Stresová zátěž řidiče

SP2022/49

Šudrychová Izabela Ing., Ph.D.

prof. Ing. Pavel Poledňák, PhD.

01. 01. 2022 - 31. 12. 2022

Hlavní cíl projektu je návrh na zjišťování způsobu ověřování stresových nároků na řidiče – strojníka při jízdě v krizových situacích, které budou simulovány při výcviku na cvičném polygonu. Ve výsledku by tato zjištění měla sloužit ke zkvalitnění přípravy řidičů – strojníků vozidel druhu CAS (cisternová automobilová stříkačka) u jednotek HZS ČR. Výsledky předchozího řešeného projektu SP2021/58 – Ověřování jízdních vlastností vozidel druhu CAS budou použity jako vstupní podklad pro nově navrhovaný projekt. Budou zde využity zejména zjištěné dynamické jízdní charakteristiky z výjezdové činnosti vozidel druhu CAS. Tyto charakteristiky budou využity při návrhu krizových situací pro výcvik na cvičném polygonu. Nově navrhovaný projekt se bude zabývat možnostmi ověřování stresu. Bude rozdělen na dvě části: - návrh na zjišťování způsobu stresových nároků, - ověření návrhu na zjišťování způsobu stresových nároků na cvičeném polygonu. Tyto vlastnosti budou sledovány pomocí 2 kusů hrudních pásů pracujících na principu EKG k měření R-R intervalu a následnému výpočtu variability srdečního tepu (HRV – heart rate variability) a dále 2 kusů náramků nebo čelenek k měření změny vodivosti pokožky (GSR – galvanic skin responce). Měření bude prováděno na alespoň dvou osobách najednou, aby zjištěná data byla vypovídající. První bude řidič vozidla, druhá osoba bude rovněž řidič – velitel vozu. Měřicí zařízení by dále mohla sloužit k výuce fyziologie na Fakultě bezpečnostního inženýrství. Měření bude podpořeno umístěním telemetrie Racelogic Performance Box do vozidla, která byla pořízena z předchozího projektu SGS SP2019/8 - Bezpečná jízda zásahové požární techniky k zásahu. Pomocí tohoto zařízení dokážeme kontinuálně sledovat polohu vozidla v reálném čase s frekvencí záznamů 10 Hz s vysokou přesností a následně zpracovat ve firemním sw Vbox Test Suite od společnosti Racelogic Ltd, Anglie. Systém bude instalován na testovaných vozidlech a napájen primárně z vlastních nezávislých zdrojů elektrické energie. Testování bude podpořeno videozáznamem z palubních kamer. První kamera bude pořizovat záznam trasy jízdy před vozidlem. Druhá kamera bude nasměrována do interiéru vozidla a pořizovat videozáznam chování řidiče. Součástí výzkumu bude vyplnění dotazníku škály subjektivně vnímaného stresu během absolvování jízdy v krizových situacích na cvičném polygonu. Z dlouhodobého vývoje trendu dopravní nehodovosti vozidel u HZS ČR, kde dochází k nejvíce dopravní nehodám na vozidlech druhu CAS, bude výběr požární techniky do testování zaměřen primárně na vozidla druhu CAS. Prvním dílčím cílem projektu bude rozbor nehodovosti u jednotek požární ochrany HZS ČR se zaměřením na vozidla druhu CAS. Rozbor nehodovosti bude zaměřen na nehody zaviněné při jízdě k zásahu, kdy je řidič vozidla vystaven zvýšenému duševnímu i fyzickému vypětí. Vyhodnocení zjištěných poznatků by mělo směřovat k formulaci profilu rizikového řidiče vozidel CAS. Druhým dílčím cílem bude zpracování návrhu na zjišťování způsobu stresových nároků na řidiče – strojníka při jízdě v krizových situacích. Podmínkou bude, aby žádné použité zařízení nijak neomezovalo a neohrožovalo řidiče při obsluhování vozidla. Třetím dílčím cílem v rámci řešení projektu bude ověření návrhu na zjišťování způsobu stresových nároků na řidiče – strojníka při vyvolání krizových situací při výcviku na cvičném polygonu.

Ing. Ladislav Jánošík, Ph.D.
Ing. Lukáš Tomaszek
Ing. Izabela Šudrychová, Ph.D.
Bc. Filip Čonka-Skyba
Ing. Daniel Harbáček
Bc. Veronika Šeráková
Bc. Jan Havlíček
Bc. Klára Chvílová
prof. Ing. Pavel Poledňák, PhD.

Aktuálnost řešené problematiky
Mezi jedny z celosvětově nejčastějších příčin automobilových dopravních nehod patří stress a rozptýlení [1]. Rozptýlení bývá způsobené sekundárními činnostmi žádající si naši pozornost, jakými je obsluha mobilního telefonu, navigačních systémů, autorádia či stravování se za jízdy a konverzace se spolucestujícím [2].
Stres může být jak dobrý, tomu říkáme eustres. Stresu negativně působícímu na organismus říkáme distres. Stres je možno obecně definovat jako fyziologickou odezvu na mentální, emoční či fyzickou zátěž, která může být způsobena mnoha faktory, jakými je například pracovní přetížení, únava, náročná situace, tréma a další. Mnoho studií prokázalo, že existuje vztah mezi zvýšenou hladinou stresu a poklesem kognitivních schopností, mezi které můžeme počítat i řízení automobilu [3].
Mezi další faktory snižující schopnost soustředěného řízení můžeme počítat pokles pozornosti, rozptýlenost či snížená výkonost, která může být ošetřena vhodným managementem rozvržení sil či lidských zdrojů.
Další studie ověřily, že stresovou zátěž při řízení automobilu je možné zjistit měřitelnými biometrickými zařízeními sloužícími k monitoringu fyziologických odezev nervového systému, jakými je změna vodivosti pokožky (GSR – galvanic skin responce) a variabilita srdečního rytmu (HRV – heart rate variability) a další. Měření tepové frekvence (HR – heart rate) není dostačující, protože tep je málo senzitivní. Podobně bylo zjištěno, že je možno detekovat a kompenzovat vizuální i kognitivní rozptýlení spojené s poklesem pozornosti při řízení. Existují i kombinované metody detekce rozptýlení nejenom z fyziologických signálu HRV a GSR, ale také ze sledování pohybu očí řidiče skrze zařízení eye-tracking (ET) [4].
Dnes jsou již vyvinuty solidní metody na rozklíčování růstu stresu z fyziologického signálu měřeného biofeedbackovými zařízeními měřicími veličiny GSR a HRV. Panuje vědecká shoda na to, že tyto signály mohou být spolehlivě použity na detekci stresu při řízení a mohou být použity v rámci zařízení pro včasnou detekci zvýšené pravděpodobnosti hrozící nehody. Podobné zařízení může být spojeno s výstražným systémem, který může pomoci se zprávou a rozvrhem činností týkajících se řidičů tak, aby se riziko případné nehody významně snížilo [5], [6].
Při sledování více fyziologických veličin najednou a kalkulování s velkým množstvím veličin pomocí doporučených statistických modelů je možno dosahovat až 97 % přesnosti v detekci stresu řidičů. Jedná se tedy o vědecky (matematicky, algoritmicky) a technologicky náročnou a precizní činnost [5], [6].
Stres jako takový nelze změřit, monitorováním fyziologických odezev nervového systému se můžeme přiblížit k určení stresové zátěže. Monitoring fyziologických odezev je vhodné doplnit o dotazník škály vnímaného stresu. Dotazník subjektivního vnímání by měl být postaven tak, aby co nejméně nabádal ke správné odpovědi. Při měření je třeba si dát pozor a zohlednit pohlaví, věk, životní styl, akutní stres a nervozitu, nemoc včetně nachlazení, kvalitu spánku, psychickou pohodu. Měření dále ovlivňuje těžké jídlo, pálivé jídlo, alkoholické nápoje, kouření. V případě, že měříme osoby v různou denní dobu, je třeba pomocí řízeného rozhovoru zjistit co během dne zažily a tato zjištění zohlednit.
Zdroje
[1] Tjolleng, A., Jung, K., Hong, W., Lee, W., Lee, B., You, H., … Park, S. (2017). Classification of a driver's cognitive workload levels using artificial neural network on ECG signals. Applied Ergonomics, 59, 326–332.
[2] Dehzangi, Omid & Sahu, Vaishali & Rajendra, Vikas & Taherisadr, Mojtaba. (2019). GSR-based Distracted Driving Identification using Discrete & Continuous Decomposition and Wavelet Packet Transform. Smart Health. 14. 100085. 10.1016/j.smhl.2019.100085.
[3] Baddeley, A. D. (1972). Selective attention and performance in dangerous environments. British Journal of Psychology, 63(4), 537–546.
[4] Dehzangi, Omid & Sahu, Vaishali & Rajendra, Vikas & Taherisadr, Mojtaba. (2019). GSR-based Distracted Driving Identification using Discrete & Continuous Decomposition and Wavelet Packet Transform. Smart Health. 14. 100085. 10.1016/j.smhl.2019.100085.
[5] Deng, Y., Wu, Z., Chu, C. H., Zhang, Q., & Hsu, D. F. (2013). Sensor feature selection and combination for stress identification using combinatorial fusion. International Journal of Advanced Robotic Systems, 10(8):306.
[6] Healey, J. A., & Picard, R. W. (2005). Detecting stress during real‐world driving tasks using physiological sensors. IEEE Transactions on Intelligent Transportation Systems, 6(2), 156–166.
Metodologie řešení projektu
Předmět výzkumu projektu je uveden v jeho cíli a jeho okrajové podmínky jsou definovány současným stavem řešené problematiky. Sledovanou skupinou budou strojníci – řidiči vozidel druhu CAS, jak bylo zdůvodněno výše. Projekt je z pohledu metodologie řešení rozdělen na následující části, které sledují naplnění stanovených cílů.
Hodnocení emočních nároků bude provedeno pomocí monitoringu a analýzy fyziologických odezev organismu měřených biometrickým zařízením, který udává R-R interval srdečního tepu. K tomuto měření budou zapotřebí hrudní pásy s pamětí pracující na principu EKG k měření R-R intervalu a zařízení se softwarem k vyhodnocení naměřených dat. Měření bude doplněno o záznamy změny vodivosti pokožky. K tomu bude zapotřebí zařízení ve formě náramku nebo čelenky. Data z jednotlivých zařízení je reálné přenášet pomocí bluetooth, díky tomu žádná zařízení nebudou omezovat řidiče. Měření biometrickými zařízeními bude doplněno o videozáznam mimiky obličeje. Návrh řešení měření stresových nároků bude ověřen experimentálně při simulování modelové krizové situace na cvičném polygonu. Experiment proběhne za asistence ZÚ Hlučín pod vedením brig. gen. Ing. Davida Kareše, který poskytne materiálně technické zázemí (vozidlo CAS) a řidiče.
Pro zjištění způsobu měření stresových nároků řidiče na jízdu v krizových situacích bude zapotřebí zpracovat metodiku praktické jízdy na cvičném polygonu s vybranými krizovými situacemi, metodiku sběru dat při samotném měření, dotazník korelovaný s trasou a krizovými situacemi na polygonu, metodiku vyhodnocování dat. Pro samotné měření bude zapotřebí zajistit telemetrii Performance box, palubní kameru do auta pro zajištění záznamu trasy jízdy, palubní kameru pro sledování mimiky obličeje, zařízení k měření GSR, hrudní pásy k měření variability srdeční frekvence společně se softwarem.
ZÚ Hlučín přislíbil zapůjčení vozidla druhu CAS, vysílaček, instruktora a strojníků – řidičů. V současné době je plánováno testování šesti řidičů, vždy ve složení řidič a velitel vozu. Po absolvování testovacích úloh se tato dvojice vymění v řízení vozidla a testované úlohy se opakují. Měření by mělo probíhat v jeden den pro maximální zajištění stejných, resp. obdobných podmínek. Před samotným testováním bude zapotřebí příprava a spolupráce řidičů. Budou požádáni o zajištění dostatečné psychohygieny a spánku, vynechání pálivých jídel a alkoholických nápojů aspoň 24 hodin před samotným testováním. Řidiči by měli být zdraví. Tyto faktory by mohly ovlivnit měřené hodnoty.
Harmonogram projektu
Řešení projektu bude rozděleno do následujících etap:
1. Teoretický rozbor problematiky – březen a duben 2022.
2. Návrh způsobu určení stresových nároků řidičů pro využití u HZS ČR – březen až květen 2022.
3. Ověření návrhu způsobu určení stresových nároků v krizových situacích na cvičném polygonu – duben až srpen 2022
4. Vyhodnocování zjištěných skutečností a formulace dílčích závěrů – květen až listopad 2022.
5. Publikace dílčích a celkových výsledků – průběžně od června 2022.
Předpokládané výsledky
Je plánováno publikování odborných článků ve „Sborníku vědeckých prací VŠB-TU Ostrava“, řada Bezpečnostní inženýrství (Transactions of the VSB – Technical University of Ostrava, Safety Engineering Series).
Vybrané zaznamenané a vyhodnocené údaje z měření na cvičném polygonu budou publikovány v časopise Communications – Scientific Letters of the University of Zilina a v časopise „Krízový manažment“, které vydává Žilinská univerzita v Žilině.
Výsledky budou využity odpovědnou řešitelkou projektu k naplnění dílčího cíle disertační práce.
Publikační výstupy předchozích řešených projektů
[1] JÁNOŠÍK, Ladislav, JÁNOŠÍKOVÁ, Ivana, POLEDŇÁK, Pavel, ŠUDRYCHOVÁ, Izabela. Questionnaire Survey of the Skills of Water Tender Drivers at the Fire Rescue Service of the Czech Republic. Transactions of the VSB – Technical University of Ostrava, Safety Engineering Series. 2019, roč. 14, č. 1, 2019, s. 21-28. ISSN 1805-3238.
[2] ŠUDRYCHOVÁ, Izabela, KUCZAJ, Jiří, JÁNOŠÍK, Ladislav, POLEDŇÁK, Pavel, JÁNOŠÍKOVÁ, Ivana. FIREFIGHTING VEHICLES' BRAKING DISTANCE METERING. Communications. 2019, roč. 21, č. 3/2019, s. 85-91. ISSN 1335-4205.
[3] JÁNOŠÍK, Ladislav, JÁNOŠÍKOVÁ, Ivana, POLEDŇÁK, Pavel, ŠUDRYCHOVÁ, Izabela. POROVNÁNÍ DYNAMIKY JÍZDY ZÁSAHOVÉHO POŽÁRNÍHO AUTOMOBILU V MĚSTSKÉ AGLOMERACI OSTRAVA A OKRESNÍHO MĚSTA NOVÝ JÍČÍN. Krízový manažment. 2020, roč. 19, č. 2/2020, s. 14-20. ISSN 1336-0019.
[4] JÁNOŠÍK, Ladislav, JÁNOŠÍKOVÁ, Ivana, COCHLAR, Marek, POLEDŇÁK, Pavel, ŠUDRYCHOVÁ, Izabela. Economic Consequences of Firefighting Trucks Risky Emergency Driving. In Proceedings of the 5th International Conference on European Integration 2020: December 3-4, 2020, Ostrava, Czech Republic. Ostrava: VŠB – Technical University of Ostrava, 2020, s. 330-337. ISBN 978-80-248-4455-8.
[5] JÁNOŠÍK, L., ŠUDRYCHOVÁ, I., POLEDŇÁK, P., JÁNOŠÍKOVÁ, I., NOVÁČEK, V., JONOVÁ, K., TOMÁŠEK, M. Ověřování jízdních vlastností vozidel druhu CAS. Požární ochrana 2021: recenzovaný sborník abstraktů: XXX. ročník konference: 1.-2. září 2021, Ostrava, 2021, roč. XXX., č. 1, s. 87.
[6] ŠUDRYCHOVÁ, I., JONOVÁ, K., POLEDŇÁK, P., JÁNOŠÍK, L., JÁNOŠÍKOVÁ, I. Driving dynamics study in fire truck drivers training on training polygon. CHEMICAL ENGINEERING TRANSACTIONS. ISBN 978-88-95608-88-4; ISSN 2283-9216 (v tisku).
[7] JÁNOŠÍK, L., JÁNOŠÍKOVÁ, I., KUCZAJ, J., POLEDŇÁK, P., ŠUDRYCHOVÁ, I., TOMÁŠEK, M., VLČEK, J. MEASURING OF BRAKING DISTANCES OF FIREFIGHTING TRUCKS. Communications, 2022, roč. 24, č. 2 (v tisku).
Řešitelský tým
Vedoucí řešitelského týmu je Ing. Izabela Šudrychová vystudovala bakalářský studijní obor Tech Vedoucí řešitelského týmu je Ing. Izabela Šudrychová vystudovala bakalářský studijní obor Technika požární ochrany a bezpečnosti průmyslu na Vysoké škole báňské – TU Ostrava, FBI (rok ukončení 2016, titul „Bc.“) a magisterský studijní obor Technika požární ochrany a bezpečnosti průmyslu na Vysoké škole báňské – TU Ostrava, FBI (rok ukončení 2018, titul „Ing.“). V současné době je studentkou čtvrtého ročníku prezenční formy doktorského studia na Vysoké škole báňské – TU Ostrava, Fakultě bezpečnostního inženýrství. Spolupracovala v programu Podpory talentovaných studentů, jež je vyhlašován v rámci rozvojového projektu „Analýza studia a talentovaní studenti“ (ITP/2016/60) v akademickém roce 2015/2016 a také na projektu SGS (identifikační kód: SP2017/51) – Bezpečná jízda požární techniky k zásahu, SGS (identifikační kód: SP2019/8) – Bezpečná jízda zásahové požární techniky k zásahu.
V období 2018–2021 se podílela na řešení programu bezpečnostního výzkumu Ministerstva vnitra České republiky na téma „Bezpečná jízda zásahové požární techniky k zásahu“ (ev. č. VH20182021035).
V současnosti je odpovědnou řešitelkou projektu SGS (identifikační kód: SP2021/58) – Ověřování jízdních vlastností vozidel druhu CAS.
Navržené téma projektu SGS vychází ze zájmu o danou problematiku, která je zásadní pro naplnění dílčího cíle disertační práce.
Dalším členem řešitelského týmu z řad studentů je student 2. ročníku prezenční formy doktorského studia Ing. Patrik Sirotiak.
Členem řešitelského týmu 1. ročníku navazujícího studia oboru Technika požární ochrany a bezpečnosti průmyslu je Bc. Filip Čonka-Skyba. Dále jsou členy řešitelského týmu dva studenti 4. ročníku, prezenční formy bakalářského studia oboru Technika požární ochrany a bezpečnosti průmyslu. Studentka Veronika Šeráková a student Jan Havlíček se tématy velice blízkými k řešené problematice zabývají v rámci řešení svých bakalářských prací. Oba studenti budou do projektu zapojení po úspěšném ukončení bakalářského studia a přijati na magisterské studium.