JP2018175795A - Method and system for improving efficiency of work by working dog - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、災害救助犬などの使役犬による作業の効率を向上させるための方法およびシステムに関する。 The present invention relates to a method and system for improving the efficiency of work by a service dog such as a disaster rescue dog.
使役犬は、ヒトに代わってまたは人を助けて作業をするイヌである。使役犬は、疲労の蓄積、意欲若しくは気力の低下、または倦怠などで、作業効率が低下することがある。使役犬に指示を出すハンドラーが使役犬を観察し作業効率が低下していると判断した場合に、随時、休憩を与えたり、別の使役犬に交代させたりするのが一般的である。しかし、ハンドラーの目の届かない場所に居る使役犬の観察は困難であったり、ハンドラーの判断に客観性の欠けることがあったりして、使役犬による作業の効率を最適化できていないことが多い。 A serving dog is a dog that works on behalf of a human or helping a person. Working dogs may lose working efficiency due to fatigue buildup, reduced motivation or energy, or fatigue. If the handler giving instructions to the serving dog observes the serving dog and determines that the working efficiency is low, it is common to give a break or substitute another serving dog at any time. However, it is difficult to observe a working dog who is out of reach of the handler, or there is a lack of objectivity in the judgment of the handler, and the efficiency of working by the working dog can not be optimized. There are many.
ところで、動物の検査、健康管理または調教を行うことを目的とする装置が種々提案されている。例えば、特許文献１は、ヒト以外の動物種のメンバーとしての動物をモニタする装置であって、前記動物により着用されるべきモニタ用衣服を有し、前記モニタ用衣服は、前記動物のサイズ及び行動に適合するよう構成されていて、前記動物が通常の活動を行なうことができるようにし、前記衣服に組み込まれていて、前記動物の生理学的機能を検出する１つ又は２つ以上のセンサを有し、前記動物に取り付けられて運搬されるように適合すると共に構成されていて、前記センサを起動させ、有線外部接続手段を用いないで前記センサから生理学的データを取り出す携帯型データユニットを有する、装置を開示している。
By the way, various devices have been proposed for the purpose of testing, health management or training of animals. For example,
特許文献２は、生体情報モニタ用センサを押圧するための押圧部材と、上記押圧部材から放射状に少なくとも二方向に延びるように設けられた少なくとも二本の固定用バンドとを有することを特徴とする動物の生体情報モニタ用固定具を開示している。 Patent Document 2 is characterized by having a pressing member for pressing a biological information monitor sensor, and at least two fixing bands provided so as to radially extend in at least two directions from the pressing member. A fixture for biological information monitoring of an animal is disclosed.
特許文献３は、被検体である生体の生体信号を検出するための生体信号検出手段と、この生体信号検出手段を、該被検体の生体信号を好適に検出することのできる検出部位に密着的に装着するための装着部材と、生体信号検出手段によって検出された生体信号を出力するための出力手段とを備えることを特徴とする動物の生体信号の検出装置を開示している。 Patent Document 3 discloses a biosignal detecting means for detecting a biosignal of a living body as a subject, and the biosignal detecting means in close contact with a detection portion capable of suitably detecting a biosignal of the subject. An apparatus for detecting a biological signal of an animal is disclosed, comprising: a mounting member for mounting on the body; and an output means for outputting a biological signal detected by the biological signal detection means.
特許文献４は、動物に対して取り付けられるか、あるいは動物によって着用され、多種の環境に対して行動を適応させるよう前記動物を調教するための調教装置であって、前記多種の環境に対して適応され且つ前記動物の調教者によって選択される多種の調教設定に基づいて稼働され、
・ 新しい調教設定が開始されるよう、前記調教者からの入力、又は前記調教者によって使用される調教設定装置からの入力を受信する手段と、
・ 前記受信される入力を処理するプロセッサと、
・ 前記調教設定と定期的に比較される前記動物に関する少なくとも１つのパラメータを検出する検出手段と、
・ 前記検出されるパラメータのうち１つ又はそれより多くが前記調教設定と矛盾する場合に前記動物の前記行動に影響を与える出力手段と、
を有する、調教装置を開示している。
Patent Document 4 is a training device attached to an animal or worn by an animal for training the animal to adapt its behavior to various environments, and for the various environments. Operated based on various training settings adapted and selected by the animal trainer,
A means for receiving input from the trainer or from a training setup device used by the trainer so that a new training setup is initiated;
A processor for processing the received input;
Detecting means for detecting at least one parameter related to the animal, which is periodically compared with the training setting,
An output means that influences the behavior of the animal if one or more of the detected parameters conflict with the training setting;
Discloses a training apparatus.
上記のような先行技術文献に記載の技術は、イヌの健康状態などを検知することができるが、使役犬による作業の効率を向上させるものでない。
本発明の目的は、災害救助犬などの使役犬による作業の効率を向上させるための方法およびシステムを提供することである。
The techniques described in the prior art documents as described above can detect the health condition etc. of dogs, but do not improve the efficiency of work by working dogs.
An object of the present invention is to provide a method and system for improving the efficiency of work by working dogs such as disaster relief dogs.
上記目的を達成するために検討を重ねた結果、以下の態様を包含する本発明を完成するに至った。 As a result of repeated studies to achieve the above object, the present invention including the following aspects has been completed.
〔１〕 使役犬に電位計を装着し、使役犬の心電位を計測して心電位時系列情報を得、 心電位時系列情報から心拍変動時系列情報を作成し、 心拍変動時系列情報に基づいて使役犬の情動価時系列情報を算出し、 算出された情動価時系列情報に基づいて使役犬による作業を実行させるかまたは使役犬による作業を休止させるかの判定をすることを含む使役犬による作業の効率を向上させるための方法。 [1] Wear an electrometer on the serving dog, measure the cardiac potential of the serving dog to obtain cardiac potential time series information, create heart rate fluctuation time series information from the cardiac potential time series information, and create heart rate fluctuation time series information A causation that includes: calculating the affective value time series information of the serving dog on the basis; and determining whether to perform the work by the working dog or to stop the work by the serving dog based on the calculated emotional value time series information. How to improve the efficiency of work by dogs.
〔２〕 心拍変動時系列情報が、所定時間区間における、心拍間隔の平均、心拍間隔の標準偏差、心拍間隔の分散、連続した心拍間隔間の差の二乗平均平方根、および連続した心拍間隔間の差が５０ミリ秒以上となった回数に関する時系列情報である、〔１〕に記載の方法。
〔３〕 心電位時系列情報からの心拍変動時系列情報の作成が、心電位時系列情報からＲ波時系列情報を抽出し、Ｒ波時系列情報から心拍間隔を算出することを含む、〔１〕または〔２〕に記載の方法。
〔４〕 心電位時系列情報からの心拍変動時系列情報の作成が、算出された心拍間隔を無線送信し、無線送信された心拍間隔を受信することをさらに含む、〔３〕に記載の方法。
〔５〕 使役犬の情動価時系列情報の算出が、事前に取得した心拍変動時系列情報とそれに対応する情動価時系列情報とを用いて学習させてなる人工知能によって行われる、〔１〕〜〔４〕のいずれかひとつに記載の方法。
[2] heart rate variability time series information, in a predetermined time interval, the average heart rate interval, the standard deviation of the heart rate interval, the variance of the heart rate interval, the root mean square of the difference between successive heart beat intervals, and between successive heart beat intervals The method according to [1], which is time-series information on the number of times the difference is 50 milliseconds or more.
[3] The generation of heart rate fluctuation time series information from cardiac potential time series information includes extracting R wave time series information from cardiac potential time series information and calculating a cardiac beat interval from R wave time series information, [ 1] or the method as described in [2].
[4] The method according to [3], wherein generation of heartbeat fluctuation time-series information from cardiac potential time-series information further includes wirelessly transmitting the calculated heartbeat interval and receiving the wirelessly transmitted heartbeat interval. .
[5] The calculation of the emotional valence time series information of the serving dog is performed by artificial intelligence that is learned using the heart rate fluctuation time series information acquired in advance and the corresponding emotional valence time series information, [1] The method according to any one of to [4].
〔６〕 使役犬に着用可能な胴衣、電位計、無線送信機、電位計と無線送信機を駆動させるための電源、無線受信機、情報処理装置、および表示装置を有し、
電位計は、電極、計測器、電極から計測器に信号を送るための手段、計測器で計測された心電位時系列情報からＲ波時系列情報を抽出する手段、Ｒ波時系列情報から心拍間隔を算出する手段、および心拍間隔を無線送信機に送るための手段を具備し、
胴衣を使役犬に着用させたときに、電極はそれが使役犬の皮膚に常時触れるように、且つ電源、計測器および無線送信機はそれらの重量が使役犬の左右に略均等になるように、胴衣にそれぞれ設置されており、
無線送信機は、電位計から送られてきた心拍間隔を無線送信するための手段を有し、
無線受信機は、無線送信機から無線送信された心拍間隔を受信するための手段、および受信した心拍間隔を情報処理装置に送るための手段を有し、
情報処理装置は、心拍間隔を心拍間隔時系列情報として集録するための手段、心拍間隔時系列情報に基づいて心拍変動時系列情報を作成するための手段、心拍変動時系列情報に基づいて使役犬の情動価時系列情報を算出するための手段、および表示装置に情動価時系列情報、または使役犬による作業の実行若しくは休止の標しを表示させるための手段を有する、
使役犬による作業の効率を向上させるためのシステム。
〔７〕 測位センサ、加速度計、音響電気変換器および電気音響変換器からなる群から選ばれる少なくとも一つをさらに有する、〔６〕に記載のシステム。
[6] It has a jacket wearable to a working dog, an electrometer, a wireless transmitter, a power supply for driving the electrometer and the wireless transmitter, a wireless receiver, an information processor, and a display device,
The electrometer comprises an electrode, a measuring instrument, a means for sending a signal from the electrode to the measuring instrument, a means for extracting R-wave time-series information from cardiac potential time-series information measured by the measuring instrument, a heart beat from the R-wave time-series information Means for calculating the interval, and means for sending the heart rate interval to the wireless transmitter;
When the jacket is worn by the service dog, the electrodes make it touch the skin of the service dog at all times, and the power source, meter and radio transmitters make their weights approximately equal to the left and right of the service dog. , Each installed in the jacket,
The wireless transmitter has means for wirelessly transmitting the heart rate interval sent from the electrometer,
The wireless receiver comprises means for receiving the heart rate interval wirelessly transmitted from the wireless transmitter, and means for transmitting the received heart rate interval to the information processor.
The information processing apparatus includes means for acquiring heart rate intervals as heart rate interval time-series information, means for creating heart rate fluctuation time-series information based on heart rate interval time-series information, and a working dog based on heart rate fluctuation time-series information Means for calculating emotion value time-series information, and means for displaying on the display device emotion emotion time-series information, or a sign of execution or pause of work by a working dog,
A system to improve the efficiency of work done by working dogs.
[7] The system according to [6], further including at least one selected from the group consisting of a positioning sensor, an accelerometer, an acoustoelectric transducer, and an electroacoustic transducer.
好ましい実施形態としてつぎのようなものを挙げることができる。
〔８〕 使役犬に測位センサを装着し、使役犬の位置情報を無線送信し、無線送信された位置情報を受信することをさらに含む、〔１〕〜〔５〕のいずれかひとつに記載の方法。
〔９〕 使役犬に加速度計を装着し、使役犬の姿勢および動きを計測することをさらに含む、〔１〕〜〔５〕のいずれかひとつに記載の方法。
〔１０〕 電位計で計測された電位を心電位と筋電位とに分離することをさらに含む、〔１〕〜〔５〕のいずれかひとつに記載の方法。
〔１１〕 使役犬に音響電気変換器および／または電気音響変換器を装着し、収音および／または発音を行うことをさらに含む、〔１〕〜〔５〕のいずれかひとつに記載の方法。
〔１２〕 情動価時系列情報が、快の確率の時系列情報と不快の確率の時系列情報を含む、〔１〕〜〔５〕のいずれかひとつに記載の方法。
〔１３〕 所定時間分の情動価時系列情報において、快の確率に対する不快の確率の比が７／３以上となる頻度が２／３以上であるときに、使役犬による作業を休止させる判定を下す、〔１２〕に記載の方法。
The following can be mentioned as a preferred embodiment.
[8] The positioning dog according to any one of [1] to [5], further comprising: mounting a positioning sensor on the serving dog; wirelessly transmitting the position information of the serving dog; and receiving the wirelessly transmitted position information. Method.
[9] The method according to any one of [1] to [5], further comprising attaching an accelerometer to the serving dog and measuring the posture and movement of the serving dog.
[10] The method according to any one of [1] to [5], further comprising separating the potential measured by the electrometer into cardiac potential and myoelectric potential.
[11] The method according to any one of [1] to [5], further comprising attaching an acoustoelectric transducer and / or an electroacoustic transducer to a working dog and collecting and / or sounding.
[12] The method according to any one of [1] to [5], wherein the emotion valence time series information includes time series information of probability of pleasure and time series information of probability of discomfort.
[13] In emotion value time series information for a predetermined time, when the ratio of the probability of discomfort to the probability of pleasure is 7/3 or more is 2/3 or more, it is determined that the work by the serving dog is suspended The method described in [12].
本発明の方法およびシステムは、作業中の使役犬の心拍間隔時系列情報を測定することができ、その心拍間隔時系列情報から心拍変動時系列情報を取得し、心拍変動時系列情報から情動価時系列情報を算出して、使役犬の疲労度合い、意欲若しくは気力の低下度合い、または倦怠の度合いを、オンラインで、高い確率で推定することができる。そして、情動価時系列情報に基づいて使役犬による作業の実行または作業の休止を判定する。この判定結果を考慮してハンドラーが使役犬に指示を出すことによって、使役犬による作業の効率を向上させることができる。 The method and system of the present invention can measure heartbeat interval time-series information of a working dog during work, obtain heartbeat fluctuation time-series information from the heartbeat interval time-series information, and obtain emotional valence information from the heartbeat fluctuation time-series information. Time-series information can be calculated to estimate the degree of fatigue, the degree of decline in motivation or energy, or the degree of fatigue of a service dog online with a high probability. Then, based on the emotion value time-series information, it is determined whether the working dog performs work or does not work. When the handler instructs the serving dog in consideration of the determination result, it is possible to improve the efficiency of work by the serving dog.
本発明に係る使役犬による作業の効率を向上させるための方法は、使役犬に電位計を装着し、使役犬の心電位を計測して心電位時系列情報を得、心電位時系列情報から心拍変動時系列情報を作成し、心拍変動時系列情報に基づいて使役犬の情動価時系列情報を算出し、算出された情動価時系列情報に基づいて使役犬による作業を実行させるかまたは使役犬による作業を休止させるかの判定をすることを含む。 A method for improving the efficiency of work by a working dog according to the present invention is to attach an electrometer to a working dog and measure cardiac potential of the working dog to obtain cardiac potential time-series information, and from the cardiac potential time-series information Heart rate fluctuation time series information is created, emotion value time series information of a working dog is calculated based on the heart rate fluctuation time series information, or work by a service dog is performed based on the calculated emotion price time series information Including determining whether to stop the work by the dog.
図面を参照して本発明を説明する。本発明に係る使役犬による作業の効率を向上させるためのシステムは、使役犬に着用可能な胴衣１、電位計、無線送信機、電位計と無線送信機を駆動させるための電源、無線受信機、情報処理装置、および表示装置を有する。
The invention will be described with reference to the drawings. A system for improving the efficiency of work by a service dog according to the present invention includes: a
ここで、使役犬としては、例えば、猟犬、牧羊犬、そり犬、軍用犬；地雷探知犬、麻薬探知犬、銃器探知犬、爆発物探知犬、地雷探知犬、検疫探知犬、がん探知犬、ＤＶＤ探知犬、シロアリ探知犬、トコジラミ探知犬などの探知犬；災害救助犬、水難救助犬、山岳救助犬、警察犬、警備犬；盲導犬、聴導犬、身体障害者補助犬、介助犬、セラピードッグなどが挙げられる。 Here, as working dogs, for example, hounds, sheep dogs, sled dogs, military dogs; mine detection dogs, drug detection dogs, gun detection dogs, explosives detection dogs, mine detection dogs, quarantine detection dogs, cancer detection dogs , DVD detection dog, termite detection dog, detection dog such as bed bug detection dog; disaster relief dog, water rescue dog, mountain rescue dog, police dog, guard dog; guide dog, hearing dog, handicapped dog, assistance dog, therapy Dog etc. are mentioned.
胴衣１は、例えば、図２に示すように、き甲部８または背部９から前胸部１０を経由する部分と、き甲部または背部から下胸部１１を経由する部分とによってイヌに着用させることができる。図２に示す胴衣１は、図３に示すようにイヌの左側に設けられたファスナ１２の開閉によって着脱することができる。
For example, as shown in FIG. 2, the
電位計は、電極１３、計測器１４、電極から計測器に信号を送るための手段（例えば、信号伝送線１５）、計測器で計測された心電位時系列情報からＲ波時系列情報を抽出する手段、Ｒ波時系列情報から心拍間隔を算出する手段、および心拍間隔を無線送信機に送るための手段を具備する。
胴衣を使役犬に着用させたときに、電極１３はそれが使役犬の皮膚に常時触れるように胴衣に設置されている。図４においては、電極１３はイヌの前胸部１０から下胸部１１にかけての３カ所の皮膚に触れるように胴衣に縫い付けて設置されている。
胴衣を使役犬に着用させたときに、電源、電位計および無線送信機はそれらの重量が使役犬の左右に略均等になるように胴衣に設置されている。無線送信機は、電位計から送られてきた心拍間隔を無線送信するための手段を有する。
The electrometer extracts the R-wave time-series information from the
When the vest is worn on the working dog, the
When the vest is worn on the working dog, the power source, the electrometer and the wireless transmitter are installed on the vest so that their weights are approximately equal to the left and right of the working dog. The wireless transmitter has means for wirelessly transmitting the heart rate interval sent from the electrometer.
胴衣には、測位センサ１９、加速度計２０、音響電気変換器および電気音響変換器からなる群から選ばれる少なくとも一つをさらに設置してもよい。
At least one selected from the group consisting of a
使役犬に測位センサを装着し、使役犬の位置情報を無線送信し、無線送信された位置情報を受信することによって、仮にハンドラーが使役犬を見失った場合でも、使役犬の居場所を把握することができる。 By attaching a positioning sensor to the serving dog, wirelessly transmitting the location information of the serving dog, and receiving the wirelessly transmitted location information, even if the handler loses sight of the serving dog, grasp the location of the serving dog Can.
使役犬に加速度計を装着し、使役犬の姿勢および動きを計測することによって、使役犬の筋肉の動き、呼吸の状態などを把握し、電位計で測定された電位から筋電位などの雑音を分離し心電位をより正確に抽出することが可能となる。また、使役犬の動きの活発度を知ることもできる。 Attach the accelerometer to the working dog and measure the posture and movement of the working dog to understand the movement of the working dog's muscle, the state of breathing, etc., and measure the noise such as the myoelectric potential from the potential measured by the electrometer It becomes possible to separate and extract cardiac potential more accurately. You can also find out the activity of the serving dog.
使役犬に音響電気変換器、例えばマイク、を装着し収音を行うことによって、例えば、呼吸音を検出したり、被災者を災害救助犬が発見し、ハンドラーに知らせるための吠えを、遠く離れた場所に居るハンドラーに感知させたりすることができる。また、使役犬に電気音響変換器、例えばスピーカ、を装着し発音を行うことによって、例えば、ハンドラーが使役犬によって発見された被災者に話しかけることができる。
なお、胴衣に設置することができる、電源、電位計、無線送信機、測位センサ１９、加速度計２０、音響電気変換器、電気音響変換器などは、胴衣に着脱が可能であってもよい。例えば、図３に示すようにファスナ１６等で閉じることができるポケットに電源、計測器、無線送信機などを収納することができる。
By collecting a sound by wearing an acoustic-electrical converter such as a microphone on a working dog, for example, it detects a respiratory sound and far away a barry for a disaster rescue dog to find a victim and inform a handler. It is possible to make a handler at a different place sense. Also, by attaching an electro-acoustic transducer, such as a speaker, to the serving dog and performing pronunciation, for example, a handler can talk to a victim found by the serving dog.
Note that the power supply, electrometer, wireless transmitter,
心拍間隔（ＲＲＩ）は、心電図（心電位時系列情報）中のＲ波の発生時刻の時間差である。Ｒ波は、心臓の心室と呼ばれる部分が急激に収縮して血液を心臓から送り出している時に発生する電気信号であり、心電図中に一番鋭いピークで現れる。
図６及び図７は、本発明の方法およびシステムによって算出された、静止時の心拍間隔の時系列情報の一例および歩行時の心拍間隔の時系列情報の一例、を示す図である。ＲＲＩの値は、Ｒ波が発生した時刻でのみデータが発生するため、不定の周期で発生する離散的なデータである。図６および７では不定周期のＲＲＩの離散値を補間して線で表している。補間によって得られた線から一定周期のＲＲＩ補間値に変換することができる。補間の仕方としては、例えば、線形補間、スプライン補間などが挙げられる。無線送信機で送る心拍間隔のデータは、不定周期に発生するＲＲＩ値であってもよいし、上記のような方法によって一定周期に発生するようにしたＲＲＩ補間値であってもよい。無線送信された心拍間隔は無線受信機によって受信される。
The heart rate interval (RRI) is a time difference of the generation time of the R wave in the electrocardiogram (cardiac potential time-series information). The R wave is an electrical signal generated when a portion called the heart's ventricle contracts rapidly and sends out blood from the heart, and appears at the sharpest peak in the electrocardiogram.
FIGS. 6 and 7 are diagrams showing an example of time-series information of a heartbeat interval at rest and an example of time-series information of a heartbeat interval during walking, which are calculated by the method and system of the present invention. The value of RRI is discrete data that occurs in an indefinite cycle because data is generated only at the time when an R wave occurs. In FIGS. 6 and 7, discrete values of RRI of indeterminate period are interpolated and represented by lines. Lines obtained by interpolation can be converted into RRI interpolation values of a constant period. Examples of the interpolation method include linear interpolation and spline interpolation. The data of the heartbeat interval transmitted by the wireless transmitter may be an RRI value generated in an irregular cycle, or may be an RRI interpolated value generated in a fixed cycle by the method as described above. The wirelessly transmitted heartbeat interval is received by the wireless receiver.
受信した心拍間隔を情報処理装置中のデータサーバに心拍間隔時系列情報として集録する、そして心拍間隔時系列情報を情報処理装置で解析する。情報処理装置は、心拍間隔の時系列情報に基づいて心拍変動時系列情報を作成する手段、心拍変動時系列情報に基づいて使役犬の情動価時系列情報を算出するための手段、および表示装置に情動価時系列情報、または使役犬による作業の実行若しくは休止の標しを表示する手段をさらに有する。 The received heartbeat interval is acquired as heartbeat interval time series information on a data server in the information processing apparatus, and the heartbeat interval time series information is analyzed by the information processing apparatus. The information processing apparatus generates means for generating heart rate fluctuation time series information based on time series information of heart rate interval, means for calculating affective value time series information of a working dog based on heart rate fluctuation time series information, and a display device The information processing apparatus further comprises means for displaying emotion value time series information, or a sign of execution or cessation of work by the serving dog.
情報処理装置においては例えば次のようなことが行われる。
図６および図７に示すように心拍間隔は不定の周期的な変動をする。このような不定の周期的な変動を心拍変動と呼ぶ。心拍間隔系列情報を解析して心拍変動の時系列情報を作成する。
本発明においては、分単位未満の心拍間隔時系列情報で評価ができるという観点から、時間領域解析が好ましく使用される。時間領域解析に用いられる心拍変動の特徴値として、例えば、ある所定時間区間における、心拍間隔の平均、心拍間隔の標準偏差、心拍間隔の分散、連続した心拍間隔間の差の二乗平均平方根、および連続した心拍間隔間の差が５０ミリ秒以上となった回数を挙げることができる。それらの値を時々刻々と収録し心拍変動時系列情報とする。
For example, the following is performed in the information processing apparatus.
As shown in FIGS. 6 and 7, the heart rate interval fluctuates in an indefinite manner. Such irregular periodic fluctuation is called heart rate fluctuation. The heart rate interval series information is analyzed to create time series information of heart rate variability.
In the present invention, time domain analysis is preferably used from the viewpoint that evaluation can be performed using heartbeat interval time-series information of less than a minute. As characteristic values of heartbeat fluctuation used for time domain analysis, for example, an average heartbeat interval, a standard deviation of heartbeat interval, a variance of heartbeat interval, a root mean square of a difference between successive heartbeat intervals in a predetermined time interval, and There may be mentioned the number of times the difference between consecutive heart beat intervals has been greater than or equal to 50 milliseconds. These values are recorded every moment and used as heart rate fluctuation time series information.
また、心拍間隔時系列情報からパワースペクトル密度（PSD；power spectral density）を計算して周期構造（例えば、呼吸変動に対応する高周波変動成分（ＨＦ）、血圧変動であるメイヤー波（Mayer wave）に対応する低周波成分など（ＬＦ））を抽出してもよい。副交感神経が優位にある場合にHF成分が現れやすいので、ＨＦの数値を副交感神経の活性度（緊張度）とすることができる。また、交感神経が優位でも、副交感神経が優位でも、ＬＦが現れるので、ＬＦとＨＦの比をとって、ＬＦ／ＨＦをストレス指標（交感神経の活性度）とすることもできる。ただし、周期構造の抽出（周波数解析）には分単位以上の心拍間隔時系列情報が必要である。 In addition, the power spectral density (PSD; power spectral density) is calculated from the heartbeat interval time series information, and a periodic structure (for example, high frequency fluctuation component (HF) corresponding to respiratory fluctuation, Mayer wave which is blood pressure fluctuation). The corresponding low frequency component etc. (LF) may be extracted. Since the HF component tends to appear when the parasympathetic nerve is dominant, the value of HF can be made the parasympathetic nerve activity (tonality). In addition, even if the sympathetic nerve is dominant or the parasympathetic nerve is dominant, LF appears, so that LF / HF can be used as a stress index (sympathetic nerve activity) by taking the ratio of LF to HF. However, in order to extract a periodic structure (frequency analysis), heartbeat interval time-series information of at least a minute unit is required.
心拍変動と自律神経機能（情動）との間に強い関係があることが知られている。そこで、イヌに対して、何の刺激も与えない時、快刺激を与えている時、不快刺激を与えている時などにおける、イヌの情動状態とイヌの心拍変動をそれぞれ記録する。イヌの情動状態とイヌの心拍変動とを含むデータ群に基づいて、機械学習アルゴリズムを用いて、心拍変動と情動状態との関係性を表す関数を生成させることができる。機械学習としては、教師あり学習、半教師あり学習、教師なし学習、深層学習などが挙げられる。本発明においては、機械学習アルゴリズムとして、教師あり学習アルゴリズム若しくは半教師あり学習アルゴリズムまたは深層学習アルゴリズムが好ましく用いられる。深層学習アルゴリズムによると、関数を特徴づける変数が自動的に設定され、計算される。本発明の実施例においては、ランダムフォレストを使用して、心拍間隔の平均、心拍間隔の標準偏差、心拍間隔の分散、連続した心拍間隔間の差の二乗平均平方根、および連続した心拍間隔間の差が５０ミリ秒以上となった回数などの心拍変動の特徴値と、イヌの情動状態との関係を、機械学習させた。
本発明において、情報処理装置として、上記のような機械学習を行った人工知能を包含する情報処理装置を用いることができる。情報処理装置により、イヌの情動状態を情動価として数値化することができる。情動価時系列情報は、快の確率の時系列情報と不快の確率の時系列情報を含むことができる。
It is known that there is a strong relationship between heart rate variability and autonomic nervous function (emotion). Therefore, when the dog is given no stimulus, is given a pleasant stimulus, is given an unpleasant stimulus, etc., the emotional state of the dog and the heartbeat of the dog are recorded. A machine learning algorithm can be used to generate a function representing the relationship between heart rate variability and emotional state, based on a data set that includes the dog's emotional state and the dog's heart rate variability. Machine learning includes supervised learning, semi-supervised learning, unsupervised learning, deep learning and the like. In the present invention, a supervised learning algorithm, a semi-supervised learning algorithm or a deep learning algorithm is preferably used as a machine learning algorithm. According to the deep learning algorithm, variables characterizing the function are automatically set and calculated. In an embodiment of the present invention, using random forests, the mean heart rate interval, the standard deviation of the heart rate interval, the variance of the heart rate interval, the root mean square of the difference between successive heart beat intervals, and the successive heart beat intervals The relationship between the characteristic value of the heart rate fluctuation such as the number of times the difference became 50 ms or more and the emotional state of the dog was machine-learned.
In the present invention, as the information processing apparatus, an information processing apparatus including artificial intelligence obtained by performing the above-described machine learning can be used. The information processing apparatus can digitize the emotional state of the dog as an emotional value. The emotion value time series information may include time series information of probability of pleasure and time series information of probability of discomfort.
情報処理装置によって算出された使役犬の情動価時系列情報、または使役犬による作業の実行若しくは休止の標しを表示装置にて表示することができる。図８は表示画面の一例を示す図である。図８では、心拍数の時系列グラフと、推定された情動価を示す時系列グラフと、使役犬の所在位置を地図上に示す画像とがウインドにそれぞれ表示されている。図５は、情動価を示す時系列グラフの拡大図である。このグラフでは、所定時間分の情動価時系列情報において、快の確率に対する不快の確率の比が７／３以上となるときに、ネガティブ（マイナス）の位置に点を表示し、不快の確率に対する快の確率の比が７／３以上となるときに、ポジティブ（プラス）の位置に点を表示し、それ以外のときに、ニュートラル（ゼロ）の位置に点を表示するようになっている。 It is possible to display on the display device the emotional valence time series information of the service dog calculated by the information processing device or the mark of execution or pause of work by the service dog. FIG. 8 is a view showing an example of the display screen. In FIG. 8, a time-series graph of the heart rate, a time-series graph indicating the estimated emotion value, and an image indicating the location of the serving dog on the map are displayed in the window. FIG. 5 is an enlarged view of a time series graph showing emotion value. In this graph, points are displayed at negative (minus) positions when the ratio of the probability of discomfort to the probability of pleasure is 7/3 or more in the emotion valence time series information for a predetermined time, and the probability of discomfort is indicated When the ratio of the probability of pleasure is 7/3 or more, a point is displayed at a positive (plus) position, and at any other time, a point is displayed at a neutral (zero) position.
使役犬による作業の実行若しくは休止の標しは、例えば、所定時間分の情動価時系列情報において、ネガティブの表示となった頻度が所定時間区間において２／３以上であるときに、休止すべきと判定し、休止の標しを表示することができる。この判定結果を考慮してハンドラーが使役犬に指示を出すことによって、使役犬による作業の効率を向上させることができる。表示装置は、タブレット型、ノート型などのような、ハンドラーの携帯に便利なもの、グラフィカルユーザインタフェースを採用するものが好ましい。 The indicator for the execution or pause of work by a working dog should be paused, for example, when the frequency of negative display in emotion value time-series information for a predetermined time is 2/3 or more in the predetermined time interval. It can be determined that the mark of pause can be displayed. When the handler instructs the serving dog in consideration of the determination result, it is possible to improve the efficiency of work by the serving dog. The display device is preferably a portable type of handler such as a tablet type, a notebook type or the like, or one adopting a graphical user interface.
本発明のシステムの一部を構成する、無線受信機および情報処理装置は、使役犬が作業している現場の近く、例えば、ハンドラーが携帯する表示装置に付設してもよいし、または使役犬が作業している現場から遠く離れた場所に設置してもよい。災害救助犬による作業の場所では、地震、津波、火災などによって情報処理装置自体が被災する恐れがあるので、例えば、情報処理装置を複数個所に設けて、被災を免れた情報処理装置によって、被災地における使役犬の情動状態を推定して、作業の効率向上を図ることができる。 The wireless receiver and the information processing apparatus, which form a part of the system of the present invention, may be attached to a display device carried by a handler, for example, near a site where a working dog is working, or It may be installed at a place far away from the site where I am working. In the place of work by a disaster relief dog, there is a risk that the information processing apparatus itself may be damaged by an earthquake, a tsunami, a fire, etc. For example, information processing apparatuses are provided at a plurality of locations, and the information processing apparatus spared from damage Emotional state of the service dog on the ground can be estimated to improve work efficiency.
次に、実施例を示し、本発明をより詳しく説明する。ただし、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。 Next, the present invention will be described in more detail by way of examples. However, the present invention is not limited to these examples.
快条件における測定：イヌ（オスのスタンダードプードル）１頭を先ず静止させた。静止しているときの心電位を測定した。イヌに餌が箱に入っていることを知らせたうえで、イヌから離れた場所に餌の入った箱を置き、箱のところまでイヌを歩かせた。歩いているときに心電位を測定した。
不快条件における測定：同じイヌ１頭を先ず静止させた。静止しているときに心電位を測定した（安静時）。イヌに餌が箱に入っていないことを知らせたうえで、イヌから離れた場所に餌の入っていない箱を置き、箱のところまでイヌを歩かせた（不快）。歩いているときに心電位を測定した。
快条件および不快条件におけるこれら一連の測定を、１日１０回、９日間行った。快条件における静止時および歩行時の心電位時系列情報と、不快条件における静止時および歩行時の心電位時系列情報とを集録した。
Measurement in comfort conditions: One dog (male standard poodle) was first rested. The cardiac potential at rest was measured. After informing the dog that the food was contained in the box, I placed the box containing the food away from the dog and walked the dog to the box. The cardiac potential was measured while walking.
Measurement in unpleasant conditions: One identical dog was first rested. The cardiac potential was measured while at rest (resting). After informing the dog that the food was not contained in the box, he placed an unfilled box away from the dog and walked the dog to the box (discomfort). The cardiac potential was measured while walking.
These series of measurements in comfort and discomfort conditions were performed ten times a day for nine days. We collected time series information on resting and walking in comfortable conditions, and time series information on resting and walking in uncomfortable conditions.
１０秒毎に、心電位時系列情報から、１０秒間分の心拍間隔（RRI）の時系列情報を算出した。RRIをWIFIにて無線送信した。受信した１０秒間分のRRIの時系列情報から、心拍間隔の平均（mean RRI）、心拍間隔の標準偏差（SDNN）、心拍間隔の分散（Total Power）、連続した心拍間隔間の差の二乗平均平方根（RMSSD）、および連続した心拍間隔間の差が５０ミリ秒以上となった回数（NN50）を算出し、心拍変動時系列情報として集録した。
快条件における静止時および歩行時の心拍変動時系列情報と、不快条件における静止時および歩行時の心拍変動系列情報とを、ランダムフォレスのインストールされた情報処理装置にて機械学習させた。
Time series information of heart rate interval (RRI) for 10 seconds was calculated from cardiac potential time series information every 10 seconds. Wirelessly transmitted RRI over WIFI. Heart rate interval mean (mean RRI), heart rate interval standard deviation (SDNN), heart rate interval variance (Total Power), root mean squared difference between consecutive heart rates from received RSI time series information for 10 seconds The square root (RMSSD) and the number of times the difference between consecutive heart beat intervals became 50 ms or more (NN50) were calculated and acquired as heart beat fluctuation time series information.
Machine learning was performed with the information processing apparatus in which random fores was installed, and the heartbeat fluctuation time-series information at rest and walking in comfort conditions and the heartbeat fluctuation series information at rest and walking in unpleasant conditions.
イヌ（オスのスタンダードプードル）１頭を野外に連れ出した。電位計が設置された胴衣をイヌに着用させた。測定された心電位の時系列情報からＲＲＩ時系列情報を作成し、ＲＲＩ時系列情報を無線で上記情報処理装置に伝送した。
ＲＲＩ時系列情報から、mean RRI、SDNN、Total Power、RMSSD、およびNN50を算出した。それらから、快の確率（Ｐp）と不快の確率（Ｐn）を情報処理装置で算出した。なお、ＰpとＰnの和は１である。情動価は、簡単のために、Ｐpに対するＰnの比が７／３以上になった場合を「−１」とし、Ｐpに対するＰnの比が３／７以下になった場合を「＋１」とし、Ｐpに対するＰnの比が３／７超過７／３未満になった場合を「±０」として表示した。
イヌが餌を与えられている状態（快の状態）のときには「＋１」と表示される頻度が高く、イヌが不快の状態のときには「−１」と表示される頻度が高くなった。心電位時系列情報に基づいて３分間分（１８回分）の情動価時系列情報を得た。１８回分の情動価のうち１２回分の情動価が−１であるとき、犬による作業を休止させるべきと判定した。
One dog (male standard poodle) was taken out to the field. The dog was allowed to wear a vest equipped with an electrometer. RRI time-series information was created from time-series information of the measured cardiac potential, and RRI time-series information was wirelessly transmitted to the information processing apparatus.
From RRI time series information, mean RRI, SDNN, Total Power, RMSSD, and NN50 were calculated. From these, the probability of pleasure (P p ) and the probability of discomfort (P n ) were calculated by the information processing apparatus. The sum of P p and P n is one. For the sake of simplicity, the emotional value is “−1” when the ratio of P n to P p is 7/3 or more, and “E” when the ratio of P n to P p is 3/7 or less. The case where the ratio of P n to P p was 3/7 and less than 7/3 was represented as “± 0”.
When the dog was fed (healthy), the frequency displayed as "+1" was high, and when the dog was uncomfortable, the frequency displayed as "-1" was high. Emotional valence time series information for 3 minutes (18 times) was obtained based on cardiac potential time series information. It was determined that the work by the dog should be stopped when 12 of the 18 emotion values were -1.
以上の結果から、本発明の方法およびシステムは、作業中の使役犬の心拍間隔時系列情報を測定することができ、その心拍間隔時系列情報から心拍変動時系列情報を取得し、心拍変動時系列情報から情動価時系列情報を算出して、使役犬が快の状態にあるのか、不快の状態にあるのかを高い確率で推定でき、それに基づいて使役犬による作業の実行または休止を判断できることがわかる。 From the above results, the method and system of the present invention can measure heartbeat interval time-series information of a working dog during work, obtain heartbeat fluctuation time-series information from the heartbeat interval time-series information, and measure heartbeat fluctuation. Emotional valence time series information can be calculated from the series information to estimate with high probability whether the serving dog is in a state of pleasure or in a state of discomfort, and based on it, it can be judged whether the working dog will perform or pause I understand.
さらに、本発明の方法およびシステムを家庭犬に着用して情動価時系列情報を算出することによって、家庭犬の情動の判定に利用することもできる。また、本発明の方法およびシステムは獣医臨床にも利用可能である。 Furthermore, the method and system of the present invention can also be used to determine the affection of a domestic dog by wearing it on a domestic dog and calculating emotional valence time-series information. Also, the methods and systems of the present invention can be used in veterinary medicine.
１： 胴衣
８： き甲部
９： 背部
１０： 前胸部
１１： 下胸部
１２： 胴衣の側面のファスナ
１３： 電極
１４： 計測器
１５： 信号伝送線
１６： ポケットのファスナ
１９： 測位センサ
２０： 加速度計
1: Jacket 8: Armor part 9: Back 10: Front chest 11: Bottom chest 12: Fastener on the side of the jacket 13: Electrode 14: Measuring instrument 15: Signal transmission line 16: Pocket fastener 19: Positioning sensor 20: Acceleration Total
Claims (7)
心電位時系列情報から心拍変動時系列情報を作成し、
心拍変動時系列情報に基づいて使役犬の情動価時系列情報を算出し、
算出された情動価時系列情報に基づいて使役犬による作業を実行させるかまたは使役犬による作業を休止させるかの判定をすることを含む
使役犬による作業の効率を向上させるための方法。 Attach the electrometer to the serving dog, measure the cardiac potential of the serving dog, and obtain cardiac potential time series information,
Heart rate fluctuation time series information is created from cardiac potential time series information,
Emotional valence time series information of the working dog is calculated based on the heart rate fluctuation time series information,
A method for improving the efficiency of work done by a serving dog, including determining whether to perform the work by the serving dog or to stop the work by the serving dog based on the calculated emotion value time-series information.
電位計は、電極、計測器、電極から計測器に信号を送るための手段、計測器で計測された心電位時系列情報からＲ波時系列情報を抽出する手段、Ｒ波時系列情報から心拍間隔を算出する手段、および心拍間隔を無線送信機に送るための手段を具備し、
胴衣を使役犬に着用させたときに、電極はそれが使役犬の皮膚に常時触れるように、且つ電源、計測器および無線送信機はそれらの重量が使役犬の左右に略均等になるように、胴衣にそれぞれ設置されており、
無線送信機は、電位計から送られてきた心拍間隔を無線送信するための手段を有し、
無線受信機は、無線送信機から無線送信された心拍間隔を受信するための手段、および受信した心拍間隔を情報処理装置に送るための手段を有し、
情報処理装置は、心拍間隔を心拍間隔時系列情報として集録するための手段、心拍間隔時系列情報に基づいて心拍変動時系列情報を作成するための手段、心拍変動時系列情報に基づいて使役犬の情動価時系列情報を算出するための手段、および表示装置に情動価時系列情報、または使役犬による作業の実行若しくは休止の標しを表示させるための手段を有する、
使役犬による作業の効率を向上させるためのシステム。 Has a coat, an electrometer, a radio transmitter, a power supply for driving the electrometer and the radio transmitter, a radio receiver, an information processing device, and a display device, which can be worn on a working dog,
The electrometer comprises an electrode, a measuring instrument, a means for sending a signal from the electrode to the measuring instrument, a means for extracting R-wave time-series information from cardiac potential time-series information measured by the measuring instrument, a heart beat from the R-wave time-series information Means for calculating the interval, and means for sending the heart rate interval to the wireless transmitter;
When the jacket is worn by the service dog, the electrodes make it touch the skin of the service dog at all times, and the power source, meter and radio transmitters make their weights approximately equal to the left and right of the service dog. , Each installed in the jacket,
The wireless transmitter has means for wirelessly transmitting the heart rate interval sent from the electrometer,
The wireless receiver comprises means for receiving the heart rate interval wirelessly transmitted from the wireless transmitter, and means for transmitting the received heart rate interval to the information processor.
The information processing apparatus includes means for acquiring heart rate intervals as heart rate interval time-series information, means for creating heart rate fluctuation time-series information based on heart rate interval time-series information, and a working dog based on heart rate fluctuation time-series information Means for calculating emotion value time-series information, and means for displaying on the display device emotion emotion time-series information, or a sign of execution or pause of work by a working dog,
A system to improve the efficiency of work done by working dogs.
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