182szpytko-gbyl-art.pdf

Janusz Szpytko

Akademia Górniczo-Hutnicza w Krakowie

Wydział Inżynierii Mechanicznej i Robotyki,

Michał Gbyl

NARZĘDZIE OCENY WŁAŚCIWOŚCI OPERATORA

ŚRODKA TRANSPORTU

Streszczenie : Przedmiotem wypowiedzi jest narzędzie umożliwiające reagowanie na zmianę

stanu psychofizycznego operatora środka transportu. Istotą narzędzia jest analiza obrazu

widoczności gałki ocznej operatora realizowana w środowisku MatlabSimulink, w rezultacie

której oceniana jest właściwość człowieka wyrażona stanem jego przydatności do funkcji

sterujących. Aplikacja może być przydatna dla podniesienia bezpieczeństwa czynnego

w transporcie.

Słowa kluczowe : operator, środek transportu, sterowanie

1. WSTĘP

Bezpieczeństwo w środkach transportowych osiągane jest w rezultacie stosowania

rozwiązań typu biernego i czynnego. Rozwiązania wspomagające zapewnienie

bezpieczeństwa w środkach transportu, zwłaszcza kołowego, w sposób bierny są

uwzględnione w ich właściwościach typu: konstrukcja klatki operatora i mechanizmów

napędowych, elastyczne budowanie otoczenia osłabiającego możliwe zagrożenia operatora

(pasy i napinacze pasów bezpieczeństwa, poduszki powietrzne, zagłówki).

Rozwiązania wspomagające zapewnienie bezpieczeństwa w sposób czynny mają

charakter zewnętrznego oddziaływania, przykładowo: adaptacyjny układ hamulcowy typu

ABS (ang. Anti-lock Brake System ), układy typu przeciwpoślizgowy ASR (ang. Acceleration

Slip Regulation ), stabilizacji toru jazdy SC (ang. Automatic Stability Control ), TSC (ang.

Traction Control System ), ESP (ang. Dynamic Stability Control ), PSM (ang. Porsche

Stability Management system ), a ponadto: linia i kolor nadwozia, właściwości kół jezdnych i

opon, świateł zewnętrznych i inne.

Rozwiązania wspomagające zapewnienie bezpieczeństwa w sposób czynny

wewnętrznie adresowane są przede wszystkim do operatora środka transportu i obejmują

przykładowe elastyczne rozwiązania: w zakresie poprawy komfortu otoczenia pracy

operatora (siedziska operatora, wielostrefowa klimatyzacja, układy pozycjonowania

satelitarnego), zapewnienie widoczności środowiska pracy z użyciem lusterek i kamer typu

specjalnego (likwidacja tak zwanego martwego pola widzenia, wycieraczki reagujące na

deszcz, zapewnienie widzenia w warunkach trudnych i nocnych), wielofunkcyjna

kierownica (minimalizacja potrzeby innej koncentracji niż środowisko pracy pojazdu),

zapewnienie bezpiecznego otoczenia środka transportu - układ stabilizacji odległości typu

ACC (ang. Adaptive Cruise Control ), auto-hamowania typu CWAP (ang. Colision

Warning with Auto Break ), utrzymania stałej prędkości jazdy typu tempomat, czujniki

cofania oraz utrzymywania stałej zadanej odległości od pojazdu poprzedzającego, a ponadto

inteligentne układy integrujące typu Pre-SAFE [Dyszy, Frendl, 2006; Dyszy, 2008;

Zienkiewicz, 2007].

Według danych Komendy Głównej Policji wypadki w ruchu drogowym w roku 2009

w 79,3 % spowodowane zostały przez kierujących [KGP, 2010]. Dlatego też nadal coraz

więcej prac ukierunkowanych jest na wspomaganie funkcji sterujących operatora środka

transportu i przejmowaniu jego funkcji w przypadkach braku wymaganych właściwości

psychofizycznych.

Przedmiotem wypowiedzi jest narzędzie umożliwiające reagowanie na zmianę stanu

psychofizycznego operatora środka transportu. Istotą narzędzia jest analiza obrazu

widoczności gałki ocznej operatora realizowana w środowisku MatlabSimulink,

w rezultacie której oceniana jest właściwość człowieka wyrażona stanem jego przydatności

do funkcji sterujących. Aplikacja może być przydatna dla podniesienia bezpieczeństwa

czynnego w transporcie.

2. WYBRANE UKŁADY WIZYJNE TYPU INTELIGENTNEGO

W ŚRODKACH TRANSPORTU KOŁOWEGO

W środkach transportu kołowego instalowane są coraz częściej rozwiązania wizyjne

typu inteligentnego, których zadaniem jest aktywne korygowanie procesów decyzyjnych

operatora urządzenia na podstawie informacji pozyskiwanych z otoczenia. Są one

logicznym uzupełnieniem istniejących rozwiązań wspomagających zapewnienie

bezpieczeństwa procesu użytkowania środków transportu z użyciem rozwiązań typu

biernego i czynnego i są ukierunkowane na uzupełnienie zmiennych w czasie właściwości

psychofizycznych operatora.

Istotnym zagadnieniem w sterowaniu środkiem transportu jest przykładowo właściwe

reagowanie przez operatora na oznakowanie pionowe i poziome (będące nośnikiem

określonej informacji dla operatora) instalowane w otoczeniu trajektorii jego ruchu. Znane są

pilotowe systemy do rozpoznawania znaków drogowych typu pionowego i poziomego:

czasu i miejsca ich obowiązywania oraz zakończenia obowiązywania oraz ich prezentacji

na panelu operatora pojazdu [A1, A2] - rys. 1, rys. 2.

W rezultacie rejestracji obowiązywania określonego znaku drogowego (przykładowo:

dopuszczalna prędkość, nakaz bezwzględnego zatrzymania się) informacja jest

przekazywana do operatora do zastosowania lub podsystem sterujący w sposób

autonomiczny podejmuje określone działanie powiązane z wymaganiami sformułowanymi

w treści zgodnej z danymi referencyjnymi. Asystent operatora analizuje drogę przed

pojazdem, sprawdzając czy pojazd znajduje się na dopuszczalnym pasie ruchu (ścieżce),

lub czy zmiana pasa ruchu jest świadomym i bezpiecznych (z zadawalającym poziomem

ryzyka) działaniem operatora. Podczas niesygnalizowanej zmiany toru jazdy aktywują się

w pojeździe ostrzeżenia dla kierowcy w postaci sygnalizacji dźwiękowej lub wibracji jego

siedziska.

Rys. 1. Widok panela rozpoznawania znaków drogowych w Oplu Insignia [A1]

Rys. 2. Inteligentny asystent zmiany pasa ruchu w pojazdach typu Mercedes [Dyszy, Frendl, 2006]

Istotą przedstawionych rozwiązań są systemy wizyjne obejmujące: kamery skierowane

na otoczenie środka transportu, dedykowane środowisko cyfrowe do analizy obrazu

w układzie on-line (przykładowo MatlabSimulink), baza danych referencyjnych powiązana

ze znakami i sygnalizacjami pionowymi i poziomymi, algorytm postępowania

ukierunkowany na bezpieczne podejmowanie decyzji w sytuacjach zagrożenia, układy

prezentacji wyników dla operatora lub/ i autonomicznego korygowania sterowań

realizowanych przez operatora. Wyróżnione rozwiązania są doskonalone z uwagi na

potrzebę ich stosowania w układach czasu rzeczywistego.

3. UKŁAD REJESTRACJI ZMĘCZENIA OPERATORA

Według danych Komendy Głównej Policji przyczyny wypadków spowodowanych

przez kierujących w ruchu drogowym w roku 2009 obejmowały przede wszystkim

niedostosowanie prędkości do warunków ruchu (31,2 %) oraz nieprzestrzeganie

pierwszeństwa przejazdu (25,2 %), a ponadto zmęczenie i zaśniecie (1,4 %) [KGP, 2010].

Fakt ten był inspiracją podjęcia pracy ukierunkowanej na śledzenie w czasie rzeczywistym

zmian właściwości psychofizycznych operatora, których widocznym objawem jest

przykładowo zmęczenie, rezultatem którego jest zaśnięcie operatora za kierownicą.

Przyjęto, że zmęczenie operatora wyrażone jest polem widoczności jego gałek ocznych.

Zmiana pola widoczności gałek ocznych w rezultacie ograniczania ich przez powieki jest

miarą utraty właściwości psychofizycznych operatora (z wykorzystaniem przyjętego

wyskalowania), która jest następnie przedmiotem rejestracji w układzie on-line i

sprzężenia zwrotnego w postaci sygnału informującego dla operatora lub jego

automatycznego asystenta .

Zbudowany system rejestracji zmęczenia operatora, wyrażony jak powyżej,

zrealizowano przy założeniu minimum kosztów i ograniczeń środowiska [Gbyl, 2010].

System obejmuje: kamerę internetową typu Creative Live Notebook VF0470 (czujnik

pomiarowy), program Matlab 7.5.0 (analiza i przetwarzanie obrazu), laptop typu Acer

Aspire 3620 (przetwarzanie i analiza obrazu oraz rejestracja i prezentacja wyników i

alarmów). Wprowadzone uproszczenia obejmowały stałe: oświetlenie umieszczone na

wprost twarzy operatora, odległość kamery od oczu operatora (około 40 cm), a ponadto

ograniczona sprzętowo prędkość reakcji na zmianę obserwowanego pola. Kamera

internetowa wykonuje zdjęcia z częstotliwością zależną od rodzaju sprzętu, na jakim

zainstalowany jest program Matlab.

Algorytm działania opracowanego układu rejestracji zmęczenia operatora

przedstawiono na rysunku 3. Na rysunku 4 przedstawiono charakterystyki zmian pola

widoczności gałek ocznych w rezultacie ograniczania ich przez powieki, natomiast na

rysunku 5 przedstawiono widok interfejsu wykonanego w środowisku Matlab dla potrzeb

przedmiotowych analiz i prezentacji. Przedmiotowy interfejs obejmuje: prezentację zdjęcia

twarzy operatora (1), panel kontrolny sterowania interfejsem (2), prezentację pól

widoczności gałek ocznych operatora (3), prezentację komunikatów o stanie

psychofizycznym operatora (4) typu zdatny/ niezdatny/ stan ostrzeżenia, prezentację

znaków informacyjnych typu ostrzegawczego dla operatora (5).

Opracowany i wykonany system rejestracji zmęczenia operatora przetestowano

z wynikiem zadawalającym.

wykonanie zdjęcia

twarzy operatora

z oczami

analiza i prezentacja

pola widoczności gałek

ocznych operatora

obróbka zdjęcia

z zastosowaniem

filtrów, wyróżnienie pól

do analizy

zmiana formatu

kolorów zdjęcia i

wykrycie oczu operatora

działania

czy generowanie

alarmu?

nie

tak

referencyjne pola

widoczności gałek

ocznych operatora

podjęcie wymuszonych

działań

ukierunkowanych na

zapewnienie

bezpieczeństwa

Rys.3. Algorytm opracowanego układu rejestracji zmęczenia operatora

Rys. 4. Charakterystyki zmian pola widoczności gałek ocznych

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: