KR101731190B1

KR101731190B1 - Apparatus for sensing of driver's condition using electrocardiogram and method thereof

Info

Publication number: KR101731190B1
Application number: KR1020150168374A
Authority: KR
Inventors: 허윤석; 김윤년; 이재천
Original assignee: 계명대학교 산학협력단
Priority date: 2015-11-30
Filing date: 2015-11-30
Publication date: 2017-04-27

Abstract

The present invention relates to an apparatus and a method for monitoring a drivers condition by using electrocardiogram. According to the present invention, the apparatus for monitoring a drivers condition by using electrocardiogram comprises: a sensing unit which senses drivers electrocardiogram (ECG) signals through a plurality of electrodes attached in a vehicle; a data extraction unit which extracts electrocardiogram data from the ECG signals by using an electrocardiogram induction method; a control unit which analyzes the electrocardiogram data, detects an R-peak value from a P-QRS-T wave, calculates an R-R peak interval (RRI) from the detected R-peak value, compares a calculated result with a predetermined reference RRI value, and determines a degree of drivers sleepiness; and an output unit which outputs warning in accordance with the determination result. According to the present invention, the apparatus for monitoring a drivers condition by using electrocardiogram determines in real time whether a driver is sleepy or not by measuring drivers electrocardiogram, warns the driver in accordance with the degree of sleepiness, and thus can prevent an accident caused by sleepiness.

Description

BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an apparatus and method for monitoring an operator's condition using an electrocardiogram (ECG)

본 발명은 심전도를 이용한 운전자 상태 감시 장치 및 그 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 운전자의 심전도를 측정하여 운전자의 졸음 여부를 판단하고 경고하는 심전도를 이용한 운전자 상태 감시 장치 및 그 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus and method for monitoring a driver's condition using an electrocardiogram, and more particularly, to an apparatus and method for monitoring a driver's condition using an electrocardiogram for determining a driver's sleepiness by measuring an electrocardiogram of a driver.

현대사회에서의 자동차는 필수적인 이동 수단의 역할을 수행할 뿐 만 아니라 생활에 편리한 기능을 제공함에 따라 수요 또한 가파르게 증가하고 있다. 한국자동차공업협회에 따르면 국내 자동차 등록 대수는 2008년 1678만 대에서 운전 인구의 증가와 자동차 보급률의 지속적인 증가로 인하여 2012년 1887만 대로 증가했고 현재까지도 꾸준한 증가 추세를 보이고 있다.Automobiles in modern society not only play an essential role of transportation but also offer convenient functions for living, so demand is increasing rapidly. According to the Korea Automobile Manufacturers Association, the number of domestic automobile registrations increased to 18.87 million in 2012 due to an increase in the driving population and a steady increase in automobile penetration rate from 16.78 million in 2008, and steadily increasing until now.

이로 인해 졸음운전 등의 운전자 상태 변화로 인한 자동차 사고 또한 증가하고 있다. 따라서 졸음운전을 예방하기 위한 경고 시스템 등의 개발이 이루어지고 있으나, 이러한 시스템보다는 졸음 상태를 감지하는 시스템 개발이 선행되어야 할 것이다.As a result, automobile accidents due to changes in driver status such as drowsiness are also increasing. Therefore, a warning system for preventing drowsiness driving has been developed, but a system for detecting drowsiness should be developed rather than such a system.

일반적으로 졸음과 관련된 생체 신호로는 수면 상태에서의 뇌파(electro- encephalography: EEG)와 심박변이도(heart rate variability: HRV) 등이 있고, 이를 이용한 다양한 접근이 시도되고 있으며, 실제로 심박동(heart rate: HR)과 심박변이도(heart rate variability: HRV)는 항공 및 자동차의 운전 환경 등 다양한 분야에서 작업자의 피로도 연구시 이용되고 있다. 또한, 실제 운전 환경과 유사한 환경을 구현하기 위해 운전용 시뮬레이터 및 게임용 시뮬레이터 등을 이용하여 생체 신호를 얻는 연구들이 많이 연구되고 있으며 특히, 심전도는 뇌파에 비하여 신호 측정 방법 및 신호 획득이 용이하므로 심박변이도를 이용하여 운전 중 각성 또는 졸음 상태를 판별하기 위한 임상적인 데이터를 분석하는 것이 중요하다.In general, sleeping-related vital signs include electroencephalography (EEG) and heart rate variability (HRV) in the sleep state. Various approaches have been attempted using the heart rate variability (HRV) (HRV) and heart rate variability (HRV) are used to study fatigue of workers in various fields such as air and automobile driving environment. In order to realize an environment similar to the actual driving environment, many researches for obtaining a living body signal using an operation simulator and a game simulator have been studied. Especially, since an electrocardiogram is easier to acquire a signal measurement method and signal than an EEG, It is important to analyze clinical data to determine arousal or drowsiness while driving.

그러나, 이러한 방법들은 실험 환경을 조성하는데 어려움이 있고, 졸음을 인식하는 정도에 있어서 실제 자동차가 운행 중인 도로상에서는 구현하기 어렵다는 단점도 가지고 있다.However, these methods have a difficulty in creating an experimental environment and also have a disadvantage in that they are difficult to implement on a road in which an automobile is running, in the degree of recognizing drowsiness.

또한, 심박변이도 분석을 위해서는 최소 2개 이상의 전극이 필요하므로 위와 같은 방법을 실제 자동차 운행 중에 적용하려면 운전자는 항상 핸들의 지정된 위치를 양손으로 잡고 있어야 한다. In addition, at least two electrodes are required for heart rate variability analysis. Therefore, in order to apply the above method during actual vehicle operation, the driver should always hold the specified position of the handle with both hands.

그러나, 실제 운전 중에는 한 손으로 운전하는 경우가 발생할 수도 있으므로 정확한 심전도 측정이 이루어지지 않을 수도 있는 문제점이 있다.However, there is a problem in that an accurate electrocardiogram measurement may not be performed because a case of driving with one hand may occur during actual driving.

본 발명의 배경이 되는 기술은 대한민국 공개특허공보 제10-2010-0089408호(2010.08.12. 공개)에 개시되어 있다.The technology that is the background of the present invention is disclosed in Korean Patent Laid-Open Publication No. 10-2010-0089408 (published on Aug. 12, 2010).

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 운전자의 심전도를 측정하여 실시간으로 운전자의 졸음 여부를 판단하고 졸음 정도에 따라 경고하는 심전도를 이용한 운전자 상태 감시 장치 및 그 방법을 제공하기 위한 것이다.An object of the present invention is to provide an apparatus and method for monitoring a driver's condition using an electrocardiogram (ECG) for measuring a driver's electrocardiogram (ECG) and determining a driver's sleepiness in real time and warning the driver according to the degree of drowsiness.

또한, 본 발명은 차량 내 다수의 위치에 부착된 다수의 전극을 통해 운전 자세와 무관하게 운전자의 심전도 측정이 항시 가능한 심전도를 이용한 운전자 상태 감시 장치 및 그 방법을 제공하기 위한 것이다.It is another object of the present invention to provide an apparatus and method for monitoring a driver's condition using an electrocardiogram (ECG) capable of always measuring electrocardiogram of a driver regardless of an operating posture through a plurality of electrodes attached to a plurality of positions in a vehicle.

또한, 본 발명은 운전자의 심전도 측정 결과를 이용하여 실시간으로 부정맥 여부를 판단하고 위험시 경고하는 심전도를 이용한 운전자 상태 감시 장치 및 그 방법을 제공하기 위한 것이다.The present invention also provides an apparatus and method for monitoring a driver's condition using an electrocardiogram (ECG) for judging whether or not an arrhythmia is occurring in real time using a result of ECG measurement by a driver, and for warning at risk.

이러한 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명의 실시예에 따른 심전도를 이용한 운전자 상태 감시 장치는, 차량 내 부착되는 다수의 전극을 통해 운전자의 심전도 신호(ECG)를 감지하는 감지부; 심전도 유도 방식을 이용하여 상기 심전도 신호로부터 심전도 데이터를 추출하는 데이터 추출부; 상기 심전도 데이터를 분석하여 P-QRS-T 파형으로부터 R-peak 값을 검출하고, 상기 검출된 R-peak 값으로부터 RRI(R-R peak Interval) 값을 산출하고, 상기 산출된 결과와 기 설정된 기준 RRI 값을 비교하여 상기 운전자의 졸음 정도를 판단하는 제어부; 및 상기 판단 결과에 따라 경고를 출력하는 출력부를 포함한다.According to an aspect of the present invention, there is provided an apparatus for monitoring an operator's condition using an electrocardiogram, the apparatus comprising: a sensing unit for sensing an ECG signal of a driver through a plurality of electrodes attached to the vehicle; A data extraction unit for extracting electrocardiogram data from the electrocardiogram signal using an electrocardiogram induction method; Analyzing the electrocardiogram data to detect an R-peak value from the P-QRS-T waveform, calculating an RR peak value from the detected R-peak value, and comparing the calculated result with a predetermined reference RRI value To determine the degree of drowsiness of the driver; And an output unit outputting a warning according to the determination result.

또한, 상기 제어부는, 상기 기준 RRI 값과 상기 산출된 RRI 값의 차이가 제1 임계값을 초과하면 상기 졸음 정도가 제1 단계 수준인 것으로 판단하고, 상기 기준 RRI 값과 상기 산출된 RRI 값의 차이가 제2 임계값을 초과하면 상기 졸음 정도가 제2 단계 수준인 것으로 판단할 수 있다.If the difference between the reference RRI value and the calculated RRI value exceeds the first threshold value, the controller determines that the degree of drowsiness is at the first level, and if the difference between the reference RRI value and the calculated RRI value If the difference exceeds the second threshold value, it can be determined that the degree of drowsiness is at the second level.

또한, 상기 출력부는, 상기 판단된 졸음 정도가 상기 제2 단계 수준인 경우, 상기 제1 단계 수준인 경우 보다 강도를 세게하여 상기 경고를 출력할 수 있다.In addition, the output unit may output the warning by increasing the intensity of the signal when the determined degree of drowsiness is the level of the second level, as compared with the level of the first level.

또한, 상기 기준 RRI 값은, 상기 차량의 시동이 온(ON)된 이후부터 설정 시간 동안 산출된 RRI 값의 평균값으로 설정될 수 있다.The reference RRI value may be set to an average value of the RRI values calculated during the set time since the start of the vehicle was turned ON.

또한, 상기 전극은, 각각 상기 차량의 스티어링 휠, 운전석 시트의 등받이 및 바닥에 다수 개 부착될 수 있다.In addition, the electrodes may be attached to the steering wheel of the vehicle, the backrest of the driver's seat and the bottom, respectively.

또한, 상기 데이터 추출부는, 상기 운전석 시트의 등받이에 부착된 전극을 통해 감지된 상기 심전도 신호의 위상을 반전시킨 후 상기 심전도 데이터를 추출할 수 있다.The data extracting unit may extract the electrocardiogram data after inverting the phase of the electrocardiogram signal sensed through the electrode attached to the back of the driver's seat.

또한, 상기 제어부는, 상기 심전도 데이터를 설정 Hz로 샘플링하고, 상기 샘플링된 P-QRS-T 파형 중 P파의 변화율로부터 상기 운전자의 부정맥 여부를 판단할 수 있다.The controller may sample the electrocardiogram data at a set Hz and determine whether the driver is an arrhythmia based on the P wave change rate of the sampled P-QRS-T waveform.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 심전도를 이용한 운전자 상태 감시 장치에 의해 수행되는 감시 방법은, 차량 내 부착되는 다수의 전극을 통해 운전자의 심전도 신호(ECG)를 감지하는 단계; 심전도 유도 방식을 이용하여 상기 심전도 신호로부터 심전도 데이터를 추출하는 단계; 상기 심전도 데이터를 분석하여 P-QRS-T 파형으로부터 R-peak 값을 검출하고, 상기 검출된 R-peak 값으로부터 RRI(R-R peak Interval) 값을 산출하는 단계; 상기 산출된 결과와 기 설정된 기준 RRI 값을 비교하여 상기 운전자의 졸음 정도를 판단하는 단계; 및 상기 판단 결과에 따라 경고를 출력하는 단계를 포함한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a monitoring method performed by an apparatus for monitoring an operator's condition using an electrocardiogram, comprising: sensing an ECG signal of a driver through a plurality of electrodes attached to the vehicle; Extracting electrocardiogram data from the electrocardiogram signal using an electrocardiogram induction method; Analyzing the electrocardiogram data to detect an R-peak value from the P-QRS-T waveform, and calculating an R-R peak value from the detected R-peak value; Comparing the calculated result with a preset reference RRI value to determine the degree of drowsiness of the driver; And outputting a warning according to the determination result.

이와 같이 본 발명에 따르면, 운전자의 심전도를 측정하여 실시간으로 운전자의 졸음 여부를 판단하고 졸음 정도에 따라 경고함으로써 졸음으로 인한 사고를 미연에 방지할 수 있는 효과가 있다.As described above, according to the present invention, it is possible to measure an ECG of a driver, judge whether or not the driver is drowsy in real time, and warn according to the degree of drowsiness, thereby preventing an accident caused by drowsiness.

또한, 본 발명에 따르면 차량 내 다수의 위치에 부착된 다수의 전극을 통해 운전 자세와 무관하게 운전자의 심전도 측정이 항시 가능하여 장치 신뢰도를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.In addition, according to the present invention, it is possible to always measure the electrocardiogram of the driver regardless of the operating posture through a plurality of electrodes attached to a plurality of positions in the vehicle, thereby improving the reliability of the apparatus.

또한, 본 발명에 따르면 운전자의 심전도 측정 결과를 이용하여 실시간으로 부정맥 여부를 판단하고 위험시 이를 경고함으로써, 부정맥 증상에 의한 교통사고를 예방할 수 있고, 운전자의 긴급 구조가 신속하게 이루어지도록 할 수 있어 운전자의 생명을 안전하게 보호할 수 있는 매우 유용한 효과가 있다.In addition, according to the present invention, it is possible to prevent a traffic accident caused by an arrhythmia symptom and to promptly construct an emergency structure of a driver by judging whether an arrhythmia is present in real time by using a result of ECG measurement by a driver and warning it at a dangerous time There is a very useful effect of safely protecting the life of the driver.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 심전도를 이용한 운전자 상태 감시 장치를 나타낸 블록구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 심전도를 이용한 운전자 상태 감시 장치에서 전극이 부착되는 위치를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 심전도를 이용한 운전자 상태 감시 방법의 동작 흐름을 도시한 순서도이다.
도 4 내지 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 심전도를 이용한 운전자 상태 감시 방법에서 심전도 유도 방식을 설명하기 위한 참고도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 심전도를 이용한 운전자 상태 감시 방법에서 심전도 유도 방식을 설명하기 위한 참고표이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 심전도를 이용한 운전자 상태 감시 방법에서 심전도 데이터 파형의 예시이다.1 is a block diagram illustrating an apparatus for monitoring a driver's condition using an electrocardiogram according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a view showing positions where electrodes are attached in an operator condition monitoring apparatus using an electrocardiogram according to an embodiment of the present invention.
3 is a flowchart illustrating an operation flow of a driver condition monitoring method using an electrocardiogram according to an embodiment of the present invention.
FIGS. 4 to 6 are reference views for explaining an ECG guidance method in a driver condition monitoring method using an ECG according to an embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a reference table for explaining an electrocardiogram induction method in a driver condition monitoring method using an electrocardiogram according to an embodiment of the present invention.
8 is an illustration of an electrocardiogram data waveform in a driver condition monitoring method using an electrocardiogram according to an embodiment of the present invention.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 심전도를 이용한 운전자 상태 감시 장치 및 그 방법을 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. Hereinafter, an apparatus and method for monitoring a driver's condition using an electrocardiogram according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. In this process, the thicknesses of the lines and the sizes of the components shown in the drawings may be exaggerated for clarity and convenience of explanation.

또한 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.Further, the terms described below are defined in consideration of the functions of the present invention, which may vary depending on the intention or custom of the user, the operator. Therefore, definitions of these terms should be made based on the contents throughout this specification.

먼저, 도 1 및 도 2를 통해 본 발명의 실시예에 따른 심전도를 이용한 운전자 상태 감시 장치에 대하여 설명한다.First, an apparatus for monitoring a driver's condition using an electrocardiogram according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 2. FIG.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 심전도를 이용한 운전자 상태 감시 장치를 나타낸 블록구성도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 심전도를 이용한 운전자 상태 감시 장치에서 전극이 부착되는 위치를 도시한 도면이다.FIG. 1 is a block diagram illustrating an apparatus for monitoring an operator condition using an electrocardiogram according to an exemplary embodiment of the present invention. FIG. 2 is a diagram illustrating a position where an electrode is attached in an operator condition monitoring apparatus using an electrocardiogram according to an exemplary embodiment of the present invention FIG.

도 1 및 도 2에서와 같이 본 발명의 실시예에 따른 심전도를 이용한 운전자 상태 감시 장치(100)는, 감지부(110), 데이터 추출부(120), 제어부(130) 및 출력부(140)를 포함한다.1 and 2, an apparatus 100 for monitoring a driver's condition using an electrocardiogram according to an exemplary embodiment of the present invention includes a sensing unit 110, a data extraction unit 120, a control unit 130, and an output unit 140. [ .

먼저, 감지부(110)는 차량(미도시) 내 부착되는 다수의 전극(111)을 통해 운전자의 심전도 신호(ECG)를 감지한다.First, the sensing unit 110 senses a driver's electrocardiogram signal (ECG) through a plurality of electrodes 111 attached to a vehicle (not shown).

자세히는, 도 2에서와 같이 각각 차량의 스티어링 휠(210)과, 운전석 시트(220)의 등받이 및 바닥에 다수 개 부착되어 운전자의 신체가 닿게 되는 어느 하나 이상의 전극(111), 즉 전도 섬유를 통해 운전자의 심전도 신호를 감지한다.More specifically, as shown in FIG. 2, a steering wheel 210 of the vehicle and a plurality of electrodes attached to the backrest and the floor of the driver's seat 220, respectively, to which the driver's body is exposed, To sense the driver's electrocardiogram signal.

더욱 자세히는 운전자의 양팔, 흉부 및 하지에 대응되는 위치에 전극(111)을 부착하기 위하여 도 2에서와 같이 양팔에 대응하는 위치인 스티어링 휠(210)에 2개의 전극(111)을 부착하고, 흉부에 대응하는 위치인 운전석 시트(220)의 등받이 부분에 2개의 전극(111)을 부착하고, 하지에 대응하는 위치인 운전석 시트(220)의 바닥 부분에 2개의 전극(111)을 부착할 수도 있다.More specifically, two electrodes 111 are attached to the steering wheel 210, which is a position corresponding to both arms, as shown in FIG. 2, in order to attach the electrodes 111 to the positions corresponding to the arms, chest, Two electrodes 111 may be attached to the backrest portion of the driver's seat 220 corresponding to the chest and two electrodes 111 may be attached to the bottom of the driver's seat 220 corresponding to the base have.

그리고, 데이터 추출부(120)는 심전도 유도 방식을 이용하여 심전도 신호로부터 심전도 데이터를 추출한다.The data extracting unit 120 extracts the electrocardiogram data from the electrocardiogram signal using the electrocardiogram derivation method.

이때, 심전도 유도 방식은 공지의 기술에 해당하므로 추후에 기재되는 설명에서도 상세하게 언급하지 않기로 한다.At this time, since the electrocardiogram induction method corresponds to a known technique, it will not be described in detail in the description to be given later.

또한 데이터 추출부(120)는, 운전석 시트(220)의 등받이에 부착된 전극(111)을 통해 감지된 심전도 신호의 위상을 반전시킨 후 심전도 데이터를 추출할 수도 있다.The data extracting unit 120 may extract the electrocardiogram data after inverting the phase of the electrocardiogram signal sensed through the electrode 111 attached to the back of the driver's seat 220. [

즉, 심전도 신호는 인체의 전면(front side)에 부착된 전극(111)을 통해 감지되어야 하나, 운전자 시트(220)의 등받이에 부착된 전극(111)의 경우에는 후면(rear side)에 부착된 전극(111)을 통해 감지되어 이때의 심전도 신호는 거울 상(mirror image)으로 나타나게 되므로 운전석 시트(220)의 등받이에 부착된 전극(111)을 통해 감지된 심전도 신호는 위상을 반전시켜 정상 신호로 변환한 후 심전도 데이터를 추출하는 것이다.That is, the electrocardiogram signal should be sensed through the electrode 111 attached to the front side of the human body, but in the case of the electrode 111 attached to the back of the driver's seat 220, The electrocardiogram signal sensed through the electrode 111 attached to the back of the driver's seat 220 is inverted in phase so as to generate a normal signal And then extracts the electrocardiogram data after conversion.

또한 제어부(130)는 데이터 추출부(120)에서 추출된 심전도 데이터를 분석하여 P-QRS-T 파형으로부터 R-peak 값을 검출하고, 검출된 R-peak 값으로부터 RRI(R-R peak Interval) 값을 산출하고, 산출된 결과와 기 설정된 기준 RRI 값을 비교하여 운전자의 졸음 여부 및 졸음 정도를 판단한다.The control unit 130 analyzes the electrocardiogram data extracted by the data extracting unit 120 and detects an R-peak value from the P-QRS-T waveform and calculates an RR peak interval value from the detected R-peak value And compares the calculated result with a preset reference RRI value to determine whether the driver is drowsy or not.

이때, R-peak 값은 R파의 첨두치 위치를 정확하게 검출하기 위해 차분신호(difference), 필터(filter), 임계값 설정(thresholding) 및 튜닝(tuning) 과정을 거쳐 검출한다. 그리고, 검출된 R-peak 값에 대응하는 시간을 구하여 RRI 값을 구한다.At this time, the R-peak value is detected by a difference signal, a filter, a threshold value setting, and a tuning process in order to accurately detect the peak position of the R wave. Then, a time corresponding to the detected R-peak value is obtained to obtain an RRI value.

또한, 기준 RRI 값은 차량의 시동이 온(ON)된 이후부터 설정 시간 동안 산출된 RRI 값의 평균값으로 설정되는데, 이는 RRI 값이 운전자의 몸 상태가 매일 다르게 측정될 수 있기 때문에 졸음 운전에 해당하지 않는 초기의 RRI 값을 설정하되, 적어도 1분 이상의 평균값을 기준 RRI 값으로 설정한다.The reference RRI value is set to an average value of the RRI values calculated during the set time since the start of the vehicle was turned on. This is because the RRI value corresponds to the drowsiness driving since the driver's body condition can be measured every day Set an initial RRI value that does not exist, but set an average value of at least one minute as the reference RRI value.

따라서, 제어부(130)는 기준 RRI 값과 산출된 RRI 값의 차이가 제1 임계값을 초과하면 운전자의 졸음 정도가 제1 단계 수준인 것으로 판단하고, 기준 RRI 값과 산출된 RRI 값의 차이가 제2 임계값을 초과하면 운전자의 졸음 정도가 제2 단계 수준인 것으로 판단한다.Therefore, when the difference between the reference RRI value and the calculated RRI value exceeds the first threshold value, the controller 130 determines that the degree of the driver's drowsiness is at the first level, and if the difference between the reference RRI value and the calculated RRI value is If the second threshold value is exceeded, it is determined that the degree of the driver's drowsiness is at the second level.

이때, RRI 값은 운전자가 졸음 상태인 경우 증가하게 되므로, 제2 임계값은 제1 임계값에 비해 크게 설정되는 것이 바람직하다. 즉, 제1 단계 수준은 운전자가 잠깐 조는 정도에 불과하다면 제2 단계 수준은 눈을 감고 있는 시간이 갈수록 길어지는 위험 수준을 의미한다.At this time, since the RRI value increases when the driver is in the drowsy state, the second threshold value is preferably set to be larger than the first threshold value. In other words, if the first level is only a matter of a few seconds, the level of the second level means the risk that the time of closing the eyes gets longer.

또한, 제어부(130)는 데이터 추출부(120)에서 추출된 심전도 데이터를 설정 Hz로 샘플링하고, 샘플링된 P-QRS-T 파형 중 P파의 변화율로부터 운전자의 부정맥 여부를 판단할 수도 있다.Also, the controller 130 may sample the electrocardiogram data extracted by the data extracting unit 120 at a predetermined Hz and determine whether the driver's arrhythmia is present based on the P wave change rate of the sampled P-QRS-T waveform.

마지막으로 출력부(140)는 제어부(130)의 판단 결과에 따라 경고를 출력하는데, 경고음, 경고등 및 진동 등과 같이 사용자의 졸음을 깨울 수 있는 어느 하나 이상의 수단을 통해 경고를 출력하거나, 부정맥 판단 시 외부로 위험을 알리기 위한 신호에 해당하는 경고를 출력할 수도 있다.Finally, the output unit 140 outputs a warning according to the determination result of the control unit 130. The output unit 140 outputs a warning through one or more means that can wake the user's sleepiness such as a warning sound, a warning light, and vibration, And may output a warning corresponding to a signal for notifying a danger to the outside.

자세히는, 출력부(140)는 제어부(130)로부터 판단된 졸음 정도가 제2 단계 수준인 경우, 제1 단계 수준인 경우 보다 강도를 세게하여 경고를 출력하는데, 예를 들어 제1 단계 수준의 경고가 운전자가 인지할 수 있는 정도의 가벼운 경고음과 함께 진동을 통하여 경고를 출력하는 것이라면 제2 단계 수준의 경고는 위험을 알리기 위해 강도가 더욱 센 경고음이나 경고등 및 진동을 통하여 경고를 출력할 수도 있다.More specifically, when the degree of drowsiness judged by the controller 130 is the level of the second level, the output unit 140 outputs a warning by increasing the intensity of the signal at the level of the first level, for example, If the warning is to output a warning through a vibration with a light beep that the driver can perceive, the second-level warning may output a warning through a stronger beep or warning light and vibration to signal the danger .

또한, 출력부(140)는 제어부(130)로부터 운전자의 부정맥이 판단된 경우, 119 구조센터나 기 설정된 타인의 단말기(미도시)에 해당 운전자의 위험을 알리는 메시지를 전송할 수도 있다.If the controller 130 determines that the driver's arrhythmia is present, the output unit 140 may transmit a message to the 119 rescue center or a predetermined terminal (not shown) to inform the driver of the risk of the driver.

이하에서는 도 3 내지 도 8을 통해 본 발명의 실시예에 따른 심전도를 이용한 운전자 상태 감시 장치(100)에 의해 수행되는 감시 방법에 대하여 설명한다.Hereinafter, a monitoring method performed by the driver condition monitoring apparatus 100 using an electrocardiogram according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 3 through FIG.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 심전도를 이용한 운전자 상태 감시 방법의 동작 흐름을 도시한 순서도로서, 이를 참조하여 본 발명의 구체적인 동작을 설명한다.FIG. 3 is a flowchart illustrating an operational flow of a method of monitoring a driver's condition using an electrocardiogram according to an embodiment of the present invention, and a specific operation of the present invention will be described with reference to FIG.

본 발명의 실시예에 따른 심전도를 이용한 운전자 상태 감시 장치(100)에 의해 수행되는 감시 방법에 따르면, 먼저 감지부(110)는 차량 내 부착되는 다수의 전극(111)을 통해 운전자의 심전도 신호(ECG)를 감지한다(S310).According to the monitoring method performed by the driver condition monitoring apparatus 100 using the electrocardiogram according to the embodiment of the present invention, the sensing unit 110 detects the electrocardiogram signal of the driver through the plurality of electrodes 111 attached to the vehicle ECG) (S310).

자세히는, 각각 차량의 스티어링 휠(210)과, 운전석 시트(220)의 등받이 및 바닥에 다수 개 부착되어 운전자의 신체가 닿게 되는 어느 하나 이상의 전극(111) 즉, 전도 섬유를 통해 운전자의 심전도 신호를 감지한다.More specifically, the steering wheel 210 and the backrest of the driver's seat 220 are attached to a vehicle, respectively, and a plurality of electrodes are attached to the bottom of the driver's seat 220 to connect the driver's body with the electrodes 111, Lt; / RTI >

그 다음, 데이터 추출부(120)는 심전도 유도 방식을 이용하여 S310 단계에서 감지된 심전도 신호로부터 심전도 데이터를 추출한다(S320).Next, the data extracting unit 120 extracts the electrocardiogram data from the electrocardiogram signal sensed at step S310 using the electrocardiogram induction method (S320).

도 4 내지 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 심전도를 이용한 운전자 상태 감시 방법에서 심전도 유도 방식을 설명하기 위한 참고도면이고, 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 심전도를 이용한 운전자 상태 감시 방법에서 심전도 유도 방식을 설명하기 위한 참고표이다.FIGS. 4 to 6 are views for explaining an electrocardiogram induction method in a driver condition monitoring method using an electrocardiogram according to an embodiment of the present invention, and FIG. 7 is a flowchart illustrating a driver condition monitoring method using an electrocardiogram This is a reference table for explaining the electrocardiogram induction method.

도 4 내지 도 7을 참고하여 심전도 유도 방식에 대해 설명하자면, 먼저 심전도를 측정하기 위해서는 크게 단극 유도(unipolar lead) 방식과 이극 유도(bipolar lead) 방식을 사용하는데, 단극 유도 방식은 1개의 기준 전극(111)과 탐색 전극(111) 사이의 전위차를 측정하는 방법이며, 이극 유도는 두 개의 전극(111) 사이의 전위차를 측정하는 방법이다. 그러므로 이극 유도 방식은 측정 시 기준 전극(111) 이외에 2개의 전극(111)을, 단극 유도 방식은 기준 전극(111) 이외에 1개의 전극(111)을 체표면에 부착한다. Referring to FIGS. 4 to 7, the electrocardiogram induction method will be described. First, the unipolar lead method and the bipolar lead method are used to measure the electrocardiogram. In the unipolar induction method, And the potential difference between the electrode 111 and the search electrode 111 is measured. The dipole guidance is a method of measuring the potential difference between the two electrodes 111. [ Therefore, in the dipole induction method, two electrodes 111 are attached in addition to the reference electrode 111 in measurement, and one electrode 111 is attached to the body surface in addition to the reference electrode 111 in the unipolar induction method.

이때, 전극(111)을 통해 측정된 심전도 신호를 해석하기 위해서는 정형화된 전극(111) 부착 방법이 필요한데, 이는 전극(111)의 부착 위치에 따라 심전도 데이터의 파형이 다양한 형태로 측정될 수 있기 때문이다. In order to analyze the electrocardiogram signal measured through the electrode 111, a method of attaching the shaped electrode 111 is needed. Since the waveform of the electrocardiogram data can be measured in various forms according to the attachment position of the electrode 111 to be.

즉, 심전도 신호를 얻기 위한 전극(111)의 부착 위치는 도 4 내지 도 6에서와 같이 규격화되어 있고, 전극(111)의 부착 위치를 기준으로 전극(111) 위치 및 측정 시 필요한 전극(111) 수에 따른 심전도 유도 방식을 정리한 도 7의 표에서와 같이 심전도 유도 방식은 크게 사지 유도(Limb lead) 방식과 흉부 유도(precordial lead) 방식으로 구분된다.4 to 6, the position of the electrode 111 and the position of the electrode 111 necessary for the measurement are determined based on the attachment position of the electrode 111. In addition, the position of the electrode 111 for obtaining the electrocardiogram signal is standardized as shown in FIGS. As shown in the table of FIG. 7 which summarizes the electrocardiographic guidance system according to the number, the electrocardiographic guidance system is divided into a limb lead system and a precordial lead system.

따라서 도 4를 참고하여 S320단계의 심전도 데이터를 추출할 때, 심전도 유도 방식 중 도 7에 도시된 사지 유도 방식의 표준 사지 유도 방식에 해당하는 Lead 1 내지 3을 이용하여 운전자의 양손과 왼쪽 하지에 대응하는 스티어링 휠(210)과, 운전석 시트(222)의 바닥에 부착된 전극(111)을 통해 감지된 운전자의 심전도 신호로부터 심전도 데이터를 추출한다.Therefore, when the electrocardiogram data of step S320 is extracted with reference to FIG. 4, the leads 1 to 3 corresponding to the standard limb-guiding system of the limb-guiding system shown in FIG. 7 among the electrocardiograph guiding system are used, The electrocardiogram data is extracted from the driver's electrocardiogram signal sensed through the corresponding steering wheel 210 and the electrode 111 attached to the bottom of the driver's seat 222. [

그러나, 운전자가 스티어링 휠(210)을 한 손으로 잡고 있거나 두 손 다 스티어링 휠(210)을 잡고 있지 않은 경우에는 흉부 유도 방식에 해당하는 V1 내지 V6을 이용하여 운전자의 흉부에 대응하는 운전석 시트(220)의 등받이에 부착된 전극(111)을 통해 감지된 운전자의 심전도 신호로부터 심전도 데이터를 추출할 수도 있다. 바람직하게는, 노이즈가 적은 심전도 신호로부터 심전도 데이터를 추출한다. However, when the driver holds the steering wheel 210 with one hand or both hands do not hold the steering wheel 210, the driver's seat (corresponding to the driver's chest) using the V1 to V6 corresponding to the chest- The electrocardiogram data may be extracted from the electrocardiogram signal of the driver sensed through the electrode 111 attached to the back of the user. Preferably, the electrocardiogram data is extracted from the electrocardiogram signal with low noise.

따라서, 본 발명의 실시예에 따른 심전도를 이용한 운전자 상태 감시 장치 및 그 방법은, 차량 내 다수의 위치에 부착된 다수의 전극을 통해 운전 자세와 무관하게 운전자의 심전도 측정이 항시 가능하여 장치 신뢰도를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.Therefore, an apparatus and method for monitoring an operator's condition using an electrocardiogram (ECG) according to an embodiment of the present invention enable a driver to always measure ECG regardless of the operating posture through a plurality of electrodes attached to a plurality of positions in the vehicle, There is an effect that can be improved.

이때, 데이터 추출부(120)는 운전석 시트(220)의 등받이에 부착된 전극(111)을 통해 감지된 심전도 신호의 위상을 반전시킨 후 심전도 데이터를 추출할 수도 있다.At this time, the data extracting unit 120 may extract the electrocardiogram data after inverting the phase of the electrocardiogram signal sensed through the electrode 111 attached to the back of the driver's seat 220.

그 다음, 제어부(130)는 S320 단계에서 추출된 심전도 데이터를 분석하여 P-QRS-T 파형으로부터 R-peak 값을 검출하고, 검출된 R-peak 값으로부터 RRI(R-R peak Interval) 값을 산출한다(S330).Next, the controller 130 analyzes the electrocardiogram data extracted in step S320, detects an R-peak value from the P-QRS-T waveform, and calculates an RR peak value from the detected R-peak value (S330).

도 8은 본 발명의 실시예에 따른 심전도를 이용한 운전자 상태 감시 방법에서 심전도 데이터 파형의 예시이다.8 is an illustration of an electrocardiogram data waveform in a driver condition monitoring method using an electrocardiogram according to an embodiment of the present invention.

도 8에서 P파는 심방 탈분극이고, PR구획은 방실 결절 지연을 나타내며, QRS 복합군은 심실 탈분극을 나타내고, ST구획은 심실의 수축과 방출 시간을 나타내며, T파는 심실 재분극이고, TR간격은 심실의 이완과 충전 시간을 나타낸다. In Fig. 8, P wave is atrial depolarization, PR segment represents atrioventricular nodal delay, QRS complex group represents ventricular depolarization, ST segment represents ventricular contraction and release time, T wave is ventricular repolarization, It represents relaxation and charging time.

이때, R-peak 값은 도 8에 표시된 R파의 최고값에 해당하며, R파의 첨두치 위치를 정확하게 검출하기 위해 차분신호(difference), 필터(filter), 임계값 설정(thresholding) 및 튜닝(tuning) 과정을 거쳐 검출한다. 그리고, 검출된 R-peak 값에 대응하는 시간을 구하여 RRI 값을 구한다.At this time, the R-peak value corresponds to the highest value of the R wave shown in FIG. 8, and in order to accurately detect the peak position of the R wave, a difference signal, a filter, a threshold value setting, (tuning) process. Then, a time corresponding to the detected R-peak value is obtained to obtain an RRI value.

그 다음, 제어부(130)는 S330 단계에서 산출된 결과와 기 설정된 기준 RRI 값을 비교하여 운전자의 졸음 정도를 판단하는데, 기준 RRI 값과 S330 단계에서 산출된 RRI 값의 차이가 제1 임계값을 초과하면(S340), 운전자의 졸음 정도가 제1 단계 수준인 것으로 판단한다(S350).Then, the controller 130 compares the result calculated in step S330 with a predetermined reference RRI value to determine the degree of drowsiness of the driver. The difference between the reference RRI value and the RRI value calculated in step S330 is a first threshold value (S340), it is determined that the degree of drowsiness of the driver is at the first level (S350).

그리고, 제어부(130)는 기준 RRI 값과 S330 단계에서 산출된 RRI 값의 차이가 제2 임계값을 초과하면(S360), 운전자의 졸음 정도가 제2 단계 수준인 것으로 판단한다(S370).If the difference between the reference RRI value and the RRI value calculated in step S330 exceeds the second threshold value (S360), the control unit 130 determines that the driver's sleepiness level is the second level (S370).

이때, RRI 값은 운전자가 졸음 상태인 경우 증가하게 되므로, 제2 임계값은 제1 임계값에 비해 크게 설정되는 것이 바람직하다. 즉, 제1 단계 수준은 운전자가 잠깐 조는 정도에 불과하다면 제2 단계 수준은 눈을 감고 있는 시간이 점점 길어지는 위험 수준을 의미한다.At this time, since the RRI value increases when the driver is in the drowsy state, the second threshold value is preferably set to be larger than the first threshold value. In other words, if the level of the first stage is only a matter of a few seconds, the level of the second stage means the risk that the time of closing the eyes becomes longer.

그 다음, 출력부(140)는 S350 및 S370 단계에서의 판단 결과에 따라 경고를 출력한다(S380).Then, the output unit 140 outputs a warning in accordance with the determination result in steps S350 and S370 (S380).

이때, 출력부(140)는 판단 결과에 따라 경고음, 경고등 및 진동 등과 같이 사용자의 졸음을 깨울 수 있는 어느 하나 이상의 수단을 통해 경고를 출력할 수 있다. At this time, the output unit 140 may output a warning through one or more means that can wake up a user's sleepiness such as a warning sound, a warning light, and vibration according to the determination result.

자세히는, 제어부(130)로부터 판단된 졸음 정도가 제2 단계 수준인 경우, 출력부(140)는 제1 단계 수준인 경우 보다 강도를 세게하여 경고를 출력하는데, 예를 들어 제1 단계 수준의 경고가 운전자가 인지할 수 있는 정도의 가벼운 경고음과 함께 진동을 통하여 경고를 출력하는 것이라면 제2 단계 수준의 경고는 위험을 알리기 위해 강도가 더욱 센 경고음이나 경고등 및 진동을 통하여 경고를 출력할 수도 있다.More specifically, when the degree of drowsiness judged by the control unit 130 is at the second level, the output unit 140 outputs a warning by increasing the intensity of the signal at the level of the first level, for example, If the warning is to output a warning through a vibration with a light beep that the driver can perceive, the second-level warning may output a warning through a stronger beep or warning light and vibration to signal the danger .

만약, S330 단계에서 산출된 RRI 값이 제2 임계값, 더욱 자세히는 제1 임계값을 초과하지 않으면 제어부(130)는 운전자가 졸음 운전을 하지 않는 정상 상태인 것으로 판단한다(S390).If the RRI value calculated in step S330 does not exceed the second threshold value, more specifically, the first threshold value, the controller 130 determines that the driver is in a normal state in which the driver does not drive the sleeping state (S390).

또한, 제어부(130)는 S320 단계에서 추출된 심전도 데이터를 설정 Hz로 샘플링하고, 샘플링된 P-QRS-T 파형 중 P 파의 변화율로부터 운전자의 부정맥 여부를 판단할 수도 있다.Also, the controller 130 may sample the electrocardiogram data extracted in step S320 at a preset Hz, and determine whether the driver's arrhythmia is present based on the P wave change rate of the sampled P-QRS-T waveform.

자세히는, 설정 Hz로 샘플링된 심전도 데이터에 포함된 P파를 이용하여 다음의 수학식 1에 의해 도출된 0과 1의 개수를 통해 운전자의 부정맥을 판단한다.More specifically, the driver's arrhythmia is determined through the number of 0s and 1s derived by the following equation (1) using the P wave included in the electrocardiogram data sampled at the set Hz.

≥α = 1

?? = 1

여기서, P2는 현재 P파의 전위, P1은 이전 P파의 전위, α는 기준값을 의미한다.Here, P2 is the potential of the current P wave, P1 is the potential of the previous P wave, and? Is the reference value.

따라서, 출력부(140)는 부정맥 판단 시 외부로 위험을 알리기 위한 신호에 해당하는 경고를 출력할 수도 있다.Accordingly, the output unit 140 may output a warning corresponding to a signal for informing a danger to the outside when the arrhythmia judgment is made.

자세히는, 제어부(130)로부터 운전자의 부정맥이 판단된 경우, 119 구조센터나 기 설정된 타인의 단말기(미도시)에 해당 운전자의 위험을 알리는 메시지를 전송할 수도 있다.In more detail, when the driver's arrhythmia is determined from the control unit 130, it may transmit a message to the 119 rescue center or a predetermined terminal (not shown) to notify the driver of the danger.

따라서 본 발명의 실시예에 따른 심전도를 이용한 운전자 상태 감시 장치 및 그 방법은, 운전자의 심전도 측정 결과를 이용하여 실시간으로 부정맥 여부를 판단하고 위험시 이를 경고함으로써, 부정맥 증상에 의한 교통사고를 예방할 수 있고, 운전자의 긴급 구조가 신속하게 이루어지도록 할 수 있어 운전자의 생명을 안전하게 보호할 수 있는 매우 유용한 효과가 있다.Therefore, an apparatus and method for monitoring a driver's condition using an electrocardiogram according to an embodiment of the present invention can prevent a traffic accident caused by an arrhythmia symptom by judging whether an arrhythmia is occurring in real time using a result of a driver's electrocardiogram And the urgent structure of the driver can be quickly performed, so that there is a very useful effect that the life of the driver can be safely protected.

상술한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 심전도를 이용한 운전자 상태 감시 장치 및 그 방법은 운전자의 심전도를 측정하여 실시간으로 운전자의 졸음 여부를 판단하고 졸음 정도에 따라 경고함으로써 졸음으로 인한 사고를 미연에 방지할 수 있는 효과가 있다.As described above, the apparatus and method for monitoring a driver's condition using an electrocardiogram according to an embodiment of the present invention measure an ECG of a driver and judge whether or not the driver is drowsy in real time. There is an effect that can be prevented.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it will be understood by those skilled in the art that various changes and modifications may be made without departing from the scope of the invention as defined by the appended claims. will be. Accordingly, the true scope of the present invention should be determined by the following claims.

100 : 감시 장치 110 : 감지부
111 : 전극 120 : 데이터 추출부
130 : 제어부 140 : 출력부
210 : 스티어링 휠 220 : 운전석 시트100: Monitoring device 110:
111: electrode 120: data extracting unit
130: control unit 140: output unit
210: steering wheel 220: driver's seat

Claims

A sensing unit for sensing an ECG signal of a driver through a steering wheel in the vehicle, a backrest of the driver seat, and a plurality of electrodes attached to the floor;
A data extraction unit for extracting electrocardiogram data from the electrocardiogram signal using an electrocardiogram induction method;
Analyzing the electrocardiogram data to detect an R-peak value from the P-QRS-T waveform, calculating an RR peak value from the detected R-peak value, and comparing the calculated result with the start of the vehicle And determining a degree of drowsiness of the driver by comparing a reference RRI value set as an average value of the RRI values calculated during the set time since the ON time, And if the difference between the reference RRI value and the calculated RRI value exceeds a second threshold value, it is determined that the drowsiness level is the level of the second stage, A controller for sampling the electrocardiogram data at a set Hz and determining whether the driver is an arrhythmia based on the rate of change of the P wave among the sampled P-QRS-T waveforms; And
And outputting a warning through at least one of a warning sound, a warning light, and a vibration according to the determination result, and when the determined degree of sleepiness is at the level of the second level, And an output unit for outputting the warning when the arrhythmia judgment is made,
The data extracting unit extracts,
Wherein the electrocardiogram data is extracted after inverting the phase of the electrocardiogram signal sensed through the electrode attached to the back of the driver's seat.

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A monitoring method performed by a driver condition monitoring apparatus using an electrocardiogram,
Sensing an ECG signal of a driver through a steering wheel in the vehicle, a backrest of the driver seat, and a plurality of electrodes attached to the floor;
Extracting electrocardiogram data from the electrocardiogram signal using an electrocardiogram induction method;
Analyzing the electrocardiogram data to detect an R-peak value from the P-QRS-T waveform, and calculating an RR peak value from the detected R-peak value;
Determining a degree of drowsiness of the driver by comparing the calculated result with a reference RRI value set as an average value of RRI values calculated during a set time since the start of the vehicle was turned ON, When the difference between the calculated RRI value and the calculated RRI value exceeds the first threshold, it is determined that the degree of drowsiness is at the first level, and when the difference between the reference RRI value and the calculated RRI value exceeds the second threshold value, Is a level of the second stage;
Sampling the electrocardiogram data at a set Hz and determining whether the driver's arrhythmia is present based on the rate of change of the P wave among the sampled P-QRS-T waveforms; And
And outputting a warning through at least one of a warning sound, a warning light, and a vibration according to the determination result, and when the determined degree of sleepiness is at the level of the second level, And outputting,
Wherein the step of extracting the electrocardiogram data comprises:
And inverting the phase of the electrocardiogram signal sensed through the electrode attached to the back of the driver's seat and extracting the electrocardiogram data.

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