基于脑电及行为特征的塔吊司机心理负荷状态识别模型研究

来源 :北方工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:janmey2007
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塔吊作为一种空间运输机械广泛应用在建筑施工中。由于吊装作业存在起升高度高、吊装材料重量大、吊装操作与其他作业交互影响等因素,使得吊装作业成为建筑施工工地的安全风险源。吊装事故一旦发生,极易造成重大的人员伤亡、经济损失和社会影响。吊装作业中因为高空作业危险性高、吊装对位精细复杂、作业空间并行交叉等特点容易诱发塔吊司机较高的心理负荷。心理负荷的高低会直接影响塔吊司机的操作能力,进而对吊装安全构成较大的威胁。现有建筑施工领域识别工人心理负荷状态的研究多通过问卷的方式,无法实时识别塔吊司机作业时的心理负荷状态。脑电波作为新型的大脑活动数据采集方式,被称为精神检测的“金手指”,可以实现吊装情景下对塔吊司机心理负荷状态的实时监测。因此本文以建筑施工塔吊司机为研究对象,参考脑电研究方法采用模拟实验,结合心理负荷主观量表和吊装行为绩效测量,分析提取了脑电信号的关键心理负荷特征指标,并建立了塔吊司机心理负荷状态识别模型。主要内容如下:(1)通过文献研究对塔吊司机心理负荷的形成机理、影响因素以及测量方法进行分析,确定本文选取时间压力与任务复杂度作为诱发塔吊司机心理负荷因素,初步选取脑电信号和吊装行为绩效指标作为综合心理负荷状态表征指标。(2)设计塔吊司机心理负荷诱发实验,招募21名被试者,分为三组,使用脑电仪器采集了脑电信号,通过NASA-TLX量表获取主观心理负荷评分,并实时收集了吊装行为绩效数据。运用T检验方法分析主观心理负荷,验证了在吊装场景下不同时间压力与任务复杂度激发了不同程度的心理负荷。(3)对脑电数据进行滤波、去眼电、肌电等预处理,并采用Welch方法计算功率谱密度提取显著反映塔司心理负荷状态的脑电指标。运用正态性检验、非参数检验等方法,并结合主观量表运用回归分析方法,分析不同时间压力与任务复杂度下脑电心理负荷及吊装行为绩效指标的变化规律,以比较所选心理负荷状态表征指标对不同心理负荷的诊断能力。(4)使用主成分分析法对脑电心理负荷指标进行降维处理,然后针对塔吊司机综合心理负荷表征指标利用K近邻、支持向量机、Adaboost决策树算法建立了塔吊司机心理负荷状态识别模型,最终根据识别效果优取了K近邻识别模型,同时通过剔除指标评判所选指标集的有效性。最后,本文从吊装安全管理策略、塔吊司机心理负荷实时监控和预警、塔司培训的测评管理方面提出了相应的成果应用。本文在实验中引入不同难度的吊装场景,建立了基于脑电和行为绩效的综合心理负荷状态表征指标与成熟主观心理负荷量表的回归模型,结果发现综合心理负荷状态表征指标与主观心理负荷的拟合较好,所选指标能较好的识别塔吊司机的心理负荷状态,为降低塔吊司机心理负荷提供了方向;建立的基于K近邻的脑电和行为绩效的塔吊司机心理负荷状态识别模型识别效果为93.8%,实现了塔吊司机心理负荷状态的实时识别,为塔吊预警系统的设计提供了依据。针对结果分析发现,时间压力对塔司心理负荷影响较大,在此基础上提出了合理安排吊装任务、提高个人能力等管理策略和建议。
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