Iranian Journal of Biomedical Engineering (IJBME)

یک رویکرد خودکار مبتنی بر فازی برای تخمین پیوسته استرس در رانندگی

نوع مقاله : مقاله کامل پژوهشی

نویسندگان

1 عضو هیات علمی

2 دانشگاه سمنان

چکیده
مدیریت استرس برای حفظ سلامت و بهبود کیفیت زندگی بسیار مهم است از این رو، تشخیص استرس به صورت دو یا سه سطحی مورد توجه پژوهشگران بوده است. در سال‌های اخیر، تلاش‌هایی برای تخمین پیوسته استرس صورت گرفته است ولی روش‌های معرفی شده دارای محدودیت‌هایی از دیدگاه معقول بودن و خودکار بودن هستند. در این مقاله، یک روش خودکار برای تخمین پیوسته استرس با رویکرد منطق فازی معرفی شده است. برای پیاده‌سازی روش پیشنهادی از پایگاه داده‌ای شامل سیگنال‌های الکترومایوگرام، الکتروکاردیوگرام، رسانایی الکتریکی پوست دست و پا، نرخ ضربان قلب و سیگنال تنفس در شرایط استراحت، رانندگی در شهر و رانندگی در بزرگراه استفاده شد. پس از پیش‌پردازش، سیگنال‌ها با استفاده از پنجره لغزان تقسیم‌بندی شدند و از هر پنجره، ویژگی‌هایی که نسبت به استرس دارای تغییرات یکنوا افزایشی هستند استخراج شد. این ویژگی‌ها به پنج خوشه در فضای ویژگی خوشه‌بندی فازی شدند. یک سیستم استنتاج فازی نیز برای تعیین وزن این خوشه‌ها طراحی شد که دارای سه ورودی و یک خروجی است. طراحی این سیستم فازی به صورت خودکار و بر اساس مقادیر عضویت خوشه‌ها برای هر وضعیت و برچسب هر وضعیت انجام می‌گردد. در آخر، با تلفیق مقادیر عضویت به دست آمده از خوشه‌بندی فازی و وزن هر خوشه، مقدار پیوسته‌ای تحت عنوان استرس تخمینی تعیین گردید. روش پیشنهادی همبستگی 80/0 را بین استرس تخمینی و میانگین نمره‌دهی افراد خبره به وضعیت‌های آزمایش نشان داد. تنظیم سیستم استنتاج فازی با استفاده از دانش نهان در داده‌ها و عدم نیاز به خبره از ویژگی‌های منحصر به فرد این روش است. خودکار بودن روش پیشنهادی قادر است رابطه انسان-ماشین را بهبود بخشد و ارزیابی استرس را از آزمایشگاه‌ها به زندگی روزمره انتقال دهد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله English

An automated fuzzy-based approach for continuous stress estimation in driving

نویسندگان English

Ali Maleki 1
morteza noori 2
2 semnan University
چکیده English

Managing stress is crucial for maintaining health and improving the quality of life. Consequently, researchers have focused on stress detection in two or three levels. In recent years, efforts have been made to continuously estimate stress, but the introduced methods have limitations in terms of plausibility and automation. This paper presents an automated method for continuous stress estimation using a fuzzy logic approach. To implement the proposed method, a database containing electromyogram, electrocardiogram, hand and foot galvanic skin response, heart rate, and respiration signals was used in conditions of rest, city driving, and highway driving. After preprocessing, the signals were segmented using a sliding window, and features that exhibit monotonic changes with respect to stress were extracted from each window. These features were clustered into five clusters in the feature space using fuzzy clustering. A fuzzy inference system was designed to determine the weight of these clusters, which has three inputs and one output. The design of this fuzzy system is automated and based on the membership values of the clusters for each state and the label of each state. Finally, by combining the membership values obtained from fuzzy clustering and the weight of each cluster, a continuous value called estimated stress was determined. The proposed method showed a correlation of 0.80 between the estimated stress and the average scoring by experts for the test conditions. The unique features of this method include the automatic tuning of the fuzzy inference system using hidden knowledge in the data and the lack of need for experts. The automation of the proposed method can improve human-machine interaction and transfer stress assessment from laboratories to daily life.

کلیدواژه‌ها English

Continuous stress estimation
fuzzy inference system
fuzzy C-means
Automatic approach
دوره 18، شماره 2
تابستان 1403
صفحه 113-126

  • تاریخ دریافت 07 شهریور 1403
  • تاریخ بازنگری 04 فروردین 1404
  • تاریخ پذیرش 07 فروردین 1404