基于多模态生理数据的乘员舒适性评价系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及列车乘员舒适性检测技术领域，具体为基于多模态生理数据的乘员舒适性评价系统，包括人体生理反馈采集系统，所述人体生理反馈采集系统由脑电采集模块、心电采集模块、肌电采集模块、皮电采集模块、眼动采集模块和肤温采集模块组成。本发明专利技术方案中采用人体心理表征采集系统、人体物理响应采集系统和人体生理反馈系统收集乘坐试验中被试对象的生理、心理和物理参数，从而针对不同年龄、性别等的人群建立起考虑人群差异性的评价方法，而且本发明专利技术方案中采用神经网络融合不同模态的特征，解决了多模态信息的量纲不匹配、尺度差异等问题，保证乘员生理反馈参数、物理响应参数及心里表征参数均对评价模型的构建做出贡献。里表征参数均对评价模型的构建做出贡献。里表征参数均对评价模型的构建做出贡献。

【技术实现步骤摘要】
基于多模态生理数据的乘员舒适性评价系统及方法


[0001]本专利技术涉及列车乘员舒适性检测
，具体为基于多模态生理数据的乘员舒适性评价系统及方法。

技术介绍

[0002]随着我国经济的高速发展，为了满足我国日益增长的出行需求，我国的轨道交通路网不断地扩大完善。但是我国幅员辽阔，地貌多样，因此轨道交通运营面临着高寒、高海拔、低热、低气压、隧道密集、峡谷风等恶劣环境的挑战，由此引发的车体纵向冲击率、风环境下的气动效应和交变气压冲击等现象会诱使人体心理、生理、物理性多态不良反应，严重影响乘员舒适性。
[0003]但是舒适性是一种非常难以量化的主观体验，舒适性容易受到诸多生理因素、心理因素甚至外界环境隐私的影响。根据不适感的来源，列车乘坐舒适性又可以分为静态舒适性、振动舒适性、噪声舒适合和热舒适性。静态舒适性主要是指没有外界激励的情况下舒适度感受，体现的是以座椅为主的车辆部件本身结构、材料、尺寸、外观等因素的作用；振动舒适性是指在有外界振动、倾斜等工况下的舒适度感受，体现的是座椅，悬架自身减震特性的好坏；噪声舒适性是指车外环境、车辆自身部件产生的噪声传递至车内，对车内乘员舒适性的影响；热舒适性是指车内的空气温度、相对湿度、气流速度和平均辐射温度等环境因素下，乘员的热舒适响应与热感觉评价。
[0004]目前列车乘坐舒适性以既有标准为主要评价指标，对振动幅值、频率、噪声分贝、温度、湿度等参数为主的车内环境参数进行测量计算，评价乘坐舒适性。标准间相互独立，孤立评价静态舒适性、振动舒适性、噪声舒适性、热舒适性。且未能充分考虑人体差异性、环境因素耦合效应、气候差异性等复杂因素，因此所得出的评价结果并不精确。
[0005]如果专利技术一种能够对乘客乘车舒适性进行多方位精准检测评价的系统和方法就能够有效的解决此类问题，为此我们提供了一种基于多模态生理数据的乘员舒适性评价系统及方法。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供基于多模态生理数据的乘员舒适性评价系统及方法，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。
[0007]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：基于多模态生理数据的乘员舒适性评价系统，包括：人体生理反馈采集系统，所述人体生理反馈采集系统由脑电采集模块、心电采集模块、肌电采集模块、皮电采集模块、眼动采集模块和肤温采集模块组成；人体物理响应采集系统，所述人体物理响应采集系统由全身振动采集模块、手传振动采集模块和压力分布采集模块组成；人体心理表征采集系统，所述人体心理表征采集系统通过预设有调查问卷的人机
交互终端采集乘客主观感受；数据处理终端，用于接收来自人体生理反馈采集系统、人体物理响应采集系统和人体心理表征采集系统所收集到的数据，并根据收集到的数据采用神经网络方法分析建立融合生理
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物理多源信息的乘客舒适度评价模型。
[0008]优选的， 所述脑电采集模块采用干电极脑电帽作为采集器并设置于乘客头部，所述心电采集模块、肌电采集模块和皮电采集模块均采用氯化银贴片电极作为采集器并设置在乘客胸部、斜方肌、竖脊肌和手指处，所述眼动采集模块采用眼动仪作为采集器并设置于乘客眼部位置，所述肤温采集模块采用纽扣式测温传感器作为采集器并设置于乘客手腕、前额和胸口处，所述脑电采集模块、心电采集模块、肌电采集模块、皮电采集模块、眼动采集模块和肤温采集模块分别采用对应的放大器和数采系统采集数据后再将数据通过数据转换盒同步至数据处理终端。
[0009]优选的，所述全身振动采集模块采用两块垫式振动传感器作为采集装置并布置在座椅臀部和背部对应区域，所述手传振动采集模块采用环式传感器作为采集装置并设置在乘客的手部，所述压力分布采集模块采用两块柔性压力分布采集垫作为采集装置并设置在座椅坐垫和靠背处，所述全身振动采集模块、手传振动采集模块和压力分布采集模块分别对应的放大器和数采系统采集数据后再将数据通过数据转换盒同步至数据处理终端。优选的，所述人机交互终端滑动安装在安装架内，且安装架上一体成型有配合转动座，所述配合转动座上转动安装有前置连接板，且前置连接板上固定安装有用于驱动安装架的调整电机，所述前置连接板上通过挤压弹簧驱动有与配合转动座通过摩擦固定的限位片，且前置连接板上铰接安装有后置连接板，所述后置连接板上通过铰接安装的伸缩推杆与前置连接板电性连接，且后置连接板的下端转动安装有底部连接座，所述底部连接座与后置连接板之间通过调整旋钮调整安装角度，且底部连接座通过伸缩支架安装在转动架上，且转动架的底部通过阻尼转轴转动安装在调整杆上，所述调整杆滑动安装在滑块内，且滑块滑动安装在底座内，所述底座通过可压缩的弹片与滑块上的齿条配合从而使滑块能够在受力后滑动，且滑块通过可压缩的弹片配合与调整杆上的齿条配合从而使调整杆能够在受力后滑动，所述安装架上固定安装有倾角检测传感器，且倾角检测传感器、调整电机和伸缩推杆均与人机交互终端电性连接，所述人机交互终端上设置有用于与数据处理终端进行通讯的通讯模块。优选的，所述安装架上固定安装有用于放置外置平板设备或者手机设备的手机支架，且安装架的底部设置有充电接口优选的，所述伸缩支架包括与底部连接座固定安装的滑动杆，且滑动杆的底部套设有滑动套杆，所述滑动套杆的底部与转动架固定安装，且滑动杆上呈等距设置有至少三个限位孔，所述滑动套杆上固定安装有导向筒，且导向筒内通过弹簧挤压安装有与限位孔配合限位的限位块。
[0010]优选的，所述安装架和前置连接板之间设置有扭簧，所述后置连接板上转动安装有用于方便安装架沿着前方座椅后背进行升降的滑轮。
[0011]优选的，所述人机交互终端为平板电脑，且数据处理终端为工控机或者微机，所述调整电机为步进电机，且伸缩推杆为滚珠丝杆式电动推杆。
[0012]基于多模态生理数据的乘员舒适性评价系统的使用方法，包括以下步骤：
S1.系统布置：将本专利技术提出的基于多模态生理数据的乘员舒适性评价系统布置在待测车厢，检查各系统各模块运行状态，检查数据传输功能是否正常；S2.人员登记：招募具有代表性的被试群体人口统计学特征和其他参数符合乘员数据统计，告知实验目的、实验准则，填写知情同意书，登记等待测试者的年龄、身高、性别、经常居所所在气候环境、乘客健康状况、乘客是否晕车、乘客是否贫血和乘客视力状况，并进行编号，然后按照编号对各位乘客进行测试；S3.设备佩戴：帮助乘客将脑电采集模块、心电采集模块、肌电采集模块、皮电采集模块、眼动采集模块和肤温采集模块上的检测终端正确的佩戴在乘客的响应位置，然后将全身振动采集模块、压力分布采集模块和手传振动采集模块上的检测终端调整至正确的位置，随后打开人机交互终端，并导入预先设置好的问卷，根据乘客的身高、视力的不同调整人机交互终端的位置，确认乘客可以清楚的看清问卷内的文字与图片；S4.数据收集：再次检测数据采集功能是否正常，及时处理修正采集数据明显超出正常范围的故障，然后发动车辆，在不同试验路段对乘客进行分路段测量，并要求乘客定期填写人机交互终端上的问卷；S5.数据处理：将采集到的脑电、心电、皮电、肌电、眼动、肤温、全本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于多模态生理数据的乘员舒适性评价系统，其特征在于，包括：人体生理反馈采集系统（39），所述人体生理反馈采集系统（39）由脑电采集模块（1）、心电采集模块（2）、肌电采集模块（3）、皮电采集模块（4）、眼动采集模块（5）和肤温采集模块（6）组成；人体物理响应采集系统（40），所述人体物理响应采集系统（40）由全身振动采集模块（7）、手传振动采集模块（9）和压力分布采集模块（8）组成；人体心理表征采集系统（41），所述人体心理表征采集系统（41）通过预设有调查问卷的人机交互终端（18）采集乘客主观感受；数据处理终端（38），用于接收来自人体生理反馈采集系统（39）、人体物理响应采集系统（40）和人体心理表征采集系统（41）所收集到的数据，并根据收集到的数据采用神经网络方法分析建立融合生理
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物理多源信息的乘客舒适度评价模型。2.根据权利要求1所述的基于多模态生理数据的乘员舒适性评价系统，其特征在于：所述脑电采集模块（1）采用干电极脑电帽作为采集器并设置于乘客头部，所述心电采集模块（2）、肌电采集模块（3）和皮电采集模块（4）均采用氯化银贴片电极作为采集器并设置在乘客胸部、斜方肌、竖脊肌和手指处，所述眼动采集模块（5）采用眼动仪作为采集器并设置于乘客眼部位置，所述肤温采集模块（6）采用纽扣式测温传感器作为采集器并设置于乘客手腕、前额和胸口处，所述脑电采集模块（1）、心电采集模块（2）、肌电采集模块（3）、皮电采集模块（4）、眼动采集模块（5）和肤温采集模块（6）分别采用对应的放大器和数采系统采集数据后再将数据通过数据转换盒同步至数据处理终端（38）。3.根据权利要求1所述的基于多模态生理数据的乘员舒适性评价系统，其特征在于：所述全身振动采集模块（7）采用两块垫式振动传感器作为采集装置并布置在座椅臀部和背部对应区域，所述手传振动采集模块（9）采用环式传感器作为采集装置并设置在乘客的手部，所述压力分布采集模块（8）采用两块柔性压力分布采集垫作为采集装置并设置在座椅坐垫和靠背处，所述全身振动采集模块（7）、手传振动采集模块（9）和压力分布采集模块（8）分别对应的放大器和数采系统采集数据后再将数据通过数据转换盒同步至数据处理终端（38）。4.根据权利要求1所述的基于多模态生理数据的乘员舒适性评价系统，其特征在于：所述人机交互终端（18）滑动安装在安装架（27）内，且安装架（27）上一体成型有配合转动座（37），所述配合转动座（37）上转动安装有前置连接板（31），且前置连接板（31）上固定安装有用于驱动安装架（27）的调整电机（30），所述前置连接板（31）上通过挤压弹簧（35）驱动有与配合转动座（37）通过摩擦固定的限位片（36），且前置连接板（31）上铰接安装有后置连接板（29），所述后置连接板（29）上通过铰接安装的伸缩推杆（32）与前置连接板（31）电性连接，且后置连接板（29）的下端转动安装有底部连接座（33），所述底部连接座（33）与后置连接板（29）之间通过调整旋钮（34）调整安装角度，且底部连接座（33）通过伸缩支架（16）安装在转动架（22）上，且转动架（22）的底部通过阻尼转轴转动安装在调整杆（23）上，所述调整杆（23）滑动安装在滑块（24）内，且滑块（24）滑动安装在底座（25）内，所述底座（25）通过可压缩的弹片与滑块（24）上的齿条配合从而使滑块（24）能够在受力后滑动，且滑块（24）通过可压缩的弹片配合与调整杆（23）上的齿条配合从而使调整杆（23）能够在受力后滑动，所述安装架（27）上固定安装有倾角检测传感器（26），且倾角检测传感器（26）、调整电...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭勇，范超杰，周家浩，姚松，李盈利，汪馗，向国梁，伍钒，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：