JP2912376B2

JP2912376B2 - プラント監視装置

Info

Publication number: JP2912376B2
Application number: JP1030695A
Authority: JP
Inventors: 光子福田; 博士氏田
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1989-02-09
Filing date: 1989-02-09
Publication date: 1999-06-28
Anticipated expiration: 2014-06-28
Also published as: JPH02208710A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明はプラント制御用計算機システム等のプラント
監視装置に係り、特にプラント状態を正確に把握するた
めに、運転員に適切な提示方法で情報を提供するに好適
なプラント監視装置に関する。

［従来の技術］プラント制御用計算機システムにおけるプラント監視
装置即ちマンマシンインターフェースは、対象とする運
転員（マン）に対し、プラント（マシン）の運転に必要
な正確な情報を必要十分な精度で分かり易く示すことが
望ましい。正確な情報は対象とする系（マシン）の状態
に応じて必然的に運転員に示すべき内容であり、これは
インターフェースとは別個に作成されるべきものであ
る。インターフェースにおいて重要であるのは、情報を
運転員に分かり易い形で示すことである。分かり易い形
で示すとは、情報を運転員の検出能力、理解能力等に応
じた方法で、提示することである。

検出能力、理解能力の基となるのは運転員の資質と学
習経験であり、これら資質、経験は長期間に亘って持続
し、変動がない。しかし、その時々の運転員の能力は、
その心理状態によって大きく左右されるものである。

このことから、運転員の生体情報を用いてその心理状
態を推定することによって、その時々の彼の能力に応じ
た情報提示を行おうとする試みがなされ、そのような目
的のマンマシンインターフェースとしては、従来、特開
昭61−182143号公報に記載のように、運転員の単一の生
体情報（上記公報では脳波）を測定して運転員の覚醒レ
ベルを判断し、それに応じて運転員への提示情報を選択
する方式のものがある。

［発明が解決しようとする課題］上記従来技術においては、運転員の心理状態を推定す
るのに、情報源として単一の生体情報を用いている。し
かし、生体情報は、心理状態を反映する一方で、身体的
作業や生理的条件によっても大きく影響される。また、
生体情報から得られる心理状態推定のための指標には覚
醒度やストレスレベル等いくつかの種類があるが、心理
状態の全てを一意に表す指標はない。例えば脳波を測定
する前記従来技術の方法では運転員の覚醒レベルに応じ
て必要情報を選択するが、同一の覚醒レベルであって
も、晒されるストレスの強さによって心理状態は異な
る。即ち、同じように低い覚醒度であっても、ストレス
が高ければ、動転している状態であり、ストレスが低け
れば、居眠りしかけている状態であると推定される。心
理状態が異なれば適する情報提示法も異なる。

このように、単一の生体情報から一つの指標を求めて
心理状態を推定する従来の方法では、的確な推定が保証
されず、従って選択される情報の提示方法も必ずしも適
切でないという問題があった。

本発明の目的は、運転員の心理状態を的確に推定し
て、上記従来技術の問題点を解決し、運転員に心理状態
に応じた適切な情報提示を行うことにある。

［課題を解決するための手段］上記目的を達成するため、本発明によるプラント監視
装置は、特許請求の範囲の各請求項に記載されたところ
を特徴とするものであるが、特に独立項としての請求項
１に係る発明によるプラント監視装置は、プラントの状
態量を取り込み演算処理してプラント状態を表示手段に
表示し、運転員に監視させるようにしたプラント監視装
置において、運転員から複数種類の生体情報を同時に、
測定する測定手段と、該測定手段で測定した複数種類の
生体情報の組合わせから、運転員の心理状態推定のため
の複数種類の指標を求める生体情報処理手段と、該生体
情報処理手段で求めた前記複数種類の指標のうち少なく
とも２つの指標を組合わせて運転員の心理状態を推定す
る心理状態推定手段と、該心理状態推定手段で推定した
運転員の心理状態に応じてそれに適した運転員への情報
提示法を決定する情報提示法決定手段と、該情報提示法
決定手段で決定さた情報提示法に従った情報を前記表示
手段に表示する出力制御手段と、を備え、前記生体情報
処理手段は、運転員から前記測定手段で測定される複数
種類の生体情報とそこから推定できる前記心理状態推定
のための複数種類の指標についての相関表を持ち、この
相関表を用いて前記複数種類の指標を求めるものである
ことを特徴とするものである。

［作用］運転員の心理状態推定のための指標として、一つの生
体情報からは、いくつかの指標値が評価できる。例えば
心拍数からはストレスや身体作業のワークロード等が、
また、皮膚抵抗からはストレスや覚醒度等が評価でき
る。このことは、また、逆に、一つの生体情報が複数の
要因の影響を受けることを表す。従って一つの生体情報
だけを取り出して、心理状態を表す一つの指標を正確に
評価することは不可能である。

これに対して、本発明では、複数の生体情報の相関か
ら、心理状態を表す一つの指標を評価することにより、
余分な要因の影響を取除き必要とする要因の影響に絞っ
た正確な指標の評価を可能となる。

また、運転員の心理状態に最適な方法で情報を運転員
に提示するには、彼の心理状態の的確な推定が必要であ
る。しかし、生体情報から評価される指標は心理状態の
一側面を表すに過ぎない。そこで、本発明では、前記の
ようにして求めた複数の異なった指標を適当な組合わせ
で用いて多面的に評価することにより、運転員の心理状
態の的確な推定を可能にした。

このようにして、的確に推定した運転員の心理状態か
ら、それに応じた提示方法を決定することで、運転員に
分かり易い情報提示が実現できる。

［実施例］以下、本発明の一実施例を説明する。

第１図は本実施例に係るマンマシンインターフェース
のブロック図である。プラント１のプロセス量や構成機
器の状態はプロセス情報収集部２に取込まれ、プラント
情報編集部３によって、プロセス量の重要性や故障機器
の危険性に基づいた情報の選択が行われる。一方、生体
情報測定装置６から運転員の生体情報が取込まれる。こ
こで、例えばスロレスと覚醒度を指標として心理状態を
推定しようとする場合、ストレスの評価のために心拍数
と皮膚抵抗が、また覚醒度の評価のために脳波と眼振が
利用できる。心拍数を、着衣内面に装着した小形マイク
ロホンによる音響測定、皮膚抵抗を掌に接着した小形電
極、眼振と脳波を顔面側面と頭頂に接着した小型電極で
測定する。このとき頭部用電極等はヘッドホン或いはヘ
ルメットの内側で体表と接触する面に組込む形とすれ
ば、運転員の心理的拒否反応を軽減し、また、装着状態
の安定を図ることができる。

測定装置６から取込まれた心拍数、皮膚抵抗、脳波、
眼振の情報は、生体情報処理部７に取込まれる。

処理部７で、心拍数と皮膚抵抗から、ストレスを評価
する処理のフローチャートを第２図に示す。心拍数の変
化にはストレスとして評価すべき心理的動揺や緊張の他
に、肉体作業の影響がある。また、皮膚抵抗は心理的動
揺や緊張の他に体温や温度でも変化する。これらの不要
な変化を取り除いて、正しくストレスを評価するため、
心拍数と皮膚抵抗の変化の共通部分を取出して処理す
る。まず、心拍数の測定値Ｈ（ｔ）を取込み、平常時の
心拍数H₀と過去５秒間のＨ（ｔ）の平均値（平均心拍
数）H₅との比Hr、および平常時のＨ（ｔ）の分散V₀と過
去５秒間のＨ（ｔ）の分散V₅との比V_Hrを算出し（201〜
202）、次に、同時刻の皮膚抵抗の測定値Ｒ（ｔ）と通
常時の皮膚抵抗値R₀との比Rrを求める（203）。勿論
H₀，V₀，R₀は予め既知のものとして与えられている。
（Rr）≧１ならばストレス値ＳはＳ＝０とみなす（20
4）。Rr＜１ならば、心拍数比Hrと心拍数比V_Hrと皮膚抵
抗比Rrからストレス値Ｓを求める（205）。

覚醒度は脳波の周波数成分比から評価できるが、微弱
電流でも検出できる高感度の測定器が必要であるため、
通常状態では、必然的に筋電位や眼電位の影響を受け
る。脳波を前頭から頭頂部で測定する場合、最も影響す
るのは眼振によって生じる電流である。従って眼振を電
気的に測定し、脳波測定部位と眼球の距離に応じた係数
で補正した眼振の成分を脳波成分から控除して覚醒度Ｃ
を評価する。

次に、これらストレスおよび覚醒度と伝った指標値を
心理状態推定部８に取込む。心理状態推理部８での処理
の一例を第３図のフローチャートに示す。あらかじめ用
意されているストレスおよび覚醒度の基準値S_st，C_stに
対して現在のストレスＳの比S_R＝S/S_st，および現在の
覚醒度Ｃの比C_R＝C/C_STを求める（301）。これらに応じ
て、予め設定してある関数ｆ（S_R，C_R）で心理状態の基
本的特徴Ｂとして「冷静」、「活発」、「居眠り」、
「パニック」、「普通」を割当てる（302）。更にこれ
ら特徴Ｂを考慮しながらS_R，C_Rをそれぞれ低め、高め、
普通の三段階に分類する（303）（第３図では特徴Ｂの
うち「冷静」、「普通」、「パニック」の場合につき例
示してある）。このように、心理状態の基本的特徴Ｂと
ストレスS_Rおよび覚醒度C_Rの３点によって、心理状態MS
を把握する（304）。例えば、心理状態の基本的特徴Ｂ
が「普通」でストレスS_Rが高めで覚醒度C_Rが低めなら
ば、心理状態MSは「パニックしかけている状態」である
というように判定する。

ここで推定された運転員の心理状態に応じ、情報提示
法決定部９では、運転員への情報提示方法を、決定す
る。例えば、第４図に示すように、心理状態の基本的特
徴によって提示方法の方針を決定する（401）。例えば
「冷静」であれば知的に余力があると見て、更に広範囲
の情報を提示し、より広い視点からの状況判断を促す。
また例えば「パニック」であれば、運転員に判断させる
よりもまず状況を理解させることを優先させて、知識工
学の手法による診断ガインダス等を利用してプラント情
報を加工、提示する。次にストレスの程度によって、出
力装置の割当を決定する（402）。（この場合、「冷
静」のときはストレスは常に「低め」であり、「パニッ
ク」のときはストレスは常に「高め」であると考えて第
４図が作られている。）即ち、低ストレス下では、基本
的に警報、光刺激、音声告知等、運転員に強制的に情報
を伝達する出力装置を活用し、反対に高ストレス下なら
ば、却ってストレスを増加させる惧れのある刺激の伴う
出力装置は使用しないか、或いは刺激の程度を十分抑制
しつつ使用する。また、覚醒度の程度によって、情報の
提示密度を決定する（403）。一般に覚醒度が高ければ
知的能力は活性化されているとして高い密度で情報を提
供し、覚醒度が低ければ、CRTの表示密度を低くする。
或いは、発声速度を適宜調節した音声告知等、伝達密度
の低い出力装置を使用する。

上記のように指標としての覚醒度とストレスを組合せ
れば、例えばプラントの通常運転時においては、比較的
習熟度の高いベテランと習熟度の低い新人とで、指標と
しての覚醒度は略中程度で共通するが、ベテランではス
トレスが低く、新人では高いストレスが得られるので、
ベテランに対しては状態量グラフ等の比較的詳細な情報
を提示し、新人に対しては操作ガイダンス等の理解し易
い操作指示等を提示する。また、事故時では、ベテラン
と新人とはともに高ストレスとなるが、ベテランは覚醒
度が高く、新人は低い指標が得られるの、手動スクラム
の是非の判定が必要な場合には、前者に対しては判断に
必要な重要ポイントを含むデータを全て提示し、後者に
対しては判断に必要な重要ポイントを含むデータを全て
提示し、後者に対してはこのようなデータを処理して後
者自身の判断の余地がなく実行せざるを得ないようなデ
ータを提示するなど、両指標の組合せにより運転員のレ
ベルに応じた表示法が選択でき適切な情報を提示するこ
とができる。

このようにして、選択された提示法により作成された
情報表示画面の例を第５図に示す。「冷静」或いは「普
通」の状態で覚醒度が高く、知的能力が活発と見られれ
ば左画面のように詳細な情報を表示し、覚醒度が低けれ
ば右画面のように、重要な情報の重要な部分を目立つよ
うに選択表示する。

第５図の左画面は、第４図にて心理状態の基本的特徴
が「冷静」で、覚醒度が「高め」のときの表示画面の例
であり、第５図の右画面は、第４図にて心理状態が「普
通」でストレスが「高め」、覚醒度が「低め」のときの
表示画面の例である。

以上のように、複数の生体情報の組合わせから心理状
態を推定することで、例えば心拍数から肉体作業の影響
分を取除いてストレス成分だけを正しく評価することが
可能になり、また、ストレスと覚醒度の２つの尺度から
心理状態を推定することで、パニック状態なのか、活発
に対応しているのか、或いはまた活発だがパニックに移
行する危険性があるのか等、細かい心理状態の推定が可
能になる。

これらの一連の処理を適当な時間間隔をおいて繰返す
ことで、常に心理状態に適し、かつまた、常に適切な心
理状態が保てるような情報提示が実現できる。

第６図には、他の実施例として、複数の生体情報、例
えば心拍数と皮膚抵抗、脳波と眼振からそれぞれストレ
ス、覚醒度の要因だけを抽き出して評価した指標値から
心理状態を推定する図式的な方法の例を示う。この図は
第１図の実施例と同様にして求めたストレス値、覚醒度
（S,C）をそれらの基準値（S_st，C_st）を中心に、２次
元平面に展開し、心理状態をそれぞれ表す領域に分けた
ものである。この様な図は前記の関数ｆ（S_R，C_R）を用
いて描くことができる。現時点で得られた指標値が、図
中の×印の点であるとすると、予め定めた領域「活発」
の中で比較的ストレスが高く、パニック状態に移行し易
い位置にあることが分かる。この様な２次元平面上の点
を時系列的に追跡すると、パニック状態から脱しつつあ
る状態か、パニックに向かいつつある状態かを区別した
心理状態推定が可能である。

第７図には推定された心理状態に応じて情報の提示法
を決定する方法の一例を示す。このような表を以って、
推定された状態に応じた提示を行う。ここで、パニック
しかけている状態と居眠りしかけている状態は、指標と
して覚醒度だけを取ったときには、区別できないが、ス
トレスも指標として用いれば区別できる。居眠りしかけ
ている時には警報やランプの点滅、音声告知の多用によ
って、散漫になっている注意を必要な箇所向けさせ、短
時間に覚醒度の高場が可能であるのに対し、パニックし
かけている状態では同じ提示法が却ってパニックを助長
し、運転員の能力を阻害してしまう。パニックしかけて
いる状態では診断ガイドや操作ガイド等状況理解や判断
を助ける知識工学的手法等の支援機能で運転員の動揺を
しずめる提示方法が良い。

複数の指標の組合わせから運転員の心理状態を推定す
るときの指標の組合わせは、ストレスと覚醒度に限ら
ず、例えば覚醒度と身体的作業量を組合わせることで、
常に適切な覚醒度を保つことができるよう、運転員のす
べき操作の集約度を調整することもできる。又、覚醒
度、或いはストレスと視点運動からの視覚的ワークロー
ドのバランスから、表示画面上の情報の集約度や音声告
知利用との比率等を適正化すること等もできる。更に指
標を３種、４種と組合わせることでより多角的に運転員
の心理状態を推定できる。

尚、複数の生体情報を用いることで精度良く求められ
たストレス等の指標値を、第８図に示すように運転員自
身に提示することにすれば、運転員にセルフコントロー
ルを助けるバイオフィードバックを与ええることもでき
る。

前記の他にも運転員の心理状態を推定する情報源とし
て使える生体情報には心拍数、皮膚抵抗、脳波と共に眼
球運動、筋電流、呼吸数等がある。また、電気的な計測
以外に生体磁気を計測する方法を用いる脳磁波、心磁
波、眼磁波等も、SQUID（超伝導量子干渉素子）の利用
で、非接触・無侵襲の測定ができ有望な情報源となる。
これらの生体情報から、覚醒度、ストレス、視覚的ワー
クロード、身体的作業量を評価し、これらを心理的状態
の推定に用いることもできる。

運転員の心理状態を、第１図の実施例よりも推定精度
は劣るが、簡単に推定する方法を用いた他の実施例を第
９図で説明する。プラント１の情報をプラント情報収集
装置２で集め、プラント情報編集部３で選択、編集す
る。また、生体情報測定装置６で、運転員の生体情報を
取込む。この測定する生体情報を例えば脳波と注視時間
とすると、生体情報から直接心理状態を評価する装置11
では、例えば第10図に示すような処理によって心理状態
を推定する。即ち、平均注視時間と脳波のβ波比率の大
きさから、運転員の読み取らなければならない情報が多
すぎて運転員の処理能力が追いつかないと考えられる領
域（過負荷領域）と正常な状態の領域との境界104;居眠
り、或いは居眠りしそうだという領域と正常な状態の領
域との境界105;パニック状態と考えられる領域と正常な
状態の領域との境界106を予め設定しておく。それに対
して、注視時間の軸101とβ波比率の軸102で測定した生
体情報の測定点がどの領域に属するかを判定する。第10
図に示した各領域について、「過酸負荷」であればCRT
等視覚に対する表示密度を下げて、音声告知等の代替手
段を用いた情報提示を行い、また「パニック」していれ
ば、刺激的な表示を抑制して診断ガイダンスを与え、ま
た「居眠り」していれば、警報や点滅表示等の刺激で居
眠りを防止する等の提示方法を予め用意しておく。測定
点が上記の各領域のどれかにあてはまれば、それに対応
する上記の提示方法をそのまま適用する。測定点が点10
7のように上記の各領域に属さない「正常な状態」の領
域にあれば、点107と各境界線104、105、106との距離
d₁，d₂，d₃を求めて最も短い距離にある領域の提示方法
を採用する。あるいは各領域の提示方法を各々d₁／（d₁
＋d₂＋d₃）、d₂／（d₁＋d₂＋d₃）、d₃／（d₁＋d₂＋
d₃）、で重み付けして混合した方法を採用する。こうし
て決定し表示方法によれば、脳波のみ或いは注視時間の
みを心理状態推定の根拠とするよりも遥かに精度良く運
転員の心理状態を弁別して、適切な情報提示ができる。

生体情報から運転員の心理状態を推定する上で、各運
転員の器質的個人差が指標の評価精度に大きく影響する
と考えられる。そこで、これを改善することのできる実
施例のブロック図を第11図に、処理フローを第12図に示
す。単一の生体情報を用いて指標を評価するならば器質
的な差異の影響は直接指標に反映されて誤った推定を招
くことなる。本発明実施例では、複数の生体情報を用い
て心理状態を表す指標をそれぞれから求め、その最尤値
を求める。このようにすれば、その中に含まれる。器質
的な差異による影響は分散されて小さなものになる。従
ってそれらの指標から推定される心理状態は器質的な運
転員の個人差に大きな影響を受けることがない。このよ
うにして的確に推定した運転員の心理状態から、それに
応じた適切な提示方法を決定することで、運転員に分か
り易い情報提示が実現できる。

第13図にこれまで述べてきた、複数の生体情報を用い
て心理状態を推定する方法において、情報源として利用
できる生体情報と心理状態の推定のための指標との相関
表を示す。このような表を用いて、測定した生体情報を
適宜組合わせることにより、第１図の実施例と同様な効
果が得られる。また、心理状態推定のための指標を動的
に変更しながら、提示方法を決定することもできる。

以上の説明では、プラント制御用計算機システムのマ
ンマシンインターフェースを例にとって本発明を説明し
たが、本発明は、列車、航空機等の操縦、管制の計算機
システムのマンマシンインターフェースにも運転員や管
制官の心理状態に応じて適切な方法で情報を提示するシ
ステムとして直接応用できる。

なお、推定した心理状態からマンマシンインターフェ
ースの良否を評価することも可能である。例えば、多数
の被験者のインターフェース使用時の生体情報を測定し
心理状態を推定し、或いは適正度等の形で定量化して、
当該インターフェースの改良すべき点の摘出、設計変更
の効果を評価する機能を持つマンマシンインターフェー
ス評価システムへの応用が可能である。

同様に、本発明をCAI（計算機支援による教育）シス
テムの学習効率向上に応用することも可能である。学習
の効果は学習者の気分の良い時ほど上がると言われてい
る。そこで、学習者の心理状態を推定し、これに応じて
教育戦略を変え、或いは良好な心理状態の時に集中して
教育を行う等すれば、効率の良い教育が期待できる。

［発明の効果］本発明によれば、複数の生体情報の相関から、生理的
諸条件等、運転員の判断能力に影響しない要因の影響を
排除し、必要とする要因に絞って運転員の心理状態を推
定のための指標を従来より常に精度良く評価できる。更
に、こうして求めた指標を複数組合わせて心理状態を推
定するので、単一の指標では区別できなかった心理状態
の違いを区別でき、常に的確な心理状態の推定ができ、
それに応じた適切な提示方法で運転員に情報を提供でき
る効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の構成ブロック図、第２〜第
４図は第１図の実施例における処理フロー図、第５図は
表示画面の二例を示す図、第６図は心理状態推定法の別
の一例を示す図、第７図は心理状態とそれに適する表示
方法の表を示す図、第８図は心理状態の推定結果から運
転員にバイオフィードバックを与える画面例を示す図、
第９図および第10図は本発明の別の実施例の構成ブロッ
ク図および心理状態推定法を示す図、第11図および第12
図は本発明の他の実施例の構成ブロック図および処理フ
ロー図、第13図は生体情報とそこから評価できる心理状
態推定のための指標の相関表を示す図である。１…プラント、３…プラント情報編集部４…出力制御装置、5a、5b…出力装置６…生体精度測定装置、７…生体情報分析部８…心理状態推定部、９…情報提示法決定部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G21C 17/00 G21D 3/00 G06F 3/00 G06F 1/00

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】プラントの状態量を取り込み演算処理して
プラント状態を表示手段に表示し、運転員に監視させる
ようにしたプラント監視装置において、運転員から複数種類の生体情報を同時に測定する測定手
段と、該測定手段で測定した複数種類の生体情報の組合
わせから、運転員の心理状態推定のための複数種類の指
標を求める生体情報処理手段と、該生体情報処理手段で
求めた前記複数種類の指標のうち少なくとも２つの指標
を組合わせて運転員の心理状態を推定する心理状態推定
手段と、該心理状態推定手段で推定した運転員の心理状
態に応じてそれに適した運転員への情報提示法を決定す
る情報提示法決定手段と、該情報提示法決定手段で決定
された情報提示法に従った情報を前記表示手段に表示す
る出力制御手段と、を備え、前記生体情報処理手段は、
運転員から前記測定手段で測定される複数種類の生体情
報とそこから推定できる前記心理状態推定のための複数
種類の指標についての相関表を持ち、この相関表を用い
て前記複数種類の指標を求めるものであることを特徴と
するプラント監視装置。
【請求項２】前記測定手段は、心拍数、皮膚抵抗、脳
波、眼球運動、筋電流及び呼吸曲線のうちの少なくとも
２つの生体情報を測定し、前記生体情報処理手段は、こ
れらの生体情報を組合わせて、心理状態推定のための指
標としてのストレス及び覚醒度を求めるものであること
を特徴とする請求項１記載のプラント監視装置。
【請求項３】前記出力制御手段は、前記生体情報処理手
段で求めた運転員の心理状態推定のための指標もしくは
前記情報提示決定手段で推定した心理状態を運転員自身
に知らせる表示をも行うようにしたものであることを特
徴とする請求項１および２のいずれかに記載のプラント
監視装置。
【請求項４】請求項１に記載のプラント監視装置におい
て、前記生体情報処理手段により指標として高ストレス
が求められた際、高覚醒度の場合は詳細な情報、低覚醒
度の場合はより絞り込んだ情報を前記表示手段に表示す
るようにしたことを特徴とするプラント監視装置。