一种基于脑电信号的水下作业人员疲劳调节方法及系统技术方案

本发明专利技术基于脑电信号的水下作业人员疲劳调节方法及系统：S1、采集水下作业人员的人脑视觉区和听觉区中每个采集点对应的N个采集周期的脑电信号；S2、对第i个采集点对应的每个采集周期的脑电信号进行信号质量评估，质量合格则保留；S3、判断第i个采集点对应保留的采集周期M是否满足条件，若否进入S4，若是进入S5；S4、采集第i个采集点对应2(L

【技术实现步骤摘要】
一种基于脑电信号的水下作业人员疲劳调节方法及系统


[0001]本专利技术涉及疲劳检测
，特别是涉及一种基于脑电信号的水下作业人员疲劳调节方法及系统。

技术介绍

[0002]脑电(Electroencephalograph,简称EEG)信号作为对人体大脑的探索信息来源，可以反映人的疲劳状态，所以现有一般通过脑电信号对人的疲劳状态进行检测。脑电信号作为一种生物电信号，一般可以通过头戴式脑电设备获得脑电信号，因此脑电信号可以作为脑
‑
机接口与头戴式脑电设备进行信息交互。
[0003]深海密闭舱舱室环境差，水下作业人员长时间处于该环境中，容易影响其身心健康和作业能力，导致出现疲劳状态，为了提高水下作业人员的作业能力，需要对水下作业人员进行疲劳检测和疲劳调节。基于此，本专利技术设计了对水下作业人员进行疲劳检测和疲劳调节的技术方案。由于脑电信号的无规则和非稳定性，且较心电信号、肌电信号等更加微弱，因此脑电信号存在信号质量问题。因此，脑电信号的信号质量决定着水下作业人员疲劳检测和疲劳调节的准确度。

技术实现思路

[0004]本专利技术针对现有技术存在的问题和不足，提供一种基于脑电信号的水下作业人员疲劳调节方法及系统。
[0005]本专利技术是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：
[0006]本专利技术提供一种基于脑电信号的水下作业人员疲劳调节方法，其特点在于，其包括以下步骤：
[0007]S1、根据大脑功能分区采集某一水下作业人员的人脑视觉区P个采集点和听觉区Q个采集点中每个采集点对应的N个采集周期的脑电信号，P、Q和N均为正整数；
[0008]S2、对第i个采集点对应的每个采集周期的脑电信号进行信号质量评估，评估结果为第i个采集点对应的该采集周期的脑电信号的信号质量合格，则保留第i个采集点对应的该采集周期的脑电信号，否则丢弃第i个采集点对应的该采集周期的脑电信号，i为正整数，1≤i≤(P+Q)，i初始值为1；
[0009]S3、判断第i个采集点对应的保留下来的脑电信号的采集周期数量M是否满足条件L≤M≤N，若否则进入步骤S4，若是则进入步骤S5，L和M均为正整数；
[0010]S4、再次采集第i个采集点对应的2*(L
‑
M)个采集周期的脑电信号，重复执行步骤S2
‑
S3；
[0011]S5、判断i是否达到(P+Q)，若否则进入步骤S6，若是则进入步骤S7；
[0012]S6、i＝i+1，重复执行步骤S2
‑
S3；
[0013]S7、对该水下作业人员每个采集点的M个采集周期的脑电信号进行预处理操作；
[0014]S8、对该水下作业人员每个采集点的M个采集周期的预处理后脑电信号进行特征
提取，以获得每个采集点的脑电信号特征，脑电信号特征包括脑电时域特征、脑电频域特征和脑电时频特征；
[0015]S9、计算该水下作业人员每个采集点的脑电信号特征中各子特征值与无疲劳集合中对应的基准子特征值的相似值；
[0016]S10、统计该些相似值的累加和是否达到一设定阈值，若是则进入步骤S11，若否则进入步骤S12；
[0017]S11、确定水下工作人员处于无疲劳状态；
[0018]S12、确定水下工作人员处于疲劳状态，播放疲劳状态对应的刺激音频以调节该水下作业人员的疲劳状态。
[0019]较佳地，在步骤S12中，确定该水下作业人员处于疲劳状态后，计算该水下作业人员每个采集点的脑电信号特征中各子特征值与疲劳集合中各个程度等级疲劳子集合中对应的基准子特征值的相似值；
[0020]统计各个程度等级疲劳子集合下对应的相似值的累加和，从该些累加和中选出累加和数值最大值对应的程度等级疲劳作为该水下作业人员的疲劳等级，播放该疲劳等级对应的刺激音频以调节该水下作业人员的疲劳状态，疲劳等级包括轻度疲劳等级、中度疲劳等级、重度疲劳等级和严重疲劳等级。
[0021]较佳地，在该水下作业人员的疲劳等级为轻度疲劳等级时仅播放轻度疲劳等级对应的刺激音频，在该水下作业人员的疲劳等级为中度疲劳等级时播放中度疲劳等级对应的刺激音频并发出疲劳等级已达中度疲劳等级、注意休息的提醒信息，在该水下作业人员的疲劳等级为重度疲劳等级时播放重度疲劳等级对应的刺激音频并发出疲劳等级已达重度疲劳、必须休息的警示信息，在该水下作业人员的疲劳等级为严重疲劳等级时播放严重疲劳等级对应的刺激音频并发出疲劳等级已达严重疲劳必须休息的警示信息并同时发送信息给相关人员。
[0022]较佳地，在步骤S7中，对该水下作业人员每个采集点的M个采集周期的脑电信号进行带通滤波和陷波滤波，对每个采集点的M个采集周期的滤波后的脑电信号数据分别减去一个该水下工作人员处于静息态时对应的采集点的脑电信号数据均值，对每个采集点的M个采集周期的减均值后的脑电信号进行伪迹去除以去除脑电信号中的眼动伪影和肌电噪声。
[0023]较佳地，在步骤S2中，对第i个采集点对应的每个采集周期的脑电信号通过信噪比来进行信号质量评估。
[0024]本专利技术还提供一种基于脑电信号的水下作业人员疲劳调节系统，其特点在于，其包括第一采集模块、质量评估模块、第一判断模块、第二采集模块、第二判断模块、赋予模块、预处理模块、特征提取模块、计算模块、统计判定模块、确定模块和确定播放模块；
[0025]所述第一采集模块用于根据大脑功能分区采集某一水下作业人员的人脑视觉区P个采集点和听觉区Q个采集点中每个采集点对应的N个采集周期的脑电信号，P、Q和N均为正整数；
[0026]所述质量评估模块用于对第i个采集点对应的每个采集周期的脑电信号进行信号质量评估，评估结果为第i个采集点对应的该采集周期的脑电信号的信号质量合格，则保留第i个采集点对应的该采集周期的脑电信号，否则丢弃第i个采集点对应的该采集周期的脑
电信号，i为正整数，1≤i≤(P+Q)，i初始值为1；
[0027]所述第一判断模块用于判断第i个采集点对应的保留下来的脑电信号的采集周期数量M是否满足条件L≤M≤N，在为否时则调用第二采集模块，在为是时则调用第二判断模块，L和M均为正整数；
[0028]所述第二采集模块用于采集第i个采集点对应的2*(L
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M)个采集周期的脑电信号，重复执行质量评估模块和第一判断模块；
[0029]所述第二判断模块用于判断i是否达到(P+Q)，在为否时则调用赋予模块，在为是时则调用预处理模块；
[0030]所述赋予模块用于赋予i＝i+1，重复执行质量评估模块；
[0031]所述预处理模块用于对该水下作业人员每个采集点的M个采集周期的脑电信号进行预处理操作；
[0032]所述特征提取模块用于对该水下作业人员每个采集点的M个采集周期的预处理后脑电信号进行特征提取，以获得每个采集点的脑电信号特征，脑电信号特征包括脑电时域特征、脑电频域特征和脑电时频特征；
[0033]所述计算模块用于本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于脑电信号的水下作业人员疲劳调节方法，其特征在于，其包括以下步骤：S1、根据大脑功能分区采集某一水下作业人员的人脑视觉区P个采集点和听觉区Q个采集点中每个采集点对应的N个采集周期的脑电信号，P、Q和N均为正整数；S2、对第i个采集点对应的每个采集周期的脑电信号进行信号质量评估，评估结果为第i个采集点对应的该采集周期的脑电信号的信号质量合格，则保留第i个采集点对应的该采集周期的脑电信号，否则丢弃第i个采集点对应的该采集周期的脑电信号，i为正整数，1≤i≤(P+Q)，i初始值为1；S3、判断第i个采集点对应的保留下来的脑电信号的采集周期数量M是否满足条件L≤M≤N，若否则进入步骤S4，若是则进入步骤S5，L和M均为正整数；S4、再次采集第i个采集点对应的2*(L
‑
M)个采集周期的脑电信号，重复执行步骤S2
‑
S3；S5、判断i是否达到(P+Q)，若否则进入步骤S6，若是则进入步骤S7；S6、i＝i+1，重复执行步骤S2
‑
S3；S7、对该水下作业人员每个采集点的M个采集周期的脑电信号进行预处理操作；S8、对该水下作业人员每个采集点的M个采集周期的预处理后脑电信号进行特征提取，以获得每个采集点的脑电信号特征，脑电信号特征包括脑电时域特征、脑电频域特征和脑电时频特征；S9、计算该水下作业人员每个采集点的脑电信号特征中各子特征值与无疲劳集合中对应的基准子特征值的相似值；S10、统计该些相似值的累加和是否达到一设定阈值，若是则进入步骤S11，若否则进入步骤S12；S11、确定水下工作人员处于无疲劳状态；S12、确定水下工作人员处于疲劳状态，播放疲劳状态对应的刺激音频以调节该水下作业人员的疲劳状态。2.如权利要求1所述的基于脑电信号的水下作业人员疲劳调节方法，其特征在于，在步骤S12中，确定该水下作业人员处于疲劳状态后，计算该水下作业人员每个采集点的脑电信号特征中各子特征值与疲劳集合中各个程度等级疲劳子集合中对应的基准子特征值的相似值；统计各个程度等级疲劳子集合下对应的相似值的累加和，从该些累加和中选出累加和数值最大值对应的程度等级疲劳作为该水下作业人员的疲劳等级，播放该疲劳等级对应的刺激音频以调节该水下作业人员的疲劳状态，疲劳等级包括轻度疲劳等级、中度疲劳等级、重度疲劳等级和严重疲劳等级。3.如权利要求2所述的基于脑电信号的水下作业人员疲劳调节方法，其特征在于，在该水下作业人员的疲劳等级为轻度疲劳等级时仅播放轻度疲劳等级对应的刺激音频，在该水下作业人员的疲劳等级为中度疲劳等级时播放中度疲劳等级对应的刺激音频并发出疲劳等级已达中度疲劳等级、注意休息的提醒信息，在该水下作业人员的疲劳等级为重度疲劳等级时播放重度疲劳等级对应的刺激音频并发出疲劳等级已达重度疲劳、必须休息的警示信息，在该水下作业人员的疲劳等级为严重疲劳等级时播放严重疲劳等级对应的刺激音频并发出疲劳等级已达严重疲劳必须休息的警示信息并同时发送信息给相关人员。
4.如权利要求1所述的基于脑电信号的水下作业人员疲劳调节方法，其特征在于，在步骤S7中，对该水下作业人员每个采集点的M个采集周期的脑电信号进行带通滤波和陷波滤波，对每个采集点的M个采集周期的滤波后的脑电信号数据分别减去一个该水下工作人员处于静息态时对应的采集点的脑电信号数据均值，对每个采集点的M个采集周期的减均值后的脑电信号进行伪迹去除以去除脑电信号中的眼动伪影和肌电噪声。5.如权利要求1所述的基于脑电信号的水下作业人员疲劳调节方法，其特征在于，在步骤S2中，对第i个采集点对应的每个采集周期的脑电信号通过信噪比来进行信号质量评估。6.一种基于脑电信号的水下作业人员疲劳调节系统，其特征在于，其包括第一采集模块、质量评估模块、第一判断模块、第二采集模块、第二判断模块、赋予模块、预处理模块、特征提取...

【专利技术属性】
技术研发人员：包晓辰，王楠，方以群，马骏，许骥，袁恒荣，张亚楠，
申请(专利权)人：中国人民解放军海军特色医学中心，
类型：发明
国别省市：