一种基于生物钟动力学模型的跨时区昼夜节律紊乱调节方法及系统

本发明属于生物医学，涉及生物钟的调节，尤其是一种基于生物钟动力学模型的跨时区昼夜节律紊乱调节方法及系统。

背景技术：

1、长途跨时区飞行或其他跨时区任务所引发的时差综合征，是长期困扰航空业、威胁人员健康与执行任务的核心生理学挑战。人体在执行跨时区航线任务时，其内在的生物钟（昼夜节律起搏器）与目的地外部光照周期（授时因子）发生急剧错位，导致睡眠紊乱、日间疲劳、认知功能下降等一系列症状，严重时可能诱发操作失误。现有的节律调节方法存在以下问题：

2、1.分段函数法以跨越特定时区数为阈值，这类方案缺乏对人体生物钟内在动力学机制的应用，其调整建议通常基于经验而非生理模型，无法量化预测恢复时长，且忽略了飞行方向对调整速率的根本性影响，导致其预测和调整的普适性与精确性受限。

3、2.由于在生理上，延迟12小时比提前12小时在生理上更容易，因此当向东飞行跨越足够多的时区（例如超过10个），身体可能选择以“延迟”而非“提前”的方式重新同步，存在模式切换现象，但现有的简单调节方案无法处理这种复杂的模式切换。

4、3.现有的调节方法主要针对单次跨时区飞行后的恢复过程，而实际航班任务常是包含多次中转、往返程的复杂任务链，各航段的节律干扰效应会累积、相互作用，导致调节结果不够准确。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种预测精准、适用性强的基于生物钟动力学模型的跨时区昼夜节律紊乱调节方法及系统。

2、为解决上述问题，本发明的技术方案为：

3、一种基于生物钟动力学模型的跨时区昼夜节律紊乱调节方法，包括以下步骤：

4、获取人体生理参数，构建人体的生物钟动力学模型和生物钟紊乱重同步迭代函数；

5、基于跨时区任务参数、跨时区方向与幅度调整难度系数，构建跨时区疲劳系数；

6、结合生物钟动力学模型、生物钟紊乱重同步迭代函数、环境光照参数、跨时区疲劳系数，构建跨时区多任务链仿真模型，适于进行生物钟相位、节律负荷与警觉度的预测；

7、根据跨时区多任务链仿真模型的预测结果，生成个性化光照、睡眠及辅助调理节律的干预方案。

8、在进一步的实施例中，人体生理参数包括个人内源性周期值；

9、生物钟动力学模型包括核心体温变量、驱动变量和光敏感度调节变量；

10、生物钟紊乱重同步迭代函数基于庞加莱截面法，并基于生物钟动力学模型推导获得，适于量化生物钟相位在每个光暗周期后的偏移量。

11、在进一步的实施例中，生物钟紊乱重同步迭代函数包括稳定不动点和不稳定不动点，稳定不动点适于表征生物钟完全适应当地光暗周期的相位，不稳定不动点设定为相位超前重同步模式与相位滞后重同步模式的分界阈值，稳定不动点和不稳定不动点根据个人内源性周期值与所在地的环境光照参数确定。

12、在进一步的实施例中，跨时区疲劳系数包括任务时间负荷系数、任务破碎度系数和任务链复杂度累积因子；

13、跨时区方向与幅度调整难度系数通过方向难度权重和跨越时区数的绝对值计算得到。

14、在进一步的实施例中，向东跨时区的方向难度权重大于向西跨时区的方向难度权重；

15、当向东跨越的时区数超过预设阈值时采用向西跨时区的方向难度权重。

16、在进一步的实施例中，任务时间负荷系数通过任务时长、加权值勤时长和基准时长计算得到，加权值勤时长通过值勤时长和值勤权重因子计算得到；

17、任务破碎度系数通过任务段增量系数、日均任务段数与基准任务段数计算获得；

18、任务链复杂度累积因子通过各任务段的跨时区调整难度系数、任务时间负荷系数、任务总天数计算得到。

19、在进一步的实施例中，环境光照参数通过查询光照数据库得到；

20、跨时区多任务链仿真模型包括任务执行阶段和任务间停留阶段，任务执行阶段适于模拟相应光照条件下的相位漂移，任务间停留阶段根据目的地的光照条件调用重同步迭代函数计算相位收敛过程。

21、在进一步的实施例中，干预方案包括光照时段指引、就寝与起床时间建议、辅助产品服用时间建议。

22、在进一步的实施例中，根据跨时区多任务链仿真模型的预测结果，生成个性化光照、睡眠及辅助调理节律的干预方案，具体包括：

23、根据干预方案，对任务安排进行量化评估；

24、根据评估结果生成优化建议，进行风险预警。

25、一种基于生物钟动力学模型的跨时区昼夜节律紊乱调节系统，使用基于生物钟动力学模型的跨时区昼夜节律紊乱调节方法，包括：

26、个体档案管理模块，适于获取人体生理参数；

27、任务与环境数据接口模块，适于获取跨时区任务参数、跨时区方向与幅度调整难度系数、环境光照参数，构建跨时区疲劳系数；

28、生物钟动力学仿真引擎模块，分别连接个体档案管理模块和任务与环境数据接口模块，适于构建人体的生物钟动力学模型、生物钟紊乱重同步迭代函数、跨时区多任务链仿真模型，并进行仿真预测；

29、排班方案评估与优化模块，适于接收生物钟动力学仿真引擎模块的预测结果，生成干预方案，输出任务安排的风险预警与优化策略。

30、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

31、1.本调节方法以人体生物钟动力学模型为核心理论基础，结合生物钟紊乱重同步迭代函数，精准划分相位超前、相位滞后两类重同步模式，量化解析跨时区飞行东西向时差不对称、多时区模式切换等生理规律；在此基础上构建跨时区调整难度、任务时间负荷、任务破碎度、任务链复杂度四类量化系数；依托全球光照数据库搭建跨时区多任务链仿真模型，逐航段、逐时段模拟飞行员生物钟相位、节律负荷与警觉度的动态演化过程，精准预测时差恢复时长与节律低谷时段；进而根据仿真结果自动生成个性化光照调控、睡眠作息、辅助调理等节律干预方案，并支持多套排班方案并行仿真与多目标风险评估，输出航班时刻调整、人员调配等全局优化建议。经对照试验验证，相较于传统经验式干预手段，本发明可有效缩短时差恢复时长、大幅降低飞行员主观疲劳度、提升值勤时段警觉度，实现了从经验管控到机理化、定量化、智能化节律管理的升级。

32、2.本调节方法实现了兼具机理深度与个体化适配的精准预测。一方面，从基于经验阈值的粗略判断升级为基于生物钟动力学模型的量化、动态、连续预测，首次将生物钟动力学模型转化为可量化计算任意跨时区飞行航班场景下时差恢复时间的实用工具，预测结果基于严密的数学分析，保证了预测的机理合理性和对复杂因素的包容性，超越了经验性总结；另一方面，核心模型参数兼顾了飞行方向、飞行任务负荷、具体时间点变化等多维度因素，并可根据飞行员内源性周期范围提供差异化的风险预测和优化方案，兼顾了不同内源性周期飞行员的个体差异，克服了传统方案忽略个体差异的缺陷，实现了真正意义上的健康出行指导。

33、3.本调节方法实现了决策前瞻化与全局化，将节律管理从飞行员的个人被动适应前置于航空公司管理部门排班的主动优化阶段。通过全任务链仿真，系统能够在排班环节从节律负荷、值勤警觉度、任务时长维度开展多目标风险评估，自动识别夜间起降或高负荷飞行阶段处于节律低谷的高风险时段，在源头上规避高风险节律模式，并给出航班时刻调整、执飞人员更换、中途停留增设等具体优化建议，实现了运行安全与机组健康的系统性提升。系统不仅能为飞行员提供调整节律的方法指导，还能在排班阶段为公司提供优化建议，实现了从被动调整到主动预防、从个体健康管理到组织运营优化的跃升。

34、4.本调节方法配套了完整的硬件系统与数据校准机制，具备广泛的行业适配性与应用推广价值。硬件系统采用云端服务器、本地工作站和飞行员终端三级架构，搭配穿戴式体动仪、体温采集仪等生理采集设备完成模型动态校准，各功能模块数据互联互通，可稳定适配民航客运、货运、公务等各类跨时区飞行任务。同时，本发明除航空领域外，还可推广至跨境商务人员、体育团队、驻外人员等跨时区人群的节律健康管理场景，为安全管理部门提供一种基于前沿生物钟理论、可量化的人员疲劳风险防控工具，有效提升跨时区长途出行人员的休息质量与工作时段内的警觉水平，应用前景广阔。