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應用即時精神疲勞檢測 於提升核電廠安全管理

4 應用即時精神疲勞檢測 於提升核電廠安全管理

文‧ 蔡閔光




核電廠的安全管理一直是世界各國政府與學者所關注的議題。過去40年間已發生多起核子事件與災變,其中又以1986年的烏克蘭車諾比災變和2011年的日本福島災變最為嚴重,均屬第七級事故(InternationalNuclear Event Scale,INES)[1]。這兩起核子災變不僅對生態環境造成極大衝擊,更有數以萬計的居民被迫遷離家園。

台灣同時擁有4個核電廠且處於地震環帶,做好這些核電廠的安全管理是不容輕忽的課題。目前台灣核電廠均已配置了自動化的安全監控系統,但仍須相關人員全年無休的輪班留守,以應付所有的突發狀況[2][3]。同時,行政院原子能委員會核能管制處等單位也會針對各核電廠進行不預警的視察。然而,這些輪值人員在長期工作壓力與睡眠不規律等情況影響下,不同學者建議管理單位必須密切關注他們的精神疲勞狀態,因為有超過50%的核子事件是人為造成,特別是精神疲勞的輪值人員往往容易產生工作上的失誤。故本研究提出一個即時精神疲勞(Mental fatigue)檢測的對策,以便提升核電廠的安全管理。

文獻回顧

疲勞狀態可分為生理與精神的疲勞。生理疲勞(Physical fatigue)多為一種身體器官機能上的不舒適,例如肌肉痠痛,而精神疲勞則屬意識上的不愉快,例如專注力低落。由於精神疲勞恐較難直接由目視判斷,因此管理人員可以透過兩種方法判別輪值人員是否處於精神疲勞[4]:

客觀檢測:精神疲勞會影響到生理疲勞,所以透過身體器官狀態的監測能得到量化的數值進而判定輪值人員是否達到精神疲勞。常用的方法有腦波檢測(EEG)、心電檢測(ECG)、皮膚檢測(EDA)、眼動檢測(EOG)和肌肉檢測(EMG)。

主觀評量:基於問卷的方式,於輪值人員自我陳述的過程,管理人員得以理解該人員的自認精神疲勞狀態。可用的方法有CFSI 、FAI、FIS、MFS、MRQ、NASATLX、SOFI、VACP和W/Index等。



面臨問題
儘管部分學者認為客觀檢測的結果較具 可信度,不論客觀檢測或主觀評量的結果都能用做核電廠制定輪值人員精神疲勞管理的參考依據。但多數學者都是針對輪值人員上班或下班的情況來進行研究調查,故輪值人員精神疲勞與核電廠安全管理的關係僅能做到事前評估或事後檢討,而非人為核子事件的預警。

解決對策
為了改善上述的問題,擬提出對策以提升核電廠安全管理,即透過腦機介面(Brain-computer interface, BCI)的方式即時檢測輪值人員的精神疲勞狀態。大腦是人類感官意識的基礎,透過腦波檢測可知大腦活動時會有4種主要活動波,包含 delta、theta、alpha和beta波,出現頻率各為 1-4、4-8、8-13和13-30 Hz(圖1[5])。當人類進入精神疲勞時,不同研究顯示alpha波會頻繁出現[6]。

基於這個現象,圖2顯示本對策用於核電廠安全管理的流程圖。首先,透過耳戴式的腦機介面裝置,輪值人員的腦波數值可被截取(圖3為配戴該裝置後的畫面)。再將這些腦波數值傳遞給智慧型手機(表1為本對策所需的資料傳輸技術),並自動分析 alpha波的出現頻繁度,以判斷該人員是否達到精神疲勞,如圖4為分析結果的擷取畫面。一旦輪值人員有精神疲勞的情況時,本對策所使用的智慧型手機便會震動並播放警示聲音,以提示該人員注意精神疲勞情況。若被偵測到的精神疲勞狀態仍然持續時,本對策亦可發出警告訊息給核電廠的管理人員,以避免精神疲勞的輪值人員因一時疏忽而引發核電廠的安全事件。如圖5,因本對策所使用的智慧型手機已具備定位能力(本對策採GPS、電信基地台和無線網路混雜模式)。故管理人員所收到警示訊息可顯示已精神疲勞的輪值人員的姓名、判定狀態與所處位置。









結論與建議
自然災害與人為因素均可能造成核電廠的事件與災變。相較於自然災害,人為因素是可以避免的,特別是精神疲勞的輪值人員。本文說明了監測輪值人員的腦波狀態是一種可達到即時預警目的的對策。對於未來更進一步的研究,建議可整合其他身體器官狀態監測技術,以提升精神疲勞判斷的精確性。

(本文作者為國立中央大學災害防治研究中心副研究員)

參考文獻:
[1] International Atomic Energy Agency, 2007.Arrangements for Preparedness for aNuclear or Radiological Emergency SafetyGuide. Available at: http://www-pub.iaea.org/books/iaeabooks/7503/Arrangementsfo r - P r e p a r e d n e s s - f o r - a - N u c l e a r - o r -Radiological-Emergency-Safety-Guide.
[2] 第一核能發電廠,2007,電廠運轉不打烊,台電月刊,530期,6-11。
[3] S. L., Hwang, J. T., Lin, G. F., Liang, Y.J., Yau, T. C., Yenn, C. C., Hsu, 2008.Application control chart conceptsof designing a pre-alarm system in thenuclear power plant control room. NuclearEngineering and Design, 238(12),3522-3527.
[4] S. Kim, Y. Kim, and W. Jung, 2014.Operator's cognitive, communicativeand operative activities based workloadmeasurement of advanced main controlroom. Annals of Nuclear Energy, 72, pp.120-129.N. D. Livergood, 2016. Brain, Mind, andAltered States of Consciousness.
[5] S. K. L. Lal, A. Craig, 2001. A criticalreview of the psychophysiology of driverfatigue. Biological psychology, 55, pp.173-194.
3 車諾比30 周年,聯合國重 申其承諾 4 應用即時精神疲勞檢測 於提升核電廠安全管理 5 熊本強震 日本核電廠安全如常運轉
Last modified:2016-06-23 10:52:31 by nicenter Powered by TadBook2
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