JP2009034140A - Fatigue warning method and fatigue warning device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は疲労警告方法及び疲労警告装置に関わり、特に、皮膚電位により運転手が疲労しているか否かを検出して警告する疲労警告方法及び疲労警告装置に関する。 The present invention relates to a fatigue warning method and a fatigue warning device, and more particularly, to a fatigue warning method and a fatigue warning device for detecting whether or not a driver is fatigued by skin potential.
自動車安全装置は、受動的安全装置と能動的安全装置に大別することができる。受動的安全装置は事故が発生した時のダメージや負傷程度を軽減するものであり、能動的安全装置は積極的に運転手をして事故を起こさせないように支援するものである。高度道路交通システム(Intelligent Transport System ITS)の観点から多くの能動的安全装置の研究がなされてきた。そして、かかる能動的安全装置に関連して運転手の眠たさや疲労、居眠りについての研究が報告されている。 Automobile safety devices can be broadly divided into passive safety devices and active safety devices. A passive safety device reduces damage and the degree of injury in the event of an accident, and an active safety device helps to prevent a driver from actively causing an accident. Many active safety devices have been studied from the viewpoint of Intelligent Transport System ITS. In connection with such active safety devices, research on driver's sleepiness, fatigue, and dozing has been reported.
皮膚電位(skin potential level: SPL)とは掌と上腕部あるいは指先間に生じる電位差である。細胞内外の主な物質としてK+、Na+,CL-が存在し、細胞内外では、細胞膜により強制的にこれらの濃度差が作られ、細胞内外で受動輸送、能動輸送が起こり皮膚電位を生じる。この皮膚電位は皮膚間距離が5cm以上であれば測定でき、平常時と疲労時とで異なった測定結果が得られることが知られている。このため、皮膚電位測定用のハンディーな装置を運転手の腕や手に装着させて運転手の皮膚電位を測定する技術が提案されている(非特許文献1)。また、自動車のハンドルに皮膚電位測定用の電極を埋め込んで運転手の皮膚電位を測定する技術が提案されている(非特許文献2)。しかし、皮膚電位測定結果より疲労時を平常時から区別することは容易でなかった。
以上から、本発明の目的は、皮膚電位より運転手の疲労や眠気を検出する方法および装置を提供することである。 In view of the above, an object of the present invention is to provide a method and apparatus for detecting driver fatigue and sleepiness based on skin potential.
・疲労警告方法
本発明の第1は皮膚電位により運転手が疲労しているか否かを検出して警告する疲労警告方法であり、自動車のハンドルに皮膚電位測定用の電極を埋め込むステップ、ハンドルを掴む運転手の掌と指間の皮膚電位を測定するステップ、該測定した皮膚電位の変化速度が略直線的に所定時間以上変化したとき、運転手が疲労しているものとして警告を発生するステップ、を有している。
上記警告ステップは、前記皮膚電位の変化速度が略直線的に所定時間以上変化するときの該皮膚電位信号をフーリエ変換してフーリエ変換結果を記憶しておき、疲労判定に際して、皮膚電位信号をフーリエ変換した結果と前記記憶されているフーリエ変換結果の相関を計算し、相関が設定値以上のとき運転手が疲労していると判定する。
Fatigue warning method The first of the present invention is a fatigue warning method for detecting whether or not a driver is fatigued by skin potential, and embeds an electrode for skin potential measurement in the handle of an automobile. A step of measuring the skin potential between the palm of the driver grasping the finger and a finger, and a step of generating a warning that the driver is fatigued when the change rate of the measured skin potential changes substantially linearly for a predetermined time or more. ,have.
In the warning step, the skin potential signal when the change rate of the skin potential changes approximately linearly for a predetermined time or more is Fourier-transformed to store a Fourier transform result. The correlation between the converted result and the stored Fourier transform result is calculated, and it is determined that the driver is tired when the correlation is equal to or greater than a set value.
・疲労警告装置
本発明の第2は皮膚電位により運転手が疲労しているか否かを検出して警告する疲労警告装置であり、自動車のハンドルに埋め込まれた皮膚電位測定用の電極を介してハンドルを掴む運転手の掌と指間の皮膚電位を測定する皮膚電位測定部、該測定した皮膚電位の変化速度が略直線的に所定時間以上変化したとき、運転手が疲労しているとして検出する疲労検出部、運転手が疲労していることが検出されたとき、警告を発生する警告部を備えている。
上記疲労検出部は、前記皮膚電位の変化速度が略直線的に所定時間以上変化するときの該皮膚電位信号をフーリエ変換してフーリエ変換結果を記憶する記憶部、疲労判定に際して、皮膚電位信号をフーリエ変換して出力するフーリエ変換部、該フーリエ変換した結果と前記記憶されているフーリエ変換結果の相関を計算し、相関が設定以上のとき運転手が疲労していると判定する判定部を備えている。
Fatigue warning device The second aspect of the present invention is a fatigue warning device that detects whether or not the driver is tired by skin potential, and warns the driver through an electrode for skin potential measurement embedded in the handle of an automobile. A skin potential measurement unit that measures the skin potential between the palm and finger of the driver holding the steering wheel, and detects that the driver is tired when the change rate of the measured skin potential changes approximately linearly over a predetermined time And a warning unit that generates a warning when it is detected that the driver is tired.
The fatigue detection unit is a storage unit that Fourier-transforms the skin potential signal when the change rate of the skin potential changes approximately linearly for a predetermined time or more, and stores the Fourier transform result. A Fourier transform unit that performs Fourier transform and outputs, and a determination unit that calculates a correlation between the result of the Fourier transform and the stored Fourier transform result, and determines that the driver is tired when the correlation is equal to or greater than a setting. ing.
本発明によれば、自動車のハンドルに皮膚電位測定用の電極を埋め込み、ハンドルを掴む運転手の掌と指間の皮膚電位を測定し、該測定した皮膚電位の変化速度が略直線的に所定時間以上変化したとき、運転手が疲労しているとして警告を発生するため、皮膚電位により運転手の疲労や眠気を検出することができる。
また、自動車のハンドルに皮膚電位測定用の電極を埋め込み、ハンドルを掴む運転手の掌と指間の皮膚電位を測定するようにしているから、運転手の手や腕に電極を取り付ける必要がない。
According to the present invention, an electrode for skin potential measurement is embedded in the handle of an automobile, the skin potential between the palm of the driver holding the handle and the finger is measured, and the change rate of the measured skin potential is determined approximately linearly. When the time changes for more than a time, a warning is generated that the driver is tired, so that the driver's fatigue and sleepiness can be detected by the skin potential.
In addition, the skin potential measurement electrode is embedded in the handle of the car, and the skin potential between the palm of the driver who holds the handle and the finger is measured, so there is no need to attach the electrode to the driver's hand or arm. .
(A)本発明の原理
3名の被験者A,B,Cについて、掌と指先に電極を装着し、これらの間の疲労時における皮膚電位Vを測定すると一例として図1に示す結果が得られた。これらの結果を用いて、その変化速度dV/dtを計算すると、図2に示すように測定開始後215〜220秒近辺で皮膚電位の変化速度dV/dtが5秒以上継続して略直線的に変化する傾向があることがわかった。この現象は、平常時や活動時には見られない傾向であり、したがって、皮膚電位の変化速度dV/dtが所定時間例えば5秒以上継続して略直線的に変化すれば運転手は疲労していると判定することができる。
(A) Principle of the present invention For three subjects A, B, and C, electrodes are attached to the palm and fingertips, and the skin potential V during fatigue between them is measured, and the result shown in FIG. 1 is obtained as an example. It was. Using these results, the rate of change dV / dt is calculated. As shown in FIG. 2, the rate of change dV / dt of the skin potential continues for about 5 seconds or more in the vicinity of 215 to 220 seconds after the start of measurement. It turns out that there is a tendency to change. This phenomenon does not tend to be seen during normal times or during activities. Therefore, if the skin potential change rate dV / dt changes substantially linearly for a predetermined time, for example, 5 seconds or more, the driver is tired. Can be determined.
(B)皮膚電位を測定するための電極構成
図3は運転手の皮膚電位を測定するための電極が埋め込まれたステアリングハンドルの説明図であり、(A)はステアリングハンドル部の平面図、(B)ステアリングハンドル部の一部断面図(図1(A)のAA′矢視図である)。
ステアリングハンドル部は環状部1とスポーク部2で構成され、環状部1は(B)に示すように断面円形になっており、中心部を形成する芯材1aと環状樹脂部1bで形成されている。この環状樹脂部1bの上側表面の運転手の掌があたる部分に塗布する銀/塩化銀の厚さに対応させ、数μの僅かな窪みを設け、その部分に銀/塩化銀を被着あるいは塗布して1枚の連続した細長い箔を形成し、この箔を基準電極(アース側)3aとしている。なお、図3では、説明上実際の寸法より遥かに深い窪みが示されている。また、環状樹脂部1bの下側表面の運転手の指があたる部分に、電極3aと同様に塗布する銀/塩化銀の厚さに対応させ、数μの僅かな窪みを設け、その部分に銀/塩化銀を被着あるいは塗布して1枚の連続した細長い箔を形成し、この箔を探査電極3bとしている。これら2つの電極3a,3bから運転手の運転時における皮膚電位を測定する。
(B) Electrode Configuration for Measuring Skin Potential FIG. 3 is an explanatory view of a steering handle in which an electrode for measuring a driver's skin potential is embedded, (A) is a plan view of the steering handle portion, B) A partial cross-sectional view of the steering handle (AA ′ arrow view of FIG. 1A).
The steering handle portion is composed of an
なお、ハンドル部の環状樹脂部1bの表面に電極を直接塗布あるいは被着してもよいが、電極の耐摩耗性、耐久性を高めるために僅かな溝があったほうがよい。窪みの深さは数μ程度(電極の塗布厚さと関係)、幅は数ミリから5mm程度で皮膚電位が検出可能な幅とする。この電極3a,3bの幅は一定でもよいが、変動するジグザグ塗布でもよい。また、図3(A)において、電極3a,3bが上部で切り欠かれているが一周連続でもよいし、二つ以上に分割されていてもよい。図3(C)に電極を2つに分割した例を示す。また、各電極3a,3bの素材は、耐久性があり、さびず、あせに強く、耐食性があるものが好適である。
Although the electrode may be directly applied or deposited on the surface of the
(C)疲労警告装置
図4は第1実施例の疲労警告装置の構成図である。
図4においてAは掌Pと接触した基準電極3a(図3参照)の接触点、Bは指先Fと接触した探査電極3b上の接触点、L1,L2は電極3a,3b間の電圧を疲労警告装置10に導くリード線である。疲労警告装置10において、増幅器11は測定される皮膚電位Vが低いため増幅して疲労検出部12に入力する。疲労検出部12において、皮膚電位変化速度検出部21は皮膚電位信号Vが所定サンプリング間隔で入力する毎にAD変換し、前回のサンプリング値と今回のサンプリング値の差を皮膚電位変化速度dV/dtとして出力する。皮膚電位変化速度記憶部22は例えば最近の5秒の間に計算された皮膚電位変化速度dV/dtを記憶し、直線判定部23は、所定時間T(例えば5秒)、皮膚電位変化速度dV/dtが略直線的に変化するかチェックし、略直線的に変化すれば、運転手が疲労していると判定し、判定結果を疲労警告部13に入力する。運転手が疲労していることを示す判定結果が入力されると、疲労警告部13は音声によりあるいはブザーにより疲労警告を発生する。なお、dV/dtが正確に直線的に変化せず、値がばらつく場合には最小2乗法等を使用して直線性を判定する。
(C) Fatigue warning device FIG. 4 is a block diagram of the fatigue warning device of the first embodiment.
In FIG. 4, A is the contact point of the
図5は図3(C)に示すように電極3aを左右2つ3a1,3a2に分割した場合の第2実施例の疲労警告装置の構成図である。電極を2つに分割した場合は、2つの皮膚電位V1,V2が得られるため、疲労警告装置10はそれぞれの皮膚電位V1,V2を増幅する2つの増幅器11,11′を備える。疲労検出部12は例えば増幅器11,11′の出力を平均し、平均値を用いて図4の場合と同様の処理を行って運転手の疲労を検出する。あるいは、増幅器11,11′の出力のうち大きいほうを用いて図4の場合と同様の処理を行って運転手の疲労を検出する。
図4、図5の疲労警告装置は皮膚電位変化速度dV/dt を計算し、dV/dtが略直線的に変化する特性を検出しているが、dV/dtが所定時間(=T)、略直線的に変化するときの疲労波形を保存しておき、実際の皮膚電位信号の入力波形と比較し、類似しているときに運転手が疲労していると判定することができる。
FIG. 5 is a configuration diagram of the fatigue warning device of the second embodiment when the
4 and 5 calculates the skin potential change rate dV / dt and detects the characteristic that dV / dt changes substantially linearly. However, dV / dt is a predetermined time (= T), The fatigue waveform when it changes approximately linearly is stored, and compared with the input waveform of the actual skin potential signal, it can be determined that the driver is tired when they are similar.
図6は疲労波形と皮膚電位信号の入力波形の類似性より運転手が疲労していることを検出する第3実施例の疲労警告装置の構成図である。増幅器11は皮膚電位信号Vを増幅して疲労検出部12に入力する。疲労検出部12のAD変換器31は皮膚電位信号Vをディジタル値に変換し、FFT32は時間領域の信号を周波数領域の信号に変換するもので、所定時間Tの間に発生する皮膚電位信号VのN個のサンプル値を入力され、N個の周波数成分を発生する。保存部33は予め、疲労時におけるFFTの処理結果であるN個の周波数成分(疲労波形の周波数成分)を保存する。相関演算部34は、疲労判定に際して、フーリエ変換部32から出力される皮膚電位信号の周波数成分と保存部33に保存されている疲労波形の周波数成分の相関を演算し、比較部35は演算された相関と設定値を比較し、相関が設定値以上であれば運転手が疲労しているものと判定し、判定結果を疲労警告部13に入力する。疲労警告部13は運転手が疲労していることを示す判定結果が入力されると、音声によりあるいはブザーにより疲労警告を発生する。
FIG. 6 is a configuration diagram of the fatigue warning device of the third embodiment for detecting that the driver is fatigued based on the similarity between the fatigue waveform and the input waveform of the skin potential signal. The
図4〜図6に示した増幅器11及び疲労検出部12はハンドル内に埋め込むことが望ましい。というのは、ハンドル内に埋め込むと電極3a,3bから増幅器11までのリード線L1,L2の長さが長くならずノイズがのりにくくなるためである。また、疲労検出部12から疲労警告部13への配線は、ステアリングの中を通す。ステアリングに車載機操作用のリモコンを取り付けた場合、電源線、信号線、アース線の3本をステアリング内に配線するが、疲労検出装置も同様にステアリング内に配線する。
本発明によれば、自動車のハンドルに皮膚電位測定用の電極を埋め込み、ハンドルを掴む運転手の掌と指間の皮膚電位を測定し、該測定した皮膚電位の変化速度が略直線的に所定時間以上変化したとき、運転手が疲労しているものとして警告を発生するため、皮膚電位により運転手の疲労や眠気を検出することができる。
また、自動車のハンドルに皮膚電位測定用の電極を埋め込み、ハンドルを掴む運転手の掌と指間の皮膚電位を測定するようにしているから、運転手の手や腕に電極を取り付ける必要がない。すなわち、ハンドルを握るだけで皮膚電位を検出することができる。
The
According to the present invention, an electrode for skin potential measurement is embedded in the handle of an automobile, the skin potential between the palm of the driver holding the handle and the finger is measured, and the change rate of the measured skin potential is determined approximately linearly. When it changes over time, a warning is generated on the assumption that the driver is tired, so that the driver's fatigue and drowsiness can be detected by the skin potential.
In addition, the skin potential measurement electrode is embedded in the handle of the car, and the skin potential between the palm of the driver who holds the handle and the finger is measured, so there is no need to attach the electrode to the driver's hand or arm. . That is, the skin potential can be detected simply by grasping the handle.
A 掌Pと接触した基準電極3a上の接触点
B 指先Fと接触した探査電極3b上の接触点
L1,L2 リード線
10 疲労警告装置
11 増幅器
12 疲労検出部
13 疲労警告部
21 皮膚電位変化速度検出部
22 皮膚電位変化速度記憶部
23 直線判定部
A Contact point on
Claims (4)
自動車のハンドルに皮膚電位測定用の電極を埋め込み、
ハンドルを掴む運転手の掌と指間の皮膚電位を測定し、
該測定した皮膚電位の変化速度が略直線的に所定時間以上変化するとき、運転手が疲労しているとして警告を発生する、
ことを特徴とする疲労警告方法。 In the fatigue warning method of detecting and warning whether the driver is tired or not by skin potential,
An electrode for skin potential measurement is embedded in the handle of an automobile,
Measure the skin potential between the palm and finger of the driver holding the handle,
When the change rate of the measured skin potential changes substantially linearly for a predetermined time or more, a warning is given that the driver is tired,
A fatigue warning method characterized by that.
疲労判定に際して、皮膚電位信号をフーリエ変換した結果と前記記憶されているフーリエ変換結果の相関を計算し、
相関が設定値以上のとき運転手が疲労していると判定する、
ことを特徴とする請求項1記載の疲労警告方法。 The skin potential signal when the change rate of the skin potential changes approximately linearly over a predetermined time is Fourier transformed to store the Fourier transform result,
At the time of fatigue determination, calculate the correlation between the Fourier transform result of the skin potential signal and the stored Fourier transform result,
When the correlation is equal to or higher than the set value, it is determined that the driver is tired.
The fatigue warning method according to claim 1.
自動車のハンドルに埋め込まれた皮膚電位測定用の電極を介してハンドルを掴む運転手の掌と指間の皮膚電位を測定する皮膚電位測定部、
該測定した皮膚電位の変化速度が略直線的に所定時間以上変化したとき、運転手が疲労しているとして検出する疲労検出部、
運転手が疲労していることが検出されたとき、警告を発生する警告部、
を備えたことを特徴とする疲労警告装置。 In the fatigue warning device that detects and alerts whether the driver is tired or not by skin potential,
A skin potential measuring unit that measures the skin potential between the palm of the driver and the finger that grips the handle via the electrode for skin potential measurement embedded in the handle of the automobile,
A fatigue detection unit for detecting that the driver is fatigued when the change rate of the measured skin potential changes substantially linearly for a predetermined time or more;
A warning section that generates a warning when it is detected that the driver is tired,
A fatigue warning device characterized by comprising:
前記皮膚電位の変化速度が略直線的に所定時間以上変化するときの該皮膚電位信号をフーリエ変換してフーリエ変換結果を記憶する記憶部、
皮膚電位信号をフーリエ変換して出力するフーリエ変換部、
疲労判定に際して、該フーリエ変換した結果と前記記憶されているフーリエ変換結果の相関を計算し、相関が設定以上のとき運転手が疲労しているものと判定する判定部、
を備えることを特徴とする請求項3記載の疲労警告装置。 The fatigue detection unit
A storage unit for storing a Fourier transform result by Fourier-transforming the skin potential signal when the skin potential change rate changes substantially linearly for a predetermined time or more;
Fourier transform unit that outputs skin potential signal by Fourier transform,
At the time of fatigue determination, the correlation between the result of the Fourier transform and the stored Fourier transform result is calculated, and a determination unit that determines that the driver is tired when the correlation is equal to or higher than a setting,
The fatigue warning device according to claim 3, further comprising:
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