[發(fā)明專利]基于信息增益與改良信賴域算法的模擬航天環(huán)境下個體精神狀態(tài)的評價及預測方法

在審

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• 申請日: 2022-01-06
• 公開（公告）號: CN114548662A
• 公開（公告）日: 2022-05-27
• 發(fā)明（設計）人: 姚湘;劉嘉誠;江奧;谷海;周會敏;李文凱;劉江萍;龔漾
• 申請（專利權）人: 湘潭大學
• 主分類號: G06Q10/06
• 分類號: G06Q10/06;G06F3/01;G06F17/18;G06N7/00;G06Q50/26
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發(fā)明公開了基于信息增益與改良信賴域算法的模擬航天環(huán)境下個體精神狀態(tài)的評價及預測方法，屬于計算數(shù)學與航天技術領域。首先使各參與者熟悉頭戴顯示器與模擬航天環(huán)境；隨后進行實驗任務，每次分別改變參與者身體的傾斜角度、虛擬乘員艙的色彩，采集小球追蹤正確率數(shù)據(jù)及交互問卷調查數(shù)據(jù)；接著，將不同類別問卷與小球追蹤正確率的信息增益比等比例放縮以確定不同類別問卷問題的權重，并加權得出每種指定狀態(tài)下參與者的精神狀態(tài)；最后，進行連續(xù)化擬合并運用改良信賴域算法進行最優(yōu)預測，以得到乘組成員處于最佳精神狀態(tài)時對應的身體傾斜角度與環(huán)境色彩。本發(fā)明融合評價算法、優(yōu)化算法等數(shù)學方法及人機交互方法，為人腦認知功能研究提供了精確的研究手段。

技術領域

本發(fā)明屬于計算數(shù)學與航空航天領域，特別涉及一種基于信息增益與改良信賴域算法的模擬航天環(huán)境個體精神狀態(tài)的評價及預測方法。

背景技術

當宇航員暴露于失重環(huán)境中時，失重視覺會改變人眼對顏色的感知從而造成一系列生理心理反應。

先前研究中航天器內部環(huán)境色彩對宇航員心理生理反應的模型建立以離散化為主，具有一定的局限性。本發(fā)明采用RGB連續(xù)型色彩模型，對環(huán)境中顏色的信號進行有效的編碼，將有望找到最優(yōu)的編碼值。

已開展的一些頭低位臥床研究中表明，頭向體液分布是宇航員眼部問題和其他一些身體問題產生的主要原因，但不同角度的體位對宇航員體液分布的影響卻沒有被發(fā)現(xiàn)。

如何科學評估宇航員的生理心理狀況，以及視覺、身體、精神三種因素對航天員精神狀況的影響權重尚不清晰。宇航員最佳精神狀態(tài)時的環(huán)境色彩與身體傾斜角度有待探究。

本研究搭建了基于Unity3D的VR環(huán)境，屏幕分辨率為2160*1200，刷新頻率為90Hz,視角場為110 度，還原宇航員的生活環(huán)境，使結果可信度和科學性更高。

發(fā)明內容

為實現(xiàn)在模擬航天環(huán)境下個體精神狀態(tài)的評價和最優(yōu)環(huán)境色彩及身體傾斜角度的預測，本發(fā)明利用小球追蹤正確率及疲勞度交互量表數(shù)據(jù)兩個指標反應個體精神狀態(tài)的情況，并在此基礎上通過改良信賴域算法找到宇航員精神狀態(tài)最好時對應的環(huán)境色彩以及身體傾斜角度，具體是基于信息增益與改良信賴域算法的模擬航天環(huán)境下個體精神狀態(tài)的評價及預測方法。

具體步驟如下：

步驟一、從宇航員中篩選健康的參與者，并讓參與者熟悉實驗流程，對其進行實驗技能培訓，使其能熟練掌握小球追蹤、問卷交互填寫任務技能。

步驟二、每名參與者以坐姿在D65光源環(huán)境下觀看5min白屏以適應瞳孔反應，隨后佩戴頭戴式顯示器平躺在可變換傾斜角度的床上，進行航天交互任務。

航天交互任務是指每名參與者在指定航天環(huán)境下完成三個疲勞程度量表和一個任務，疲勞度量表具體包括：視覺疲勞度量表、身體疲勞度量表和情緒疲勞度量表，任務為小球追蹤測試。

指定環(huán)境是指VR頭戴顯示屏中26種漸變色彩下參與者7種不同姿態(tài)的場景。

具體場景情況：初始時刻床的傾斜角度為30°，每次實驗床的傾斜角度減小5°，直至傾斜角度變?yōu)?。頭戴式顯示器中虛擬航天太空艙的顏色可進行變換，以色彩RGB的值進行表示，從(5，5，5)開始，每次紅、綠、藍對應的數(shù)字都分別加10，直到RGB的值為(255,255,255)。這樣將會采集每名參與者的7 ×26組實驗數(shù)據(jù)。

步驟三、針對每名參與者，在每種指定狀態(tài)下(每種指定狀態(tài)是指在特定傾斜角度及特定色彩下) 將分別進行對小球的追蹤及疲勞度交互量表調查兩組實驗。