Zgryźliwość kojarzy mi się z radością, która źle skończyła.
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.
1
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
2
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
3
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.
4
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
2
1
2
1
2
2
Rys. 4. Charakterystyki zmian pola widoczności gałek ocznych
5
zanotowane.pl doc.pisz.pl pdf.pisz.pl hannaeva.xlx.pl
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.
1
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
2
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
3
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.
4
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
2
1
2
1
2
2
Rys. 4. Charakterystyki zmian pola widoczności gałek ocznych
5