JP2022042721A - Dehydrated state management system and dehydrated state management method - Google Patents
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Abstract
Description
特許法第30条第2項適用申請有り 2019年12月18日~20日開催のBio4Apps2019国際会議にて発表Patent Law Article 30
本発明は、管理対象者の脱水状態を管理する脱水状態管理システム及び脱水状態管理方法に関するものである。 The present invention relates to a dehydration state management system and a dehydration state management method for managing the dehydration state of a person to be managed.
近年、温暖化に伴い夏季において熱中症になる患者の数が増加する傾向にある。とりわけ、建設現場の労働従事者においては、屋外の暑熱環境下での作業のため多くの汗をかき、脱水状態に陥る可能性が高い。 In recent years, the number of patients suffering from heat stroke in the summer tends to increase due to warming. In particular, workers at construction sites are likely to sweat a lot and become dehydrated due to work in a hot outdoor environment.
そこで、特許文献1に開示されているように、熱中症リスクの管理のための指標であるWBGT(Wet bulb globe temperature:湿球黒球温度)値に関する測定を作業場所で行い、それに基づいて現場にいる作業者の携帯端末に熱中症リスクを知らせることで、作業者の健康管理が行われている。 Therefore, as disclosed in Patent Document 1, the WBGT (Wet bulb globe temperature) value, which is an index for managing the risk of heat stroke, is measured at the work site, and the site is based on the measurement. Workers' health is managed by notifying the worker's mobile terminal of the risk of heat stroke.
また、特許文献2には、血中のヘモグロビン濃度、心拍出量及び深部体温などの生体指標の測定を行うことで、熱中症リスクを個別に評価する方法が開示されている。一方、特許文献3,4に開示されているように、測定対象部位にレーザ光を出射して散乱された散乱光を受光させることで、血流量などの液体流量の測定を行うことができる流量測定装置が知られている。
Further,
しかしながら、血圧や心拍数といった生体指標は、脱水の初期状態の検知には不向きであり、初期状態の脱水検知には別の指標が必要である。一方において、脱水状態の発生はは、給水によって防ぐことができることが知られている。 However, biological indicators such as blood pressure and heart rate are not suitable for detecting the initial state of dehydration, and another index is required for detecting dehydration in the initial state. On the other hand, it is known that the occurrence of dehydration can be prevented by water supply.
そこで本発明は、給水量を考慮したうえで、的確に管理対象者の脱水状態を推定して、定量的に健康管理を行うことが可能な脱水状態管理システム及び脱水状態管理方法を提供することを目的としている。 Therefore, the present invention provides a dehydration state management system and a dehydration state management method capable of accurately estimating the dehydration state of a person to be managed and quantitatively performing health management in consideration of the amount of water supply. It is an object.
前記目的を達成するために、本発明の脱水状態管理システムは、管理対象者の脱水状態を管理する脱水状態管理システムであって、前記管理対象者の血流量を測定する血流量計測装置と、前記血流量計測装置によって測定された血流量データを前記管理対象者の識別子に関連付けて記憶する記憶部と、前記管理対象者の給水量が測定可能な前記識別子に関連付けられる通信機能を有する給水装置と、前記管理対象者が滞在する場所の環境状態を取得する環境状態取得部と、前記管理対象者が携行する通信端末と、前記血流量データ、前記給水装置による給水量及び前記環境状態から前記管理対象者の脱水状態を推定するとともに、前記脱水状態の推定結果に基づいて前記通信端末への通知を制御する推定処理部とを備えたことを特徴とする。 In order to achieve the above object, the dehydration state management system of the present invention is a dehydration state management system that manages the dehydration state of the controlled subject, and includes a blood flow measuring device that measures the blood flow of the controlled subject. A water supply device having a storage unit that stores blood flow data measured by the blood flow measuring device in association with the management target person's identifier and a communication function associated with the management target person's water supply amount that can be measured. From the environmental state acquisition unit that acquires the environmental state of the place where the managed person stays, the communication terminal carried by the managed person, the blood flow data, the amount of water supplied by the water supply device, and the environmental state. It is characterized by including an estimation processing unit that estimates the dehydration state of the management target person and controls notification to the communication terminal based on the estimation result of the dehydration state.
ここで、前記血流量計測装置は、前記管理対象者の身体に装着される形態であることが好ましい。また、前記通信端末への通知は、前記脱水状態の推定結果に基づいて前記給水装置による給水を必要と判定されたときに行われ、前記給水装置による給水が行われるまで継続される構成とすることができる。 Here, it is preferable that the blood flow rate measuring device is attached to the body of the person to be managed. Further, the notification to the communication terminal is performed when it is determined that water supply by the water supply device is necessary based on the estimation result of the dehydration state, and is continued until water supply by the water supply device is performed. be able to.
また、脱水状態管理方法の発明は、管理対象者の脱水状態を管理する脱水状態管理方法であって、前記管理対象者の血流量を測定した血流量データを前記管理対象者の識別子に関連付けて記憶させるステップと、前記管理対象者が滞在する場所の環境状態を取得するステップと、前記識別子に関連付けられた通信機能を有する給水装置により前記管理対象者が給水を行ったことを検出するステップと、前記血流量データ、前記給水装置による給水量及び前記環境状態から前記管理対象者の脱水状態を推定するステップと、前記脱水状態の推定結果に基づいて前記管理対象者が携行する通信端末への通知を行うステップとを備えたことを特徴とする。 Further, the invention of the dehydration state management method is a dehydration state management method for managing the dehydration state of the management target person, in which the blood flow data obtained by measuring the blood flow of the management target person is associated with the identifier of the management target person. A step of storing, a step of acquiring the environmental state of the place where the managed person stays, and a step of detecting that the managed person has supplied water by a water supply device having a communication function associated with the identifier. , The step of estimating the dehydration state of the management target person from the blood flow data, the water supply amount by the water supply device, and the environmental state, and the communication terminal carried by the management target person based on the estimation result of the dehydration state. It is characterized by having a step for notifying.
このように構成された本発明の脱水状態管理システム及び脱水状態管理方法は、管理対象者から測定された血流量データを記憶しておくとともに、管理対象者が携行する給水装置による給水量が通信機能によって把握できるように構成される。 The dehydration state management system and the dehydration state management method of the present invention configured in this way store blood flow data measured by the management target person, and communicate the amount of water supplied by the water supply device carried by the management target person. It is configured so that it can be grasped by the function.
そして、血流量データ、給水量及び管理対象者が滞在する場所の環境状態から管理対象者の脱水状態を推定して、その推定結果に基づいて管理対象者が携行する通信端末への通知が行われる。 Then, the dehydration state of the management target person is estimated from the blood flow rate data, the water supply amount, and the environmental state of the place where the management target person stays, and the communication terminal carried by the management target person is notified based on the estimation result. Will be.
このため、管理対象者が摂取した給水量を考慮したうえで的確に脱水状態を推定することができる。さらに、脱水率などの定量的に推定された脱水状態に基づいて、管理対象者の健康管理を行うことができる。特に、血流量データを使用することで、軽度な脱水症状についても検出できるようになり、発症の予防という観点から症状が軽い段階から脱水症になる可能性を把握し、給水を促す通知をするなどの対策をとることができるようになる。 Therefore, the dehydration state can be accurately estimated in consideration of the amount of water supplied by the person to be managed. Furthermore, it is possible to manage the health of the person to be managed based on the quantitatively estimated dehydration state such as the dehydration rate. In particular, by using blood flow data, it becomes possible to detect even mild dehydration, grasp the possibility of dehydration from the stage where the symptoms are mild from the viewpoint of prevention of onset, and give a notification to encourage water supply. You will be able to take measures such as.
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図1は、本実施の形態の脱水状態管理システム1の構成を説明するためのブロック図である。また、図2は、脱水状態管理システム1を概念的に示した説明図である。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram for explaining the configuration of the dehydration state management system 1 of the present embodiment. Further, FIG. 2 is an explanatory diagram conceptually showing the dehydration state management system 1.
本実施の形態の脱水状態管理システム1は、例えば図2に示すように、建設現場P1で作業する作業者を管理対象者H1として、事務所P2などにいる施工管理者や現場監督などが管理対象者H1の脱水状態を監視して管理するためのシステムである。 As shown in FIG. 2, for example, the dehydration state management system 1 of the present embodiment is managed by a construction manager or a site supervisor in an office P2 or the like, with a worker working at a construction site P1 as a management target person H1. This is a system for monitoring and managing the dehydration state of the subject H1.
本実施の形態の脱水状態管理システム1は、図1に示すように、血流量などを測定する計測部2と、測定された血流量データなどを記憶する記憶部3と、管理対象者H1の給水量が測定可能な給水装置4と、管理対象者H1が滞在する場所の環境状態を取得する環境状態取得部5と、管理対象者H1の脱水状態を推定する推定処理部6とによって主に構成される。
As shown in FIG. 1, the dehydration state management system 1 of the present embodiment includes a
一方、上記した本実施の形態の脱水状態管理システム1を実現するための具体的な装置としては、図2に示すように、管理対象者H1の血流量などを測定するためのウェアラブル端末WT、測定された血流量データなどを記憶するためのクラウドサーバCL、給水量が測定可能な通信機能を有する水筒BT、管理対象者H1が携行する通信端末となるスマートフォンSM、管理者H2が使用する管理者端末MPなどが挙げられる。 On the other hand, as a specific device for realizing the dehydration state management system 1 of the present embodiment described above, as shown in FIG. 2, a wearable terminal WT for measuring the blood flow rate of the managed person H1 and the like, Cloud server CL for storing measured blood flow data, water cylinder BT with communication function that can measure water supply, smartphone SM that is a communication terminal carried by management target person H1, management used by manager H2 Person terminal MP and the like can be mentioned.
以下、本実施の形態の脱水状態管理システム1の各構成の詳細について、順次、説明する。まず、計測部2は、図1に示すように、血流量計測装置となる血流量センサ21と、血流量を測定する測定対象部位の温度を測定する温度センサ22と、血流量センサ21と管理対象者H1の測定対象部位との接触圧などを測定する圧力センサ23とを備えている。
Hereinafter, details of each configuration of the dehydration state management system 1 of the present embodiment will be sequentially described. First, as shown in FIG. 1, the
計測部2は、図2に示すように、管理対象者H1の手首などの身体に装着可能なウェアラブル端末WTに組み込むことができる。この場合は、一定時間間隔や任意のタイミングで、管理対象者H1の血流量を測定することができる。
As shown in FIG. 2, the
一方、計測部2を、事務所P2などに設置しておく据え置き型の計測器とすることもできる。この場合は、管理対象者H1は、始業時や休憩時間後の建設現場P1に向かう前に、血流量などを測定することができる。
On the other hand, the
血流量センサ21は、管理対象者H1となる人体の血流量を計測するための測定器である。据え置き型の計測器では、例えば人の指先の血流量を計測する。血流量センサ21は、計測対象部位に光源から光を出射し、計測対象部位で散乱された光を受光させ、その受光量の情報を基に計測対象部位に流れる血液の流量を測定する。
The blood
血流量センサ21の光源には、例えば垂直共振器面発光レーザ(VCSEL:Vertical Cavity Surface Emitting LASER)を使用することができる。レーザ駆動回路の駆動により発光部から、測定対象部位に向けて出射光が出射される。出射光の波長は、例えば850nm-1300nmの近赤外光の波長に設定することができる。
As the light source of the
出射光は、測定対象部位により反射や散乱(以下まとめて単に「散乱」ともいう。)して散乱光となる。すなわち出射光は、管理対象者H1の生体組織内となる測定対象部位内の毛細血管内の血球や組織によって散乱を繰り返しながら、ほぼ半球状に伝播していく。そして、出射光が測定対象部位によって散乱された散乱光は、血流量測定用のフォトダイオードによって形成される受光素子によって受光され、散乱光が光電変換されて光検出信号を生成する。 The emitted light is reflected or scattered (hereinafter collectively referred to simply as "scattering") depending on the measurement target portion to become scattered light. That is, the emitted light propagates in a substantially hemispherical shape while being repeatedly scattered by blood cells and tissues in the capillaries in the measurement target site in the biological tissue of the management target person H1. Then, the scattered light whose emitted light is scattered by the measurement target portion is received by a light receiving element formed by a photodiode for measuring blood flow, and the scattered light is photoelectrically converted to generate a light detection signal.
ここで、血流量センサ21と測定対象部位との接触圧は、圧力センサ23によって測定されている。そして、受光素子の検出情報からは、ドップラーシフトを利用して測定対象部位の血流量が算出される。例えば、所定の圧力(例えば80mmHg)以上の接触圧が測定されたときに、血流量の計測が開始される構成とすることができる。
Here, the contact pressure between the blood
例えば、測定対象部位の毛細血管内を動いている血球により散乱された散乱光では、血球の移動速度に比例したドップラー効果によって、周波数のシフトが生じている。静止した組織からの散乱光と動いている血球からの散乱光とでは、周波数の差(シフト)が数百Hz程度から数十kHzの帯域に分布する。 For example, in the scattered light scattered by blood cells moving in the capillaries of the measurement target site, the frequency shift occurs due to the Doppler effect proportional to the moving speed of the blood cells. The frequency difference (shift) between the scattered light from the stationary tissue and the scattered light from the moving blood cells is distributed in the band of about several hundred Hz to several tens of kHz.
このため、両者の散乱光の干渉によって生じるうなり信号(ビート信号)のパワースペクトルにおいて、ドップラー効果によりシフトした周波数は血球の速度に対応し、パワーは血球の量に対応する。血流量とは、各々の血球の速度と血球の数の積の総和であるため、ビート信号のパワースペクトルに周波数を乗算して積分することで、血流量の演算が可能となる。 Therefore, in the power spectrum of the beat signal generated by the interference of the scattered light of both, the frequency shifted by the Doppler effect corresponds to the speed of blood cells, and the power corresponds to the amount of blood cells. Since the blood flow volume is the sum of the products of the speed of each blood cell and the number of blood cells, the blood flow volume can be calculated by multiplying the power spectrum of the beat signal by the frequency and integrating it.
例えば、受光素子からの検出情報に対して、散乱光の干渉成分の周波数解析(例えばFFT(Fast Fourier Transform)演算)を行う。この周波数解析によりビート信号のスペクトル列を導出し、各スペクトル列に対して対応する周波数を乗算して積分することで、測定対象部位の血流量を導出することができる。また、このようにして導出された血流量の値は、温度センサ22によって測定された測定対象部位近傍の温度に基づいて補正することもできる。
For example, frequency analysis (for example, FFT (Fast Fourier Transform) calculation) of the interference component of scattered light is performed on the detected information from the light receiving element. By deriving the spectral sequence of the beat signal by this frequency analysis and multiplying each spectral sequence by the corresponding frequency and integrating it, the blood flow rate at the measurement target site can be derived. Further, the value of the blood flow derived in this way can be corrected based on the temperature in the vicinity of the measurement target portion measured by the
計測部2による計測開始時には、管理対象者H1の識別子となる固有ID(identifier)の取得が、バーコードやQRコード(登録商標)の入力インタフェースによる入力、又はキー入力によって行われる。
At the start of measurement by the
この管理対象者H1の固有IDは、計測部2による計測の前に、あらかじめ脱水状態管理システム1に登録させておく。また、給水装置4にも識別子となる固有ID(identifier)を付けておき、給水装置4の固有IDとそれを携行する管理対象者H1の固有IDとを関連付けておく。
The unique ID of the management target person H1 is registered in the dehydration state management system 1 in advance before the measurement by the
計測部2によって測定された血流量データは、記憶部となるクラウドサーバCLに管理対象者H1の固有IDと関連付け(紐付け)された状態で送信される。計測部2が、例えばリストバンド型のウェアラブル端末WTである場合は、ウェアラブル端末本体に実装されたアプリケーションと通信機能によってクラウドサーバCLへのデータ送信を行わせることができる。また、管理対象者H1が携行するスマートフォンSMやノートパソコンやタブレット端末などの通信端末に、ウェアラブル端末WTを制御するアプリケーションを実装しておき、スマートフォンSMなどからクラウドサーバCLへのデータ送信を行わせることもできる。
The blood flow data measured by the measuring
給水装置4は、水などを収容するボトルなどの容器と、その容器に取り付けられる検出部41と、測定された給水量に関するデータをクラウドサーバCLへ送信させるための送信処理部42とを備えている。
The
例えば、図2に示した水筒BTは、容器部分と検出部41とを備えている。例えば検出部41は、加速度センサや圧力センサを有しており、水筒BTにより給水されたイベントの回数を、水筒BTの傾きや水筒BTの重量の変化から検出する。例えば、特表2020-515822号公報に記載されているスマートボトルなどが、水筒BTとして使用できる。
For example, the water bottle BT shown in FIG. 2 includes a container portion and a
この水筒BTは、通信機能を有している。例えば、Wi-Fi、Bluetooth(登録商標)、ZigBee(登録商標)などの近距離無線通信が利用できる。例えば、送信処理部42の機能を管理対象者H1が携行するスマートフォンSMが実行する場合は、近距離無線通信によって、水筒BTとスマートフォンSMとの間の通信が行えればよい。
This water bottle BT has a communication function. For example, short-range wireless communication such as Wi-Fi, Bluetooth (registered trademark), and ZigBee (registered trademark) can be used. For example, when the smartphone SM carried by the management target person H1 executes the function of the
一方、水筒BTに送信処理部42を設ける場合は、Wi-Fi、キャリア回線、920MHz帯電波など、クラウドサーバCLとの間で通信が行える構成にする。このクラウドサーバCLとの間の通信は、建設現場P1に設置された無線ルータなどのアクセスポイントAPを経由する構成であってもよい。
On the other hand, when the
以下に、図3に示したフローチャートを参照しながら、給水装置4の給水量の測定処理の流れを説明する。
管理対象者H1が携行する水筒BTは、検出部41によって検出される加速度データが監視されている(ステップS1)。すなわち、管理対象者H1が水筒BTを傾けて水を飲む動作をすると、閾値以上の加速度が検出されることになる(ステップS2)。
Hereinafter, the flow of the measurement process of the water supply amount of the
The water bottle BT carried by the management target person H1 is monitored for acceleration data detected by the detection unit 41 (step S1). That is, when the management target person H1 tilts the water bottle BT to drink water, acceleration equal to or higher than the threshold value is detected (step S2).
このように給水のイベントは、検出部41によって検出されて、その検出回数はインクリメントされて給水カウンタ数として保持される(ステップS3)。そして、ステップS4で送信インターバル時間に到達すると、水筒BTの固有IDと給水カウンタ数とは、水筒BTの無線通信機能を介して送信処理部42が組み込まれたスマートフォンSMに送信される(ステップS5)。
In this way, the water supply event is detected by the
ステップS6では、水筒BTの固有IDと給水カウンタ数とを受信したスマートフォンSMから受信完了のコールバックが水筒BTにされ、水筒BTの検出部41の給水カウンタが「0」にリセットされる(ステップS7)。
In step S6, the call back of reception completion is set to the water bottle BT from the smartphone SM that has received the unique ID of the water bottle BT and the number of water supply counters, and the water supply counter of the
スマートフォンSMに設けられた送信処理部42は、水筒BTから受信した固有ID及び給水カウンタ数の情報にタイムスタンプを付与し、設定された時間インターバルでクラウドサーバCLにそれらのデータを送信する。
The
以上のようにして血流量データと給水量に関するデータとが、管理対象者H1の固有IDに関連付けられた状態でクラウドサーバCLに記憶される。これらの記憶されたデータは、推定処理部6において使用される。推定処理部6は、クラウドサーバCLやそれに接続される管理サーバなどにおいて実行させることもできるし、管理者H2が操作する管理者端末MPに実装されたアプリケーションによって実行させることもできる。
As described above, the blood flow data and the water supply data are stored in the cloud server CL in a state of being associated with the unique ID of the management target person H1. These stored data are used in the
環境状態取得部5は、管理対象者H1が滞在する建設現場P1の環境状態を取得する。例えば建設現場P1にWBGT(Wet bulb globe temperature:湿球黒球温度)値の測定が可能な環境測定機を環境状態取得部5として設置することができる。
The environmental
WBGT値(暑さ指数)の測定が可能な環境測定機は、温度、相対湿度及び黒球温度の測定を行うセンサを備えている。温度と相対湿度から乾球温度と湿球温度を求める処理は、環境状態取得部5で行っても、推定処理部6で行ってもいずれでもよい。
An environmental measuring device capable of measuring a WBGT value (heat index) is equipped with a sensor that measures temperature, relative humidity, and black globe temperature. The process of obtaining the dry-bulb temperature and the wet-bulb temperature from the temperature and the relative humidity may be performed by the environmental
また、環境状態取得部5は、脱水状態管理システム1にインターネットなどのネットワークで接続された環境省などの外部サーバから、建設現場P1地点の環境状態を得る構成であってもよい。さらに、日照時間といった外部環境も、環境状態として取得することができる。
Further, the environmental
推定処理部6では、血流量データ、給水装置4によって測定されたる給水量及び環境状態取得部5によって取得された環境状態から、管理対象者H1の脱水状態を推定する。また、脱水状態の推定結果に基づいて、管理対象者H1が携行する通信端末であるスマートフォンSMなどへ行う通知を制御する。
The
具体的には、推定処理部6は、脱水状態の推定に必要な各種データを取り込むデータ集約部61と、取得されたデータに対して必要に応じて前処理を行う前処理部62と、脱水状態の推定部63と、警告などを通知するための通知制御部64とによって主に構成される。
Specifically, the
データ集約部61では、計測部2によって測定された管理対象者H1の固有IDと給水装置4の固有IDとを紐付けることにより、管理対象者H1に関する測定データを一元化する。
The
詳細にはデータ集約部61は、管理対象者H1毎に、血流量、温度及び圧力などの計測部2の各センサによる計測値と、任意のインターバルで取得された給水装置4による給水情報の検出回数とを取得して、データベースを構築する。構築されたデータベースは、推定を行うまで記憶部3に格納しておくこともできる。
In detail, the
また、データ集約部61では、管理対象者H1が作業などをしている建設現場P1の気温、湿度、WBGT値などの環境状態に関する情報を、環境状態取得部5を介して取得する。この環境状態に関する情報も、管理対象者H1の固有IDと紐付けされて一元化される。
Further, the
このようにしてデータ集約部61によって構築されたデータベースから、管理対象者H1の体水分量指標となる脱水率を推定することになる。脱水率を推定するにあたっては、前処理部62において、入力するデータの前処理が行われる。
From the database constructed by the
前処理部62では、計測部2によって取得されたデータから異常値と判断されるデータを所定の手法によって処理し、機械学習用の学習データを構築する。例えば前処理部62では、取り込まれた血流量データからノイズを除去した前処理済データを生成する。
The
血流量の計測の開始時や終了時には、人体接触部位とセンサとの接触に起因するノイズが発生する。このノイズは、脱水率の推定に影響を及ぼすことになるため、計測データから算出される指標を用いた二値化法、あるいは他のセンサによるフラグ処理などを用いてノイズを除去する。 At the start and end of blood flow measurement, noise is generated due to the contact between the human body contact site and the sensor. Since this noise affects the estimation of the dehydration rate, the noise is removed by using a binarization method using an index calculated from the measurement data or flag processing by another sensor.
二値化法によるフィルタリングは、例えば図5に示すように、血流量生データに対して任意区間の移動平均(移動平均データ)を算出し、高値として突出する箇所をノイズと推定して除去する方法である。 In the filtering by the binarization method, for example, as shown in FIG. 5, a moving average (moving average data) of an arbitrary section is calculated for the blood flow raw data, and the portion protruding as a high value is estimated as noise and removed. The method.
他のセンサを用いたフラグ処理とは、例えば圧力センサ23の検出情報から算出された接触圧が、閾値以上となって任意時間の検出がされた場合の血流量データの計測値のみ使用するという方法である。
The flag processing using another sensor means that, for example, only the measured value of the blood flow data when the contact pressure calculated from the detection information of the
また、血流量データの計測におけるノイズは、教師なし分類法である例えばマハラノビス距離、特異スペクトル変換法を用いた異常値検出による信号処理などで除去することもできる。 In addition, noise in the measurement of blood flow data can be removed by signal processing by detecting an abnormal value using, for example, Mahalanobis distance or a singular spectrum conversion method, which is a classification method without supervision.
そして、ノイズの除去によって、総データ長が10秒を下回ったり、連続データが5秒以下となったりした場合は、計測データから除外するという処理も前処理部62において行われる。
Then, when the total data length is less than 10 seconds or the continuous data is 5 seconds or less due to the noise removal, the preprocessing
このようにして揃えられたデータを使って、脱水率の推定に使用する推定モデルを機械学習によって構築する。推定部63では、推定モデルの構築と、構築された推定モデルによる脱水率の推定が行われる。推定モデルは、一旦、構築されたのちは、必要に応じて任意のタイミングで更新すればよい。
Using the data prepared in this way, an estimation model used for estimating the dehydration rate is constructed by machine learning. The
例えば、脱水率の推定モデルの再学習を行う際のデータセットの構築は、図4のフローチャートに示した処理の流れによって行うことができる。
まずステップS11では、管理対象者H1の固有IDの読み取りを行う。
For example, the construction of the data set when retraining the estimation model of the dehydration rate can be performed by the processing flow shown in the flowchart of FIG.
First, in step S11, the unique ID of the management target person H1 is read.
ステップS12では、この時点で既にデータセットが構築中であるか否かを確認して、構築中の場合はステップS131に移行して、構築中のデータセットの呼び出しと、複製を行う。 In step S12, it is confirmed whether or not the data set is already being constructed at this point, and if it is being constructed, the process proceeds to step S131 to call and duplicate the data set being constructed.
一方、新たにデータセットを構築する場合は、ステップS132において、データセットの新規作成と複製を行う。そして、ステップS131,S132で複製されたデータセットに、管理対象者H1が携行する給水装置4の固有ID(給水計測機子機ID)に紐付けられた給水量に関する情報を取り込む(ステップS14)。ここまでは、データ集約部61により処理が行われる。
On the other hand, when a new data set is constructed, a new data set is newly created and duplicated in step S132. Then, information on the amount of water supply associated with the unique ID (water supply measuring device slave unit ID) of the
そして、取り込まれたデータの前処理が、前処理部62によって行われる(ステップS15)。続いて、推定モデルを管理対象者H1の固有ID毎に構築するか、全体を統合して構築するかを決める(ステップS16)。 Then, the preprocessing of the captured data is performed by the preprocessing unit 62 (step S15). Subsequently, it is decided whether to construct the estimation model for each unique ID of the management target person H1 or to integrally construct the estimation model (step S16).
管理者H2が管理するすべての管理対象者H1を統合して推定モデルを構築する場合は、ステップS171で全データの統合を行う。一方、管理対象者H1毎に推定モデルを構築する場合は、管理対象者H1の固有ID毎にデータセットを構築する。この場合は、管理対象者H1毎の持病などの健康状態を加味することができる。 When the estimation model is constructed by integrating all the management target persons H1 managed by the administrator H2, all the data are integrated in step S171. On the other hand, when constructing an estimation model for each management target person H1, a data set is constructed for each unique ID of the management target person H1. In this case, the health condition such as chronic illness of each managed person H1 can be taken into consideration.
推定部63による再学習は、推定によって得られた脱水率の推定結果の精度が低いと判断された場合に、現行の推定モデルの導入後に入手されたデータセットなどを使用して、推定モデルの補正を行うために実行される。
When the accuracy of the estimation result of the dehydration rate obtained by the estimation is judged to be low, the re-learning by the
再学習では、機械学習を行う際のパラメータの寄与率を再評価し、既定の寄与率から変動がみられた場合に、各パラメータの寄与率を補正後のものに置換する。機械学習による学習や再学習には、例えばランダムフォレストを用いたアンサンブル学習を使用することができる。 In the re-learning, the contribution rate of the parameters when performing machine learning is re-evaluated, and when a fluctuation is observed from the predetermined contribution rate, the contribution rate of each parameter is replaced with the corrected one. For learning and re-learning by machine learning, for example, ensemble learning using a random forest can be used.
アンサンブル学習は、複数の弱分類器の分類結果を統合することにより、高精度な分類を行う分類器を構築するための手法である。アンサンブル学習としては、バギング、ブースティング、ランダムフォレストなどが知られている。 Ensemble learning is a method for constructing a classifier that performs highly accurate classification by integrating the classification results of a plurality of weak classifiers. Known ensemble learning includes bagging, boosting, and random forest.
ランダムフォレストは、与えられたデータセットからブートストラップ法によるサンプリングで複数の教師データセットを作成し、それら複数の教師データセットから決定木である複数の弱分類器が構築される。そして、複数の決定木の結果の多数決により、最終的な分類結果が取得されることになる。 Random forest creates multiple teacher datasets from a given dataset by bootstrap sampling, and multiple weak classifiers, which are decision trees, are constructed from these multiple teacher datasets. Then, the final classification result will be obtained by a majority decision of the results of a plurality of decision trees.
具体的には、アンサンブル学習による脱水率の推定モデルは、以下の流れで構築される。
まず、構築されたデータセットから、ブートストラップ法によってデータセットサイズの60%を抽出し、全部で100個の標本(教師データセット)を作成する。
Specifically, the estimation model of the dehydration rate by ensemble learning is constructed by the following flow.
First, 60% of the dataset size is extracted from the constructed dataset by the bootstrap method, and a total of 100 samples (teacher dataset) are created.
さらに、各標本から機械学習によって回帰木(決定木)を作成する際に、使用する特徴量数Nは以下の式で決定し、全ての特徴量の中からランダムで選択する。
N=log2P+1
ここで、Pは標本に含まれる特徴量の総数を示す。また、機械学習を行う際には、回帰木の深さに制限は設けない。
Furthermore, when creating a regression tree (decision tree) from each sample by machine learning, the number of features N to be used is determined by the following formula, and is randomly selected from all the features.
N = log 2 P + 1
Here, P indicates the total number of features contained in the sample. In addition, when performing machine learning, there is no limit to the depth of the regression tree.
推定部63では、このようにして機械学習や再学習の成果となる各回帰木が推定した値の平均値を、脱水率の推定モデルの算出結果として出力する。例えば血流量データから推定された値を、給水量及びWBGT値で補正することで、脱水率として算出する。
The
脱水率の推定は、血流量データに基づいて算出されるが、上記したように給水量及び環境状態によって補正することができる。補正に使用する環境状態には、WBGT値の他に日照時間などが挙げられる。また、前日の終業時点の脱水率と始業時の脱水率とを比較したときに、数値の復元性がみられない場合は、それに基づいて推定される脱水率を補正することもできる。 The estimation of the dehydration rate is calculated based on the blood flow rate data, but can be corrected according to the water supply amount and the environmental condition as described above. Environmental conditions used for correction include sunshine duration in addition to the WBGT value. In addition, when the dehydration rate at the end of work on the previous day is compared with the dehydration rate at the start of work, if the numerical stability is not found, the dehydration rate estimated based on the stability can be corrected.
推定部63で推定された脱水率の推定値は、通知制御部64に送られる。通知制御部64では、推定部63から得られた脱水率の推定値に基づいて、管理対象者H1が携行するスマートフォンSMや管理者H2が操作する管理者端末MPに表示させる内容を制御する。
The estimated value of the dehydration rate estimated by the
例えば通知制御部64から送られる通知などを表示させるための出力部7となるスマートフォンSMや管理者端末MPには、図2に示すように、推定部63によって算出された脱水率の推定結果が、画面SM1,MP1にグラフや数値などで表示される。
For example, as shown in FIG. 2, the estimation result of the dehydration rate calculated by the
また、脱水率の値の大きさなどに応じて熱中症になる危険度ランクが変わってくるため、それらの危険度ランクに応じて任意に設定された定型文を、画面SM1,MP1上に表示することもできる。 In addition, since the risk rank for heat stroke changes depending on the size of the dehydration rate value, fixed phrases arbitrarily set according to the risk rank are displayed on the screens SM1 and MP1. You can also do it.
通知制御部64による通知をどの様に行うかは、任意に設定することができる。例えば脱水率をどのように危険度ランクに分けるか、給水の指示をどのタイミングで行うか、警告音を併用するかなどは、任意に設定することができる。
How the notification by the
通知制御部64による管理対象者H1への通知は、管理対象者H1が装着するウェアラブル端末WTを振動させるといった通知方法でもよい。また、管理対象者H1が携行するスマートフォンSMへの通知は、任意時間毎のメール、プッシュ通知などとすることができる。
The notification to the management target person H1 by the
管理者端末MPでは、管理対象者H1の脱水率に関する全データを、一括して監視することができる。また、管理対象者H1に対して通知制御部64により自動で通知される通知に加えて、任意の管理対象者H1に対して、給水や休憩の促進アラートを、管理者端末MPから管理対象者H1のスマートフォンSMなどに対して送信することもできる。
The administrator terminal MP can collectively monitor all the data related to the dehydration rate of the management target person H1. Further, in addition to the notification automatically notified to the management target person H1 by the
通知制御部64による自動通知又は管理者端末MPからの通知を受信した管理対象者H1のスマートフォンSMやウェアラブル端末WTでは、脱水率の改善が確認されるまで継続的に振動又はブザー音の少なくとも一つがアラートとして発せられる。
In the smartphone SM of the management target person H1 or the wearable terminal WT that has received the automatic notification by the
そして、ウェアラブル端末WTの計測部2による計測によって推定された脱水率が閾値を下回った場合や、給水装置4による給水があったことの測定結果を受信した場合には、自動的にアラートの解除を行うようにすることもできる。
Then, when the dehydration rate estimated by the measurement by the
次に、本実施の形態の脱水状態管理方法の処理の流れについて、図6を参照しながら説明する。
まず、ステップS21では、管理対象者H1の血流量の測定を、計測部2を使って行う。計測部2が事務所P2などに置いてある据え置き型の計測器の場合、管理対象者H1は、建設現場P1に向かう前に、据え置き型の計測器に指先を載せるなどして、一定時間以上をかけて血流量、温度及び接触圧を測定する。一方、計測部2がウェアラブル端末WTに組み込まれている場合は、設定された任意の時間間隔(例えば30分に1回)で、管理対象者H1の血流量等が測定される。
Next, the flow of processing of the dehydration state management method of the present embodiment will be described with reference to FIG.
First, in step S21, the blood flow rate of the managed person H1 is measured by using the
管理対象者H1が作業する建設現場P1では、WBGT値などの環境状態の測定が行われる(ステップS22)。環境状態の取得は、建設現場P1に通信機能を備えた環境測定機を設置して実測することで行うこともできるし、環境省などの外部サーバから建設現場P1の住所に基づいて取り込むこともできる。 At the construction site P1 where the management target person H1 works, the environmental condition such as the WBGT value is measured (step S22). The environmental state can be acquired by installing an environmental measuring device equipped with a communication function on the construction site P1 and actually measuring it, or by importing it from an external server such as the Ministry of the Environment based on the address of the construction site P1. can.
管理対象者H1の監視が始まると、事務所P2の管理者端末MPの画面MP1には、建設現場P1の環境状態や、すべての管理対象者H1の脱水状態などが、グラフや数値などで表示される。また、管理対象者H1が携行する水筒BTによって給水がされたかどうかの記録なども、管理者端末MPの画面MP1に表示させることができる。 When the monitoring of the management target person H1 starts, the environmental state of the construction site P1 and the dehydration state of all the management target persons H1 are displayed in graphs and numerical values on the screen MP1 of the manager terminal MP of the office P2. Will be done. In addition, a record of whether or not water is supplied by the water bottle BT carried by the management target person H1 can also be displayed on the screen MP1 of the administrator terminal MP.
ステップS23の給水量の確認は、上述したように水筒BTによって給水のイベントが行われた回数(給水カウンタ数)を取得することで行うことができる。要するに、給水イベントの1回あたりの平均給水量を設定しておけば、給水カウンタ数から給水量を算出することができる。また、水筒BTが圧力センサなどによって重量の変化を検出できる構成であれば、直接、給水量を測定させることもできる。 The confirmation of the water supply amount in step S23 can be performed by acquiring the number of times (the number of water supply counters) that the water supply event is performed by the water bottle BT as described above. In short, if the average water supply amount per water supply event is set, the water supply amount can be calculated from the number of water supply counters. Further, if the water bottle BT has a configuration in which a change in weight can be detected by a pressure sensor or the like, the water supply amount can be directly measured.
これらの取得された情報から、現時点の管理対象者H1の脱水状態が推定できるようになる(ステップS24)。要するに、取得された血流量データ、給水量及び環境状態の情報を使って、推定処理部6の推定部63で管理対象者H1の脱水率を算出する。
From these acquired information, the dehydration state of the current managed person H1 can be estimated (step S24). In short, the dehydration rate of the management target person H1 is calculated by the
推定部63で推定された脱水率は、そのまま管理者端末MPの画面MP1やスマートフォンSMの画面SM1に表示させることができる。一方、推定された脱水率により熱中症の発生の危険性が高まっていると通知制御部64で判定された場合は、スマートフォンSMやウェアラブル端末WTにアラートの通知が行われる(ステップS25,S26)。アラートの通知は、管理者端末MPに対しても併せて行われる。
The dehydration rate estimated by the
アラートの通知を受けた管理対象者H1は、熱中症の発生を防ぐために、給水装置4により水を摂取したり、休憩して体を冷やしたりという対処を早めに行う。この結果、血流量が改善して、脱水状態からの回復が認められれば、管理対象者H1は作業に戻り、再び脱水状態の監視が行われるようになる。
Upon receiving the alert, the managed person H1 takes measures such as ingesting water by the
次に、本実施の形態の脱水状態管理システム1及び脱水状態管理方法の作用について説明する。
このように構成された本実施の形態の脱水状態管理システム1及び脱水状態管理方法は、管理対象者H1から測定された血流量データを記憶しておくとともに、管理対象者H1が携行する給水装置4による給水量が通信機能によって把握できるように構成される。
Next, the operation of the dehydration state management system 1 and the dehydration state management method of the present embodiment will be described.
The dehydration state management system 1 and the dehydration state management method of the present embodiment configured in this way store the blood flow data measured from the management target person H1 and the water supply device carried by the management target person H1. It is configured so that the amount of water supplied by 4 can be grasped by the communication function.
そして、血流量データ、給水量及び管理対象者H1が滞在する建設現場P1の環境状態の情報から管理対象者H1の脱水状態を推定して、その推定結果に基づいて管理対象者H1が携行するスマートフォンSMやウェアラブル端末WTなどへの通知が行われる。 Then, the dehydration state of the management target person H1 is estimated from the blood flow data, the water supply amount, and the information on the environmental condition of the construction site P1 where the management target person H1 stays, and the management target person H1 carries it based on the estimation result. Notification is performed to the smartphone SM, the wearable terminal WT, and the like.
このため、管理対象者H1が摂取した給水量を考慮したうえで的確に脱水状態を推定することができる。さらに、脱水率などの定量的に推定された脱水状態に基づいて、管理対象者H1の健康管理を行うことができる。 Therefore, the dehydrated state can be accurately estimated in consideration of the amount of water supplied by the managed person H1. Further, the health management of the managed person H1 can be performed based on the quantitatively estimated dehydration state such as the dehydration rate.
特に、血流量データを使用することで、軽度な脱水症状についても検出できるようになり、発症の予防という観点から症状が軽い段階から熱中症になる可能性を把握し、給水を促す通知をするなどの予防対策をとることができるようになる。 In particular, by using blood flow data, it becomes possible to detect even mild dehydration symptoms, grasp the possibility of heat stroke from the stage where the symptoms are mild from the viewpoint of prevention of onset, and give a notification to encourage water supply. You will be able to take preventive measures such as.
また、管理対象者H1が携行するスマートフォンSMやウェアラブル端末WTへのアラートが、給水装置4による給水が行われるまで継続される構成とすることで、管理対象者H1が作業を中断して給水を行うことがしやすくなり、熱中症の予防効果を高めることができる。
Further, by configuring the alert to the smartphone SM and the wearable terminal WT carried by the management target person H1 to be continued until water is supplied by the
以上、図面を参照して、本発明の実施の形態を詳述してきたが、具体的な構成は、この実施の形態に限らず、本発明の要旨を逸脱しない程度の設計的変更は、本発明に含まれる。 Although the embodiment of the present invention has been described in detail with reference to the drawings, the specific configuration is not limited to this embodiment, and design changes to the extent that the gist of the present invention is not deviated are made in the present invention. Included in the invention.
例えば、前記実施の形態では、指先や手首の血流量を測定する計測部2について説明したが、これに限定されるものではなく、耳たぶや首の血流量を測定する計測部2であってもよい。また、ウェアラブル端末WTは、アラートを受け取るだけの構成であってもよい。
For example, in the above-described embodiment, the measuring
1 :脱水状態管理システム
21 :血流量センサ(血流量計測装置)
3 :記憶部
4 :給水装置
41 :検出部
42 :送信処理部(通信機能)
5 :環境状態取得部
6 :推定処理部
63 :推定部
64 :通知制御部
7 :出力部(通信端末)
H1 :管理対象者
P1 :建設現場(滞在する場所)
SM :スマートフォン(通信端末)
WT :ウェアラブル端末(血流量計測装置)
CL :クラウドサーバ(記憶部)
1: Dehydration state management system 21: Blood flow rate sensor (blood flow rate measuring device)
3: Storage unit 4: Water supply device 41: Detection unit 42: Transmission processing unit (communication function)
5: Environment state acquisition unit 6: Estimating processing unit 63: Estimating unit 64: Notification control unit 7: Output unit (communication terminal)
H1: Management target person P1: Construction site (place to stay)
SM: Smartphone (communication terminal)
WT: Wearable terminal (blood flow measuring device)
CL: Cloud server (storage unit)
Claims (4)
前記管理対象者の血流量を測定する血流量計測装置と、
前記血流量計測装置によって測定された血流量データを前記管理対象者の識別子に関連付けて記憶する記憶部と、
前記管理対象者の給水量が測定可能な前記識別子に関連付けられる通信機能を有する給水装置と、
前記管理対象者が滞在する場所の環境状態を取得する環境状態取得部と、
前記管理対象者が携行する通信端末と、
前記血流量データ、前記給水装置による給水量及び前記環境状態から前記管理対象者の脱水状態を推定するとともに、前記脱水状態の推定結果に基づいて前記通信端末への通知を制御する推定処理部とを備えたことを特徴とする脱水状態管理システム。 It is a dehydration state management system that manages the dehydration state of the person to be managed.
A blood flow measuring device for measuring the blood flow of the managed person, and
A storage unit that stores blood flow data measured by the blood flow measuring device in association with the identifier of the management target person, and a storage unit.
A water supply device having a communication function associated with the identifier capable of measuring the water supply amount of the managed person, and a water supply device.
The environmental state acquisition unit that acquires the environmental state of the place where the management target person stays,
The communication terminal carried by the managed person and
An estimation processing unit that estimates the dehydration state of the management target person from the blood flow data, the amount of water supplied by the water supply device, and the environmental state, and controls notification to the communication terminal based on the estimation result of the dehydration state. A dehydration state management system characterized by being equipped with.
前記管理対象者の血流量を測定した血流量データを前記管理対象者の識別子に関連付けて記憶させるステップと、
前記管理対象者が滞在する場所の環境状態を取得するステップと、
前記識別子に関連付けられた通信機能を有する給水装置により前記管理対象者が給水を行ったことを検出するステップと、
前記血流量データ、前記給水装置による給水量及び前記環境状態から前記管理対象者の脱水状態を推定するステップと、
前記脱水状態の推定結果に基づいて前記管理対象者が携行する通信端末への通知を行うステップとを備えたことを特徴とする脱水状態管理方法。 It is a dehydration state management method that manages the dehydration state of the person to be managed.
A step of associating the blood flow data obtained by measuring the blood flow of the managed person with the identifier of the managed person and storing the data, and
The step of acquiring the environmental state of the place where the managed person stays, and
A step of detecting that the managed person has supplied water by a water supply device having a communication function associated with the identifier, and
A step of estimating the dehydration state of the controlled person from the blood flow data, the amount of water supplied by the water supply device, and the environmental state, and
A dehydration state management method comprising: a step of notifying a communication terminal carried by the management target person based on the estimation result of the dehydration state.
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JP7438068B2 (en) | 2024-02-26 |
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