一种基于多源生理信号的列车座椅舒适性评价方法及系统技术方案

本发明专利技术属于列车座椅调整信息处理技术领域，公开了一种基于多源生理信号的列车座椅舒适性评价方法及系统，结合被试本人的生理信号数据以及主观评价量表，将主流的主观评价法与基于生理信号的客观评价法结合起来，建立适用于群体的列车座椅舒适性数据库，并通过选用LightGBM梯度提升树这一具有快速的，分布式的，高性能的多种特性的机器学习建模方法，建立列车座椅舒适性评价模型。本发明专利技术通过将测试人员生理信号数据导入已建立的列车座椅舒适性评价模型，得到舒适性评价结果；利用本发明专利技术有效减少评价人员主观性带来的评价偏差，同时避免了直接客观分析法导致的不合理性，大大提升了列车座椅的舒适性评价准确性与可行性。

An evaluation method and system of train seat comfort based on multi-source physiological signals

The invention belongs to the technical field of train seat adjustment information processing, and discloses a train seat comfort evaluation method and system based on multi-source physiological signals. Combined with the physiological signal data of the subject and the subjective evaluation scale, the mainstream subjective evaluation method and the objective evaluation method based on physiological signals are combined to establish a train seat comfort database suitable for the group And through the selection of lightgbm gradient lifting tree, a machine learning modeling method with fast, distributed and high-performance characteristics, the evaluation model of train seat comfort is established. The invention obtains the comfort evaluation result by importing the physiological signal data of the tester into the established comfort evaluation model of the train seat; effectively reduces the evaluation deviation caused by the subjectivity of the evaluator, avoids the irrationality caused by the direct objective analysis method, and greatly improves the accuracy and feasibility of the comfort evaluation of the train seat.

【技术实现步骤摘要】
一种基于多源生理信号的列车座椅舒适性评价方法及系统
本专利技术属于列车座椅调整
，尤其涉及一种基于多源生理信号的列车座椅舒适性评价方法及系统。
技术介绍
目前，最接近的现有技术：提升列车座椅舒适性,首先需要对列车座椅舒适性进行评价。现有技术中，评价列车座椅舒适性的方法主要分为主观评价法和客观评价法。主观评价法，也称心理评价法，是让被试者根据自己的舒适程度感受，采用量表或问卷的形式打分或描述，最后通过数学统计分析得出舒适度评价。但该方法操作过程中也存在一些问题。量表及问卷如果考虑不周或者不完整，对评测结果影响较大，虽然可采用自由叙述的方式，但数据处理需要时间，且难定量分析。另外被试群体的体征及理解尺度有所不同，在评价过程中需考个体差异的问题。客观评价法也称生理评价法、物理评价法。该方法是借助外部设备测量被试者相应身体部位的生理指标及物理指标，通过分析可间接的、客观的反应出舒适度情况。缺点在于无法准确将数据对应到相应的舒适程度。综上所述，现有技术存在的问题是：(1)目前座椅舒适性在汽车领域和航空领域已有一定研究成果，而列车座椅舒适性研究较少，相较汽车和航空，列车座椅有着其独有特点，现有技术没有一套科学可行的方法和装置对列车座椅舒适性进行评估。(2)现有座椅评估技术通过分析座椅振动响应，表面压力分布等座椅外在可测数据，对座椅舒适性进行评价。而座椅的不适感本质上就是乘坐座椅对乘坐者生理心理产生的影响，现有技术无法辨识这些生理心理表征。(3)现有技术对于座椅舒适度评级主要是依据已有标准或者通过逻辑回归、线性回归模型等统计学模型对主观评价和客观所测数据进行模型拟合。而人体实际生理心理表征复杂，脑电、心电、肌电可提取特征众多，现有技术中统计学模型无法准确体现人体响应和主观舒适度评分间映射关系。解决上述技术问题的难度：通过模拟测试平台，精准复现列车运行复杂环境；通过可穿戴非侵入式设备，获取被试在待测座椅上人体表征数据。通过问卷调查，获取被试主观舒适性评价；通过特征工程，数据处理手段进行数据预处理后，采用人工智能非线性建模方法建立稳定、准确的列车座椅舒适性评价模型。解决上述技术问题的意义：提出一套运用人体生理心理表征作为评判依据的列车座椅舒适性评价方法。准确辨识列车座椅不适对乘员产生的影响，对列车座椅优化提供参考评价指标。
技术实现思路
针对现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种基于多源生理信号的列车座椅舒适性评价方法及系统。本专利技术是这样实现的，一种基于多源生理信号的列车座椅舒适性评价方法，包括以下步骤：步骤一，结合被试用户的生理信号数据以及主观评价量表，建立适用于群体的列车座椅舒适性数据库。数据库由参加实验的全部被试的多源生理信号数据和相应主观舒适性评价得分组成。步骤二，并通过选用LightGBM梯度提升树机器学习建模方法，建立列车座椅舒适性评价模型。具体模型是一套列车座椅舒适性评估模型，输入是脑电、心电、肌电多源生理信号，得到列车座椅舒适性评价。步骤三，将被试用户的生理信号数据导入已建立的列车座椅舒适性评价模型，得到舒适性信息分析结果。其中，通过测得的生理信号数据，得到舒适性评价结果(分值)。进一步，步骤一建立适用于群体的列车座椅舒适性数据库前，需进行：第一步，列车座椅安装调整，在测试平台上安装待评价列车座椅座椅，依据入座待评价列车座椅的被试的体征，调整待评价列车座椅的方位、姿态。第二步，多导仪安装，在被试用户身上安置脑电、心电、肌电电极，安装生物多导记录仪。第三步，数据采集，调整被试姿态，并获取被试在乘坐过程中的生理信号数据，并进行后处理提取特征。第四步，主观评价及标签标注，利用被试用户的列车座椅舒适性评价量表，得到主观评价分数。对经过预处理、特征提取后的生理信号数据集标注标签。进一步，第一步中，将待评价列车座椅安装至测试平台，按照实际车厢内布置进行放置，并根据待测用户体征调节列车座椅方位、姿态。根据实际列车车厢内空间布置进行不同列车座椅的安置，测试平台配置六自由度液压振动装置，导入实测列车振动载荷频谱，进行模拟实际列车运行中振动。调整的列车座椅姿态为待评价座椅角度，座椅方位根据实际情况调整。列车驾驶员座椅还调整待评价座椅前后位置、左右位置及上下位置。进一步，第二步中，在模拟平台旁上安装生物多导仪，并安置脑电、心电、肌电电极。进一步，第三步中，通过安装的电极及生物多导记录仪，测得相应体征被试脑电、心电、肌电生理信号数据。生理信号数据直接通过生物多导记录仪导入计算机，脑电信号通过小波包分解，得到节律波，分别对节律波进行能量及复杂度提取。对心电信号提取心率及心电变异率特征。对肌电信号提取平均振幅、肌电积分值和均方根值并通过相关分析软件及信号处理程序进行后处理。并滤除获取的生理信号数据中的异常生理信号数据。进一步，脑电数据包括：脑电各节律波功率谱能量、香农熵、样本熵、近似熵。脑电节律波数据包括：0.5–4Hzdelta波、4–7Hztheta波、8–13Hzalpha波、14–30Hzbeta波以及30Hz～100Hzgamma波。心电数据包括：心率和心率变异性数据。肌电数据包括：颈部和腰部肌肉的平均振幅、肌电积分值和均方根值。进一步，步骤二具体包括：基于适合人群的列车座椅舒适性数据库，运用LightGBM梯度提升树算法，从数据库选取大量数据作为训练集进行列车座椅舒适性评价模型的训练，并利用剩余数据进行模型的验证。列车座椅舒适性评价模型中，体征和生理信号为模型的输入，输出为列车座椅舒适性评价结果。本专利技术的另一目的在于提供一种实施所述基于多源生理信号的列车座椅舒适性评价方法的基于多源生理信号的列车座椅舒适性评价系统。本专利技术的另一目的在于提供一种实现所述基于多源生理信号的列车座椅舒适性评价方法的信息数据处理终端。本专利技术的另一目的在于提供一种计算机可读存储介质，包括指令，当其在计算机上运行时，使得计算机执行所述的基于多源生理信号的列车座椅舒适性评价方法。综上所述，本专利技术的优点及积极效果为：本专利技术对座椅舒适性评估方法，客观指标的选取上，国内外学者大多均集中于体压分布研究，该方法通过分析坐垫对人体支撑面的接触应力的分布，对座椅舒适性进行评价。对座椅的设计具有一定的指导意义，但是，体压分布本质上仍然将研究重点放在座椅本身上，而舒适性作为人因工程领域的重要研究方向，应以“以人为本”作为指导方针。随着生物医学工程学科的不断发展，轻便、准确、无损的生物多导记录仪已经在各个领域得到广泛应用，我们选取与主观情绪相关的脑电、人体供血相关的心电以及反映肌肉疲劳的肌电信号，作为客观评价指标，结合主观评价分值，提出一种新的列车座椅舒适性评估方法。本专利技术结合被试本人的生理信号数据以及主观评价量表，将主流的主观评价法与基于生理信号的客观评价法结合起来，建立适用于群体的列车座椅舒适性数据库，并通过选用LightGBM梯度提升树这一本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于多源生理信号的列车座椅舒适性评价方法，其特征在于，所述基于多源生理信号的列车座椅舒适性评价方法包括以下步骤：/n步骤一，结合被试用户的生理信号数据以及主观评价量表，建立适用于群体的列车座椅舒适性数据库；/n步骤二，并通过选用LightGBM梯度提升树机器学习建模方法，建立列车座椅舒适性评价模型；/n步骤三，将被试用户的生理信号数据导入已建立的列车座椅舒适性评价模型，得到舒适性评价结果。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于多源生理信号的列车座椅舒适性评价方法，其特征在于，所述基于多源生理信号的列车座椅舒适性评价方法包括以下步骤：
步骤一，结合被试用户的生理信号数据以及主观评价量表，建立适用于群体的列车座椅舒适性数据库；
步骤二，并通过选用LightGBM梯度提升树机器学习建模方法，建立列车座椅舒适性评价模型；
步骤三，将被试用户的生理信号数据导入已建立的列车座椅舒适性评价模型，得到舒适性评价结果。


2.如权利要求1所述的基于多源生理信号的列车座椅舒适性评价方法，其特征在于，步骤一建立适用于群体的列车座椅舒适性数据库前，需进行：
第一步，列车座椅安装调整，在测试平台上安装待评价列车座椅座椅，依据入座待评价列车座椅的被试的体征，调整待评价列车座椅的方位、姿态；
第二步，多导仪安装，在被试用户身上安置脑电、心电、肌电电极，安装生物多导记录仪；
第三步，数据采集，调整被试姿态，并获取被试在乘坐过程中的生理信号数据，并进行后处理提取特征。
第四步，主观评价及标签标注，利用被试用户的列车座椅舒适性评价量表，得到主观评价分数；对经过预处理、特征提取后的生理信号数据集标注标签。


3.如权利要求2所述的基于多源生理信号的列车座椅舒适性评价方法，其特征在于，第一步中，将待评价列车座椅安装至测试平台，按照实际车厢内布置进行放置，并根据待测用户体征调节列车座椅方位、姿态；根据实际列车车厢内空间布置进行不同列车座椅的安置，测试平台配置六自由度液压振动装置，导入实测列车振动载荷频谱，进行模拟实际列车运行中振动；调整的列车座椅姿态为待评价座椅角度，座椅方位根据实际情况调整；列车驾驶员座椅还调整待评价座椅前后位置、左右位置及上下位置。


4.如权利要求2所述的基于多源生理信号的列车座椅舒适性评价方法，其特征在于，第二步中，在模拟平台旁上安装生物多导仪，并安置脑电、心电、肌电电极。


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【专利技术属性】
技术研发人员：彭勇，范超杰，姚松，王田天，汪馗，李佳豪，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43