Analiza stanu psychofizycznego kierowcy w warunkach rzeczywistych i symulacyjnych

Transkrypt

1 JUKIEWICZ Marcin 1 MERKISZ Jerzy 2 ORSZULAK Bartosz 3 Analiza stanu psychofizycznego kierowcy w warunkach rzeczywistych i symulacyjnych WSTĘP Jednym z kluczowych elementów stanowiącym o bezpieczeństwie ruchu w transporcie drogowym jest zdolność koncentracji. Kierowcy, którzy codziennie przez wiele godzin prowadzą pojazdy drogowe wypracowują latami techniki i zdolności do prowadzenia go tak, aby dojechać jak najszybciej oraz bezpiecznie z punktu startowego do końcowego. Podobnie jest u kierowców pojazdów osobowych, z tą różnicą, że zdecydowanie rzadziej mają do czynienia z nowymi trasami lub z monotonią prowadzenia pojazdu przez długie godziny. W obu tych grupach, zarówno kierowców zawodowych jaki i niezawodowych, dochodzi do wypadków drogowych. Jedną z ich przyczyn, najtrudniejszych do zwalczenia jest szeroko rozumiana dekoncentracja. Może ona przyjmować różne formy w zależności od czynników zewnętrznych oraz stanu psychofizycznego kierowcy. Bardzo duże znaczenie ma na stan umysłu osoby prowadzącej (tzw. wypoczęty mózg, stan relaksacji, poziom glikemiczny, saturacji krwi oraz ilość krwi w mózgu), warunki atmosferyczne, szybkość poruszania się w przestrzeni, stan emocjonalny oraz wiele innych pomniejszych czynników. Dzięki ciągłemu rozwojowi technologii jesteśmy wstanie zmierzyć sygnały elektryczne pochodzące z mózgu dzięki elektroencefalografom, nazywanym skrótowo EEG (z jez. ang. electroencephalograph). Jednym z prostszych, jednoczujnikowych EEG jest urządzenie MindWave. Dzięki umieszczonej niemal centralnie na czole elektrodzie oraz klipsowi referencyjnemu zamontowanym na uchu, badacze są wstanie wyznaczyć poziom koncentracji i relaksacji. Przedstawione urządzenie stanowi istotny element poznawczy natury ludzkiej z zakresu antropotechnicznych systemów, czyli eksploatacji maszyn i transportu podczas gdy sterowanie są przez ludzi. W badaniach Instytutu Silników Spalinowych i Transportu oraz Zakładu Metrologii i Optoelektroniki z Politechniki Poznańskiej prezentowanych w tym artykule wykorzystano urządzenie MindWave do pomiaru poziomu skupienia podczas jazdy rzeczywistym pojazdem osobowym oraz symulatorem pojazdu osobowego AS firmy AutoSim. Głównym celem badania jest weryfikacja przydatności urządzenia oraz sprawdzenie czy istnieją korelacje w poziomie koncentracji podczas prowadzenia pojazdu osobowego oraz jazdy na symulatorze. 1. WARUNKI BADANIA W badaniu brały udział zaledwie dwie osoby. Ilość uczestników biorących udział w badaniu była spowodowana ograniczonymi kosztami i czasem wymaganym do realizacji pokazowego przykładu. Każda z nich została przebadana dwukrotnie: w warunkach rzeczywistych (podczas prowadzenia samochodu osobowego) oraz w warunkach symulacyjnych (podczas prowadzenia symulatora AS1200-6). Podczas obu badań badanym osobom zamontowano na głowie urządzenie Mindwave, rejestrujące stan skupienia i relaksacji. Jazdę samochodem osobowym zrealizowano w obu przypadkach na ulicach Poznania w podobnych godzinach i w zbliżonym natężeniu ruchu ulicznego. Podobna trasa została odtworzona w warunkach symulacyjnych, szczególnie zadbano, aby ilość manewrów na drodze (zakręt w lewo, 1 Politechnika Poznańska, Wydział Elektryczny, Instytut Elektrotechniki i Elektroniki Przemysłowej; Poznań, ul. Piotrowo 3a marcin.h.jukiewicz@doctorate.put.poznan.pl 2 Politechnika Poznańska, Wydział Maszyn Roboczych i Transportu, Instytut Silników Spalinowych i Transportu; Poznań, ul. Piotrowo 3. Tel: , Fax: , jerzy.merkisz@put.poznan.pl 3 Politechnika Poznańska, Wydział Maszyn Roboczych i Transportu, Instytut Silników Spalinowych i Transportu; Poznań, ul. Piotrowo 3. Tel: , Fax: ; bartosz.w.orszulak@doctorate.put.poznan.pl 655

2 zakręt w prawo, przejazd przez skrzyżowanie) w obu warunkach była taka sama lub zbliżona. Przybliżony czas jednego badania wynosił 20 minut. Kierowcy zostali dobrani tak aby pierwszy kierowca nie znał samochodu, trasy czy też nie miał do czynienia wcześniej z symulatorem pojazdu osobowego. Natomiast drugi znał wszystkie wcześniej wymienione elementy w celu sprawdzenia wpływu elementów nieznanych i znanych czynników na styl jazdy. W odróżnieniu od rzeczywistości względem rzeczywistości wirtualnej pominięto odcinki pokonywania skrzyżowania na wprost. 2. PREZENTACJA WYNIKÓW Na rysunkach 1,2,3,4 przedstawiono zapis poziomu skupienia w kolejnych etapach badania. Dla uzyskania większej przejrzystości przebiegów, został on wygładzony średnią biegnącą (do obliczeń wykorzystano surowe dane). Kolorami oznaczono wykonywane przez badanego manewry: Kolor niebieski zakręt w prawo, Kolor różowy zakręt w lewo, Kolor zielony zatrzymanie przed wykonaniem manewru (np. oczekiwanie na światłach), Kolor czerwony przejazd prosto przez skrzyżowanie, Kolor czarny jazda prosto. Rys. 1. Zapis poziomu skupienia pierwszego badanego w warunkach jazdy rzeczywistej. Rys. 2. Zapis poziomu skupienia drugiego badanego w warunkach jazdy rzeczywistej. 656

3 Rys. 3. Zapis poziomu skupienia pierwszego badanego w warunkach jazdy symulacyjnej. Rys. 4. Zapis poziomu skupienia drugiego badanego w warunkach jazdy symulacyjnej. W poniższych tabelach przedstawiono obliczone średnie wartości skupienia dla obu badanych w obu warunkach badawczych z podziałem na wykonywane manewry. Te same dane zostały zebrane na rysunku 5. Tab. 1. Zestawienie średniej i odchylenia standardowego dla badanego pierwszego w warunkach rzeczywistych Średnie skupienie 48,32 39,04 46,60 44,97 45,93 Odchylenie std 12,58 7,22 16,84 18,38 14,74 Tab. 2. Zestawienie średniej i odchylenia standardowego dla badanego drugiego w warunkach rzeczywistych Średnie skupienie 51,46 61,05 49,02 54,33 52,53 Odchylenie std 21,78 13,38 15,34 15,90 13,00 657

4 Tab. 3. Zestawienie średniej i odchylenia standardowego dla badanego pierwszego w warunkach symulacyjnych Średnie skupienie 37,89 38,03 38,17 40,69 37,62 Odchylenie std 26,22 16,49 19,36 18,65 16,95 Tab. 4. Zestawienie średniej i odchylenia standardowego dla badanego drugiego w warunkach symulacyjnych Średnie skupienie 44,58 30,65 43,45 44,66 46,56 Odchylenie std 20,64 13,48 16,67 19,52 14,13 Rys. 5. Zestawienie średnich wartości poziomu skupienia podczas manewrów. Rys. 5. Zestawienie średnich wartości poziomu skupienia. 658

5 3. ANALIZA WYNIKÓW Badany pierwszy nie miał wcześniej kontaktu zarówno z prowadzonym samochodem jak i z symulatorem. Badany drugi był wcześniej zaznajomiony z samochodem oraz z symulatorem. W związku z tym, autorzy spodziewali się w przypadku drugiego badanego wyższego średniego skupienia podczas obu badań. Wyniki przedstawiono na rys 5. Przewidywania potwierdziły się. Podczas jazdy samochodem średnie skupienie pierwszego badanego wynosiło 46, a drugiego 51. Podczas jazdy na symulatorze średnie skupienie pierwszego badanego wynosiło 39, a drugiego 43. Wyniki szczegółowe, z podziałem na wykonywane manewry, zostały zaprezentowane na rysunku 4. Średnie wyniki uzyskane na symulatorze są nieznacznie niższe (średnio o 25%) niż te uzyskane podczas jazdy samochodem. Najważniejszą częścią badania było stwierdzenie czy istnieje korelacja pomiędzy pomierzonymi wartościami stanu skupienia podczas jazdy samochodem i symulatorem. Do ustalenia czy istnieje ta korelacja autorzy wykorzystali współczynnik korelacji Pearsona. Wyniósł on 0,68 co oznacza wysoką korelację (wg klasyfikacji Guilforda). WNIOSKI Przedstawione badanie miało na celu zaprezentowanie przykładowej próby badawczej związanej z odczytywaniem wskaźnika koncentracji w warunkach rzeczywistych oraz wirtualnych. Istotnym zagadaniem było sprawdzenie czy istnieje korelacja lub podobieństwo pomiędzy otrzymywanymi współczynnikami w zależności od uwarunkowań jakimi były: środek transportu, znajomość pojazdu i trasy. Próbę zrealizowano na niereprezentatywnej grupie badawczej z powodów finansowych oraz czasowych. Otrzymane wyniki z prób badawczych potwierdziły przypuszczenia autorów odnośnie podobieństw poziomów wskaźnika korelacji. Nie odnotowano zdecydowanych różnic pomiędzy przejazdem rzeczywistym i wirtualnym. Różnica pomiędzy średnimi poziomami skupienia wynosiła jedynie około 25%. Ustalono że istnieje korelacja, współczynnik Pearsona wyniósł 0,68. Autorzy zdają sobie sprawę z ułomności prezentowanego badania, ale stanowi to przykład próby badawczej. W przypadku możliwości dalszej kontynuacji badań, grupa badanych zostanie powiększona oraz zostanie poszerzone spektrum obserwowanych wskaźników o relaksację i inne znaczące elementy dla kierujących pojazdami. Streszczenie Artykuł pod tytułem Analiza stanu psychofizycznego kierowcy w warunkach rzeczywistych i symulacyjnych prezentuje badania z zakresu pomiarów współczynnika koncentracji w trakcie prowadzenia pojazdu osobowego. Próba była realizowana w warunkach rzeczywistych na terenie miasta Poznania oraz w zbliżonych warunkach symulacyjnych na symulatorze AS znajdującej się w Instytucie Silników Spalinowych i Transportu Politechniki Poznańskiej. Główny założeniem badania było sprawdzenie czy istnieje korelacja pomiędzy rzeczywistą, a wirtualną jazdą pojazdem osobowym. Wykorzystano do tego pomiar wskaźnika koncentracji za pomocą urządzenia MindWave. Badanie było realizowane w podobnych natężeniach ruchów ulicznych przy wykorzystywaniu różnych typów dróg (głównie miastowe, osiedlowe oraz szybkiego ruch). W artykule zaprezentowano wyniki poszczególnych pomiarów oraz zestawienia średnich wskaźników koncentracji dla danego typu manewrów pojazdem osobowym. W badaniu wzięły udział dwie osoby, z czego jedna nie miała wcześniej do czynienia z danym pojazdem osobowym, symulatorem oraz realizowaną trasą. 659

6 The analysis of driver's psychophysical state in real and simulated conditions Abstract The article on the analysis of the drivers psychophysical state in real and simulated conditions presents research in the area of the attention level during driving a car. The study was conducted in real conditions in Poznań and in artificial conditions simulating real driving on the AS simulator in the Institute of Combustion Engines and Transport at Poznań University of Technology. The main goal was to verify whether there is a correlation between real and simulated driving using the attention levels obtained from MindWave device. The study was conducted in similar traffic intensity on different types of roads (mainly urban, suburban and a freeway). In the article the results of every measurement is presented along with the comparison of the attention level means of every type of maneuver using a passenger car. Two persons took part in the trial among which only one person did not have any previous interactions with neither this particular type of car nor the simulator nor the road. BIBLIOGRAFIA 1. Abou-Khalil, Bassel. Atlas EEG i semiologii napadów padaczkowych. Elsevier Urban & Partner, Augustyna S., Żywotność lotniczego systemu antropotechnicznego. WWL, Warszawa Crowley, Katie. Evaluating a Brain-Computer Interface to Categorise Human Emotional Response. ICALT Jukiewicz M., Merkisz J., Orszulak B., Wykorzystanie urządzenia Mindwave do biopomiarów w pracy badawczej związanej z symulatorem pojazdu osobowego. Logistyka 3/ Lee, K. Evaluation of Attention and Relaxation Levels of Archers in Shooting Process using Brain Wave Signal Analysis Algorithms. 감성과학, 12(3), Lewitowicz J., Podstawy eksploatacji statków powietrznych. Wydawnictwo Instytutu Technicznego Wojsk Lotniczych, Warszawa Lozia Z., Symulator jazdy samochodem. WKŁ, Warszawa Patsis, G., Sahli, H., Verhelst, W., De Troyer, O. Evaluation of attention levels in a tetris game using a brain computer interface. In User Modeling, Adaptation, and Personalization. Springer Berlin Heidelberg Quigg, Mark. EEG w praktyce klinicznej. Ed. Joanna Jędrzejczak. Elsevier Urban & Partner, Rebolledo-Mendez, G., Dunwell, I., Martínez-Mirón, E. A., Vargas-Cerdán, M. D., De Freitas, S., Liarokapis, F., García-Gaona, A. R. Assessing neurosky s usability to detect attention levels in an assessment exercise. In Human-Computer Interaction. New Trends. Springer Berlin Heidelberg Rowan, A. J., and E. Tolunsky, Podstawy EEG z miniatlasem. Wydanie I polskie. Sobieszek A.[red.], Urban & Partner, Wrocław Szczepański C., Antropocentryczne systemy sterowania ruchem symulatorów. Wydawnictwo Instytutu Technicznego Wojsk Lotniczych, Warszawa