HMI4Rail - "Smart sensor for human factors in railway systems"; Teilvorhaben: FusionSystems GmbH- Vitalsensordatenfusion

Abstract

Das Teilvorhaben "Vitalsensordatenfusion" im Verbundprojekt "HMI4Rail" (Smart Sensor for Human Factors in Railway Systems) befasste sich mit der Erforschung und Entwicklung einer echtzeitfähigen Vitalsensordatenfusion, um den physiologischen Zustand und das Stresslevel von Triebfahrzeugführern direkt aus Biosignalen zu klassifizieren, mit dem Ziel, die Sicherheit und Effizienz im Schienenverkehr nachhaltig zu steigern. Im Rahmen der Arbeiten wurden verschiedene Messprinzipien (Biopotenzial-Messungen, optische Verfahren und mechanische Sensoren) systematisch hinsichtlich ihrer Eignung für Echtzeitsysteme analysiert. Für eine berührungslose Erfassung von Atem- und Herzrate wurde zudem ein hochfrequentes mmWave-Radar erfolgreich in Betrieb genommen und erprobt. Auf Basis dieser Daten wurde ein Deep-Learning-Klassifikator implementiert, der das Stresslevel ohne manuelle Feature-Extraktion direkt aus rohen Biosignal-Zeitreihen ermittelt. Die Validierung und Effizienzbewertung der Algorithmen erfolgten sowohl über eine Realfahrstudie als auch über virtuelle, reproduzierbare Simulatorversuche. In den Testszenarien und Simulationen konnte eine hohe Übereinstimmung der Klassifikationsergebnisse mit der Ground Truth nachgewiesen werden. Das System erfüllt die industriellen Anforderungen an Recheneffizienz, Speicherbedarf und Latenz für den operativen Einsatz im Bahnsektor.