基于數(shù)字化頭盔的疲勞監(jiān)測及預(yù)警系統(tǒng)和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及人體生理心理偵測技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于數(shù)字化頭盔的疲勞監(jiān)測及預(yù)警系統(tǒng)和方法。
【背景技術(shù)】
[0002]人體疲勞是一種生理心理現(xiàn)象，由機(jī)體腦力和體力活動(dòng)過度、精神刺激過多或某種單調(diào)活動(dòng)所致。人體疲勞可以簡單分為體力疲勞和腦力疲勞兩類。特別是，軍事作業(yè)疲勞是指部隊(duì)官兵在平時(shí)或戰(zhàn)士特殊環(huán)境條件下由軍事勞動(dòng)、訓(xùn)練及戰(zhàn)斗所引起的疲勞。在軍事勞動(dòng)和訓(xùn)練中，由于勞動(dòng)強(qiáng)度大、時(shí)間長，肌肉持久重復(fù)收縮，能量消耗大，從而產(chǎn)生體力疲勞；由于注意力高度集中，精神緊張，易產(chǎn)生腦力疲勞，從而使訓(xùn)練能力減退，訓(xùn)練成績下降。同時(shí)，隨著機(jī)械化及信息化的飛速發(fā)展，軍隊(duì)作戰(zhàn)方式也發(fā)生了具大變化。在多變的戰(zhàn)場或執(zhí)行任務(wù)環(huán)境中，關(guān)鍵戰(zhàn)位指揮員的疲勞狀態(tài)的變化會(huì)影響一次行動(dòng)、一個(gè)戰(zhàn)斗甚至是一場戰(zhàn)爭。因此，在戰(zhàn)爭或執(zhí)行任務(wù)過程中對(duì)廣大官兵進(jìn)行疲勞監(jiān)測具有較重要的意義。
[0003]目前，單兵數(shù)字化頭盔系統(tǒng)被譽(yù)為廣大官兵的第二大腦，功能越來越強(qiáng)大，在戰(zhàn)爭中發(fā)揮著越來越重要的作用。單兵數(shù)字化頭盔系統(tǒng)主要分為頭部防護(hù)系統(tǒng)(包括沖擊防護(hù)、核生化防護(hù)、激光防護(hù)等)、人機(jī)交互系統(tǒng)(包括通話模塊、視頻模塊等)、探測傳感系統(tǒng)(包括紅外熱成像、激光探測等)等部分組成。然而，現(xiàn)有的單兵數(shù)字化頭盔系統(tǒng)不能實(shí)時(shí)監(jiān)測戰(zhàn)時(shí)或執(zhí)行任務(wù)時(shí)士兵的疲勞狀況，因而戰(zhàn)備指揮中心可能無法即時(shí)掌握士兵的而導(dǎo)致戰(zhàn)場決策失誤，從而影響到軍隊(duì)?wèi)?zhàn)備時(shí)或執(zhí)行任務(wù)時(shí)士兵的戰(zhàn)斗力。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的主要目的在于提供一種基于數(shù)字化頭盔的疲勞監(jiān)測及預(yù)警系統(tǒng)和方法，旨在解決現(xiàn)有的單兵數(shù)字化頭盔系統(tǒng)不能實(shí)時(shí)監(jiān)測并預(yù)警軍隊(duì)?wèi)?zhàn)備時(shí)或執(zhí)行任務(wù)時(shí)士兵疲勞狀況的技術(shù)問題。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種基于數(shù)字化頭盔的疲勞監(jiān)測及預(yù)警系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括:心理疲勞監(jiān)測模塊，用于通過集成在數(shù)字化頭盔上的腦電采集器采集使用者的腦電波信號(hào)，并根據(jù)所述腦電波信號(hào)的節(jié)律性變化分析使用者的心理疲勞系數(shù)；生理疲勞監(jiān)測模塊，用于通過集成在數(shù)字化頭盔上的攝像頭攝取使用者的眼部圖像，并從所述眼部圖像中分析使用者的生理疲勞系數(shù)；疲勞度計(jì)算模塊，用于根據(jù)使用者的心理疲勞系數(shù)和生理疲勞系數(shù)計(jì)算使用者的疲勞度，并判斷所述疲勞度是否超過使用者正常情況下的預(yù)設(shè)值；報(bào)警模塊，用于當(dāng)所述疲勞度超過使用者正常情況下的預(yù)設(shè)值時(shí)，產(chǎn)生一條包含使用者疲勞度的報(bào)警信息，并將所述報(bào)警信息通過通訊網(wǎng)絡(luò)發(fā)送至監(jiān)測中心平臺(tái)對(duì)使用者的疲勞情況進(jìn)行預(yù)警。
[0006]優(yōu)先地，當(dāng)所述疲勞度超過使用者正常情況下的預(yù)設(shè)值時(shí)，所述的報(bào)警模塊還用于控制集成在數(shù)字化頭盔上的報(bào)警器產(chǎn)生警報(bào)聲。
[0007]進(jìn)一步地，所述的心理疲勞監(jiān)測模塊根據(jù)腦電波信號(hào)的節(jié)律性變化分析使用者的心理疲勞系數(shù)包括:將所述腦電采集器采集的腦電波信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理剔出干擾信號(hào)；利用小波包分解法提取腦電波的特征波段alpha波、delta波、theta波、beta波；利用頻帶能量比例值法分析所述特征波段alpha波、delta波、theta波、beta波的節(jié)律性變化得到所述使用者的心理疲勞系數(shù)。
[0008]進(jìn)一步地，所述的生理疲勞監(jiān)測模塊從眼部圖像中分析使用者的生理疲勞系數(shù)包括:從所述攝像頭攝取的眼部圖像中識(shí)別出所述使用者的眼部運(yùn)動(dòng)；采用Perclos測量原理分析所述使用者的眼部運(yùn)動(dòng)得到使用者的生理疲勞系數(shù)。
[0009]進(jìn)一步地，所述的疲勞度計(jì)算模塊根據(jù)使用者的心理疲勞系數(shù)和生理疲勞系數(shù)計(jì)算使用者的疲勞度包括:預(yù)先定義使用者的心理疲勞系數(shù)和生理疲勞系數(shù)的加權(quán)比例；根據(jù)預(yù)定義的加權(quán)比例將使用者的心理疲勞系數(shù)和生理疲勞系數(shù)進(jìn)行加權(quán)運(yùn)算得到使用者的疲勞度。
[0010]為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明上述目的，本發(fā)明還提供了一種基于數(shù)字化頭盔的疲勞監(jiān)測及預(yù)警方法，該方法包括步驟:通過集成在數(shù)字化頭盔上的腦電采集器采集使用者的腦電波信號(hào)，并根據(jù)所述腦電波信號(hào)的節(jié)律性變化分析使用者的心理疲勞系數(shù)；通過集成在數(shù)字化頭盔上的攝像頭攝取使用者的眼部圖像，并從眼部圖像中分析使用者的生理疲勞系數(shù)；根據(jù)使用者的心理疲勞系數(shù)和生理疲勞系數(shù)計(jì)算使用者的疲勞度；判斷所述疲勞度是否超過使用者正常情況下的預(yù)設(shè)值；當(dāng)所述疲勞度超過使用者正常情況下的預(yù)設(shè)值時(shí)，產(chǎn)生一條包含使用者疲勞度的報(bào)警信息，并將所述報(bào)警信息通過通訊網(wǎng)絡(luò)發(fā)送至監(jiān)測中心平臺(tái)對(duì)使用者的疲勞情況進(jìn)行預(yù)警。
[0011]優(yōu)先地，所述的基于數(shù)字化頭盔的疲勞監(jiān)測及預(yù)警方法還包括步驟:當(dāng)所述疲勞度超過使用者正常情況下的預(yù)設(shè)值時(shí)，控制集成在數(shù)字化頭盔上的報(bào)警器產(chǎn)生警報(bào)聲。
[0012]進(jìn)一步地，所述的根據(jù)腦電波信號(hào)的節(jié)律性變化分析使用者的心理疲勞系數(shù)的步驟包括:將所述腦電采集器采集的腦電波信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理剔出干擾信號(hào)；利用小波包分解法提取腦電波的特征波段alpha波、delta波、theta波、beta波；利用頻帶能量比例值法分析所述特征波段alpha波、delta波、theta波、beta波的節(jié)律性變化得到所述使用者的心理疲勞系數(shù)。
[0013]進(jìn)一步地，所述的從眼部圖像中分析使用者的生理疲勞系數(shù)的步驟包括:從所述攝像頭攝取的眼部圖像中識(shí)別出所述使用者的眼部運(yùn)動(dòng)；采用Perclos測量原理分析所述使用者的眼部運(yùn)動(dòng)得到使用者的生理疲勞系數(shù)。
[0014]進(jìn)一步地，所述的根據(jù)使用者的心理疲勞系數(shù)和生理疲勞系數(shù)計(jì)算使用者的疲勞度的步驟包括:預(yù)先定義使用者的心理疲勞系數(shù)和生理疲勞系數(shù)的加權(quán)比例；根據(jù)預(yù)定義的加權(quán)比例將使用者的心理疲勞系數(shù)和生理疲勞系數(shù)進(jìn)行加權(quán)運(yùn)算得到使用者的疲勞度。
[0015]相較于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明所述基于數(shù)字化頭盔的疲勞監(jiān)測及預(yù)警及方法，通過同時(shí)監(jiān)測使用者的心理疲勞程度和生理疲勞程度，能夠?qū)崟r(shí)準(zhǔn)確地監(jiān)測使用者的疲勞狀況并對(duì)于出現(xiàn)生理疲勞的使用者進(jìn)行預(yù)警。特別是，本發(fā)明應(yīng)用于數(shù)字化戰(zhàn)場中，能夠?qū)崟r(shí)準(zhǔn)確地監(jiān)測軍隊(duì)?wèi)?zhàn)備時(shí)或執(zhí)行任務(wù)時(shí)士兵的疲勞狀況。對(duì)于出現(xiàn)生理疲勞的士兵和輕度心理疲勞的士兵進(jìn)行預(yù)警，同時(shí)，對(duì)于嚴(yán)重心理疲勞的士兵，上報(bào)指揮員，進(jìn)行崗位調(diào)配，避免執(zhí)行重要戰(zhàn)位作業(yè)，從而保障作戰(zhàn)任務(wù)的順利完成，避免因士兵過度疲勞而導(dǎo)致的各種損失。在執(zhí)行任務(wù)結(jié)束時(shí)，通過重點(diǎn)監(jiān)測士兵的心理疲勞，并對(duì)中度、重度心理疲勞士兵制定相應(yīng)的治療方案，幫助士兵恢復(fù)心理疲勞和生理疲勞，從而提高軍隊(duì)的凝聚力及戰(zhàn)斗力。
【附圖說明】
[0016]圖1是本發(fā)明基于數(shù)字化頭盔的疲勞監(jiān)測及預(yù)警系統(tǒng)優(yōu)選實(shí)施例的應(yīng)用環(huán)境示意圖。
[0017]圖2是圖1中的數(shù)字化頭盔優(yōu)選實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]圖3是圖1中的疲勞監(jiān)測及預(yù)警系統(tǒng)優(yōu)選實(shí)施例的功能模塊圖。
[0019]圖4是本發(fā)明基于數(shù)字化頭盔的疲勞監(jiān)測及預(yù)警方法第一優(yōu)選實(shí)施例的流程圖。
[0020]圖5是本發(fā)明基于數(shù)字化頭盔的疲勞監(jiān)測及預(yù)警方法第二優(yōu)選實(shí)施例的流程圖。
[0021]本發(fā)明目的的實(shí)現(xiàn)、功能特點(diǎn)及優(yōu)點(diǎn)將結(jié)合實(shí)施例，參照附圖做進(jìn)一步說明。
【具體實(shí)施方式】
[0022]應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0023]本發(fā)明所述的數(shù)字化頭盔可以佩戴在需要使用該數(shù)字化頭盔的任意使用者。本發(fā)明所稱的使用者包括，但不僅限于，在作戰(zhàn)或執(zhí)行戰(zhàn)備任務(wù)中使用數(shù)字化頭盔的作戰(zhàn)指揮員和士兵等軍人、高強(qiáng)度高危險(xiǎn)作業(yè)(例如高空作業(yè))時(shí)使用數(shù)字化頭盔的建筑人員、參加高強(qiáng)度激烈運(yùn)動(dòng)時(shí)使用數(shù)字化頭盔的競技運(yùn)動(dòng)員以及需要使用本發(fā)明數(shù)字化頭盔的工作人員等。本發(fā)明實(shí)施例僅以軍隊(duì)?wèi)?zhàn)備時(shí)或執(zhí)行任務(wù)時(shí)的士兵為例進(jìn)行詳細(xì)闡述。
[0024]如圖1所示，是本發(fā)明基于數(shù)字化頭盔的疲勞監(jiān)測及預(yù)警系統(tǒng)優(yōu)選實(shí)施例的應(yīng)用環(huán)境示意圖。在本實(shí)施例中，所述的疲勞監(jiān)測及預(yù)警系統(tǒng)10安裝并運(yùn)行于佩戴在士兵頭上的數(shù)字化頭盔I上。當(dāng)所述數(shù)字化頭盔I未被士兵開啟時(shí)，該數(shù)字化頭盔I處于一種休眠狀態(tài)，其為一種低輻射、低功耗的非工作模式，因此不會(huì)對(duì)士兵的身體健康帶來影響。
[0025]所述的數(shù)字化頭盔I通過通訊網(wǎng)絡(luò)3與設(shè)置在戰(zhàn)備指揮部的監(jiān)控中心平臺(tái)2進(jìn)行無線通訊。所述通訊網(wǎng)絡(luò)3為一種遠(yuǎn)程無線通訊網(wǎng)絡(luò)，包括但不僅限于，GSM網(wǎng)絡(luò)、GPRS網(wǎng)絡(luò)、CDMA等無線傳輸網(wǎng)絡(luò)。所述的監(jiān)控中心平臺(tái)2是可以為一種監(jiān)控器、計(jì)算機(jī)裝置、或者服務(wù)器等。
[0026]所述的疲勞監(jiān)測及預(yù)警系統(tǒng)10能夠?qū)崟r(shí)準(zhǔn)確地監(jiān)測軍隊(duì)?wèi)?zhàn)備時(shí)或執(zhí)行任務(wù)時(shí)士兵的疲勞狀況，并根據(jù)士兵的疲勞狀況通過通訊網(wǎng)絡(luò)3向監(jiān)控中心平臺(tái)2發(fā)出預(yù)警，以便戰(zhàn)備指揮部能夠即時(shí)掌握士兵的疲勞程度，從而為戰(zhàn)備指揮部進(jìn)行戰(zhàn)場決策提供依據(jù)，并能夠在軍隊(duì)?wèi)?zhàn)備時(shí)或執(zhí)行任務(wù)時(shí)提高軍人的戰(zhàn)斗力。
[0027]如圖2所示，是圖1中的數(shù)字化頭盔I優(yōu)選實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。在本優(yōu)選實(shí)施例