CC BY
64
Доклады БГУИР
2016 № 1 (95)
УДК 57.087+159.9:62
МОДЕЛИРОВАНИЕ ИНФОРМАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ ОЦЕНКИ НАДЕЖНОСТИ ВОДИТЕЛЕЙ АВТОТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ
ПРИ СТРЕССЕ
О.В. ПАВЛОВСКАЯ, А.Г. ДАВЫДОВСКИЙ
Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники П. Бровки, 6, Минск, 220013, Беларусь
Поступила в редакцию17 декабря 2015
Предложена концептуальная модель информационной системы оценки надежности водителей автотранспортных средств в условиях психологического стресса. Модель информационной системы включает 10 структурно-функциональных модулей и может рассматриваться как основа для разработки информационной технологии мониторинга, комплексной диагностики и прогнозирования функциональной надежности операторов автотранспортных и других человеко-машинных систем в различных сферах профессиональной деятельности.
Ключевые слова: надежность водителей, стресс, психофизиологические характеристики, интегральная оценка, информационной система, моделирование.
Введение
В условиях интенсивного транспортного потока водитель подвергается значительному числу зрительных и слуховых воздействий, частота которых существенно возрастает при ситуациях, способных вызвать инциденты дорожно-транспортных происшествий (ДТП). Водитель осуществляет большое число действий по управлению автомобилем в условиях значительной информационной неопределенности и риска. Водитель является оператором системы «водитель-автомобиль-дорога-среда» (ВАДС), трудовые процессы преимущественно сводятся к операциям по приему и переработке оперативной информации, принятию решений, управляющих действий и контролю за их исполнением. Дефицит времени и необходимой информации, интенсивные и неравномерные информационные нагрузки во время управления автотранспортным средством способствуют развитию психологического стресса у водителя. При этом существенно ухудшаются важнейшие психофизиологические характеристики (ПФХ) водителя, такие как сложная двигательная реакция (СДР), характеризуемая средней продолжительностью времени реагирования (ВР), эмоциональная устойчивость (ЭУ) и устойчивость внимания (УВ) [1]. К факторам, обуславливающим возможность ДТП, наряду с другими, относятся уровень квалификации водителя, его физические и психофизиологические характеристики. При этом исключительно важное значение имеет время реакции водителя, являющееся интегральным показателем состояния зрительно-моторной системы. Большое время реакции увеличивает риск возникновения ДТП, что может повлечь за собой как экономические потери, так и человеческие жертвы [2]. В настоящее время отсутствуют исследования взаимосвязи основных характеристик психофизиологического состояния операторов транспортных средств при реализации деятельности в условиях стресса.
Целью исследования является обоснование концептуальной модели информационной системы оценки надежности (ИСОН) водителей автотранспортных средств в условиях психологического стресса на основе анализа результатов исследования комплекса психофизиологических характеристик.
Методика эксперимента
Объектами исследования были 20 человек в возрасте от 18 до 57 лет. Все участники были заранее проинформированы о цели и содержании исследования. Для исследования психофизиологических характеристик ВР, ЭУ и УВ был использован аппаратно-программный комплекс (универсальный психодиагностический комплекс (АПК УПДК), производства ЗАО «Нейроком» (РФ). В настоящее время УПДК широко применяется для психофизиологического тестирования курсантов автошкол, а также оценки профессиональной надежности водителей автотранспортных средств [3].
При мониторинге психофизиологических характеристик на данном комплексе для измерения сложной двигательной реакции, представленной в виде среднего времени реагирования, были использованы оценки временных интервалов от момента предъявления одинаковых геометрических фигур до нажатия на кнопку, а также продолжительность реагирования от момента предъявления совпадающих слуховых стимулов до нажатия на кнопку.
Уровень распределения внимания был оценен с помощью предъявления стимульных полей на экране компьютера с последующим определением реагирования на стимульное поле заданного типа.
Эмоциональная устойчивость была оценена на основе предъявления зрительных стимулов и искусственно созданных слуховых помех, после чего осуществлялась регистрация времени реагирования на зрительный стимул и число ошибок его распознавания.
Результаты исследования были обработаны статистически с использованием коэффициента ранговой корреляции Спирмена с помощью электронного процессора MS Excel 2010. Корреляционный анализ, проведенный на основании настоящего исследования, позволил определить влияние некоторых психофизиологических показателей на сложную двигательную реакцию управляющего транспортным средством [4].
Время реакции (ВР) - интервал времени между моментом появления сигнала и окончанием ответного действия. Оно включает промежуток времени, необходимый водителю для приема, переработки информации и ответного действия, поэтому, зная его, можно оценить основные психофизиологические качества водителя. ВР может изменяться по мере приобретения профессионального опыта в процессе тренировки. Оно состоит из двух периодов: латентного (скрытого), который затрачивается на восприятие сигнала и принятие решения и двигательного компонента, измеряемого временем движения. Среднее время латентного периода простой реакции на свет составляет 0,2 с, на звук 0,14 с. Среднее время двигательного периода простой реакции колеблется в зависимости от возраста, физического состояния и колеблется от 0,5 до 2,0 с, сложной - от 1,0 до 2,6 с. Время латентного периода сложной реакции изменяется в широких пределах и зависит от множества факторов, в том числе от индивидуальных психофизиологических свойств, опыта водителя и характера ДТС. Для одного и того же водителя время латентного периода на один и тот же сигнал изменяется в зависимости от степени неожиданности сигнала. Время моторного периода зависит от сложности выполняемого действия, возраста водителя, а также от степени неожиданности сигнала. Так, среднее время моторного периода простой реакции на красный сигнал в возрасте от 18 до 22 лет более, чем в два раза выше, чем в возрасте 45-60 лет [5].
Важнейшими качествами внимания, необходимыми водителю автомобиля, являются устойчивость, концентрация, объем, распределение и переключение. Устойчивость внимания (УВ) — это способность сосредоточиться в процессе работы в течение длительного времени. УВ определяется временем, в течение которого его интенсивность (напряженность) остается неизменной [6]. С УВ тесно связано такое его качество, как концентрация - сосредоточение внимания на одном только объекте с одновременным отвлечением от всего остального. У водителя автомобиля такая концентрация внимания может быть в течение незначительных промежутков времени, например, при проезде пешеходных переходов, остановок общественного транспорта, железнодорожных переездов, при встречном разъезде, на мостах, в тоннелях и пр. [7].
Устойчивость внимания сочетается и с такой динамической особенностью, как переключение внимания, которое характеризуется объемом работы в единицу времени;
точностью работы (ее безошибочность или наличие ошибок переключения), в которой проявляется тормозящее влияние предыдущей деятельности [8]. В свою очередь, переключение внимания характеризуется уровнем распределения внимания, свойством, обусловливающим успешность одновременного выполнения двух или более видов деятельности [9].
Результаты и их обсуждение
Увеличение количества ситуаций в транспортном потоке, требующих использования сложных двигательных реакций (СДР) и моторных стереотипов, неизбежно сопровождается увеличением частоты ошибочных действий и снижением надежности профессиональной деятельности водителя. Сложная двигательная реакция водителя имеет сильное прямое влияние на количество правильных реагирований при отсутствии сигнала (распределение внимания водителя) (г = 0,68 при р < 0,05), т.е. чем большее количество ошибок склонен совершать водитель при СДР, тем эффективнее его реакция в отсутствие зрительного сигнала в ситуации, требующей высокого распределения внимания. Установлено, что СДР, представленная в виде среднего времени реагирования при усложнении деятельности, выражается в увеличении количества ошибочных моторных реакций, а также продолжительности принятия управленческих решений.
В исследовании показано, что количество ошибок при усложнении двигательной реакции, допущенных испытуемыми при выполнении заданий, обратно пропорционально количеству правильных реагирований на зрительный стимул при распределении внимания (г = -0,63 при р < 0,05). Это указывает на возможность увеличения правильных действий в условиях СДР при отсутствии визуальных и аудиальных стимулов, что является фактором повышения надежности деятельности водителя в транспортном потоке.
Вместе с тем, увеличение среднего времени реагирования водителя автотранспортного средства в СДР сопровождается возрастанием показателя распределения внимания водителя при усложнении деятельности (г = 0,62 при р < 0,05). Это позволяет предположить, что на основе анализа динамики среднего времени реагирования в СДР можно прогнозировать надежность деятельности водителя автотранспортного средства в сложных дорожных ситуациях, сопровождающихся развитием состояния психологического стресса. ВР и количество ошибочных действий являются количественными критериями для оценки надежности деятельности водителя в условиях психологического стресса в сложных транспортных ситуациях.
Показана корреляционная связь (г = 0,75 при р < 0,05) между временем выбора в сложной двигательной реакции и показателем уровня эмоциональной устойчивости -среднеарифметическим временем реагирования без помехи. В отсутствие помех возрастает уровень ЭУ при закономерном уменьшении времени выбора СДР.
Это позволяет предположить, что на основе анализа времени, необходимого для совершения перехода от простой к более сложной моторной деятельности, можно оценить продолжительность адаптации к дорожной ситуации и уровень достижения состояния ЭУ при воздействия факторов, вызывающих развитие психологического стресса и требующих быстрой моторной реакции.
Таким образом, полученные результаты исследования свидетельствуют о целесообразности исследования избранных психофизиологических характеристик сложной двигательной реакции, представленной в виде среднего времени реагирования (ВР), УВ и ЭУ для оценки надежности водителя автотранспортного средства в условиях стресса. Параметры ВР, УВ и ЭУ являются эффективными количественными критериями для использования в информационной системе оценки и прогнозирования надежности деятельности водителя в ситуациях управления автотранспортным средством в условиях психологического стресса.
Концептуальная модель информационной системы оценки надежности водителей автотранспортных средств
На основе результатов эмпирических исследований ПФХ водителей автотранспортных средств были выделены важнейшие количественные критерии для оценки функциональной и профессиональной надежности водителей, а также предложена концептуальная модель управления надежностью водителей, включающая интегрированную систему параметров психофизиологического состояния человека в системе ВАДС:
где УВ - устойчивость внимания, ЭУ - эмоциональная устойчивость, ВР - время реакции, А -множество технических характеристик автомобиля, оказывающих влияние на психофизиологическое состояние водителя, Д - характеристики дорожного движения (плотность и интенсивность транспортного потока, частота остановок, средняя скорость движения), С - состояние среды (климатические характеристики, время суток), ^ -профессиональный стаж водителя, т - множество каналов идентификации психофизиологического состояния водителя.
Как свидетельствует анализ литературных и экспериментальных данных, показатели УВ, ЭУ и ВР относятся к числу универсальных ПФХ, на основе которых может быть осуществлена текущая и прогностическая оценка функциональной и профессиональной надежности водителей автотранспортных средств. На основе комплекса выше названных показателей предложена концептуальная схема информационной системы оценки надежности (ИСОН) водителей, включающая ряд нижеследующих модулей.
1. Модуль многоканального сбора данных о текущем психофизиологическом состоянии водителей, проходящих профессиональный отбор с помощью АПК УПДК.
2. Модуль дифференциальной обработки и хранения промежуточных результатов психофизиологического исследования в «базе данных текущего мониторинга» (БДТМ), содержащей результаты мониторинга текущего психофизиологического состояния исследуемых водителей (например, при профотборе или контроле перед выездом на маршрут), а также в «референтной базе данных» (РБД), содержащей ПФП водителей со значительным профессиональным стажем и высокими показателями функциональной и профессиональной надежности, принятыми в качестве эталона сравнения.
3. Модуль сравнительного мультипараметрического анализа текущего состояния исследуемых водителей из БДТМ в сравнении с РБД.
4. Модуль расчета дискриминантов Ог количественной оценки вероятности изменения функционального состояния для каждого г-го ПФП (хг) по формуле:
где Di позволяет соотнести изменения каждого из количественно измеряемых показателей ПФХ Xi по отношению к минимальному (xmin) и максимальному (xmax) значениям диапазона соответствующего показателя из РБД. При этом Di является удобным маркером для оценки риска снижения функциональной надежности водителей. Если ПФХ находится в пределах нормы (Xmin < Xi < Xmax), то Di<0 и вероятность функциональной надежности довольно высока. Если величина ПФП выходит за пределы нормы (Xi < Xmin, или Xi > Xmax), то Di >> 0 и функциональная надежность водителя нелинейно снижается по мере увеличения Di(Xi).
5. Модуль анализа функциональной надежности (FR - functional reliability) водителя относительно параметров Di на основе модели, представленной уравнениями:
(1)
x x
min max
(2)
(3)
а после интегрирования:
(4)
6. Модуль интегральной оценки функциональной надежности (ИОФН) водителей на основе «векторной модели», рассматривающей надежность как вектор в гиперпространстве многих параметров:
п
- mi 1=\ !
ИОФН =
V
(5)
1=1 г-1
где Хг - 7-й ПФП из БДТМ, У, - 7-й ПФХ из РБД, т, - удельно-весовой коэффициент 7-го показателя.
7. Модуль интегральной оценки функциональной надежности на основе модифицированной шкалы «функции желательности» Харрингтона, задаваемая уравнением:
ЕЯ=ехр(—ехр(—X)), (6)
где X = ^ - (—У/ )2 . При этом [-2< X<5], а шкала желательности рассматривается в
диапазоне (0; 1) и содержит пять интервалов функциональной надежности водителей: (0; 0,2) -«очень низкая», (0,2; 0,37) - «низкая», (0,37; 0,63) - «средняя», (0,63; 0,8) - «высокая», (0,8; 1) -«очень высокая». Причем точка 0,37 на шкале Харрингтона является точкой «перехода» из зоны средней функциональной надежности в зону низкой надежности и высокой вероятности совершения ДТП [10].
Конкретные параметры функциональной надежности водителя определяются в масштабе, задаваемом требованиями нормировки, на участке эффективных значений показателей. Полученное значение для каждого 7-го параметра функционального состояния водителя пересчитывается в обобщенный коэффициент желательности функциональной надежности
= п и У, (7)
РК -у--
где п - количество используемых показателей параметров сравнения для оценки ЕЯ.
8. Модуль прогнозирования динамики индивидуальной функциональной надежности каждого водителя на основе сценарного подхода, включающего формирование и анализ трех сценариев с помощью уравнений (1)—(7):
- пессимистического (функциональная надежность в диапазоне 0,0 < ЕЯ < 0,37),
- базового (0,37 < ЕЯ < 0,63) и
- оптимистического (0,63 < ЕЯ < 1,0).
9. Модуль формирования рекомендаций по индивидуальной оптимизации функциональной надежности водителей на основе анализа БДТМ и РБД.
10. Модуль «тренирующего обучения» для повышения функциональной надежности водителей автотранспортных средств на основе инструментального средства УПДК.
п
Заключение
Анализ полученных результатов позволил предложить и обосновать концептуальную модель ИСОН водителей автотранспортных средств в условиях психологического стресса, включающую 10 структурно-функциональных модулей и обеспечивающую повышение эффективности оценки результатов объективного исследования испытуемых с помощью АПК УПДК. При этом возможно существенное сокращение времени тестирования при исключении утомления испытуемого. В дальнейшем на основе предложенной модели ИСОН может быть разработана высокоэффективная информационная технология мониторинга, комплексной диагностики и прогнозирования функциональной надежности операторов автотранспортных и других человеко-машинных систем в различных сферах профессиональной деятельности.
THE MODELING OF INFORMATION SYSTEM FOR RELIABILITY ASSESSMENT OF MOTOR VEHICLES DRIVERS UNDER STRESS
O.V. PAVLOVSKAYA, AG. DAVIDOVSKIJ Abstract
А conceptual model of the information system reliability assessment of motor vehicle drivers under conditions of psychological stress is proposed. The model of the information system includes 10 structural-functional modules and can be considered as the basis for the development of information technology monitoring, comprehensive diagnostics and prediction of functional reliability of operators, vehicles and other man-machine systems in various fields of professional activity.
Keywords: assessment of drivers, stress, physiological characteristics, integrated assessment, information system, modeling.
Список литературы
1. КотикМ.А. Психология и безопасность: учеб.для вузов. СПб, 1998.
2. Ермаков Ф.Х. Технические особенности расследования и установления причин ДТП. Казань, 2007.
3. Пейсахов Н.М., Кашин А.П., Баранов Г.Г. и др. Методы и портативная аппаратура для исследования индивидуально-психологических различий человека. Казань, 1976.
4. Сидоренко Е.В. Методы математической обработки в психологии: учеб. пособие. СПб, 2007.
5. Макланов А.Г., Общая психология: учеб. пособие. СПб, 2002.
6. Давыдов В.В., А.В. Запорожец А.В., Ломов Б. Ф. и др. Психологический словарь. М., 1983.
7. Титченер Э. Хрестоматия по вниманию. М., 1976.
8. Страхов И.В., Внимание и структура личности. Саратов, 1969.
9. КлебельсбергД. Транспортная психология. М., 1989.
10. Пичкалев А.В. Применение кривой желательности Харрингтона для сравнительного анализа автоматизированных систем контроля // Вестник КГТУ. 1997. С. 128-132.
