[go: up one dir, main page]

RU2111698C1 - Способ автоматизированной оценки состояния летчика в условиях воздействия пилотажных перегрузок и устройство для его осуществления - Google Patents

Способ автоматизированной оценки состояния летчика в условиях воздействия пилотажных перегрузок и устройство для его осуществления Download PDF

Info

Publication number
RU2111698C1
RU2111698C1 RU96112488A RU96112488A RU2111698C1 RU 2111698 C1 RU2111698 C1 RU 2111698C1 RU 96112488 A RU96112488 A RU 96112488A RU 96112488 A RU96112488 A RU 96112488A RU 2111698 C1 RU2111698 C1 RU 2111698C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
overload
operator
vision
amplitude
state
Prior art date
Application number
RU96112488A
Other languages
English (en)
Other versions
RU96112488A (ru
Inventor
А.В. Марасанов
В.А. Пономаренко
Р.А. Вартбаронов
М.Н. Хоменко
Ю.А. Кукушкин
Л.С. Малащук
А.В. Романов
М.К. Дуга
Original Assignee
Государственный научно-исследовательский испытательный институт МО РФ (авиационной и космической медицины)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Государственный научно-исследовательский испытательный институт МО РФ (авиационной и космической медицины) filed Critical Государственный научно-исследовательский испытательный институт МО РФ (авиационной и космической медицины)
Priority to RU96112488A priority Critical patent/RU2111698C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2111698C1 publication Critical patent/RU2111698C1/ru
Publication of RU96112488A publication Critical patent/RU96112488A/ru

Links

Images

Landscapes

  • Measurement Of The Respiration, Hearing Ability, Form, And Blood Characteristics Of Living Organisms (AREA)

Abstract

Изобретение относится к авиационной и космической медицине, предназначено для автоматизированной диагностики в полете гравитационных расстройств у летчика при воздействии пилотажных перегрузок. Сущность изобретения состоит в том, что непрерывно измеряют величину перегрузки по осям nx и ny, силу давления ног на педали, уровень напряжения мышц живота, давление в камерах противоперегрузочного костюма и в подмасочном пространстве и амплитуду пульсаций сосудов уха с последующей обработкой информации по разработанному алгоритму решения диагностической задачи, вычислением одного из 4-х уровней нарушения зрения и сознания у оператора. За счет съема биотехнической информации с помощью датчиков появляется возможность автоматизировать оценку состояния оператора и повышается информативность способа 2 с. и 2 з.п. ф-лы, 1 ил., 5 табл.

Description

Изобретение относится к авиационной, космической и морской медицине, а именно к методам оценки состояния человека в целях прогнозирования и диагностики нарушений работоспособности летчика или космонавта в условиях воздействия перегрузок направления "голова-таз" при вращении центрифуги и при выполнении летательным аппаратом маневров в воздухе.
Известен способ оценки состояния оператора при управлении транспортным средством по уровню оксигенации крови в сосудах головного мозга, определяемому с помощью инфракрасного лазера. Существенными недостатками этого способа являются дороговизна применяемого устройства, низкая помехоустойчивость при регистрации биологического сигнала, высокие требования к фиксации датчика на голове оператора, а также запаздывание в представлении значимой информации при возникновении полной потери сознания.
Предлагаемый способ устраняет недостатки известного, повышает эргономичность его применения в полете и позволяет, в отличие от известного прогнозировать возникновение выраженных нарушений работоспособности летчика при управлении летательным аппаратом.
Техническим результатом изобретения является повышение информативности и расширение возможностей метода оценки состояния летчика в условиях воздействия перегрузок направления "голова-таз" за счет замены применяемого в известном способе инфракрасного лазера на аппаратурно-программные средства и датчики, позволяющие путем съема биотехнической информации проводить автоматизированную оценку состояния оператора по проценту нарушения зрительной функции.
Технический результат достигается тем, что летчика, одетого в противоперегрузочный костюм (ППК) с кислородной маской, фиксируют в кресле кабины самолета или центрифуги в положении сидя с помощью штатной привязной системы. Ноги летчика устанавливают на педалях управления, при этом противоперегрузочный костюм оснащен датчиками для измерения давления в камерах и давления на тело брюшной манжеты ППК, педали управления - датчиками измерения давления ног, а в расширенном варианте - дополнительно датчиком для регистрации пульсовой фотоплетизмограммы сосудов уха, установленном в шлемофоне. При создании перегрузки в полете или на центрифуге непрерывно регистрируют величину перегрузки по двум осям Пy и Пx, связанным с кабиной летательного аппарата, силу давления ног на педали, уровень напряжения мышц живота, давление в камерах противоперегрузочного костюма и в подмасочном пространстве, а в расширенном варианте - пульсовую фотоплетизмограмму сосудов уха.
Структурно-функциональная схема расширенного варианта предлагаемого устройства представлена на чертеже.
Информация о состоянии объекта поступает от 7-и датчиков, регистрирующих состояние летчика, работу средств жизнеобеспечения, а также параметры гравитационной среды. После усиления и преобразования в аппаратном блоке сигналы датчиков поступают в диагностический модуль, который в случае выявления опасного состояния летчика может включать звуковую и визуальную сигнализацию и выдавать управляющие сигналы на систему автоматического управления самолетом (САУ).
Оценка состояния оператора производится по проценту нарушения функции зрения в следующих поддиапазонах:
0 - 49% - ясное зрение;
50 - 80% - частичное нарушение зрения (серая пелена);
81 - 100% - полная потеря зрения (черная пелена);
101 - 150% - полная потеря сознания.
Разработанный способ оценки этих состояний основан на математическом моделировании устойчивости летчика к действию перегрузок направления "голова-таз".
В состав модели входят алгоритмы оценки защитного эффекта отдельных противоперегрузочных приемов и средств.
1. Оценка защитного эффекта изменения положения тела относительно вектора перегрузки
ЗЭСпт = П - П•cos((УНК + arctg(Л/П)) - 15), (1)
где
ЗЭСпт - защитный эффект средств изменения положения тела относительно вектора перегрузки;
15 - величина аортно-ретинального угла;
УНК - угол наклона кресла;
П- значение текущей перегрузки (вертикальной составляющей вектора перегрузки летательного аппарата);
Л - продольная составляющая вектора перегрузки летательного аппарата.
2. Оценка защитного эффекта противоперегрузочного костюма
Figure 00000002

где
ЭППК- защитный эффект противоперегрузочного костюма (см. табл. 1);
ЗЭСтппк - текущий защитный эффект противоперегрузочного костюма;
т, т-1 - текущий и предыдущий моменты времени.
В связи с тем, что отказ противоперегрузочного костюма в полете существенно повышает вероятность потери летчиком сознания, предложена модификация оценки состояния
СМ = 150% - (150% - С)•ЗЭСтппк/ЭППК, П > 4,0 ед,
где
СМ - модифицированная оценка состояния оператора;
150% - абстрактное значение процента потери центрального зрения при потере сознания.
3. Для сохранения устойчивости к перегрузкам величина давления ног на педали управления должна соответствовать эмпирической зависимости
Figure 00000003

где
УПтр - требуемое усилие на педали управления.
Текущее значение защитного эффекта давления ног на педали оценивали по формуле
Figure 00000004

где
ЗЭПуп - текущий защитный эффект напряжения мышц ног;
ЭУП - защитный эффект напряжения мышц ног (см. табл. 1);
УП - усилие на педали управления.
4. Оценка защитного эффекта напряжения мышц живота соответствует эмпирическим выражениям
НМЖэ = 1 - ДППК + 0,023 • (П - 5) (6)
К = (НМЖ - НМЖэ) / ДНМЖ (7)
Figure 00000005

где
НМЖэ - эталонное значение напряжения мышц живота;
НМЖ - результат измерения напряжения мышц живота;
ДППК - результат измерения давления в противоперегрузочном костюме;
ЗЭТнмж - текущая защитная эффективность приема;
ДНМЖ - значение дополнительного напряжения мышц живота, соответствующее максимальному приросту защитной эффективности приема (константа, зависящая от типа костюма);
K - коэффициент;
ЭНМЖ - защитная эффективность приема (см. табл. 1).
5. Оценка защитного эффекта средств дыхания кислородом под избыточным давлением
Figure 00000006

где
ДМ - давление в подмасочном пространстве;
ДМП - пороговое значение давления в подмасочном пространстве.
6. В дальнейшем определяется величина приведенной перегрузки:
Figure 00000007

где
ЗЭПi - защитный эффект I-го противоперегрузочного приема;
ЗЭСj - защитный эффект J-го противоперегрузочного средства;
П - значение текущей перегрузки (вертикальной составляющей вектора перегрузки летательного аппарата);
k - количество учитываемых противоперегрузочных приемов;
m - количество учитываемых противоперегрузочных средств.
7. На следующем этапе определяются пороговые значения перегрузки и времени возникновения нарушений зрения на основе интерполяционных таблиц изменения во времени пороговых перегрузок сохранения полного объема зрения П0%, наступления серой пелены П50%, черной пелены П100%, потери сознания П150%:
Figure 00000008

где
П% - значение пороговой перегрузки для текущего момента времени;
⇒ - символ импликации: "если..., то...";
T - длительность действия перегрузки;
T% - время появления того или иного симптома для текущего значения перегрузки;
ПП - текущее значение приведенной перегрузки;
ЧПО - исходное (до первого воздействия) значение частоты пульса;
ЧП - значение частоты пульса к началу воздействия;
ЧПП - среднестатистическое значение ЧП для текущей перегрузки;
Ф1(T), Ф2(T), Ф(ПП) - функциональные зависимости, представленные в табл. 2 - 4.
8. На конечном этапе определяют состояние оператора по следующим зависимостям:
Figure 00000009

где
C - оценка состояния оператора, (остальные обозначения см. п. 7).
В табл. 4 приведены включенные в качестве параметров алгоритма защитные эффекты противоперегрузочных приемов и средств. В дальнейшем эти значения могут уточняться.
При расширенном варианте дополнительно измеряют амплитуду пульсовых колебаний сосудов мочки уха, регистрируемых с помощью датчика фотоплетизмограммы и рассчитывают текущее значение отношения в % измеренной амплитуды к исходной. В дальнейшем определяют состояние оператора по следующим признакам:
ясное зрение, если амплитуда осцилляций составляет 50% и более от исходной;
частичное нарушение зрения, если амплитуда осцилляций не превышает в течение 3 с 45% от исходной;
полная потеря зрения, если амплитуда осцилляций в течение 4 - 9 с не превышает 45% от исходной;
полная потеря сознания, если амплитуда осцилляций равна 0 в течение 10 с и более.
Полученный результат уточняет оценку оператора и в случае совпадения с результатом по п. 9 повышает информативность алгоритма диагностики, о чем свидетельствуют испытания, проведенные на центрифуге с участием 17-и здоровых мужчин-добровольцев. В испытаниях воспроизводилось воздействие пилотажных перегрузок величиной 5, 6, 7, 8 и 9 ед. с длительностью З0 с и скоростью нарастания 1 ед./с при использовании штатного противоперегрузочного снаряжения.
При нарастании перегрузки все испытуемые создавали защитное напряжение мышц ног и брюшного пресса, а затем во время воздействия максимальной перегрузки (на площадке) снижали уровень мышечного напряжения вплоть до полного расслабления или момента появления зрительных расстройств. В каждом случае нарушения зрения типа серой или черной пелены испытуемый восстанавливал зрительное восприятие за счет экстренного увеличения напряжения мышц. Появление или отсутствие зрительных расстройств при частичном или полном расслаблении, а также при выходе на площадку рассматривалось в качестве единичного события, оцениваемого по прямому диагностическому критерию, т.е. характеру зрительных ощущений испытуемого, и по 2-м косвенным критериям, описанным в п. 2 табл.5.
Результаты анализа информативности представлены в табл. 5. Видно, что средний уровень диагностической информативности, определяемой по проценту диагностических совпадений, существенно не зависел от величины достигаемой перегрузки и составил 73,7% (P = 0,74) по показателю интегральной оценки опасного состояния, что для 3-х диагностированных уровней состояния (ясное зрение: серая и черная пелена) превышает достоверно вероятность случайного распределения (0,33). Частота ошибочных диагностических решений обусловлена в основном ошибкой 1 рода, т.е. гиподиагностической, которая превышает 20% всех наблюдений.
При использовании дополнительной информации по критерию относительного снижения амплитуды ушного пульса (п. 2 табл. 5 и пп. 1 и 3 формулы изобретения) уровень информативности возрастает до 0,92 за счет резкого уменьшения частоты ошибки 1 рода до уровня частоты ошибки 2 рода.
Представленные по итогам испытаний на центрифуге результаты позволяют сделать вывод о том, что разработанные устройство и способ автоматизированной оценки состояния летчика при действии перегрузок направления голова-таз пригодны для использования на центрифуге и в полетных условиях.
Таким образом, данное устройство и способ оценки состояния позволяют: получать косвенную полимодальную информацию с датчиков о состоянии летчика; оценивать защитный эффект ППУ и противоперегрузочных защитных приемов; вычислять уровень текущего функционального состояния; прогнозировать и диагностировать опасное состояние летчика, угрожающее потерей профессиональной работоспособности.
Преимущества предлагаемого способа перед известным состоят в следующем: высокая помехоустойчивость системы регистрации; возможность не только диагностики, но и прогнозирования нарушений летной работоспособности в полете; высокие эргономические качества; отсутствие дорогостоящей физиологической аппаратуры; обеспечение более высокого уровня безопасности маневренного полета.

Claims (4)

1. Способ оценки состояния оператора при воздействии перегрузок голова-таз, отличающийся тем, что непрерывно измеряют величину и время действия перегрузки по осям Пx и Пy, связанным с кабиной летательного аппарата, силу давления ног на педали, уровень напряжения мышц живота, давление в камерах противоперегрузочного костюма, по измеренным значениям определяют суммарный защитный эффект от применения средств и приемов противоперегрузочной защиты, затем определяют приведенную перегрузку как разность значения Пy и суммарного защитного эффекта, далее определяют состояние оператора по следующим зависимостям:
Figure 00000010

где ПП - приведенная перегрузка;
П - измеренная перегрузка Пy;
T - время действия перегрузки;
П50%, П100% - пороговые значения перегрузки, при которых наблюдается потеря зрения, зависящие от времени действия перегрузки;
T0%, T50%, T100%, - пороговые значения времени возникновения нарушения зрения, зависящие от величины перегрузки,
и судят о состоянии оператора по проценту нарушения зрительной функции как ясное зрение для C = 0 - 49%, частичное нарушение зрения (серая пелена) для C = 50 - 80%, полная потеря зрения (черная пелена) для C = 81 - 100%, полная потеря сознания для C = 101 - 150%.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что дополнительно измеряют амплитуду осцилляции сосудов мочки уха, затем дополнительно определяют состояние оператора как ясное зрение, если амплитуда осцилляции составляет 50% и более от исходной, частичное нарушение зрения, если амплитуда осцилляции в течение 3 с не превосходит 45% от исходной, полная потеря зрения, если относительное снижение амплитуды осцилляций не превосходит в течение 4 - 9 с 45% от исходной, полная потеря сознания, если амплитуда осцилляции равна нулю в течение 10 с и более, и уточняют оценку состояния оператора.
3. Устройство для оценки состояния оператора при воздействии перегрузки голова-таз, отличающаяся тем, что оно содержит датчик перегрузки, датчик силы давления ног на педали, датчик давления в камерах противоперегрузочного костюма, датчик давления в подмасочном пространстве, датчик давления брюшной манжеты противоперегрузочного костюма на тело оператора, блок измерения времени действия перегрузки, блок усиления и преобразования регистрируемых параметров и блок диагностики, выполненный с возможностью определения приведенной перегрузки по разности значениям вертикальной перегрузки и суммарного защитного эффекта от применения средств и приемов противоперегрузочной защиты и определения состояния оператора по следующим зависимостям:
Figure 00000011

где ПП - приведенная перегрузка;
П - измеренная перегрузка Пу;
Т - время действия перегрузки;
П 50%, П100% - пороговые значения перегрузки, при которых наблюдается потеря зрения, зависящие от времени действия перегрузки;
Т0%, Т50%, Т100% - пороговые значения времени возникновения нарушения зрения, зависящие от величины перегрузки,
и судят о состоянии оператора по проценту нарушения зрительной функции как ясное зрение, если C = 0 - 49%, частичная потеря зрения, если C = 50 - 80%, полная потеря зрения, если C = 81 - 100%, полная потеря сознания, если C = 101 - 150%.
4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит блок для регистрации фотоплетизмограммы сосудов мочки уха и блок дополнительного определения состояния оператора, выполненный с возможностью определения состояния как ясное зрение, если амплитуда осцилляции не превосходит 50% от исходной, частичное нарушение зрения, если амплитуда осцилляций в течение 3 с не превосходит 45% от исходной, полная потеря зрения, если амплитуда осцилляции не превосходит в течение 4 - 9 с 45% от исходной, полная потеря сознания, если амплитуда осцилляций равна нулю в течение 10 с.
RU96112488A 1996-06-21 1996-06-21 Способ автоматизированной оценки состояния летчика в условиях воздействия пилотажных перегрузок и устройство для его осуществления RU2111698C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU96112488A RU2111698C1 (ru) 1996-06-21 1996-06-21 Способ автоматизированной оценки состояния летчика в условиях воздействия пилотажных перегрузок и устройство для его осуществления

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU96112488A RU2111698C1 (ru) 1996-06-21 1996-06-21 Способ автоматизированной оценки состояния летчика в условиях воздействия пилотажных перегрузок и устройство для его осуществления

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2111698C1 true RU2111698C1 (ru) 1998-05-27
RU96112488A RU96112488A (ru) 1998-10-10

Family

ID=20182202

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU96112488A RU2111698C1 (ru) 1996-06-21 1996-06-21 Способ автоматизированной оценки состояния летчика в условиях воздействия пилотажных перегрузок и устройство для его осуществления

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2111698C1 (ru)

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2001003583A1 (fr) * 1999-07-08 2001-01-18 Sukholitko Valentin Afanasievi Procede de controle de l'etat fonctionnel d'un pilote en vol et dispositif correspondant
RU2199272C1 (ru) * 2001-09-18 2003-02-27 Сухолитко Валентин Афанасьевич Способ контроля профессиональной пригодности оператора
RU2215330C1 (ru) * 2002-03-11 2003-10-27 Санкт-Петербургский государственный аграрный университет Устройство для тренировки и исследования работы оператора
RU2220655C2 (ru) * 2002-03-04 2004-01-10 Курский государственный технический университет Устройство для оценки адаптационной возможности человека
RU2220657C2 (ru) * 2000-04-05 2004-01-10 Государственный научно-исследовательский испытательный институт военной медицины Министерства обороны РФ Устройство для измерения и регистрации уровня напряжения мышц брюшного пресса
RU2529404C1 (ru) * 2013-04-03 2014-09-27 Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" имени С.П. Королева" Способ прогнозирования работоспособности космонавта на поверхности планеты марс
RU2621305C1 (ru) * 2016-02-08 2017-06-01 Антон Александрович Касаткин Способ инфракрасной оценки адаптации космонавтов к длительным межпланетным пилотируемым полетам
US10915676B2 (en) 2018-03-30 2021-02-09 Cae Inc. Recertification of an interactive computer simulation station

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4775116A (en) * 1986-09-02 1988-10-04 Klein David S Control of craft under high-G pilot stress

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4775116A (en) * 1986-09-02 1988-10-04 Klein David S Control of craft under high-G pilot stress

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2001003583A1 (fr) * 1999-07-08 2001-01-18 Sukholitko Valentin Afanasievi Procede de controle de l'etat fonctionnel d'un pilote en vol et dispositif correspondant
RU2220657C2 (ru) * 2000-04-05 2004-01-10 Государственный научно-исследовательский испытательный институт военной медицины Министерства обороны РФ Устройство для измерения и регистрации уровня напряжения мышц брюшного пресса
RU2199272C1 (ru) * 2001-09-18 2003-02-27 Сухолитко Валентин Афанасьевич Способ контроля профессиональной пригодности оператора
RU2220655C2 (ru) * 2002-03-04 2004-01-10 Курский государственный технический университет Устройство для оценки адаптационной возможности человека
RU2215330C1 (ru) * 2002-03-11 2003-10-27 Санкт-Петербургский государственный аграрный университет Устройство для тренировки и исследования работы оператора
RU2529404C1 (ru) * 2013-04-03 2014-09-27 Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" имени С.П. Королева" Способ прогнозирования работоспособности космонавта на поверхности планеты марс
RU2621305C1 (ru) * 2016-02-08 2017-06-01 Антон Александрович Касаткин Способ инфракрасной оценки адаптации космонавтов к длительным межпланетным пилотируемым полетам
US10915676B2 (en) 2018-03-30 2021-02-09 Cae Inc. Recertification of an interactive computer simulation station

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Mascord et al. Behavioral and physiological indices of fatigue in a visual tracking task
JP5022530B2 (ja) 疲労度演算装置及びコンピュータプログラム
Gaultier et al. Maximal static pressures in healthy children
RU2111698C1 (ru) Способ автоматизированной оценки состояния летчика в условиях воздействия пилотажных перегрузок и устройство для его осуществления
EP2583624A1 (en) Methods and devices for countering gravity induced loss of consciousness and novel pulse oximeter probes
JP5639439B2 (ja) 胎児モニタリングシステムおよび方法
US20170325727A1 (en) Method and Apparatus for Determining Onset of Hypoxia
von Gierke et al. Effects of shock and vibration on humans
Cialoni et al. Flying after diving: should recommendations be reviewed? In-flight echocardiographic study in bubble-prone and bubble-resistant divers
Doolette et al. Redistribution of decompression stop time from shallow to deep stops increases incidence of decompression sickness in air decompression dives
RU2150886C1 (ru) Способ контроля и управления функциональным состоянием летчика в полете и устройство для осуществления способа
Rickards et al. Cerebral blood flow response and its association with symptoms during orthostatic hypotension
Dujić et al. Venous bubble count declines during strenuous exercise after an open sea dive to 30 m
RU96112488A (ru) Способ автоматизированной оценки состояния летчика в условиях воздействия пилотажных перегрузок и устройство для его осуществления
Pollock et al. Hemodynamic responses and G protection afforded by three different anti-G systems
CN112382053A (zh) 用于监测飞机的机组人员的疲劳状态的方法及系统
JPH0542129A (ja) 覚醒度判定装置
WO2017026560A1 (ko) G-loc 경고 알고리즘을 이용한 g-loc 경고 방법 및 시스템
Fraser et al. Cardiovascular responses with standard and extended bladder coverage G-suits during rapid decompression
Bonaiuto et al. System for performance assessment of K2 crews in flatwater sprint kayak
Newman et al. The effect of baroreflex adaptation on the dynamic cardiovascular response to head-up tilt
Hansen et al. Arterial oxygen pressure following whole-body vibration at altitude
JP2019219266A (ja) 乗り物酔いの評価方法および乗り物酔いの評価装置
Pollock et al. Risk of decompression sickness during exposure to high cabin altitude after diving
JP7701201B2 (ja) 運転者の心身状態判定方法及びそのシステム