Détection de situations d’homme-à-terre à l’aide d’une plateforme inertielle intra-auriculaire

Guilbeault-Sauvé, Alex (2018). Détection de situations d’homme-à-terre à l’aide d’une plateforme inertielle intra-auriculaire. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

Certains domaines industriels impliquent un risque élevé d’accidents de travail et des situations de travail en lieu isolé où les travailleurs en difficulté ou invalide ne peuvent pas recevoir une assistance immédiate sans l’utilisation d’un dispositif de détection et d’alerte automatique des situations de danger pour la vie ou la santé des travailleurs. Cependant, les solutions actuelles présentent des défauts, comme le déclenchement de fausses alertes de manière excessive, un temps de réponse trop long ou une ergonomie déficiente, qui réduisent la confiance envers la technologie et le déploiement dans l’industrie. La nature des situations de dangers est innombrable et complexe, de malaises jusqu’à l’exposition à des substances toxiques, tandis que les chutes constituent une des plus importantes causes de lésions professionnelles. La literature n’offrant pas de définition claire du phénomène, ce projet propose une définition globale des situations d’homme-à-terre qui regroupe l’ensemble de ces situations en fonction de trois états critiques observables : le travailleur chute (C), le travailleur est immobile (I), le travailleur est au sol (S). Une stratégie de détection est établie selon l’étude des états critiques et de la logique des états combinatoires C-I, C-S, et I-S qui se résume à l’observation d’au moins deux états critiques distincts sur un certain laps de temps. La détection des états critiques se base sur les données de suivi des mouvements et de l’orientation du corps qui sont estimées à partir de la fusion des mesures inertielles d’un accéléromètre 3 axes et d’un gyroscope 3 axes. Une base de données publique composée de plus de 4000 enregistrements de chutes et de mouvements inspirés d’activités de la vie quotidienne (AVQ) est utilisée pour l’élaboration de la méthodologie de détection et la caractérisation des états. Les résultats révèlent que la stratégie de détection simple basée sur les états combinatoires permet une réduction significative du taux de fausses alertes à 1,1% lors des scénarios d’AVQ, une amélioration du taux de détection des situations d’homme-à-terre et ainsi atteindre une précision de 99%. La chaire de recherche industrielle CRSNG-EERS en technologies intra-auriculaires propose une solution intégrant une unité de mesure inertielle (UMI) à un prototype de bouchon numérique intra-auriculaire dans le but d’adresser l’enjeu connexe de la protection auditive des travailleurs ainsi que d’améliorer la sécurité des travailleurs. Ce projet présente aussi une méthodologie de validation de la solution de détection des situations d’homme-à-terre et de la mise en application du dispositive intra-auriculaire à l’aide d’un protocole de tests physiques inspirés des activités normales des travailleurs. Les résultats des tests préliminaires effectués par trois jeunes adultes volontaires montrent de bonnes performances globales des algorithmes de détection, tout en confirmant l’efficacité de la stratégie de détection à éliminer les fausses alertes.

Titre traduit

Man down detection using an in-ear inertial platform

Résumé traduit

Some industrial areas imply a high risk of accidents at work and isolated work situations where workers in difficulty or inability can not receive immediate assistance without the use of an automatic detection and warning device for these situations of danger to the life or health of workers. However, current solutions have flaws, such as excessice level of false alarms, too long response time or poor ergonomics, which reduce confidence in technology and deployment in the industry. The nature of danger situations is innumerable and complex, from discomfort to exposure to toxic substances, while falls are one of the most important causes of occupational injuries. As the literature does not provide a clear definition of the phenomenon, this project proposes a global definition of man down situations which groups these danger situations according to three observable critical states : the worker falls (F), the worker is immobile (I), the worker is down to the ground (D). A detection strategy is established according to the study of the critical states and the logic of the combinatorial states F-I, F-D, and I-D which boils down to the observation of at least two distinct critical states over a certain period of time. The detection of critical states is based on the body movement and orientation tracking data estimated from the fusion of inertial measurements from a 3-axis accelerometer and a 3-axis gyroscope. A public database of over 4000 records of falls and movements inspired by activities of daily living (ADL) is used for the development of detection methodology and states characterization. The results reveal that the simple detection strategy based on the combinatorial states allows a significant reduction of the false alarms rate to 1,1% for the ADL scenarios, an improvement of the detection rate of the man down situations and thus reach a precision of 99%. The NSERC-EERS Industrial Research Chair in In-Ear Technologies proposes a solution that integrates an inertial measurement unit (IMU) with a the digital custom earpiece to address the related issue of hearing protection for workers as well as improve the workers safety. This project also presents a validation methodology of the for the man down detection solution and the implementation of the in-ear device using a physical tests procedure inspired by the normal activities of the workers. The results of the preliminary tests conducted by three young adult volunteers show good overall performance of the detection algorithms, while confirming the effectiveness of the detection strategy to eliminate false alarms.

Type de document:	Mémoire ou thèse (Mémoire de maîtrise électronique)
Renseignements supplémentaires:	"Mémoire présenté à l’École de technologie supérieure comme exigence partielle à l’obtention de la maîtrise avec mémoire en génie électrique". Comprend des références bibliographiques (pages 117-121).
Mots-clés libres:	homme-à-terre, détection de chute, santé et sécurité au travail, travailleur solitaire, capteurs inertiels, fusion de données
Directeur de mémoire/thèse:	Directeur de mémoire/thèse Voix, Jérémie
Codirecteur:	Codirecteur De Kelper, Bruno
Programme:	Maîtrise en ingénierie > Génie électrique
Date de dépôt:	03 mars 2023 14:48
Dernière modification:	03 mars 2023 14:48
URI:	https://espace.etsmtl.ca/id/eprint/2077

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