基于數(shù)據(jù)感知技術(shù)的心理健康狀態(tài)實(shí)時跟蹤研究

李盼盼，梁豐，彭虎軍

（商洛學(xué)院健康管理學(xué)院，陜西商洛 726000）

隨著現(xiàn)代化社會的不斷發(fā)展，人類的心理健康逐漸成為計算機(jī)領(lǐng)域研究的重點(diǎn)，以計算機(jī)科學(xué)作為研究工具，將心理學(xué)涉及的外顯表達(dá)轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)表達(dá)，在心理測量學(xué)的參與下，規(guī)范心理健康狀態(tài)數(shù)據(jù)獲取成為一個科學(xué)、客觀、規(guī)范的過程[1]。在認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)不斷興起的背景下，傳感技術(shù)逐漸應(yīng)用在心理狀態(tài)監(jiān)測過程中，并逐漸衍生出了多種智能感知產(chǎn)品，用于實(shí)時獲取佩戴者的心理狀態(tài)數(shù)據(jù)，判斷佩戴者的心理狀態(tài)[2]。激光傳感器處理精度高、傳輸速度快，符合健康狀態(tài)監(jiān)測的實(shí)時性要求，為此，使用激光傳感器感知人體的心理健康狀態(tài)數(shù)據(jù)，構(gòu)建一個實(shí)時跟蹤過程[3-4]。國外在研究心理健康狀態(tài)實(shí)時跟蹤數(shù)據(jù)方面較早，早在十九世紀(jì)，美國心理學(xué)家就已構(gòu)建了初步數(shù)值化的心理狀態(tài)判斷方法，在現(xiàn)代化科學(xué)技術(shù)的支持下，各個科技公司已研制了多種心理狀態(tài)實(shí)時跟蹤裝置[5-6]。國內(nèi)對于心理健康狀態(tài)數(shù)值化研究起步較晚，在西方構(gòu)建技術(shù)的影響下，在上個世紀(jì)末期，逐步建立起具有我國特色的心理研究技術(shù)。

1 心理健康狀態(tài)跟蹤

1.1 轉(zhuǎn)化激光傳感器感知數(shù)據(jù)

使用激光傳感器采集心理狀態(tài)數(shù)據(jù)。在轉(zhuǎn)化心理狀態(tài)數(shù)據(jù)時，以激光傳感器發(fā)出的激光束為對比標(biāo)準(zhǔn)[7-8]，將心理狀態(tài)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為直角坐標(biāo)的表現(xiàn)形式，其變換過程如圖1 所示。

圖1 轉(zhuǎn)換心理狀態(tài)數(shù)據(jù)過程

在數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換過程中，Pi(di,θi)表示激光傳感器采集的第i個心理狀態(tài)數(shù)據(jù)，根據(jù)激光測距儀的角度數(shù)值，心理狀態(tài)數(shù)據(jù)的θi可表示為：

在θi數(shù)值的控制下，心理狀態(tài)數(shù)據(jù)的變換直角坐標(biāo)可表示為：

受到人類生理狀態(tài)的影響，將心理狀態(tài)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為直角坐標(biāo)后，會產(chǎn)生一部分的偏移量[9]。在式（2）的基礎(chǔ)上，設(shè)定X軸與Y軸的偏移量，構(gòu)建心理狀態(tài)數(shù)據(jù)補(bǔ)償過程，可表示為：

其中，代表補(bǔ)償后X軸的坐標(biāo)；代表補(bǔ)償 后Y軸的坐標(biāo)；a、b分別表示X軸與Y軸的偏移量。

在上述處理過程的基礎(chǔ)上，對心理狀態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行分割-聚合處理，將其劃分為7 個線性區(qū)域[10]，結(jié)果如圖2 所示。將圖2 所示的線性區(qū)域作為心理狀態(tài)數(shù)據(jù)處理區(qū)域，構(gòu)建心理狀態(tài)數(shù)據(jù)判斷方程。

圖2 劃分得到的線性區(qū)域

1.2 構(gòu)建心理健康狀態(tài)數(shù)據(jù)判斷方程

以圖2 劃定的線性區(qū)域作為判斷處理目標(biāo)，根據(jù)處理區(qū)域中數(shù)據(jù)量的多少，確定區(qū)域中的狀態(tài)數(shù)據(jù)稀疏因子[11-12]，稀疏因子可表示為：

其中，βi表示數(shù)據(jù)的線性區(qū)域。

為消除數(shù)據(jù)中的噪聲干擾[13]，歸一化處理上述得到的稀疏因子后，構(gòu)建一個心理狀態(tài)數(shù)據(jù)的置信度計算方程，計算公式可表示為：

其中，J表示線性區(qū)域在Y軸的長度數(shù)值，M表示線性區(qū)域在X軸的長度數(shù)值，φi表示偏移參數(shù)。在式（4）稀疏因子數(shù)值的影響下，心理狀態(tài)數(shù)據(jù)的置信度數(shù)值變化如圖3 所示。

圖3 置信度數(shù)值的變化

在圖3 的置信度變化下，構(gòu)建心理健康數(shù)據(jù)的似然值，計算公式可表示為：

其中，zt表示不同時間尺度下的心理數(shù)據(jù)數(shù)值。根據(jù)似然數(shù)值計算出尺度系數(shù)，最終得到不同尺度下的狀態(tài)數(shù)據(jù)判斷方程，可表示為：

其中，max{J,M} 表示劃定心理數(shù)據(jù)區(qū)域的最大尺度數(shù)值。依據(jù)心理狀態(tài)判斷過程完成數(shù)據(jù)類型的判斷，將其分為兩組，分別為正常數(shù)據(jù)組及危險數(shù)據(jù)組。根據(jù)兩種狀態(tài)數(shù)據(jù)的特性[14-15]實(shí)現(xiàn)心理數(shù)據(jù)的實(shí)時跟蹤。

1.3 實(shí)現(xiàn)狀態(tài)實(shí)時跟蹤

以兩組心理健康狀態(tài)數(shù)據(jù)作為處理對象，計算兩個數(shù)據(jù)組合中狀態(tài)數(shù)據(jù)的最大狀態(tài)數(shù)值，計算公式可表示為：

其中，N表示正常心理狀態(tài)數(shù)據(jù)的數(shù)量，S表示危險心理狀態(tài)數(shù)據(jù)的數(shù)量，pi,j(x) 表示最大數(shù)值函數(shù)。

根據(jù)數(shù)據(jù)表現(xiàn)出的數(shù)值大小，將大數(shù)值對應(yīng)的狀態(tài)數(shù)據(jù)劃分為危險狀態(tài)數(shù)據(jù)組，將小數(shù)值對應(yīng)的狀態(tài)數(shù)據(jù)劃分為正常狀態(tài)數(shù)據(jù)組[16]。在實(shí)時跟蹤過程中，將數(shù)據(jù)作為心理因子，以量化計分規(guī)則處理因子為跟蹤標(biāo)簽，追蹤方程可表示為：

其中，xn表示跟蹤標(biāo)簽，xi表示心理狀態(tài)數(shù)據(jù)。

將心理健康狀態(tài)數(shù)據(jù)整合為特征模塊，依據(jù)跟蹤標(biāo)簽處理過程實(shí)現(xiàn)狀態(tài)特征的實(shí)時獲取，將上述兩個層級進(jìn)行整合，構(gòu)建一個分類器模塊[17-18]，最終實(shí)現(xiàn)對健康數(shù)據(jù)的實(shí)時跟蹤。綜合上述處理，最終完成對基于數(shù)據(jù)感知技術(shù)的心理健康狀態(tài)實(shí)時跟蹤方法的研究。

2 仿真實(shí)驗(yàn)

2.1 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

準(zhǔn)備一個型號為Dimetix-DPE-10-500 的激光傳感器，使用的傳感器參數(shù)如表1 所示。

表1 使用的傳感器參數(shù)

使用表1 所示參數(shù)控制下的激光傳感器，設(shè)定心理狀態(tài)為安全、危險兩種狀態(tài)，同時設(shè)定5 組心理健康狀態(tài)數(shù)據(jù)，一組數(shù)據(jù)中分別放置5 個安全心理健康狀態(tài)數(shù)據(jù)和5 個危險狀態(tài)數(shù)據(jù)，設(shè)定實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表2 所示。

在表2 設(shè)定的心理狀態(tài)數(shù)據(jù)下，分別使用傳統(tǒng)心理狀態(tài)實(shí)時跟蹤方法、文獻(xiàn)[13]中的心理狀態(tài)實(shí)時跟蹤方法、文獻(xiàn)[18]中的心理狀態(tài)跟蹤方法以及文中設(shè)計的心理狀態(tài)跟蹤方法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，對比4 種心理狀態(tài)實(shí)時跟蹤方法的性能。

2.2 結(jié)果及分析

基于上述實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備，控制4 種實(shí)時跟蹤方法處理表2 的心理狀態(tài)數(shù)據(jù)，以實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備的兩個狀態(tài)數(shù)據(jù)作為計算對象，構(gòu)建心理狀態(tài)成功率計算公式，可表示為：

表2 設(shè)定的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

其中，r1表示正常狀態(tài)的心理健康數(shù)據(jù)，ra表示危險狀態(tài)的心理數(shù)據(jù)。統(tǒng)計并匯總上述計算得到的心理健康數(shù)據(jù)跟蹤的正確率，結(jié)果如表3 所示。由表3 所示結(jié)果可知，在4 種不同的實(shí)時跟蹤方法的控制下，傳統(tǒng)跟蹤方法最終得到的跟蹤正確率在63%左右，數(shù)值最小。文獻(xiàn)[13]中的實(shí)時跟蹤方法跟蹤正確率在77%左右，數(shù)值較小。文獻(xiàn)[18]中的實(shí)時跟蹤方法的跟蹤正確率在84%左右，數(shù)值較大，而文中設(shè)計的實(shí)時跟蹤方法最終得到的跟蹤正確率結(jié)果在96%左右，與前述3 種現(xiàn)有的實(shí)時跟蹤方法相比，其正確率數(shù)值最大。

表3 4種跟蹤方法狀態(tài)跟蹤正確率結(jié)果

保持實(shí)驗(yàn)環(huán)境不變，以上述得到的正確跟蹤過程作為統(tǒng)計對象，測量正確跟蹤過程所需的時間，計算4 種跟蹤方法最終的跟蹤速度，結(jié)果如圖4 所示。由4 圖結(jié)果可知，在4 組實(shí)時跟蹤方法的控制下，控制相同數(shù)量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)組，文獻(xiàn)[18]中的實(shí)時跟蹤方法最終的跟蹤速度為5 組/秒，傳統(tǒng)跟蹤方法跟蹤速度為2.5 組/秒，文獻(xiàn)[13]中的跟蹤方法的跟蹤速度為10 組/秒，而文中設(shè)計的跟蹤方法的最終跟蹤速度為13 組/秒，與3 種實(shí)時跟蹤方法相比，文中設(shè)計的實(shí)時跟蹤方法的跟蹤速度最大。

圖4 4種跟蹤方法跟蹤速度

在上述實(shí)驗(yàn)環(huán)境下，定義實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備階段的數(shù)據(jù)為心理健康狀態(tài)的總數(shù)據(jù)，當(dāng)4 種實(shí)時跟蹤方法輸出的數(shù)據(jù)比總數(shù)據(jù)數(shù)量少時，統(tǒng)計4 種實(shí)時跟蹤方法最終丟失的數(shù)據(jù)數(shù)量，結(jié)果如表4 所示。由表4 結(jié)果可知，4 種實(shí)時跟蹤方法對于相同數(shù)量的心理健康狀態(tài)數(shù)據(jù)表現(xiàn)出了不同程度的數(shù)據(jù)處理能力。傳統(tǒng)跟蹤方法最終丟失的數(shù)據(jù)組數(shù)量最大，丟失數(shù)據(jù)組的數(shù)量在2～3 組之間。文獻(xiàn)[13]中的實(shí)時跟蹤方法最終丟失的數(shù)據(jù)組數(shù)量在1～2 組之間，丟失數(shù)據(jù)組數(shù)量較大。文獻(xiàn)[18]中的實(shí)時跟蹤方法最終丟失的數(shù)據(jù)組數(shù)量在0～1 組之間，丟失的狀態(tài)數(shù)據(jù)組數(shù)量較少，而文中設(shè)計的跟蹤方法只在處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)組3時產(chǎn)生了1 組數(shù)據(jù)丟失，與3 種現(xiàn)有實(shí)時跟蹤方法相比，其丟失的數(shù)據(jù)組最少。

表4 4種實(shí)時跟蹤方法丟失狀態(tài)數(shù)據(jù)結(jié)果

3 結(jié)束語

隨著心理測量技術(shù)的不斷發(fā)展，心理健康狀態(tài)實(shí)時跟蹤逐漸成為了技術(shù)研究的重點(diǎn)。文中以激光傳感器感知數(shù)據(jù)作為處理對象，構(gòu)建了心理健康狀態(tài)實(shí)時跟蹤方法，該方法能夠改善現(xiàn)有實(shí)時跟蹤方法跟蹤成功率較低、跟蹤速度過小以及狀態(tài)數(shù)據(jù)丟失等缺點(diǎn)，能夠?yàn)榻窈笱芯啃睦斫】禒顟B(tài)實(shí)時跟蹤提供一定的研究方向。