Исходные данные клавиатурного почерка для определения работоспособности человека

Размещено на http://www.allbest.ru/

Исходные данные клавиатурного почерка для определения работоспособности человека

Абашин В.Г.

Сегодня происходит смещение центра принятия решения о выполнении необходимых действий от человека (в случае подачи команды машине) к машине (в случае принятия решения машиной, основываясь на команде, полученной от человека, а также информации о его состоянии, о праве доступа, о действиях человека в предыдущие сеансы общения, состоянии машинной части системы и другой информации). Таким образом, человеко-машинное взаимодействие становится более сложным, чем простое нажимание кнопок, и представляет собой информационный обмен между человеком и машиной, приводящий к полному или частичному удовлетворению потребности человека в зависимости от множества обстоятельств.

Одним из важнейших факторов, влияющих на набор и последовательность выполнения команд, является работоспособность человека, т.е. потенциальная возможность эффективно решать задачи, стоящие перед ним. Изменение работоспособности есть следствие изменения общего состояния человека. При этом в организме изменяется скорость перемещения информации, энергии и вещества. Автором предлагается для определения работоспособности человека использовать информацию, получаемую от устройств ввода, что обычно является значительно более дешевым способом съема информации, а также не доставляет дополнительных неудобств человеку, вводящему информацию. Примером такого подхода может служить использование клавиатурного почерка для определения работоспособности человека, работающего с клавиатурой стационарного ЭВМ или мобильного устройства. Возможность его применения для определения работоспособности объясняется тем фактом, что одно из проявлений уменьшения работоспособности есть торможение моторных функций человека[1]. почерк клавиатурный информация

Клавиатурный почерк - это значения, характеризующие, как используется клавиатура для ввода информации. При использовании любого другого устройства ввода, например сенсорного экрана, манипулятора мыши или видеокамеры для управления бытовой техникой (разработка студентов института им. Баумана[2]), также существует возможность выделить значения признаков, являющихся уникальными для каждого человека. Однако в связи с подавляющим большинством устройств ввода - клавиатур были проведены исследования именно с их использованием.

Ввод данных от клавиатуры - это последовательность событий, содержащих информацию о типе события с клавиатурой (нажатие или отжатие клавиши) и код клавиши. Обычно фиксируется и время события. Очевидно что на основании информации об одном событии определение работоспособности человека невозможно. Однако последовательность из четырех и более событий дает дополнительную информацию: продолжительность нажатия клавиши и время между нажатиями. Каждое нажатие состоит из двух событий. Следует учесть, что время между нажатиями может быть отрицательным. Теоретически состояние человека можно определить на основании двух событий, но из-за погрешностей контролеров и архитектуры операционной системы практически это маловероятно.

Последовательность из двух нажатий - наиболее часто встречающиеся последовательности при работе с настольными ЭВМ, порядка сотни раз в день. Последовательности из трех нажатий встречаются значительно реже, не более десяти раз за день при интенсивном использовании клавиатуры. Последовательности из четырех и более нажатий встречаются не более двух-трех раз, что недостаточно для определения работоспособности человека. В связи с этим для вычисления работоспособности человека возможно использовать только последовательности из двух или трех нажатий на клавиатуру. Эффективность использования конкретной последовательности нажатий зависит от количества её появлений на протяжении рабочей смены. Причем чем более равномерно распределено время между её появлениями, тем более точный результат будет получен. Идеальным случаем является появление значащей последовательности не реже раза в двадцать минут на протяжении всего рабочего дня.

Дальнейшее увеличение количества нажатий для вычислений позволяет определять тип выполняемой работы. Наиболее ярким примером является набор текста, в этом случае наиболее интенсивно используемыми клавишами становятся клавиши пробела и начала абзаца, а, например, для посещения сайтов в сети Интернет используются редкие нажатия на левую кнопку мыши и прокрутка. Игры различных жанров также имеют отличный набор и количество клавиш.

Для определения работоспособности человека использовались последовательности из двух и трех нажатий. В связи с тем, что расстояние между клавишами различное и нажиматься они должны разными пальцами, имеющими свои анатомические особенности, производился выбор наиболее часто встречаемых последовательностей, которые и участвуют в определении работоспособности человека. Первый этап обработки данных - определение эталонной работоспособности человека. В его основе используется посыл о том, что наилучшей работоспособностью человек обладает в начале работы. Обычно это - наименьшее время между нажатиями на клавиши. Дальнейшее определение работоспособности сводится к сравнению определенных значений в текущий момент времени с эталонными. Усталость отражается на всех функциях организма, в том числе работоспособности и торможении моторных функций организма, регулируемых вегетативной нервной системой, т.е. подсознательных движениях. Однако большое значение в данном случае имеет психотип человека. Торможение моторных функций некоторых людей сопровождается уменьшением времени удержания клавиш, у других - увеличением. Для всех людей, участвовавших в эксперименте, характерно увеличение общего времени выполнения последовательности нажатий независимо от психотипа.

Среди всех последовательностей действий человека определяются значащие, то есть пригодные для вычислений, что позволяет повысить качество определения работоспособности. Значащими являются те последовательности, значения которых находятся в диапазоне подсознательных движений. Было сделано предположение о том, что количество осознанных нажатий, т.е. тех, для выполнения которых человек отдает частям своего тела команды и контролирует степень выполнения каждого движения, находится в рамках статистической погрешности (не более двух процентов). Остальные движения считались подсознательными и использовались в вычислениях. Было определено, что последовательности нажатий более трех секунд для трех нажатий и более двух секунд для двух нажатий не являются значимыми для людей с любым опытом работы с клавиатурой.

Данные, выделяемые при обработке клавиатурного почерка, являются слабо формализуемыми и индивидуальными для каждого человека, поэтому наиболее перспективным математическим аппаратом их обработки являются математические теории построения адаптивных систем, например, ИНС или теория распознавания. Были проведены исследования с использованием математических моделей, основанных на многослойных персептронах, обученных алгоритмом нейронного газа[3]. Вопросы связанные с оценкой точности полученных решений находятся в стадии разработки.

Основной интерес к данной теме связан с простотой развертывания систем, использующих клавиатурный почерк, однако не стоит забывать, что это достигается за счет потери точности. Если сравнивать программную обработку клавиатурного почерка с аппаратно реализованными системами, тем более с системами, построенными на непрерывном съеме данных с человека (например, в космонавтике скафандр содержит около 50 датчиков для непрерывного сбора информации о состоянии человека[4]), очевидно, что при программной реализации пока можно говорить только о выделении явно негативных состояний человека (сильное головокружение, опьянение, дремота). В этих случаях значения, вычисляемые из клавиатурного почерка, изменяются в разы, также как и значения кожно-гальванической реакции и прочие физиологические показатели. Создание же систем контроля над работоспособностью человека, реализованные на основе специализированных датчиков, позволяют не только определять работоспособность, но и предсказывать её развитие.

Интерес к данной теме с точки зрения исследования основан на том, что возможна разработка всего информационного комплекса, связанного со сбором информации о состоянии человека, используя современные средства коммуникации: сеть Интернет и системы ГЛОНАС, GPS. Появляется возможность производить оценку нагрузки на сетевые компоненты распределенной системы в зависимости от количества абонентов и распределения вычислительной нагрузки между абонентом и сервером, предоставляющим сервис. На основе разрабатываемого информационного комплекса, в условиях массового распространения устройств, способных непрерывно находиться с человеком, обладающих навигационными модулями и быть непрерывно подключенными к сети Интернет, возможно построение глобальной системы, предоставляющей сервис определения работоспособности в реальном режиме времени, производящей сбор информации о человеке аппаратным компонентом.

Основным недостатком использования клавиатурного почерка для определения работоспособности является невысокая точность. Кроме того, в случае отсутствия ввода данных нет какой-либо возможности определять состояние человека. В этом случае работоспособность оценивается как минимальная, но это не всегда корректно, так как, например, человек-оператор, управляющий технологическим процессом, вполне может не вмешиваться в технологический процесс производства часами, в случае его большой продолжительности и исправности автоматики. В этом случае применение подобной концепции определения состояния человека оправдано только в исключительных случаях.

Пример оправданного применения данных клавиатурного почерка - малое предприятие нефтепереработки, находящееся в удаленном месте от города и имеющее длительность технологического процесса в несколько суток. Был необходим контроль присутствия оператора на рабочем месте, а также проверка при минимальных финансовых затратах его работоспособности. Однако для сбора данных клавиатурного почерка, оператору необходимо вводить дополнительную информацию с помощью клавиатуры, т.к. технологический процесс может протекать без вмешательства человека помногу часов. В связи с этим оператор получает дополнительную нагрузку, которая также может стать источником усталости и раздражения, а значит, ошибок. Применение этого подхода вызывает положительное психологическое воздействие, дисциплинирующее сотрудников.

Подведем итог. Использование устройств ввода для определения работоспособности человека делает минимальным время общения человека и машины, так как при подаче команды машине определяется и работоспособность человека. Для разработки информационного комплекса предлагается использовать клавиатурный почерк, что позволяет значительно сократить время разработки и исключить финансовые затраты на разработку, апробацию, мелкосерийное производство устройств съема информации о работоспособности человека. Также значительно сокращается время развертывания системы. Повышение точности измерения работоспособности возможно с применением новейших разработок в области сенсорных панелей (добавление четвертого пикселя, сканера прикосновения или улучшения характеристик используемых датчиков давления), а также разработкой специализированных устройств.

Литература

1. Фролов, М.В. Контроль функционального состояния человека - оператора [Текст] / М.В. Фролов. - М.: Наука, 1987. - С. 197.

2. Тараев, Д. Новые разработки: Помощь из Голландии [Текст] / Д. Тараев. Журнал "CHIP"-Москва №1 М.: ЗАО "Издательский дом "Бурда"" 2008. С.-16

3. Абашин, В.Г. Автоматизация процесса определения психофизиологического состояния оператора автоматизированного рабочего места в АСУТП [Текст] / В.Г. Абашин / Автореферат дис. к.т.н. (05.13.06). - Орел: ОрелГТУ. 2007. - 20с.

4. История отечественной космической медицины (по материалам военно-медецинских учреждений) [Текст] / под ред. И.Б. Ушакова, В.С. Бедненко, Э.В. Лапаева. М.-Воронеж: Воронежский государственный университет, 2001. - 320 с.

Размещено на Allbest.ru