматриваемом примере имеют вид 0,007; 0,19; 0,16;

0,25; 0,02; 0,03; 0,06; 0,0003; 0,0013;

0,0004, %;мах с= 0,25.

Информация о W;, (номера двух выделенных наиболее информативных участ- 30 ков спектра) поступает из блока 10 обработки данных в регистр 25 и высвечивается в блоке 26 индикации.

В данном примере наиболее информа. тивными участками спектра являются пер- 35 вый и пятый, соответствующие четвертому элементу строки W;.

После выделения наиболее информативных учатков спектра диагностирование осуществляется переключением переключателя 5 40 режимов работы на два выделенных канала анализатора 1 спектра. Напряжение с двух выделенных каналов (первого и пятого) подается на блок 6, а их отношение поступает на индикатор 7 состояния оператора. 45

В данном примере имеем:

1,6 — перенапряженное состояние;

0,68 — нейтральное состояние;

0,16 — подавленное состояние.

После выделения наиболее информативных участков спектра речевого сигнала диагностирование функционального состояния оператора осуществляется по одному параметру, определяемому двумя информативными признаками. В этом случае при однократном произнесении речевого сигнала ошибка диагностирования составляет 0,15.

Если для диагностирования использовать пять информативных признаков, то ошибка диагностирования 0,37.

Способ для диагностики функционального состояния оператора по речевому сигналу и устройство для его осуществления позволяют повысить точность диагностики функционального состояния оператора и могут быть использованы при выходе оператора на оптимальное состояние эмоциональной напряженности, когда данная работа совершается конкретным оператором с минимальной усталостью.

В процессе работы с их помощью оператор может быть предупрежден об эмоциональном перенапряжении состояния, которое может повлечь сбои в работе или привести его в стрессовое состояние или к выполнению работы без должного внимания.

1. Способ диагностики функционального состояния оператора по речевому сигналу путем определения энергетического спектра речевого сигнала с одновременной разбивкой его на участки, сравнения энергий этих участков и диагностирования состояния оператора по результатам сравнения, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, после определения энергетического спектра речевого сигнала с разбивкой на участки, запоминают энергии участков для каждого конкретного функционального состояния оператора, сравнивают энергии всех участков спектра во всех функциональных состояниях оператора по формуле

„./1,Л/ /1,Я,/ где A1l — отношение информативных признаков в i-м столбце матрицы отношений информативных гризнаков в первом функциональном состоянии оператора;

А2; — отношение информативных признаков в i-м столбце матрицы отношений информативных признаков во втором функциональном состоянии оператора;

A3; — — отношение информативных признаков в i-м столбце матрицы отношений информативных признаков в третьем функциональном состоянии оператора, и по наибольшему значению W;..-.- выделяют наиболее информативные участки спект1459655

Составитель В. Котенева

Редактор И.Шмакова Техред И. Верес Корректор A. Обручар

Заказ 384/3 Тираж 644 Подписное

ВНИИПИ! осударственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4, 5

Производственно-издательский комбинат «Патент», г. Ужгород. ул. Гагарина, 101 ра речевого сигнала и диагностирование осуществляют путем сравнения отношения энергий двух наиболее информативных участков спектра с результатами деятельности оператора.

2. Устройство для диагностики функционального состояния оператора по речевому сигналу, содержащее анализатор спектра, последовательно соединенные блок аналого-цифровых преобразователей, блок мультиплексоров, блок обработки данных, регистр и блок индикации, а также соединенные последовательно кнопку «Пуск», блок временной задержки и первый триггер, причем кнопка «Пуск» соединена с нулевым входом первого триггера, выход которого соединен с управляющим входом блока аналого-цифровых преобразователей, отличаюи ееся тем, что, с целью повышения точности, оно содержит переключатель режимов работы, блок деления, индикатор состояния оператора, соединенные последовательно, а также второй и третий триггеры, элемент ИЛИ, индикатор настройки, формирователь и индикатор сигнала окончания настройки, причем кнопка «Пуск» соединена с первым входом второго триггера, с вторым входом которого соединен через элемент ИЛИ первый выход регистра, второй выход регистра соединен с индикатором окончания настройки через последовательно соединенные формирователь сигнала окончания настройки и третий триггер, а выход анализатора спектра соединен с блоком аналого-цифровых преобразователей через переключатель режима работы.