CN116942120A - 疲劳检测装置及疲劳检测方法 - Google Patents

Abstract

一种疲劳检测装置及疲劳检测方法，所述疲劳检测装置包含心率量测单元、卫星定位单元及处理单元。所述处理单元存储有数个运动模式信息。每一个运动模式信息具有运动模式参数范围及判断逻辑。所述疲劳检测方法是持续取样产生心率信息及速度信息以计算实时储备心跳率信息，并配合所述运动模式信息对应的运动模式参数范围判定选定运动模式，再依据所对应的判断逻辑判断所述使用者是否疲劳。依据所述实时储备心跳率信息判断所述选定运动模式，并通过使每一个运动模式信息具有不同的判断逻辑，能避免以单一门坎值判断疲劳于否而造成误判的情形。

Description

疲劳检测装置及疲劳检测方法

技术领域

本发明涉及一种人体生理信息的侦测装置及方法，特别是指一种疲劳检测装置及疲劳检测方法。

背景技术

随着智能穿戴装置的普及，智能手表或智能手环已经是许多人随身携带的配件之一，而且很多人也以智能手表或智能手环所记录的生理数值做为个人自主健康管理的参考。

目前现有的智能手表通常具有记录心率的功能，以作为后续分析运动时间、消耗热量的依据，但是在记录心率的当下，目前大多数的智能手表无法实时将必要的生理信息(例如：心率过高或过度疲劳等信息)回馈给使用者以供所述使用者立即调整或停止运动，所述使用者只能待后续检阅手机时才能了解自己的身体状况，所以相关的警示功能仍未臻完备。

虽然目前已有部分的智能手表能在所述使用者的心率过高时发出警示，但在运动时很容易发生误警，所以不适合用在运动时侦测人体的生理信息。因此，目前市面上仍缺乏适合运动时使用，以提供疲劳警示的穿戴装置以及疲劳检测方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能检测疲劳度并减少误判的疲劳检测装置。

本发明的另一目的在于提供一种能检测疲劳度并减少误判的疲劳检测方法。

本发明所述的疲劳检测装置，适用于对骑乘自行车的使用者检测疲劳度，所述疲劳检测装置包含心率量测单元、卫星定位单元、提示单元，及处理单元。所述心率量测单元于每一次取样时量测并根据所述使用者的心率产生心率信息。所述卫星定位单元于每一次取样时量测所述使用者的位置，并根据所述使用者的位置产生对应移动速度的速度信息。所述提示单元能发出疲劳提示。所述处理单元讯号连接所述心率量测单元、所述卫星定位单元及所述提示单元，并存储有数个运动模式信息。每一个运动模式信息具有运动模式参数范围，及判断逻辑。每一个判断逻辑具有运动时间范围参数，及心跳变化比例。所述处理单元能进行储备心率运算程序、运动判断程序及运动疲劳运算程序。于所述储备心率运算程序中，所述处理单元将最大心跳率信息减去休息心跳率信息后，得出储备心率信息。于所述运动判断程序中，所述处理单元将所述心率信息减去所述休息心跳率信息后，除以所述储备心率信息，以计算出实时储备心跳率信息，并依据所述实时储备心跳率信息所对应的运动模式参数范围判定其中一个运动模式信息作为选定运动模式。于所述运动疲劳运算程序中，所述处理单元先将对应的所述运动时间范围参数的时间内的所有取样的速度信息进行平均，以得出平均速度参数。定义所述运动时间范围参数的时间内的所有速度信息的取样总笔数为总取样数量。定义所述运动时间范围参数的时间内的所有速度信息中大于或小于所述平均速度参数的速度变化比例的取样笔数为总误差取样数量。于所述平均速度参数大于预定速度时，且所述总误差取样数量除以总取样数量后小于判断比例时，所述处理单元根据所述选定运动模式所对应的判断逻辑进行运算，判断最新的所述实时储备心跳率信息是否于所述运动时间范围参数的时间内增加超过所述心跳变化比例，并于判断所述实时储备心跳率信息增加超过所述心跳变化比例时，控制使所述提示单元发出对应运动的疲劳提示。

本发明所述的疲劳检测装置，还包含讯号连接所述处理单元的加速度量测单元，所述加速度量测单元于每一次取样时量测并根据所述使用者的加速度产生加速度信息，所述处理单元还能进行休息疲劳运算程序，于所述休息疲劳运算程序中，所述处理单元于对应休息时间参数的时间内所有取样的加速度信息皆低于预设加速度时，根据所述实时储备心跳率信息控制使所述提示单元发出对应休息的疲劳提示。

本发明所述的疲劳检测装置，所述处理单元还存储有数个疲劳程度信息，每一个疲劳程度信息具有疲劳程度参数范围，于所述休息疲劳运算程序中，所述处理单元能依据所述实时储备心跳率信息所对应的疲劳程度参数范围，将所对应的疲劳程度信息显示于所述提示单元。

本发明所述的疲劳检测装置，所述速度变化比例为20％。

本发明所述的疲劳检测装置，所述预定速度为每小时10公里，且所述判断比例为1/6。

本发明所述的疲劳检测装置，所述心跳变化比例为10％。

本发明所述的疲劳检测装置，所述休息时间参数所对应的时间为20分钟。

本发明所述的疲劳检测装置，所述预设加速度为20公分/平方秒。

本发明所述的疲劳检测方法，适用于对骑乘自行车的使用者检测疲劳度。所述疲劳检测方法包含下列步骤。

(A)设定最大心跳率信息及休息心跳率信息，以所述最大心跳率信息减去所述休息心跳率信息后，得出储备心率信息。(B)持续取样量测所述使用者的心率及位置，以产生每一次取样的心率信息，及速度信息。(C)将每一次取样的所述心率信息减去所述休息心跳率信息，再除以所述储备心率信息，以得到实时储备心跳率信息。(D)依据所述实时储备心跳率信息，及数个运动模式信息对应的运动模式参数范围，判定选定运动模式。(E)计算所述使用者的所有取样笔数的速度信息的平均，得到平均速度参数，判断所述平均速度参数大于预定速度时，且所有速度信息中大于或小于所述平均速度参数的取样笔数，占所有取样笔数的比例小于判断比例时，依据所述选定运动模式执行对应的判断逻辑，判断最新的所述实时储备心跳率信息是否于运动时间范围参数的时间内增加超过心跳变化比例，如是，则判断所述使用者在疲劳状态。

本发明所述的疲劳检测方法，所述步骤(B)还持续取样量测所述使用者的加速度，以产生每一次取样的加速度信息，所述疲劳检测方法还包含接续于所述步骤(C)后的步骤(C1)，及步骤(F)，所述步骤(C1)是判断休息时间参数的时间内所有取样的加速度信息是否皆低于预设加速度，若否，则执行所述步骤(D)及所述步骤(E)，若是，则执行所述步骤(F)，所述步骤(F)是判断最新的所述实时储备心跳率信息是否超过休息心跳变化比例，如是，则判断所述使用者在疲劳状态。

本发明的有益效果在于：依据所述实时储备心跳率信息判断所述选定运动模式，并通过使每一个运动模式信息具有不同的判断逻辑，能避免以单一门坎值判断疲劳于否而造成容易误判的情形。

附图说明

图1是一个流程图，说明利用本发明疲劳检测装置的实施例的疲劳检测方法；

图2是所述实施例的系统方块图；

图3是一个示意图，说明所述实施例的运动模式判断方式；及

图4是一个示意图，说明使用者于休息时，所述实施例的疲劳程度判断方式。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明进行详细说明。

参阅图1与图2，本发明疲劳检测装置的一个实施例，适用于对一个骑乘一个自行车(图未示)的使用者检测疲劳度。

所述疲劳检测装置包含一个心率量测单元1、一个加速度量测单元2、一个卫星定位单元3、一个提示单元4，及一个处理单元5。

所述心率量测单元1于每一次取样时量测并根据所述使用者的心率产生一个心率信息。在本实施例中，所述心率量测单元l是一个光学心率感测仪。

所述加速度量测单元2于每一次取样时量测并根据所述使用者的加速度产生一个加速度信息。

所述卫星定位单元3于每一次取样时量测所述使用者的位置，并根据所述使用者的位置产生对应移动速度的一个速度信息。

所述提示单元4能发出疲劳提示。在本实施例中，所述提示单元4是一个显示屏幕，但不限于此。

所述处理单元5讯号连接所述心率量测单元1、所述加速度量测单元2、所述卫星定位单元3及所述提示单元4，并存储有数个运动模式信息，及数个疲劳程度信息。每一个运动模式信息具有一个运动模式参数范围，及一个判断逻辑。每一个判断逻辑具有一个运动时间范围参数，及一个心跳变化比例。每一个疲劳程度信息具有一个疲劳程度参数范围。

所述处理单元5能进行一储备心率运算程序、一个运动判断程序、一个运动疲劳运算程序，及一个休息疲劳运算程序。

于所述储备心率运算程序中，所述处理单元5将一个最大心跳率信息减去一个休息心跳率信息后，得出一个储备心率信息。

在本实施例中，所述最大心跳率信息与所述休息心跳率信息可以由所述使用者自行输入，但也可以由所述处理单元5预存多组分别对应不同年龄的最大心跳率信息与休息心跳率信息，当使用者输入一个年龄后，以所述存储单元所存储的对应年龄的最大心跳率信息与休息心跳率信息作为所述最大心跳率信息与所述休息心跳率信息，或者也可以以所述使用者在所述加速度低于一个预定值(例如：20公分秒平方)且维持一个预定时间(例如：20分钟)的心率信息的平均作为所述休息心跳率信息。

于所述运动判断程序中，所述处理单元5将所述心率信息减去所述休息心跳率信息后，除以所述储备心率信息，以计算出一个实时储备心跳率信息，并依据所述实时储备心跳率信息所对应的运动模式参数范围判定其中一个运动模式信息作为一个选定运动模式。

在本实施例中，所述处理单元5所存储的所述运动模式信息的数量为五个，分别定义为运动模式一、运动模式二、运动模式三、运动模式四，及运动模式五，且每一个运动模式信息的所述运动模式参数范围及判断逻辑如下表1。

表1各运动模式信息的运动模式参数范围及判断逻辑

于所述运动疲劳运算程序中，所述处理单元5先将对应的所述运动时间范围参数的时间内的所有取样的速度信息进行平均，以得出一个平均速度参数。定义所述运动时间范围参数的时间内的所有速度信息的取样总笔数为一个总取样数量。定义所述运动时间范围参数的时间内的所有速度信息中大于或小于所述平均速度参数的一个速度变化比例的取样笔数为一个总误差取样数量。于所述平均速度参数大于一个预定速度时，且所述总误差取样数量除以总取样数量后小于一个判断比例时，所述处理单元5再根据所述选定运动模式所对应的判断逻辑进行运算。

在本实施例中，所述速度变化比例为20％，所述预定速度为每小时10公里，而所述判断比例为1/6，但不限于此。

当所述处理单元5根据所述选定运动模式所对应的判断逻辑进行运算时，须判断最新的所述实时储备心跳率信息是否于所述运动时间范围参数的时间内增加超过所述心跳变化比例，并于判断所述实时储备心跳率信息增加超过所述心跳变化比例时，控制使所述提示单元4发出对应运动的疲劳提示。

于所述休息疲劳运算程序中，所述处理单元5于对应一个休息时间参数的时间内所有取样的加速度信息皆低于一个预设加速度时，能依据所述实时储备心跳率信息所对应的疲劳程度参数范围，将所对应的疲劳程度信息显示于所述提示单元4，并控制使所述提示单元4发出对应休息的疲劳提示。

在本实施例中，所述休息时间参数为20分钟，所述预设加速度为20公分每平方秒，所述处理单元5所存储的所述疲劳程度信息的数量为五个，分别定义为无疲劳、轻度疲劳、疲劳、高度疲劳，及严重疲劳，且每一个疲劳程度信息的所述疲劳程度参数范围如下表2。

表2各疲劳程度信息的疲劳程度参数范围

利用所述疲劳检测装置的一个疲劳检测方法，包括下列步骤S1至步骤S6。

步骤S1：设定所述最大心跳率信息及所述休息心跳率信息，以所述最大心跳率信息减去所述休息心跳率信息后，得出所述储备心率信息。

步骤S2：持续取样量测所述使用者的心率、加速度及位置，以产生每一次取样的所述心率信息、所述加速度信息，及所述速度信息。

步骤S3：将每一次取样的所述心率信息减去所述休息心跳率信息，再除以所述储备心率信息，以得到所述实时储备心跳率信息。

步骤S3-1：判断所述休息时间参数的时间内所有取样的加速度信息是否皆低于所述预设加速度，若否，则执行下列步骤S4及步骤S5，若是，则执行下列步骤S6。

步骤S4：依据所述实时储备心跳率信息，及所述运动模式信息默认的运动模式参数范围，判定所述选定运动模式。

步骤S5：计算所述使用者的所有取样笔数的速度信息的平均，得到所述平均速度参数。判断所述平均速度参数是否大于所述预定速度，且判断所有速度信息中大于或小于所述平均速度参数的取样笔数，占所有取样笔数的比例是否小于所述判断比例。如两者皆为否或其中一者为否，则重复执行上述步骤S2至步骤S3-1。

如两者皆为是，则依据所述选定运动模式执行对应的判断逻辑，判断最新的所述实时储备心跳率信息是否于所述运动时间范围参数的时间内增加超过所述心跳变化比例，如是，则判断所述使用者在疲劳状态，所述提示单元4发出对应运动的疲劳提示，如否，则以次一笔取样的平均速度参数及所有速度信息重新执行上述「所述平均速度参数是否大于所述预定速度，及所有速度信息中大于或小于所述平均速度参数的取样笔数，占所有取样笔数的比例是否小于所述判断比例」的判断。

步骤S6：判断最新的所述实时储备心跳率信息是否超过休息心跳变化比例，如是，则判断所述使用者在疲劳状态，并进一步依据所述实时储备心跳率信息判断疲劳程度，所述提示单元4发出对应休息的疲劳提示，如否，则重复执行上述步骤S2至步骤S3-1。

要特别说明的是，上述步骤S3-1是为了判断所述使用者是在一个运动状态，或是一个休息状态，以采取不同的疲劳判断逻辑(即以所述步骤S4与所述步骤S 5判断，或以所述步骤S6判断)，也就是说，若所述使用者在所述休息时间参数的时间内所有取样的加速度信息皆低于所述预设加速度时，则判定所述使用者在所述休息状态，应采用所述步骤S6进行判断。

此外，在上述步骤S 5中，「判断所述平均速度参数是否大于所述预定速度」主要是为了判断所述使用者是否在一个移动状态，而「判断所有速度信息中大于或小于所述平均速度参数的取样笔数，占所有取样笔数的比例是否小于所述判断比例」则是为了避免在取样的速度信息变化太大时判断是否疲劳，也就是说，避免在增、减速时或是车辆停止初期时进行判断，以借此减少误判的情况。

参阅图1、图3及下表3，以下以一个案例说明运动模式的判断方式。当所述使用者的加速度信息高于所述预设加速度(20公分每平方秒)，且平均速度参数大于所述预定速度(每小时10公里)，并判断所有速度信息中大于或小于所述平均速度参数的取样笔数，占所有取样笔数的比例小于所述判断比例(1/6)时，以所述最大心跳率信息为220、所述休息心跳率信息为60、所述储备心跳率信息为160为例进行计算，五次的取样次数的心率信息分别为133、152、175、188及168，实时储备心跳率信息分别为46％、58％、72％、80％及68％，依据所述运动模式信息的运动模式参数范围进行判断，五次的取样所对应的选定运动模式分别为运动模式二、运动模式三、运动模式四、运动模式四，及运动模式三。

表3运动模式判断范例

进一步以第2次取样为例，由于所述第2次取样对应的选定运动模式为运动模式三，因此对应的所述判断逻辑为「最新的所述实时储备心跳率信息是否于30分钟内增加超过10％」，假设第1次取样的时间为30分钟前，则第2次取样的实时储备心跳率信息(58％)比第1次取样的实时储备心跳率信息(46％)增加12％，因此超过判断逻辑的10％，故应发出对应运动的疲劳提示。

参阅图1、图4及下表4，以下进一步说明所述使用者于休息时的疲劳程度判断方式。当所述使用者于所述休息时间参数(20分钟)的时间内所有取样的加速度信息皆低于所述预设加速度(20公分每平方秒)时，以所述最大心跳率信息为220、所述休息心跳率信息为60、所述储备心跳率信息为160为例进行计算，五次的取样次数的心率信息分别为80、76、74、70及71，对应的实时储备心跳率信息则分别为13％、10％、9％、6％及7％，依据所述疲劳程度信息的疲劳程度参数范围，所对应的疲劳程度分别为严重疲劳、高度疲劳、高度疲劳、疲劳及疲劳。

表4疲劳程度判断范例

根据上述说明，所述疲劳检测装置及疲劳检测方法的优点如下：

一、依据所述实时储备心跳率信息判断所述选定运动模式，并通过使每一个运动模式信息具有不同的判断逻辑，能避免以单一门坎值判断疲劳于否而造成容易误判的情形。

二、通过设置所述卫星定位单元3，使所述处理单元5能计算所述平均速度参数，并且由于所述平均速度参数大于所述预定速度时，且所述总误差取样数量除以总取样数量后小于所述判断比例时，所述处理单元5才会根据所述选定运动模式所对应的判断逻辑进行运算，因此能避免在取样的速度信息变化太大时判断是否疲劳，也就是说，能避免在增、减速时或是车辆停止初期时进行判断，借此减少误判的情况。

三、通过设置所述加速度量测单元2，能通过所述加速度信息判断所述使用者是在所述运动状态或在所述休息状态，进而能采用不同的疲劳判断逻辑进行判断，以更符合实际的疲劳状态。

综上所述，本发明疲劳检测装置及疲劳检测方法，依据所述实时储备心跳率信息判断所述选定运动模式，并通过使每一个运动模式信息具有不同的判断逻辑，能避免以单一门坎值判断疲劳于否而造成容易误判的情形，故确实能达成本发明的目的。

以上所述者，仅为本发明的实施例而已，当不能以此限定本发明实施的范围，凡是依本发明权利要求书及说明书内容所作的简单的等效变化与修饰，皆仍属本发明涵盖的范围内。

Claims (10)

1.一种疲劳检测装置，适用于对骑乘自行车的使用者检测疲劳度，其特征在于：所述疲劳检测装置包含：

心率量测单元，于每一次取样时量测并根据所述使用者的心率产生心率信息；

卫星定位单元，于每一次取样时量测所述使用者的位置，并根据所述使用者的位置产生对应移动速度的速度信息；

提示单元，能发出疲劳提示；及

处理单元，讯号连接所述心率量测单元、所述卫星定位单元及所述提示单元，并存储有数个运动模式信息，每一个运动模式信息具有运动模式参数范围，及判断逻辑，每一个判断逻辑具有运动时间范围参数，及心跳变化比例，所述处理单元能进行储备心率运算程序、运动判断程序及运动疲劳运算程序，

于所述储备心率运算程序中，所述处理单元将最大心跳率信息减去休息心跳率信息后，得出储备心率信息，

于所述运动判断程序中，所述处理单元将所述心率信息减去所述休息心跳率信息后，除以所述储备心率信息，以计算出实时储备心跳率信息，并依据所述实时储备心跳率信息所对应的运动模式参数范围判定其中一个运动模式信息作为选定运动模式，

于所述运动疲劳运算程序中，所述处理单元先将对应的所述运动时间范围参数的时间内的所有取样的速度信息进行平均，以得出平均速度参数，定义所述运动时间范围参数的时间内的所有速度信息的取样总笔数为总取样数量，定义所述运动时间范围参数的时间内的所有速度信息中大于或小于所述平均速度参数的速度变化比例的取样笔数为总误差取样数量，于所述平均速度参数大于预定速度时，且所述总误差取样数量除以总取样数量后小于判断比例时，所述处理单元根据所述选定运动模式所对应的判断逻辑进行运算，判断最新的所述实时储备心跳率信息是否于所述运动时间范围参数的时间内增加超过所述心跳变化比例，并于判断所述实时储备心跳率信息增加超过所述心跳变化比例时，控制使所述提示单元发出对应运动的疲劳提示。

2.根据权利要求1所述的疲劳检测装置，其特征在于：还包含讯号连接所述处理单元的加速度量测单元，所述加速度量测单元于每一次取样时量测并根据所述使用者的加速度产生加速度信息，所述处理单元还能进行休息疲劳运算程序，于所述休息疲劳运算程序中，所述处理单元于对应休息时间参数的时间内所有取样的加速度信息皆低于预设加速度时，根据所述实时储备心跳率信息控制使所述提示单元发出对应休息的疲劳提示。

3.根据权利要求2所述的疲劳检测装置，其特征在于：所述处理单元还存储有数个疲劳程度信息，每一个疲劳程度信息具有疲劳程度参数范围，于所述休息疲劳运算程序中，所述处理单元能依据所述实时储备心跳率信息所对应的疲劳程度参数范围，将所对应的疲劳程度信息显示于所述提示单元。

4.根据权利要求1所述的疲劳检测装置，其特征在于：所述速度变化比例为20％。

5.根据权利要求1所述的疲劳检测装置，其特征在于：所述预定速度为每小时10公里，且所述判断比例为1/6。

6.根据权利要求1所述的疲劳检测装置，其特征在于：所述心跳变化比例为10％。

7.根据权利要求2所述的疲劳检测装置，其特征在于：所述休息时间参数所对应的时间为20分钟。

8.根据权利要求2所述的疲劳检测装置，其特征在于：所述预设加速度为20公分/平方秒。

9.一种疲劳检测方法，适用于对骑乘自行车的使用者检测疲劳度，其特征在于：所述疲劳检测方法包含下列步骤：

(A)设定最大心跳率信息及休息心跳率信息，以所述最大心跳率信息减去所述休息心跳率信息后，得出储备心率信息；

(B)持续取样量测所述使用者的心率及位置，以产生每一次取样的心率信息，及速度信息；

(C)将每一次取样的所述心率信息减去所述休息心跳率信息，再除以所述储备心率信息，以得到实时储备心跳率信息；

(D)依据所述实时储备心跳率信息，及数个运动模式信息对应的运动模式参数范围，判定选定运动模式；

(E)计算所述使用者的所有取样笔数的速度信息的平均，得到平均速度参数，判断所述平均速度参数大于预定速度时，且所有速度信息中大于或小于所述平均速度参数的取样笔数，占所有取样笔数的比例小于判断比例时，依据所述选定运动模式执行对应的判断逻辑，判断最新的所述实时储备心跳率信息是否于运动时间范围参数的时间内增加超过心跳变化比例，如是，则判断所述使用者在疲劳状态。

10.根据权利要求9所述的疲劳检测方法，其特征在于：所述步骤(B)还持续取样量测所述使用者的加速度，以产生每一次取样的加速度信息，所述疲劳检测方法还包含接续于所述步骤(C)后的步骤(C1)，及步骤(F)，所述步骤(C1)是判断休息时间参数的时间内所有取样的加速度信息是否皆低于预设加速度，若否，则执行所述步骤(D)及所述步骤(E)，若是，则执行所述步骤(F)，所述步骤(F)是判断最新的所述实时储备心跳率信息是否超过休息心跳变化比例，如是，则判断所述使用者在疲劳状态。