Биометрическая система контроля функционального состояния человека (оператора)

Заключение

.

В данной работе была разработана и исследована диагностическая система для определения состояния обследуемого. Система состоит из трех диагностических каналов, регистрирующих параметры НИБ, КГР и тремора. Важно отметить, что если методики диагностики КГР и тремора являются классическими и широко применяются в диагностических целях (в системе они модифицированы), то регистрация НИБ представляет собой новую методику, разработанную и исследованную в работе. По этой причине в работе наибольшее внимание было уделено именно ей. В качестве преобразователя биометрической информации в канале НИБ использован водноэлектрический датчик, разработанный и изученный в настоящей работе. Физическая модель протекающих в датчике процессов является довольно сложной ввиду формирования на границе раздела вода-электрод специфической области — двойного электронного слоя (ДЭС). Разработанная на основании теории Гуи-Чапмена модель позволила составить эквивалентную электрическую схему датчика, рассчитать ее основные параметры и исследовать их зависимость от различных величин (потенциал электрода, количество примесей, температура и др.).

По результатам исследований было установлено, что воздействие биологического. объекта на воду осуществляется посредством электромагнитного излечения человека лежащего в терагерцовом диапазоне, при этом оно поглощается в приповерхностном слое. В работе представлены данные о согласованности в некоторой части данного диапазона спектров излучения человека и поглощения дистиллированной воды. Важно отметить, что вода, являясь основным компонентом всех органов человека играет важную роль в формировании спектра его излучения, в этой связи водноэлектрический датчик выступает в качестве согласованного с передающей стороной приемного устройства. Во 2-й главе был предложен возможный механизм изменения электропроводности воды под действием НИБ. Он связан с увеличением числа носителей и их подвижности в следствие изменения кластерной структуры.

Используемые методики диагностики являются неинвазивными и позволяют осуществлять объективную диагностику в реальном масштабе времени. В рамках исследования были получены схемотехнические решения всех каналов. Принцип работы каждого из каналов заключается в следующем: сначала осуществляется регистрации биометрического сигнала с помощью датчика, затем сигнал усиливается, фильтруется и проходит процедуру первичной обработки, после чего через плату сбора данных (АЦП) он поступает на ЭВМ, где с помощью методов математического анализа вычисляются информативные параметры. Дальнейшее усовершенствование системы в этом направлении может быть связано с внедрением дополнительных каналов и переходом к мобильному варианту комплекса.

В работе была осуществлена разработка стратегия принятия решения о факте изменения состояния обследуемого. По причине полимодальности биометрической информации и ее вариабельности от индивидуума к индивидууму решение задачи дифференциации состояний в полном объеме выходит за рамки настоящей работы. Для обработки измеренных параметров были использованы математические алгоритмы групповой обработки данных (факторный, кластерный и дискриминантный анализы), которые прошли процедуру адоптации к решаемой задаче. Данные методики позволяют зафиксировать факт изменения состояния человека с высокой вероятностью. Ввиду характерных изменений регистрируемых биометрических параметров для различных внешних воздействий можно заключить, что система способна дифференцировать состояния. Частично некоторые аспекты задачи решены в настоящей работе. Дальнейшая разработка стратегии принятия решения должна быть основана на использовании метода опорных векторов, либо нейросетевых технологий. Круг вопросов и задач, решаемых в подобных исследованиях, ввиду их сложности и объемности, выходит за рамки настоящей работы и требует организацию самостоятельных исследований.

Регистрация факта изменения ПЭС оператора является очень информативным показателем и позволяет судить о переходе состояния человека из работоспособного в-неработоспособное. Под работоспособным в данном случае понимается такое состояние, которое соответствует статусу выполняемой задачи. В этой связи правомерно заключить, что основная, цель диссертационного исследования в результате выполнения работы достигнута, а именно разработана измерительная система (аппаратурная часть и математический аппарат), успешно определяющая факт изменения функционального состояния человека в реальном масштабе времени. При этом все поставленные задачи решены.

На основании результатов испытаний можно определить еще несколько направлений использования комплекса. Так, например его можно успешно применять для определения индивидуальных особенностей личности. Однако для этих целей следует выработать методику эксперимента. Разработанную систему можно применять для определения факта влияния внешних факторов различной природы на состояния человека, что важно во многих отраслях жизнедеятельности человека (контроль состояния санитарно-технической обстановки, выработка норм и правил и т. д.).

В работе было предложено несколько наборов регистрируемых параметров, при этом были сделаны выводы относительно предпочтения каждого из них. Однако для конкретного прикладного использования прибора, на основании эмпирических исследований, в общем случае следует вырабатывать свою, наиболее подходящую (возможно использовать данную) систему параметров.

Разработанная система с успехом применялась для повышения эффективности учебного процесса в МАИ и ВВИА им Н. Е. Жуковского. Система использовалась в качестве лабораторного макета при проведении лабораторных работ по дисциплине «Статистическая радиофизика» и «Электроника» для студентов факультета радиоэлектроники летательных аппаратов МАИ, кроме этого используемый математический аппарат применялся для обработки измеренных данных. Круг решаемых системой задач позволил студентам ознакомиться и применить на практике методы ' выделения информационной составляющей из зашумленного сигнала, методы статистической обработки параметров, методы распознавания образов и изучить основные трудности, связанные с реализацией данных методов. На кафедре «теоретической радиотехники» МАИ планируется открытие новой специальности биофизической направленности. Разработанная система может быть использована в качестве лабораторного макета для выполнения основных работ. С помощью новой системы диагностировалось состояние военнослужащих дежурных смен в ВВИА им Н. Е. Жуковского и принималось решение о способности обследуемых корректно выполнять свои функции. Настоящая система успешно применялась для обследования пациентов в ГВКГ им. Н. Н. Бурденко. Сказанное подтверждается актами о внедрении результатов, диссертационной работы.

1. Лучшие психологические тесты для профотбора и профориентации. Описание и руководство к использованию./ Под ред. А. Ф. Кудряшова. — П.: Петроком, 1992. — 318 с.

2. Буреш Я., Бурешова О., Хьюстон Д. П. Методики и основные эксперименты по изучению мозга и поведения. / Пер. с англ. — М.: Высшая школа, 1991. 399 с.

3. Методика и техника психофизиологического эксперимента: Сб. ст. / Отв. ред. В. Г. Волков М.: Наука, 1987. — 101 с.

4. Пайяр Ж. Применение физиологических показателей в психологии. / Экспериментальная психология./ Под ред. П. Фресса, Ж. Пиаже. М.: Прогресс, 1970. -76 с.

5. Рутман Э. М. Вызванные потенциалы в психологии и психофизиологии. — М.: Наука, 1979.-216 с.

6. Хэссет Дж.

Введение

в психофизиологию. М.: Мир, 1981. — 248 с.

7. Барабанщиков В. А. Окуломоторные структуры восприятия. М.: Изд. «Институт психологии РАН», 1997. — 384 с.

8. Рабинер Л. Р., Шафер Р. В. Цифровая обработка речевых сигналов./ Пер. с англ. М.: Радио и связь, 1981. -495 с.

9. Уидроу Б., Стирнз С. Адаптивная обработка сигналов./ Пер с англ./ Под ред. В. В. Шахгильдяна. М.: Радио и связь, 1989. — 219 с.

10. Гурвич А. Г., Гурвич Л. Д.

Введение

в учение о митогенезе. М.: изд. Акад. Мед. наук. СССРг 1948—211 с.

11. Казначеев В. Н., Михайлова Л. Н. Сверхслабые излучения в межклеточных взаимодействиях. Новосибирск.: Сиб. отд. АН СССР, 1981. — 143 с.

12. Гуляев Ю. В., Годик Э. Э. Радуга физических полей. // Энергия. 1986. — № 12. -с. 39−43.

13. Гуляев Ю. В., Годик Э. Э. Физические поля биологических объектов// Кибернетика живого. Биология и информация. М.: Наука. 1987. — с. 111−117.

14. Шипов Г. И. Теория физического вакуума: Новая парадигма. М.: НТ-центр, 1993. -362 с.

15. Овечкин A.M. Тепловизионная рефлексодиагностика. Н.: РБА, 1996. — 54 с.

16. Коротков К. Г. Эффект Кирлиан. СПб.: изд. «Ольга», 1995. — 67 с.

17. Авторское свидетельство СССР № 321 662, 1990.

18. Кошерев В. В. Диагностика состояния излучением. — М.: Наука, 1997. — 176 с.

19. Бубкин С. А. Научная экстрасенсорика. М.: Вузовская книга, 2007. — 212 с.

20. Бобров A.B. Полевые информационные взаимодействия (сборник трудов). Орел.: ОрелГТУ, 2003.-569 с.2L Молочанов А. Ю., Оглоблин С. И. Инструментальная «детекция лжи». М.: Нюанс, 2004.-464 с.

21. Вентцель Е. С. Теория вероятностей. М.: ВШ, 2006. — 565 с.

22. Факторный, дискриминантный и кластерный? анализ. / Под ред. Енюкова И. С. М.: финансы и статистика, 1989. — 216 с.

23. Енюков И. С. Методы-алгоритмы-программы многомерного статистического анализа. -М.: Финансы и статистика, 1997. 397 с.

24. Барский А. Б. Нейронные сети: распознавание, управление, принятие решений. М.: Нюанс, 2004. 176 с.

25. Конюхов И. С. Метод опорных векторов. М.: Наука. 2002. — 293'с.

26. Агеев И. М., Шишкин Г. Г. Корреляция солнечной активности и электропроводных свойств воды. // Биофизика. № 46(5), 2001. с. 829 832.

27. Шустов М. А. Практическая схемотехника. М.: Альтекс, 2002. — 538 с.

28. Агеев И. М., Шишкин Г. Г. Изменение проводимости воды при ее нагревании различными типами источников тепла, включая биообъекты. // Биофизика. 2001. -Т.46., вып. 5. — С. 829−832.

29. Бецкий О. В., Лебедева H.H., Котровская Т. И. Необычные свойства воды в слабых электромагнитных полях. // Биомедицинские технологии и радиоэлектроника. -2003. -№ 1,-С. 37−44.

30. Агеев И. М., Рыбин Ю. М., Шишкин Г. Г., Есысин С. М. Водоэлектрические датчики для регистрации слабых физических полей и биоизлучения.// Электронный журнал «Труды МАИ». 2006. — вып. № 24. http://www.mai.ru/. — 12 с.

31. Белая M. JL, Левадный В. Г. Молекулярная структура воды. М.: Знание, 1987. — 64 с.

32. Ю. М. Сокольский. Омагниченная вода: правда или вымысел. Л.: Химия, 1990. — 98 с.

33. В. М. Бахир. Электрохимактивация новая техника, новые технологии. Об электрохимической активации и воде «живой» и «мертвой». Вып. 1. — М.: ВНИИИМТ, 1990.-48 с.

34. В. И. Прилуцкий, В. М. Бахир. Электрохимически активированная вода: аномальные свойства, механизм биологического действия. М.: ВНИИИМТ, 1997. — 56 с.

35. Антониченко В. Я. Основы физики воды. Киев.: Наук, думка, 1991. — 667 с.

36. Зенин C.B., Тяглов Б. В. Гидрофобная модель структуры ассоциатов молекул воды. // Ж. физ. химии. 1994. — т.68, № 4. — С. 636 — 652.

37. Пономарев O.A., Фесенко Е. Е. Свойства жидкой воды в электрических и магнитных полях.//Биофизика. 2000 г — Т.45, вып-.З. — С. 389 — 398.

38. Бинги В. Н. Дефекты структуры жидкой воды в магнитном и электрическом полях. // Биомедицинская радиоэлектроника. 1998., № 2. — С. 15 — 28.

39. Binhi V.N. Biomagnetic correlations and the hypothesis of current states of a proton in water. // Biophysics. 1992. — v.37, № 3. — p. 502 — 505.

40. Малинецкий Г. Г., Потапов А. Б. Современные проблемы нелинейной динамики. М.: Эдиториал УРСС, 2000. — 336 с.

41. Попов В. П. Основы теории цепей. М.: ВШ, 2007. — 575 с.

42. Алексеев А. Г., Войшвилло Г. В. Операционные усилители и их применение. М.: Радио и связь, 1989. — 212 с.

43. Технический паспорт к плате сбора данных Advantech PCL-818HG, 2002.

44. Титце У., Шенк К. Полупроводниковая схемотехника: справочное руководство. Пер. с нем. М.: Мир, 1982. 347 с.

45. Метрология и радиоизмерения. Под ред. В. И. Нефедова. М: ВШ, 2003. — 247 с.

46. Гоноровский И. С. Радиотехнические цепи и сигналы. М.: «Радио и связь», 1986. -512 с.

47. Радиоприемные устройства. Под ред. А. П. Жуковского. М.: ВШ, 1989. — 316 с. 57. http: //www. analo g. com.

48. Салем P.P. Теоретическая электрохимия: начала теории. М.: Вузовская книга, 2006.-328 с.

49. Делахей П. Двойной слой и кинетика электродных процессов. — М.: Мир, 1965. 352 с.

50. Прикладная электрохимия./ Под ред. Н. Т. Кудрявцева. М.: Химия, 1975. — 216 с.

51. Лоскутов C.B., Левитин В. В. Об измерениях работы выхода электронов методом динамического конденсатора. // Поверхность. 1992. — № 8. — С. 121−123.

52. Алексашин П. А. Параметры воды: справочник. М.: Мир, 1998. — 228 с. 63. ГОСТ 6709–72.

53. Герасименко В. П. Справочник по физике. М.: ВШ, 1997. — 496 с.

54. Антропов JI. И. Теоретическая электрохимия. М., ВШ, 1989. — 258 с.

55. Шило B.JI. Интегральные микросхемы: справочник. М.: «Горячая линиятелеком», 2002. — 242 с.

56. Гусев K.P. Отечественные полупроводниковые диоды: справочник. М.: Мир, 1994. -318 с.

57. Борзяк Э. И., Бочаров В. Я., Волкова Л. И. и др. Анатомия человека (том 1). / Под редакцией М. П. Сапина. М.: Медицина, 1987. — 516 с.

58. Иванов А. И. Биометрическая идентификация личности по динамике быстрых движений.// Специальная техника средств связи. Серия: системы, сети и технические средства конфиденциальной связи. 1997. — Пенза, вып.2. — 271 с.

59. Уоссермен Ф. Нейрокомпьютерная техника: Теория и практика. М.: Мир, 1992.164 с.

60. Технический паспорт к плате сбора данных LA20-USB. М.: Руднев-шиляев, 2002. -36 с.

61. Брогест А. Н. Кожно-гальваническая реакция. М.: Наука, 1996. — 211 с.

62. Иванов П. К. Миотремор мышц человека. М.: Дрофа, 2001. — 176 с.

63. Кулаичев А. П. Методы и средства комплексного анализа данных, — М.: Форум-инфра-м, 2006. -511.

64. Гуров С. И. Оценка надежности классифицирующих алгоритмов. М: Издательский отдел ф-та ВМиК МГУ, 2002. — 45с.

65. Вапник В. Н., Червоненкис А. Я. Теория распознавания образов. Стохастические проблемы обучения. М.: Наука, 1974. — 86 с.

66. Вапник В. Н. Восстановление зависимостей по эмпирическим данным. М.: Наука, 1979.-54 с.

67. Леман Э. Теория точечного оценивания./ Пер. с англ. М.: Наука, 1991. — 125 с.

68. Патрик Э. Основы теории распознавания образов./ Пер. с англ. Под ред. Б. Р. Левина. -М.: Сов. Радио, 1980; 196 с.

69. Хастингс Н., Пиккок Дж. Справочник по статистическим распределениям./ Пер. с англ. А. К. Звонкина. М.: Статистика, 1990 — 87 с.

70. Прудников А. И., Брычков КУА., Маричев О. И. Интегралы и ряды. Элементарные функции. М.: Наука, 1981. — 73 с.

71. Беляев Ю. К., Носко В. П. Основные понятия и задачи математической статистики: Учеб. Пособие. М.: Изд-во МГУ, ЧеРо, 1998. — 38 с.

72. Бронштейн И. Н., Семендяев К. А. Справочник по математике для инженеров и учащихся втузов. 13-е изд. — М.: Наука, Гл. изд. физ-мат. лит., 1986. — 544 с.