1.基于生成对抗域自适应的跨被试EEG疲劳状态分类方法,其特征在于使用独立成分分析及带通滤波对EEG数据集进行预处理;其次通过功率谱密度方法对预处理后的EEG数据集进行EEG特征提取,获得二维特征样本集;然后对二维特征样本集进行划分,获得初始源域数据集及初始目标域数据集;用结合生成对抗网络的域自适应模型GDANN作为分类器,实现跨被试下的疲劳、清醒两种状态的有效区分。
2.根据权利要求1所述的基于生成对抗域自适应的跨被试EEG疲劳状态分类方法,其特征在于具体实现步骤如下:步骤S1.数据获取:通过搭建模拟平台采集被试信号打标签;
步骤S2.数据处理:包括预处理、特征提取和数据集划;
步骤S3.神经网络GDANN模型的构建与训练:初始化神经网络GDANN模型的网络参数;训练神经网络GDANN模型中目标域数据判别器Ntd和目标域数据生成器Ntg;获得实际源域数据集中被试驾驶员数目Ns,更新实际源域数据集;用假数据更新目标域;迭代训练特征提取器Nf,、标签分类器Ny、域判别器Nd直至反馈训练达到全局最优;
步骤S4.用混淆矩阵来评估结果。
3.根据权利要求2所述的基于生成对抗域自适应的跨被试EEG疲劳状态分类方法,其特征在于步骤1具体实现步骤如下:S1-1:搭建模拟平台;
搭建模拟驾驶平台,设计模拟驾驶实验,还原驾驶过程场景;同时选取N名被试驾驶员,并让N名被试驾驶员分别进行不同驾驶难度的模拟驾驶实验,其中N是不小于2的整数;通过设置不同的刺激率来设计TAV驾驶任务的五个级别TAV1-TAV5,用不同级别的工作量需求来反应驾驶员的整体精神疲劳状态,最后进行使驾驶员昏昏欲睡的实验任务,即DROW级别;
S1-2:采集被试信号打标签;
获得这N名被试驾驶员在模拟驾驶实验中的不同难度阶段下的信号,其中,TAV3状态和DROW状态下采集到的脑电数据差异最明显,于是给TAV3状态下获取到的脑电数据打上“清醒”的标签,标记为1;给DROW状态下获取到的脑电数据打上“疲劳”的标签,标记为0;获得设置有标签的原始脑电信号I1i,原始脑电信号I1i包括脑电信号X及标签Y,其中i表示第i个被试驾驶员对应的原始脑电信号,且i∈[1,N]。
4.根据权利要求3所述的基于生成对抗域自适应的跨被试EEG疲劳状态分类方法,其特征在于步骤2具体实现步骤如下:S2-1:预处理;
对采集到的原始脑电信号I1i进行预处理操作,包括独立成分分析和带通滤波,获得预处理后脑电信号I2_1i,其中i表示第i个被试驾驶员驾对应的脑电信号I2_1i,且i∈[1,N];
S2-2:特征提取;
通过PSD对数据进行特征提取,从三维的脑电信号I2_1i中提取出二维特征样本集,获得特征提取后的脑电信号I2_2i,其中i表示第i个被试驾驶员驾对应的脑电信号I2_2i,且i∈[1,N];
S2-3:数据集划分;
将二维特征样本集划分为初始源域数据集及初始目标域数据集;选择一个被试驾驶员的数据作为初始目标域数据集I2T,包含{Xt,Yt},其二维特征样本数量为nt;剩下的N-1个被试驾驶员的数据整合为初始源域数据集I2S,包含{Xs,Ys},其二维特征样本数量为ns。
5.根据权利要求4所述的基于生成对抗域自适应的跨被试EEG疲劳状态分类方法,其特征在于步骤3需要设定神经网络GDANN模型中的参数,包括:
1)设定比例因子λ,用于从初始目标域数据集I2T的无标签样本集Xt中选择占比例为λ的无标签辅助数据样本λXt来辅助训练,λ∈(0,1);
2)设定表示模型训练的实际源域数据集中被试驾驶员数目Ns,用来精简初始源域数据集I2S,从初始源域的N-1个被试驾驶员中选择最佳的Ns个被试驾驶员数据作为实际源域数据集,来进行后续训练,Ns∈[1,N-1]。
6.根据权利要求5所述的基于生成对抗域自适应的跨被试EEG疲劳状态分类方法,其特征在于步骤3具体实现步骤如下:
3-1:初始化
神经网络GDANN模型包括目标域数据判别器Ntd,目标域数据生成器Ntg,域判别器Nd,特征提取器Nf和标签分类器Ny;将目标域数据判别器Ntd、目标域数据生成器Ntg、域判别器Nd、特征提取器Nf和标签分类器Ny这五个网络的参数μ进行初始化操作;
S3-2:训练目标域数据判别器Ntd和目标域数据生成器Ntg;
用符合高斯分布的随机噪音z和无标签辅助数据样本λXt来训练生成对抗网络的目标域数据判别器Ntd和目标域数据生成器Ntg,使之收敛,达到平衡;
S3-3:获得实际源域数据集中被试驾驶员数目Ns,更新实际源域数据集;
将包含N-1个被试驾驶员数据的初始源域数据集中的无标签数据样本Xs通过步骤S3-1训练完成的目标域数据判别器Ntd,从而筛选获得与目标域数据集I2T中无标签样本集Xt空间分布最相近的前Ns个被试被试驾驶员,用这NS个被试驾驶员所对应的脑电信号Xs及标签Ys组成新的实际源域数据集I3S,更新(Xs,Ys)及二维特征样本数量ns;
S3-4:假数据更新目标域
将大量的随机噪音z通过步骤S3-1训练完成的目标域数据生成器Ntg,生成模拟目标域空间分布的假数据Xt-fake,用Xt-fake和无标签辅助数据样本λXt组成用于后续训练的无标签目标域数据集I3T,并且,使I3T在数量上与实际源域数据集I3S相等,如公式(7)所示;
Length(I3T)==ns,I3T={Xt-fake∪λXt}#(7)S3-5:训练特征提取器Nf,获得特征信息
将无标签目标域数据集I3T和实际源域数据集I3S通过特征提取器Nf,分别获得特征信息FT和FS;
S3-6:训练标签分类器Ny,判断预测状态
将特征信息FS通过标签分类器Ny获得预测状态 将预测状态 和实际源域数据集I3S中样本对应标签YS进行空间距离比较;
S3-7:训练域判别器Nd,使无标签目标域数据集I3T和实际源域数据集I3S对齐将特征信息FT标记为1,特征信息FS标记为0,然后通过数据{(FT,1)∪(FS,0)}训练域判别器Nd;
S3-8:跳转步骤S3-5,直至反馈训练达到全局最优。
7.根据权利要求6所述的基于生成对抗域自适应的跨被试EEG疲劳状态分类方法,其特征在于步骤4具体实现步骤如下:S4-1:获得预测结果
将初始目标域数据集I2T的无标签样本集Xt通过训练好的特征提取器Nf获得特征信息,再将特征信息通过标签分类器Ny获得对疲劳状态的预测S4-2:用混淆矩阵对预测结果进行评估
将步骤S4-1获得的预测状态 和初始目标域数据集I2T中标签显示的真实状态Yt用混淆矩阵进行对比,评估其性能。