Шахнарович  В.М.

ЗАО «Нейроком»  г. Москва, Россия

Системный подход к изучению трудовой деятельности машиниста свидетельствует о необходимости учета трех основных составляющих «человек - машина - окружающая среда". При этом надежность   этой системы в значительной степени зависит от безошибочной деятельности машиниста. Налицо два стратегических направления снижения числа браков и, соответственно, уменьшения тяжести их последствий. Оба они на­ходятся в тесном взаимодействии, но, тем не менее, каждое имеет свою научную и техническую специфику. Первое - уменьшение роли человека в управлении локомотивом, разработка таких технических средств, которые бы надежно заменили деятельность человека. К ним в первую очередь, разумеется, относится автоведение. Но, несмотря на то, что это направление постоянно развивается и совершенствуется, следует признать, что в нестандартных ситуациях человек работает эффективней автоматики и, поэтому, другое стратеги­ческое направление - совершенствование отбора и подготовки машинистов, улучшение условий их профес­сиональной деятельности, а также автоматического мониторинга  функционального их состояния во время рейса. У обоих направлений единая цель - повышение безопасности движения.

Повышение надежности управляющей деятельности, в том числе, за счет повышения эффективности мониторинга состояния во время поездки должно осуществляться с учетом действий и перерабатываемой информации и на знании закономерностей его ошибочных действий, в том числе, с использованием данных об авариях и исследование отдельных случаев.

Ключевым понятием обсуждаемой проблемы является функция готовности.  Готовность - есть состояние, при котором машинист готов обнаружить сигналы, оценить их и произвести необходимые действия.  Это есть функция постоянного внимания машиниста, его направленности и уровня возбуждения.

Анализ вождения поезда (профессиограмма) позволяет расписать характер  обрабатываемой информации и тип действий, которые машинист обязан производить:

- придерживаться придорожных сигналов, таблиц и индикаторов, что требует  бдительности для обнаружения знаков, памяти и использования знания дороги, принятия решений и быстрых, и адекватных реакций на информацию,

- отслеживать  путь впереди и замечать нарушителей и препятствия, что требует бдительности, принятия решений и быстрой реакции,

- отслеживать  людей, работающих на пути, что также требует бдительности, принятия решений и быстрой реакции,

- отслеживать и регулировать скорость поезда, это требует внимания к скоростемеру, восприятия информации и принятия решений,

- придерживаться сигналов, это требует бдительности, чтобы не пропустить сигналы, памяти и использования знаний о дороге, суммирования информации, принятия решения и быстрой реакции,

- отвечать на запросы системы АСБ, это требует бдительности, чтобы не пропустить сигналы, памяти и использования знаний о дороге, суммирования информации, принятия решения и быстрой реакции,

- отвечать на запросы устройства бдительности, это требует бдительности, чтобы не пропустить сигналы, памяти и использования знаний о дороге.

Работа машиниста поезда, особенно вождение, требует навыков системы психомоторики (координированной активации мускулов), познавательной системы (обработка информации), сенсорной  (использование зрения, слуха или другого чувства). Эти навыки приобретаются при обучении, поддерживаются и усиливаются опытом. Специфические навыки для вождения поезда включают способность запоминать и вспоминать информацию, предвидеть и оценивать эффекты от нескольких факторов, которые могут влиять на поведение поезда, быстрое время реакции, умение точного контроля, способность сохранять бдительность и внимание.

Использующаяся система сигналов рассчитана на то, что машинист их контролирует и отреагирует на сигналы предупреждения или опасности. Следовательно, способность сохранять бдительность и внимание, вдобавок к хорошему зрению, можно считать ключевой в определении способностей машиниста. Классификация ошибок, которые машинист,  в принципе, может совершить следующие: Неспособность заметить опасность достаточно быстро, чтобы успеть затормозить, неспособность применить знание дороги, обнаружить предупреждающий сигнал, заметить путевые знаки, таблицы и индикаторы, заметить изменение наклона или кривизны пути (превышение скорости или недостаточная скорость), подтвердить бдительность, не заметив типа  или характера пропущенного сигнала, заметить сигнал опасности, но предположить, что он изменится (основываясь на знании пути или информации от дежурного по станции).

Вождение требует способности как к бдительности, так и к избирательному вниманию. Возможность проявления этих способностей зависит от уровня готовности. Уменьшение бдительности, внимания и готовности могут внести вклад в ошибки машиниста, возможно, приводящим к аварии. Определения бдительности различны в разных ветвях науки, главным образом в  неврологии и психологии. Неврологи отождествляют бдительность с возбуждением, или вниманием. или уровнем возбуждения.  Они описывают бдительность как состояние максимальной эффективности центральной нервной системы. Это связывает бдительность с классификацией стадий сна и бодрствования, или уровнем возбуждения Уровни возбуждения переходят от комы, дремоты к бодрствованию.

Физиологи имеют тенденцию рассматривать бдительность как компоненту внимания, наряду с наблюдением и поиском, причем бдительность есть способность поддерживать внимание, в противоположность выбору фокуса внимания. Работа, требующая бдительности - это работа, требующая от испытуемого какого-либо ответа на сравнительно редкие стимулы, предъявляемые  непредсказуемым образом (по времени, пространству, или тому и другому) в течение достаточного времени без отдыха. Ряд исследователей описывают работу бдительности как требующую отслеживать нечастые, простые сигналы в течение продолжительного времени без отдыха, в то время как работа слежения включает более сложные сигналы или (и) более одного источника сигнала и наличие скорее постоянных, чем отдельных сигналов. Эти  отличия экспериментально обоснованны, но не переносятся непосредственно на реальную работу, которая обычно является комбинацией психофизиологических типов реагирования.

Функцию внимания можно описывать с помощью метафоры ограниченных ресурсов. Внимание можно отнести к соотношению между имеющимися мысленными ресурсами (потенциал) и требующимися умственными усилиями, которые должны быть применены (нагрузкой), т.е. это модель ресурсов и потребности. Например, ресурсы могут быть использованы для восприятия сигнала от сенсорных рецепторов (например, глаз и ушей) и одновременно для решения о требуемом ответе на поступившую информацию (умственный процесс) и осуществления ответа (контроль движения руки). Концепция внимания включает следующие пункты:

внимание требует сознательного восприятия информации;

источники информации могут быть внешними (принимаемыми сигналами, такими как путевые знаки или звуковое предупреждение) или внутренними (из памяти, например, знание расписания);

внимание может быть избирательным и направленным на один или более сигналов-источников информации или положений в пространстве (например, направленным на определенный индикаторный источник света или сигнал тревоги, или участок пути, в зависимости от оценки приоритета тревоги или имеющейся в памяти локализации сигнала).

Внимание может использоваться с большей или меньшей интенсивностью (т.е. временно связано с преимущественным выполнением одной работы перед другой - первичной и дополнительной  работой, в зависимости от имеющихся интеллектуальных ресурсов и личной интеллектуальной способности). При этом следует учитывать фактор возбуждения, которое понимается как общее состояние, влияющее на способность субъекта выполнять различные функции внимания, включая сохранение бдительности, слежение за внешними факторами и поиск объектов. 

Внимание можно выводить как состояние максимальной физиологической эффективности - это больше соответствует бдительности в контексте сна и бодрствования (т.е. классификации стадий сна-бодрствования). Такая версия внимательности имеет дело с состоянием нервной системы. В общем смысле, увеличение физиологического возбуждения равняется увеличению способности давать различающиеся ответы с помощью  процессов восприятия и мышления. Это определение возбуждения отражается в законе Yerkes-Dodson,  названного в честь исследователей, впервые продемонстрировавших нелинейное отношение между стрессом (или его отсутствием) и исполнением работы.  Один из ключевых принципов этого закона - исполнение в общем виде зависит от возбуждения в форме перевернутого U, причем оптимум выполнения находится на промежуточном уровне возбуждения. Кроме того, оптимальная величина уровня возбуждения находится в обратной зависимости  от сложности задания. Следует также учитывать, что повышение возбуждения выше уровня, оптимального для выполнения работы, имеет эффект сужения внимания и потому пренебрежения некоторыми моментами, относящимися к работе. Оптимальный уровень возбуждения ограничивает внимание к несущественным частям информации, расширяя ресурсы внимания для обработки информации и таким образом, оптимизируя выполнение. Уровни ниже оптимального уровня возбуждения могут привести к ухудшению выполнения работы из-за падения возможности поддерживать внимание и к увеличению вероятности отвлечения. «Выполнение» и «возбужденность» в этом контексте относительны, но соотношение между ними сохраняется, завися от выполняемой работы.

Низкий уровень возбуждения может иметь причиной окружающие факторы, такие как недостаток сна или усталость, время дня, или факторы, связанные с работой, такие, как продолжительность работы, и ощущение скуки, в дополнение к употреблению некоторых препаратов. Высокий уровень возбуждения может быть вызван волнением (или тревогой) как личным, так и связанным с работой. Требование к человеку распределять внимание имеет то же влияние на результат деятельности, что и высокий уровень возбуждения. Проявление низких уровней возбуждения и распределение внимания считаются наиболее существенными для природы работы машиниста.

Три составляющие низкого уровня возбуждения, которые важны для изучения: состояние скуки, недостаток сна, время суток

Состояние скуки возникает при выполнении повторяющейся или монотонной работы, требующей сохранять внимание. Оно субъективно и испытывается людьми в зависимости от выполняемой работы, а также их мотивации и способности к выполнению работы. Недостаток сна может вызываться полным лишением сна на одну или более ночей, или лишением части ночного сна. Уровень возбуждения может зависеть от времени суток, в которое выполняется работа. Во время некоторых периодов дня и ночи, выполнение работы и уровень внимания существенно ухудшаются в связи с биологическими ритмами человека, работающими в 24-часовом ритме (суточный ритм). Уровень внимания падает между 0 и 6 часами утра. Недостаток сна, скука и время суток одинаково влияют на выполнение работы, а также на поведение человека. Люди могут страдать от ухудшения моторной, умственной работы и восприятия; например, время реакции на стимулы увеличивается при низких уровнях возбуждения.  Недостаток сна, скука и время суток могут приводить к ощущению сонливости, и к появлению физиологических признаков сна . Люди могут соскользнуть из бодрствования в дремоту, даже в первых стадиях сна. Во время этих периодов дремоты, можно все еще выполнять простую работу и отвечать на простейшие стимулы. В сценарии управления поездом машинист может в принципе отвечать на предупреждающие сигналы Устройства бодрствования машиниста в состоянии дремоты. При входе в состояние типа транса может проявляться автоматическое поведение, но знание о совершаемой работе потеряно.

Переход от состояния бодрствования к дремотному может проявляться в движениях тела и поведении. Люди начинают зевать, чаще менять положение тела, может увеличиться частота морганий, меняется также общий тонус мышц лица.

Скука может также привести к отвлечению, даже если низкое состояние готовности не возникло. Анализ происшествий указывает, что значительная их часть связана с отвлечением
внимания. Эти отвлечения могут быть связаны с событиями как вне кабины, так и внутри.

Устройство контроля бдительности могло бы определить момент, в который уровень готовности становится настолько низким, что он не может отвечать на сигналы или придорожную информацию. Кроме того, следует рассматривать также способность устройства распознавать отвлечение машиниста.

Люди могут потерпеть неудачу при выполнении работы с разделением времени, неправильно расставив приоритеты, отбросив критическую информацию вместо некритической. Происшествия, связанные с разделением времени в пользу слежения или взаимодействия с внутрикабинной информацией  не описаны подробно в анализах по безопасности движения в локомотивном хозяйстве, но должны быть приняты во внимание при рассмотрении устройства мониторинга бдительности. Устройство не должно увеличивать рабочую нагрузку машиниста, и не должно его отвлекать. Более того, устройство может оценивать способность машиниста отвечать на сигналы, отмечая его действия, как это осуществляется прибором Л-116, широко применяемым в маневровых локомотивах. 

Готовность машиниста определена как состояние, в котором он      готов принимать, рассматривать сигналы и действовать в ответ на них и придорожные знаки. Это функция поддерживаемого внимания машиниста, направленности внимания и уровня возбуждения. Имеющиеся устройство бдительности могут только определить, что машинист выведен из строя, спит или умер. Они не могут заметить тонкие изменения поведения или физиологии, которые могут указывать на уменьшение способности вести поезд. Имеющаяся информация о причинах ошибок машинистов, данные о дорожных происшествиях и обсуждения о бдительности, возбуждении и внимании показывают, что готовность машиниста можно разделить на следующие 5 уровней:

Машинист выведен из строя /спит/ умер.

Машинист жив, но дремлет или недостаточно бодр.

Машинист достаточно бодр, но не выполняет работу по управлению поездом.

Машинист достаточно бодр, но неправильно распределяет время между разными работами по управлению поездом.

Машинист достаточно бодр и правильно выполняет работы по управлению поездом.

Чтобы гарантировать, что машинист достаточно бодр и достаточно внимателен, чтобы замечать и обрабатывать сигналы и другую критическую информацию, потенциальные устройства должны различать эти уровни готовности машиниста. Состояние готовности машиниста может изменяться в пути между уровнями 3 и 5, и даже достигать уровня 2 при наличии неправильных факторов окружения, работы и личных свойств.

Вообще говоря, готовность машиниста может быть измерена с использованием результатов выполнения работы, слежением за  поведением и физиологическими изменениями. Приемы, использующиеся в исследованиях по измерению бдительности, могут быть суммированы следующим образом:

Физиологические изменения - измеряется ответ тела на состояние пониженной бдительности или возбуждения.

Ошибки действия - когда обнаружены ложные сигналы, т.е. ответы, когда стимул не предъявлялся.

Время реакции - измеряется время, затраченное на ответ. Время реакции связано с уровнем возбуждения.

Регистрация правильных ответов и ошибок пропуска. Правильные ответы - когда скорость ответов и число сигналов правильно. Ошибки пропуска - число незамеченных стимулов.

Существует несколько методов измерения, связанных с пониженной работоспособностью, в том числе измерение активности мозга, электрической активности кожи, изменения черт глаз и лица, сердечной активности и т.д. Эти параметры обычно измеряются в реальном времени. Обычно считается, что физиологические параметры связаны с возбуждением.

Измерение ошибок в работе не может быть подходящим для измерения готовности машиниста в реальном времени, хотя они являются истинным отражением готовности. Они лучше подходят для контролируемого лабораторного окружения. Время реакции и физиологические измерения могут быть пригодны для мониторинга в реальном времени. Однако время ответа на стимул зависит как от его объективной и субъективной значимости так и от параметров сигналов. Измерения времени ответа полезны для определения правильного направления внимания при натурных исследованиях деятельности машиниста, но не для практического мониторинга его состояния. Движения глаз, неподвижность или движения головы или позы, могут использоваться для мониторинга зрительного внимания.

Таким образом, анализ показывает, что имеют место следующие факторы, влияющие на аварийность:

1.     Профессиональная непригодность по психофизиологическим качествам.

2.     Низкая профессиональная подготовка, приводящая к неправильным действиям в критической ситуации.

3.     Неготовность водителя к работе.

4.     Физиологическое утомление и склонность к засыпанию в условиях монотонии.

В системе мероприятий по медицинскому и психологическому обеспечению безопасности движения  на транспорте (вместе с медицинским отбором, обучением и тренировкой) важную роль играют три фактора:  соответствие человека требованиям, предъявляемым к водителю по профессионально значимым психофизиологическим функциям (закладывающимся в раннем детстве и малотренируемым), соответствие человека по состоянию здоровья и работоспособности требованиям предстоящей работы непосредственно перед поездкой, а также соответствие уровня работоспособного состояния требованиям безопасности непосредственно во время поездки. Это профессиональный отбор, предрейсовый медикофизиологический контроль и мониторинг состояния машиниста (водителя) непосредственно в поездке.