李盼盼，梁豐，彭虎軍

（商洛學院健康管理學院，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領域研究的重點，以計算機科學作為研究工具，將心理學涉及的外顯表達轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)表達，在心理測量學的參與下，規(guī)范心理健康狀態(tài)數(shù)據(jù)獲取成為一個科學、客觀、規(guī)范的過程[1]。在認知神經(jīng)科學不斷興起的背景下，傳感技術逐漸應用在心理狀態(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)，構建一個實時跟蹤過程[3-4]。國外在研究心理健康狀態(tài)實時跟蹤數(shù)據(jù)方面較早，早在十九世紀，美國心理學家就已構建了初步數(shù)值化的心理狀態(tài)判斷方法，在現(xiàn)代化科學技術的支持下，各個科技公司已研制了多種心理狀態(tài)實時跟蹤裝置[5-6]。國內(nèi)對于心理健康狀態(tài)數(shù)值化研究起步較晚，在西方構建技術的影響下，在上個世紀末期，逐步建立起具有我國特色的心理研究技術。

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準[7-8]，將心理狀態(tài)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為直角坐標的表現(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)換為直角坐標后，會產(chǎn)生一部分的偏移量[9]。在式（2）的基礎上，設定X軸與Y軸的偏移量，構建心理狀態(tài)數(shù)據(jù)補償過程，可表示為：

其中，代表補償后X軸的坐標；代表補償 后Y軸的坐標；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上，對心理狀態(tài)數(shù)據(jù)進行分割-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，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]實現(xiàn)心理數(shù)據(jù)的實時跟蹤。

1.3 實現(xiàn)狀態(tài)實時跟蹤

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)值對應的狀態(tài)數(shù)據(jù)劃分為正常狀態(tài)數(shù)據(jù)組[16]。在實時跟蹤過程中，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簽，追蹤方程可表示為：

其中，xn表示跟蹤標簽，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)跟蹤標簽處理過程實現(xiàn)狀態(tài)特征的實時獲取，將上述兩個層級進行整合，構建一個分類器模塊[17-18]，最終實現(xiàn)對健康數(shù)據(jù)的實時跟蹤。綜合上述處理，最終完成對基于數(shù)據(jù)感知技術的心理健康狀態(tài)實時跟蹤方法的研究。

2 仿真實驗

2.1 實驗準備

準備一個型號為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，設定心理狀態(tài)為安全、危險兩種狀態(tài)，同時設定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)，設定實驗數(shù)據(jù)如表2 所示。

在表2 設定的心理狀態(tài)數(shù)據(jù)下，分別使用傳統(tǒng)心理狀態(tài)實時跟蹤方法、文獻[13]中的心理狀態(tài)實時跟蹤方法、文獻[18]中的心理狀態(tài)跟蹤方法以及文中設計的心理狀態(tài)跟蹤方法進行實驗，對比4 種心理狀態(tài)實時跟蹤方法的性能。

2.2 結(jié)果及分析

基于上述實驗準備，控制4 種實時跟蹤方法處理表2 的心理狀態(tài)數(shù)據(jù)，以實驗準備的兩個狀態(tài)數(shù)據(jù)作為計算對象，構建心理狀態(tài)成功率計算公式，可表示為：

表2 設定的實驗數(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[13]中的實時跟蹤方法跟蹤正確率在77%左右，數(shù)值較小。文獻[18]中的實時跟蹤方法的跟蹤正確率在84%左右，數(shù)值較大，而文中設計的實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

保持實驗環(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 組實時跟蹤方法的控制下，控制相同數(shù)量的實驗數(shù)據(jù)組，文獻[18]中的實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[13]中的跟蹤方法的跟蹤速度為10 組/秒，而文中設計的跟蹤方法的最終跟蹤速度為13 組/秒，與3 種實時跟蹤方法相比，文中設計的實時跟蹤方法的跟蹤速度最大。

圖4 4種跟蹤方法跟蹤速度

在上述實驗環(huán)境下，定義實驗準備階段的數(shù)據(jù)為心理健康狀態(tài)的總數(shù)據(jù)，當4 種實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[13]中的實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[18]中的實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，而文中設計的跟蹤方法只在處理實驗數(shù)據(jù)組3時產(chǎn)生了1 組數(shù)據(jù)丟失，與3 種現(xiàn)有實時跟蹤方法相比，其丟失的數(shù)據(jù)組最少。

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

3 結(jié)束語

隨著心理測量技術的不斷發(fā)展，心理健康狀態(tài)實時跟蹤逐漸成為了技術研究的重點。文中以激光傳感器感知數(shù)據(jù)作為處理對象，構建了心理健康狀態(tài)實時跟蹤方法，該方法能夠改善現(xiàn)有實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，能夠為今后研究心理健康狀態(tài)實時跟蹤提供一定的研究方向。