KR20190138449A - Apparatus and method for quantifying pilot awakening - Google Patents
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Abstract
Description
본 개시는 조종사의 각성 상태를 정량화하는 장치 및 방법을 제공한다.The present disclosure provides an apparatus and method for quantifying awake state of a pilot.
최근 유/무인항공기 기술의 발전과 비행기를 이용한 해외 여행객들의 지속적인 증가로 인해 조종사의 수요가 증대하고 있지만, 그에 따른 공급이 부족한 실정이다. 비행 임무는 고도의 주의력이 요구되지만 조종사의 증가된 임무 지속 시간과 함께 장시간의 소음 및 진동에 노출되어 피로도 증가 및 주의력 저하 등이 유발된다. 이러한 조종사의 비행에 부적합한 각성 상태는 조종사의 인지적 과실로 인한 비행기 사고로 이어질 확률이 높다. 그러므로 조종사의 안전한 임무 수행과 사고 예방을 위해 조종사의 각성 상태 변화는 객관적으로 평가되어야 한다.Recently, the demand of pilots is increasing due to the development of manned and unmanned aerial vehicle technology and the continuous increase of overseas travelers using airplanes, but the supply is insufficient. Flight missions require a high level of attention, but with increased mission duration, pilots are exposed to long periods of noise and vibration, causing increased fatigue and reduced attention. Awakening conditions that are inadequate for a pilot's flight are likely to lead to a plane crash due to the pilot's cognitive negligence. Therefore, the pilot's change in alertness must be objectively assessed for the pilot's safe mission and accident prevention.
종래에 조종사의 다양한 생체 신호를 이용하여 비행 중 각성 상태를 감지하고 지속적인 각성 상태 유지를 위한 피드백을 제공하는 기술이 발명되었으나, 해당 기술의 경우 조종사의 비행에 부적합한 상태로 인한 인지적 기능 저하 정도의 정량화 방법을 고려한 피드백을 제공하지 않았기 때문에 조종사의 각성 상태 유지 효과가 떨어진다는 한계가 있다. 실제 비행 환경에서는 소음이 심하고 복잡한 임무 수행이 요구되기 때문에 기존 다른 발명들에서 제시되었던 알람이나 각성 유도 뇌파 등의 인위적인 발현을 위한 시각, 청각 등의 감각기관을 대상으로 하는 인지 자극 피드백을 조종사의 각성 상태 수준을 고려하지 않은 채 무작위로 제공하는 방법은 오히려 조종사의 정신적 작업 부하와 집중력 분산 등의 주의력 분산을 야기할 수 있다. 따라서 조종사 생체 신호의 실시간 분석을 통해 조종사의 각성 상태를 지속적으로 유지시키기 위한 기술이 실제 비행 환경에서 활용되기 위해서는 조종사의 정밀하게 정량화된 각성 상태 정보가 반영되어야 한다. Conventionally, a technology for detecting awake state during a flight and providing feedback for continuous awake state using various biosignals of a pilot has been invented, but in the case of the technology, the degree of cognitive deterioration due to an unsuitable state for a pilot's flight is invented. The lack of feedback regarding the quantification method limits the pilot's ability to maintain awakening. In a real flight environment, noise is noisy and complex tasks are required, so pilot's awakening feedback is applied to sensory organs such as visual and auditory organs for artificial expression of alarms and arousal induced brain waves, which have been proposed in other inventions. Randomly providing without taking into account the level of state can result in distractions such as pilot mental workload and concentration distraction. Therefore, in order for the technology to continuously maintain the awakening state of the pilot through real-time analysis of the pilot's biological signal, the pilot's precisely quantified awakening state information must be reflected in the actual flight environment.
이에 따라, 조종사의 각성 상태를 정량화하는 기술의 필요성이 요구되는 실정이다.Accordingly, there is a need for a technology that quantifies the awakening state of the pilot.
조종사의 각성 상태를 정량화하는 장치 및 방법을 제공하는데 있다. 본 발명에 따르면, 실시간으로 검출된 조종사의 각성 상태를 기준으로 항공 운항 임무 수행의 적합성 여부를 판단해 안전사고를 예방할 수 있다. 또한, 조종사의 비행 부적합 상태 검출 시 종래의 발명에서 고려하지 않았던 부적합 상태의 종류와 그 정도를 정량화할 수 있다.To provide an apparatus and method for quantifying the awake state of the pilot. According to the present invention, it is possible to prevent the safety accident by determining the suitability of performing the flight operation mission on the basis of the awake state of the pilot detected in real time. In addition, it is possible to quantify the type and extent of the non-conformity state that is not considered in the conventional invention when detecting the pilot non-compliance state.
본 실시예가 이루고자 하는 기술적 과제는 상기된 바와 같은 기술적 과제들로 한정되지 않으며, 이하의 실시예들로부터 또 다른 기술적 과제들이 유추될 수 있다.The technical problem to be achieved by the present embodiment is not limited to the technical problems as described above, and further technical problems can be inferred from the following embodiments.
상술한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 본 개시의 제1 측면은, 조종사의 각성 상태를 정량화하는 방법에 있어서, 비행 중 조종사의 생체 신호를 수신하는 단계; 상기 조종사의 생체 신호를 분석함으로써, 상기 조종사의 각성 상태를 복수의 상태 카테고리 중 어느 하나로 분류하는 단계; 및 상기 생체 신호에 포함된 뇌파를 분석함으로써, 상기 분류된 상태 카테고리에 따른 상기 조종사의 각성 상태를 정량화하는 단계;를 포함하는, 방법을 제공할 수 있다.As a technical means for achieving the above-described technical problem, a first aspect of the present disclosure, a method for quantifying the awake state of the pilot, comprising: receiving a biosignal of the pilot in flight; Classifying the pilot's awakening status into any one of a plurality of status categories by analyzing the pilot's biosignal; And quantifying the awake state of the pilot according to the classified state category by analyzing the brain waves included in the biological signal.
또한, 상기 조종사에 부착된 적어도 하나의 생체 신호 센서로부터, 비행 중 상기 조종사의 뇌파, 심박도, 호흡 및 피부 전기활동 중 적어도 일부에 대한 신호를 상기 생체 신호로서 수신하는 단계;를 포함하는, 방법을 제공할 수 있다.And receiving, as the biosignal, a signal for at least some of the pilot's brain waves, heart rate, respiration, and skin electrical activity during flight from at least one biosignal sensor attached to the pilot. Can be provided.
또한, 상기 생체 신호를 분류기에 입력함으로써, 상기 조종사의 각성 상태를 상기 복수의 상태 카테고리 중 어느 하나로 분류하는 단계;를 포함하는, 방법을 제공할 수 있다.The method may further include classifying the pilot awakening status into any one of the plurality of status categories by inputting the biosignal into a classifier.
또한, 상기 분류기는 LDA(Linear Discriminant Analysis), SVM(Support Vector Machines) 및 인공신경망 모델을 포함하는 것인, 방법을 제공할 수 있다.In addition, the classifier may provide a method, including linear discriminant analysis (LDA), Support Vector Machines (SVM) and neural network model.
또한, 상기 복수의 상태 카테고리는 적합 상태, 집중력 저하, 피로, 작업 부하 및 무의식을 포함하는 것인, 방법을 제공할 수 있다.In addition, the plurality of status categories can provide a method, including fit status, reduced concentration, fatigue, workload, and unconsciousness.
또한, 비행 중 상기 조종사의 뇌파 신호 쌍들 간의 위상 지연 지수(Phase Lag Index)를 산출하는 단계; 상기 위상 지연 지수를 이용하여 기능적 연결성(Functional Connectivity) 행렬을 생성하는 단계; 및 그래프 이론(Graph Theory)을 이용하여 상기 기능적 연결성 행렬을 분석함으로써, 상기 분류된 상태 카테고리에 따른 상기 조종사의 각성 상태를 정량화하는 단계;를 포함하는, 방법을 제공할 수 있다.In addition, calculating a phase lag index (Phase Lag Index) between the pilot EEG signal pairs during the flight; Generating a functional connectivity matrix using the phase delay index; And quantifying the awakening status of the pilot according to the classified state category by analyzing the functional connectivity matrix using a graph theory.
또한, 상기 조종사가 비행 적합 상태일 때 상기 조종사의 생체 신호를 획득하는 단계;를 더 포함하고, 그래프 이론(Graph Theory)을 이용하여 상기 기능적 연결성 행렬의 Global efficiency 값 또는 Local efficiency 값을 산출하는 단계; 비행 적합 상태일 때 상기 조종사의 생체 신호를 기준으로, 상기 Global efficiency 값 또는 상기 Local efficiency 값을 조정하는 단계; 및 상기 분류된 상태 카테고리에 따른 상기 조종사의 각성 상태를 상기 조정된 Global efficiency 값 또는 상기 조정된 Local efficiency 값으로 정량화하는 단계;를 포함하는, 방법을 제공할 수 있다.The method may further include acquiring the biosignal of the pilot when the pilot is in a flight suitable state, and calculating a global efficiency value or a local efficiency value of the functional connectivity matrix by using a graph theory. ; Adjusting the global efficiency value or the local efficiency value based on the pilot's biosignal when in a flight suitable state; And quantifying the pilot's arousal state according to the classified state category to the adjusted global efficiency value or the adjusted local efficiency value.
또한, 상기 복수의 상태 카테고리 별 분류 결과 값 및 상기 분류된 상태 카테고리에 따른 상기 정량화된 각성 상태 정보를 제공하는 단계;를 더 포함하는, 방법을 제공할 수 있다.The method may further include providing classification result values for each of the state categories and the quantified awakening state information according to the classified state categories.
또한, 상기 분류된 상태 카테고리에 따른 상기 조종사의 정량화된 각성 상태에 기초하여, 상기 조종사에게 적절한 피드백을 제공하는 단계;를 더 포함하는, 방법을 제공할 수 있다.The method may further include providing appropriate feedback to the pilot based on the pilot's quantified awake state according to the classified status category.
본 개시의 제2 측면은, 비행 중 조종사의 생체 신호를 수신하는 통신부; 및A second aspect of the present disclosure, the communication unit for receiving a biological signal of the pilot during the flight; And
상기 조종사의 생체 신호를 분석함으로써, 상기 조종사의 각성 상태를 복수의 상태 카테고리 중 어느 하나로 분류하고, 상기 생체 신호에 포함된 뇌파를 분석함으로써, 상기 분류된 상태 카테고리에 따른 상기 조종사의 각성 상태를 정량화하는 제어부;를 포함하는, 장치를 제공할 수 있다.By analyzing the pilot's biological signal, the pilot's arousal status is classified into any one of a plurality of status categories, and by analyzing the brain waves included in the biological signal, the pilot's awake status according to the classified status category is quantified. It may provide a device, including a control unit.
또한, 상기 통신부는, 상기 조종사에 부착된 적어도 하나의 생체 신호 센서로부터, 비행 중 상기 조종사의 뇌파, 심박도, 호흡 및 피부 전기활동 중 적어도 일부에 대한 신호를 상기 생체 신호로서 수신하는 것인, 장치를 제공할 수 있다.The communication unit may receive, as the biosignal, signals from at least one biosignal sensor attached to the pilot for at least some of the pilot's brain wave, heart rate, respiration, and skin electrical activity during flight. A device can be provided.
또한, 상기 제어부는, 상기 생체 신호를 분류기에 입력함으로써, 상기 조종사의 각성 상태를 상기 복수의 상태 카테고리 중 어느 하나로 분류하는 것인, 장치를 제공할 수 있다.The controller may provide the apparatus to classify the awakening state of the pilot into any one of the plurality of state categories by inputting the biosignal into a classifier.
또한, 상기 분류기는 LDA(Linear Discriminant Analysis), SVM(Support Vector Machines) 및 인공신경망 모델을 포함하는 것인, 장치를 제공할 수 있다.In addition, the classifier may provide a device that includes a linear discriminant analysis (LDA), support vector machines (SVM) and neural network model.
또한, 상기 복수의 상태 카테고리는 적합 상태, 집중력 저하, 피로, 작업 부하 및 무의식을 포함하는 것인, 장치를 제공할 수 있다.In addition, the plurality of state categories may provide a device, including a fit state, reduced concentration, fatigue, workload, and unconsciousness.
또한, 상기 제어부는, 비행 중 상기 조종사의 뇌파 신호 쌍들 간의 위상 지연 지수(Phase Lag Index)를 산출하고, 상기 위상 지연 지수를 이용하여 기능적 연결성(Functional Connectivity) 행렬을 생성하며, 그래프 이론(Graph Theory)을 이용하여 상기 기능적 연결성 행렬을 분석함으로써, 상기 분류된 상태 카테고리에 따른 상기 조종사의 각성 상태를 정량화하는 것인, 장치를 제공할 수 있다.The control unit may calculate a phase lag index between the pilot EEG signal pairs during the flight, generate a functional connectivity matrix using the phase delay index, and graph a theory. By analyzing the functional connectivity matrix using the < RTI ID = 0.0 >), < / RTI > to quantify the pilot's arousal state according to the classified state category.
또한, 상기 통신부는, 상기 조종사가 비행 적합 상태일 때 상기 조종사의 생체 신호를 획득하고, 상기 제어부는, 그래프 이론(Graph Theory)을 이용하여 상기 기능적 연결성 행렬의 Global efficiency 값 또는 Local efficiency 값을 산출하고, 비행 적합 상태일 때 상기 조종사의 생체 신호를 기준으로, 상기 Global efficiency 값 또는 상기 Local efficiency 값을 조정하며, 상기 분류된 상태 카테고리에 따른 상기 조종사의 각성 상태를 상기 조정된 Global efficiency 값 또는 상기 조정된 Local efficiency 값으로 정량화하는 것인, 장치를 제공할 수 있다.The communication unit may acquire the biosignal of the pilot when the pilot is in a flight suitable state, and the controller calculates a global efficiency value or a local efficiency value of the functional connectivity matrix using a graph theory. And adjust the global efficiency value or the local efficiency value based on the pilot's biosignal when the flight is in a suitable state, and adjust the awakening state of the pilot according to the classified state category. A device can be provided that quantifies the adjusted Local efficiency value.
또한, 상기 복수의 상태 카테고리 별 분류 결과 값 및 상기 분류된 상태 카테고리에 따른 상기 정량화된 각성 상태 정보를 제공하는 디스플레이;를 더 포함하는, 장치를 제공할 수 있다.The apparatus may further include a display configured to provide a classification result value for each of the plurality of state categories and the quantified awakening state information according to the classified state category.
또한, 상기 분류된 상태 카테고리에 따른 상기 조종사의 정량화된 각성 상태에 기초하여, 상기 조종사에게 적절한 피드백을 제공하는 피드백 제공부;를 더 포함하는, 장치를 제공할 수 있다.The apparatus may further include a feedback providing unit configured to provide appropriate feedback to the pilot based on the pilot's quantified awake state according to the classified state category.
본 개시의 제 3 측면은, 제 1 측면의 방법을 컴퓨터에서 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 제공할 수 있다.A third aspect of the present disclosure can provide a computer readable recording medium having recorded thereon a program for executing the method of the first aspect on a computer.
본 발명에 따르면, 조종사의 생체 신호 분석을 기반으로 비행 중인 조종사의 임무 수행 능력을 실시간으로 감시할 수 있다. 구체적으로, 조종사의 정신적 각성 상태(정신적 작업 부하, 주의력, 피로도 등)에 대한 정량화된 평가를 수행함으로써 조종사의 임무 수행 능력을 실시간으로 감시하고, 비행에 적합한 일정한 수준의 각성 상태 유지가 가능한 피드백을 제공함으로써 안전한 비행 운항 임무 수행을 보장할 수 있다.According to the present invention, the pilot's ability to perform a mission in flight can be monitored in real time based on the biosignal analysis of the pilot. Specifically, by performing a quantitative assessment of the pilot's mental awakening status (mental workload, attention, fatigue, etc.), it is possible to monitor the pilot's performance in real time and provide feedback to maintain a certain level of awakeness suitable for flight. By providing a safe flight mission.
도 1은 일 실시예에 따른 조종사의 각성 상태를 정량화하는 방법의 흐름도이다.
도 2는 일 실시예에 따른 조종사의 각성 상태를 분류하는 예시를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 일 실시예에 따른 복수의 상태 카테고리 각각에 대한 분류 결과 값을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 일 실시예에 따른 기능적 뇌 신경망(Functional Brain Network)을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 일 실시예에 따른 기능적 연결성(Functional Connectivity) 행렬을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 일 실시예에 따른 분류된 상태 카테고리에 따른 조종사의 각성 상태를 정량화하는 예시를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 일 실시예에 따른 각성 상태 정량화 장치의 하드웨어 구성을 도시한 블록도이다.1 is a flowchart of a method of quantifying awake state of a pilot according to an embodiment.
2 is a view for explaining an example of classifying the awakening state of the pilot according to an embodiment.
3 is a diagram illustrating a classification result value for each of a plurality of state categories according to an exemplary embodiment.
4 is a diagram for describing a functional brain neural network according to an embodiment.
FIG. 5 is a diagram for describing a functional connectivity matrix according to an embodiment.
6 is a diagram for describing an example of quantifying awake state of a pilot according to a classified state category, according to an exemplary embodiment.
7 is a block diagram illustrating a hardware configuration of an awakening state quantification device according to an embodiment.
본 명세서에서 다양한 곳에 등장하는 "일부 실시예에서" 또는 "일 실시예에서" 등의 어구는 반드시 모두 동일한 실시예를 가리키는 것은 아니다.The phrases “in some embodiments” or “in one embodiment” appearing in various places in the specification are not necessarily all referring to the same embodiment.
본 개시의 일부 실시예는 기능적인 블록 구성들 및 다양한 처리 단계들로 나타내어질 수 있다. 이러한 기능 블록들의 일부 또는 전부는, 특정 기능들을 실행하는 다양한 개수의 하드웨어 및/또는 소프트웨어 구성들로 구현될 수 있다. 예를 들어, 본 개시의 기능 블록들은 하나 이상의 마이크로프로세서들에 의해 구현되거나, 소정의 기능을 위한 회로 구성들에 의해 구현될 수 있다. 또한, 예를 들어, 본 개시의 기능 블록들은 다양한 프로그래밍 또는 스크립팅 언어로 구현될 수 있다. 기능 블록들은 하나 이상의 프로세서들에서 실행되는 알고리즘으로 구현될 수 있다. 또한, 본 개시는 전자적인 환경 설정, 신호 처리, 및/또는 데이터 처리 등을 위하여 종래 기술을 채용할 수 있다. “매커니즘”, “요소”, “수단” 및 “구성”등과 같은 용어는 넓게 사용될 수 있으며, 기계적이고 물리적인 구성들로서 한정되는 것은 아니다. 또한, 명세서에 기재된 "?부", "?모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되거나 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.Some embodiments of the present disclosure may be represented by functional block configurations and various processing steps. Some or all of these functional blocks may be implemented in various numbers of hardware and / or software configurations that perform particular functions. For example, the functional blocks of the present disclosure may be implemented by one or more microprocessors or by circuit configurations for a given function. In addition, for example, the functional blocks of the present disclosure may be implemented in various programming or scripting languages. The functional blocks may be implemented in algorithms running on one or more processors. In addition, the present disclosure may employ the prior art for electronic configuration, signal processing, and / or data processing. Terms such as "mechanism", "element", "means" and "configuration" may be used widely and are not limited to mechanical and physical configurations. In addition, the terms "?", "?" Module, etc. described in the specification mean a unit for processing at least one function or operation, which may be implemented in hardware or software, or a combination of hardware and software.
또한, 도면에 도시된 구성 요소들 간의 연결 선 또는 연결 부재들은 기능적인 연결 및/또는 물리적 또는 회로적 연결들을 예시적으로 나타낸 것일 뿐이다. 실제 장치에서는 대체 가능하거나 추가된 다양한 기능적인 연결, 물리적인 연결, 또는 회로 연결들에 의해 구성 요소들 간의 연결이 나타내어질 수 있다.In addition, the connecting lines or connecting members between the components shown in the drawings are merely illustrative of functional connections and / or physical or circuit connections. In an actual device, the connections between components may be represented by various functional connections, physical connections, or circuit connections that are replaceable or added.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명한다.Hereinafter, with reference to the drawings will be described embodiments of the present invention;
도 1은 일 실시예에 따른 조종사의 각성 상태를 정량화하는 방법의 흐름도이다. 1 is a flowchart of a method of quantifying awake state of a pilot according to an embodiment.
도 1을 참조하면, 단계 110에서 각성 상태 정량화 장치는 비행 중 조종사의 생체 신호를 수신할 수 있다. Referring to FIG. 1, in
각성 상태 정량화 장치는 조종사가 비행기를 조종하는 동안 조종사의 생체 신호를 수신할 수 있다. 조종사가 비행기를 장시간 조종함에 따라 피로도가 증가하거나 주의력이 저하될 수 있으며, 각성 상태 정량화 장치는 조종사의 각성 상태에 따라 변화하는 생체 신호를 수신함으로써 조종사의 각성 상태를 분석할 수 있다.The alert state quantification device may receive the pilot's biosignal while the pilot is piloting the plane. As the pilot controls the airplane for a long time, fatigue or declining attention may be increased, and the awakening state quantification device may analyze the awakening state of the pilot by receiving a biosignal that changes according to the awakening state of the pilot.
각성 상태 정량화 장치는 비행 중인 조종사의 다양한 종류의 생체 신호를 수신할 수 있다. 예를 들어, 생체 신호는 뇌파, 심박도, 호흡 및 피부 전기활동에 관한 신호를 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.The awakening state quantification device may receive various types of biosignals of a pilot in flight. For example, the biosignal may include, but is not limited to, signals relating to EEG, heart rate, respiration, and skin electrical activity.
각성 상태 정량화 장치는 다양한 종류의 생체 신호 별 시간 영역과 주파수 영역에서 조종사의 각성 상태와 관련이 높은 특징을 추출할 수 있다.The awakening state quantification device may extract a feature that is highly related to the awakening state of the pilot in various kinds of time and frequency domains for each biosignal.
구체적으로, 뇌파란 시냅스의 전기적 활동에 따른 전기적 신호를 의미한다. 뇌파의 주파수에 따른 대역 별 특징, 시간 영역에서의 특징 등은 조종사의 의도 및 상태에 따라 변한다. 각성 상태 정량화 장치는 뇌파의 델타, 세타, 알파, 베타파에 대해 1Hz~30Hz의 대역폭 필터링을 적용할 수 있다. 조종사의 각성 상태와 관련이 높은 특징을 추출하기 위해, 각성 상태 정량화 장치는 뇌파의 델타, 세타, 알파, 베타파의 주파수 영역의 활성화 에너지의 변화 정도를 분석할 수 있다.Specifically, EEG refers to the electrical signal according to the electrical activity of the synapse. The characteristics of each band according to the frequency of the EEG and the characteristics in the time domain vary according to the pilot's intention and condition. The awakening state quantifier can apply bandwidth filtering from 1Hz to 30Hz for delta, theta, alpha and beta waves of EEG. In order to extract features that are highly related to the pilot's awakening state, the awakening state quantifier can analyze the degree of change in activation energy in the frequency domain of the delta, theta, alpha, and beta waves of the brain waves.
또한, 심전도란 심박동과 관련된 전위를 신체 표면에서 도형으로 기록한 것을 의미한다.. 조종사의 각성 상태와 관련이 높은 특징을 추출하기 위해, 각성 상태 정량화 장치는 시간 영역에서 분당 심박수를 분석하고, 주파수 영역을 0.04Hz~0.15Hz의 주파수와 0.15Hz~0.4Hz의 주파수로 구분하여 대역 별 크기의 변화를 분석할 수 있다.In addition, electrocardiogram refers to recording the potential associated with the heartbeat in the form of a figure on the body surface. In order to extract a feature highly related to the pilot's alert state, the alert state quantification device analyzes the heart rate per minute in the time domain and the frequency domain. It is possible to analyze the change of size by band by dividing the frequency into 0.04Hz ~ 0.15Hz frequency and 0.15Hz ~ 0.4Hz frequency.
또한, 호흡과 관련하여, 각성 상태 정량화 장치는 조종사의 각성 상태와 관련이 높은 특징을 추출하기 위해, 시간 영역에서 분당 호흡수를 분석하고, 주파수 영역에서 DRF(Dominant Respiration Frequency)인 0.1Hz~1.5Hz 영역 대의 에너지 크기 변화를 분석할 수 있다.In addition, in relation to breathing, the awakening quantification device analyzes the respiratory rate per minute in the time domain and extracts the Dominant Respiration Frequency (DRF) in the frequency domain, in order to extract features that are highly related to the pilot's awakening status. The change in energy magnitude in the Hz region can be analyzed.
또한, 피부 전기 활동은 조종사의 각성 상태에 따라 자율신경계의 교감 신경과 부교감 신경의 제어 작용으로 땀 분비 양이 달라지는 것을 이용한 것이다. 각성 상태 정량화 장치는 시간 영역에서 땀의 분비 양에 따라서 피부의 습도가 변화를 하고 그에 따른 전기 전도도의 변화에 기초하여 조종사의 각성 상태와 관련이 높은 특징을 추출할 수 있다.In addition, the skin electrical activity is used by the amount of sweat secreted by the control action of the sympathetic and parasympathetic nerves of the autonomic nervous system according to the pilot's arousal state. The awakening state quantification device may extract a feature that is highly related to the awakening state of the pilot based on the change in the humidity of the skin according to the amount of sweat secreted in the time domain and the change in the electrical conductivity accordingly.
한편, 조종사의 각종 생체 신호를 감지하기 위한 생체 신호 센서는 조종사의 신체에 부착될 수 있다. 구체적으로, 조종사의 뇌파는 비침습적 방식으로 조종사의 두피에서 측정될 수 있다. 예를 들어, 10-20 국제 전극 배치 방법에 따라 일반적으로 Cz, C3, C4, Oz, O3, O4 등의 64개의 채널을 사용해 운동 영역을 포함하는 두정엽, 시각 영역을 포함하는 후두엽, 집중도 관련 영역을 포함하는 전두엽 등 전반적인 뇌의 영역에서의 신호를 측정할 수 있다. 또한, 심전도, 심박수 등은 일반적으로 RA, LA, LL의 3 전극 시스템을 이용하여 측정될 수 있다. 호흡, 혈압 등은 웨어러블 장치(예를 들어, 스마트 밴드)를 이용하여 측정될 수 있다. 또한, 피부 전기활동은 조종사의 팔이나 손가락에 센서를 부착시켜 측정할 수 있다.Meanwhile, a biosignal sensor for sensing various biosignals of the pilot may be attached to the body of the pilot. Specifically, the pilot's brain waves may be measured at the pilot's scalp in a non-invasive manner. For example, according to the 10-20 international electrode placement method, 64 channels such as Cz, C3, C4, Oz, O3, O4 are generally used, including the parietal lobe containing the motor area, the occipital lobe including the visual area, and the concentration-related area. Signals in the area of the overall brain, including the frontal lobe, can be measured. In addition, electrocardiogram, heart rate and the like can generally be measured using a three electrode system of RA, LA, LL. Breathing, blood pressure, etc. can be measured using a wearable device (eg, a smart band). In addition, skin electrical activity can be measured by attaching sensors to the pilot's arms or fingers.
단계 120에서 각성 상태 정량화 장치는 조종사의 생체 신호를 분석함으로써, 조종사의 각성 상태를 복수의 상태 카테고리 중 어느 하나로 분류할 수 있다. In
각성 상태 정량화 장치는 조종사의 생체 신호를 분류기에 입력함으로써, 조종사의 각성 상태를 복수의 상태 카테고리 중 어느 하나로 분류할 수 있다. 단계 110에서 각성 상태 정량화 장치는 다양한 종류의 생체 신호 별 시간 영역과 주파수 영역에서 조종사의 각성 상태와 관련이 높은 특징을 추출하므로, 각성 상태 정량화 장치는 조종사의 다양한 종류의 생체 신호로부터 추출된 조종사의 각성 상태와 관련이 높은 특징 데이터를 분류기에 입력할 수 있다. 일 실시예에서 상태 카테고리는 "적합 상태", "집중력 저하", "피로", "작업 부하" 및 "무의식"을 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.The awakening state quantifier may classify the awakening state of the pilot into any of a plurality of state categories by inputting the pilot's biosignal into the classifier. In
일 실시예에서 조종사의 각성 상태를 복수의 상태 카테고리 중 어느 하나로 분류하는 분류기는 LDA(Linear Discriminant Analysis) 또는 SVM(Support Vector Machines)일 수 있다. LDA(Linear Discriminant Analysis)는 선형 분류에 용이하고, RBF(Radial Basis Function) 커널을 이용하는 SVM(Support Vector Machines)은 비선형 분류에 용이하다. 또한, 분류기는 RCNN(Recurrent Convolutional Neural Network)과 같은 인공 신경망 모델일 수도 있다. 그러나, 분류기의 종류는 이에 제한되지 않는다.In one embodiment, the classifier that classifies the awakening status of the pilot into any one of the plurality of status categories may be Linear Discriminant Analysis (LDA) or Support Vector Machines (SVM). Linear Discriminant Analysis (LDA) is easy for linear classification, and Support Vector Machines (SVM) using the Radial Basis Function (RBF) kernel are easy for nonlinear classification. The classifier may also be an artificial neural network model such as Recurrent Convolutional Neural Network (RCNN). However, the type of classifier is not limited thereto.
일 실시예에서 조종사의 생체 신호로부터 추출된 각성 상태와 높은 관련성을 갖는 데이터가 분류기에 입력되면, 복수의 상태 카테고리 각각에 대한 분류 결과 값이 산출될 수 있다. 예를 들어, 상태 카테고리가 "적합 상태", "집중력 저하", "피로", "작업 부하" 및 "무의식"을 포함하는 경우, 다섯 가지 상태 카테고리 각각에 대한 분류 결과 값이 산출될 수 있다. 이 경우, 각성 상태 정량화 장치는 다섯 가지 상태 카테고리 각각에 대한 분류 결과 값을 비교한 후, 가장 큰 분류 결과 값을 갖는 카테고리로 조종사의 각성 상태를 분류할 수 있다.In an embodiment, when data having a high correlation with the arousal state extracted from the pilot's biosignal is input to the classifier, a classification result value for each of the plurality of state categories may be calculated. For example, when the status category includes "fit status", "decent concentration", "fatigue", "work load" and "unconscious", the classification result value for each of the five status categories can be calculated. In this case, the awakening state quantification apparatus may compare the classification result values for each of the five state categories, and then classify the pilot's awakening states into the category having the largest classification result value.
각성 상태 정량화 장치는 분류기로부터 출력된 복수의 상태 카테고리 각각에 대한 분류 결과 값에 Softmax Function을 적용할 수 있다. Softmax Function이 적용됨으로써, 복수의 상태 카테고리 각각에 대한 분류 결과 값의 총합이 1이 될 수 있다. 즉, 분류 결과 값을 정규화할 수 있다.The awakening state quantification apparatus may apply the Softmax function to the classification result values for each of the plurality of state categories output from the classifier. By applying the Softmax Function, the sum of the classification result values for each of the plurality of state categories may be 1. That is, the classification result value can be normalized.
단계 130에서 각성 상태 정량화 장치는 생체 신호에 포함된 뇌파를 분석함으로써, 분류된 상태 카테고리에 따른 조종사의 각성 상태를 정량화할 수 있다.In
각성 상태 정량화 장치는 비행 중 조종사의 뇌파 신호 쌍들 간의 위상 지연 지수(Phase Lag Index, 이하 PLI)를 산출할 수 있다. PLI는 뇌파 신호 쌍들 간의 위상 차 분포의 비대칭 측정 방법이다. 일 실시예에서 PLI는 EEG(Electroencephalogram) 전극(electrode)에서 획득된 뇌파 신호 쌍을 이용하여 산출될 수 있다.The waking state quantification device may calculate a phase lag index (PLI) between pilot EEG signal pairs during the flight. PLI is a method of measuring asymmetry of the phase difference distribution between EEG signal pairs. In one embodiment, the PLI may be calculated using an EEG signal pair obtained from an electroencephalogram (EGE) electrode.
PLI는 EEG 신호의 단점인 볼륨 전도에 민감하지 않고, 계산이 비교적 복잡하지 않으므로, 실시간으로 정확한 분석이 필요한 조종사의 각성 상태 정량화 방법에 사용하기 적합하다.PLI is not sensitive to volume conduction, which is a disadvantage of EEG signals, and its computation is relatively complex, making it suitable for use in pilot awakening quantification methods that require accurate analysis in real time.
PLI는 아래의 수학식 1과 같이 표현될 수 있다.PLI may be expressed as
일 실시예에서 각성 상태 정량화 장치는 비행 중 조종사의 뇌파의 세타, 알파, 베타파에 대해 대역 필터링을 적용할 수 있다. 각성 상태 정량화 장치는 대역 필터링된 뇌파 신호 쌍들 간의 PLI를 산출할 수 있다.In one embodiment, the awakening state quantification device may apply band filtering to theta, alpha, and beta waves of the pilot's brain waves during the flight. The waking state quantification device may calculate the PLI between the band-filtered EEG signal pairs.
각성 상태 정량화 장치는 위상 지연 지수를 이용하여 기능적 연결성(Functional Connectivity) 행렬을 생성할 수 있다. 또한, 각성 상태 정량화 장치는 그래프 이론(Graph Theory)을 이용하여 기능적 연결성 행렬을 분석함으로써, 분류된 상태 카테고리에 따른 조종사의 각성 상태를 정량화할 수 있다. 일 실시예에서 각성 상태 정량화 장치는 그래프 이론(Graph Theory)을 이용하여 기능적 연결성 행렬의 Global efficiency 값 또는 Local efficiency 값을 산출함으로써, Global/Local efficiency 값으로 조종사의 각성 상태를 정량화할 수 있다. The awakening state quantifier may generate a functional connectivity matrix using the phase delay index. In addition, the awakening state quantification apparatus may quantify the awakening state of the pilot according to the classified state category by analyzing the functional connectivity matrix using a graph theory. In one embodiment, the awakening state quantification apparatus may quantify the awakening state of the pilot by a global / local efficiency value by calculating a global efficiency value or a local efficiency value of the functional connectivity matrix using a graph theory.
기능적 연결성 행렬을 생성하는 내용과 그래프 이론(Graph Theory)을 이용하여 조종사의 각성 상태를 정량화하는 구체적인 설명은 도 5에서 후술하기로 한다.Details of generating a functional connectivity matrix and a detailed description of quantifying the awakening state of the pilot using a graph theory will be described later with reference to FIG. 5.
각성 상태 정량화 장치는 조종사의 각성 상태를 정량화한 Global/Local efficiency 값을 조종사에게 시각적으로 제공할 수 있다. 또한, 각성 상태 정량화 장치는 Global/Local efficiency 값에 기초하여 조종사에게 적절한 피드백을 제공할 수 있다.The awakening state quantifier can provide the pilot with a global / local efficiency value that quantifies the awakening state of the pilot. In addition, the awake state quantification device may provide appropriate feedback to the pilot based on the Global / Local efficiency value.
실제 비행 환경에서 조종사는 다양한 변화 요인 및 외부의 영향을 받을 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 비행에 부적합한 각성 상태로 인한 인지 기능 저하 수준 등을 정밀하게 측정할 수 있다. 또한, 정밀하게 측정된 조종사의 각성 상태에 기초하여 조종사에게 피드백을 제공함으로써, 부적합한 각성 상태를 적절하게 완화시킬 수 있다.In a real flight environment, pilots can be affected by a variety of factors and external influences. According to one embodiment of the present invention, it is possible to accurately measure the level of cognitive decline due to the awakening state unsuitable for flight. In addition, by providing feedback to the pilot based on the precisely measured pilot's alert state, the inappropriate alert state can be moderately moderated.
한편, 도 1에서는 조종사의 비행 중 각성 상태를 정량화하는 방법으로 한정하였으나, 각성 상태 정량화 장치는 유/무인항공기를 조종하는 조종사 외에도, 버스, 열차, 자동차 등을 운행하는 운전자의 운행 중 각성 상태를 정량화할 수 있음은 통상의 기술자에게 자명하다. 즉, 본 발명에 따른 각성 상태 정량화 장치는 항공기뿐만이 아니라 버스, 열차 등의 대중교통 운전사들의 사고 예방에 활용될 수 있다.On the other hand, in Figure 1, but limited to the method of quantifying the awake state of the pilot's flight, the awakening state quantification device in addition to the pilot maneuver the maneuver / drone, in addition to the pilot of the driver operating a bus, train, car, etc. It is apparent to those skilled in the art that quantification is possible. That is, the awakening state quantification device according to the present invention can be used for preventing accidents of public transportation drivers such as buses and trains as well as aircraft.
도 2는 일 실시예에 따른 조종사의 각성 상태를 분류하는 예시를 설명하기 위한 도면이다.2 is a view for explaining an example of classifying the awakening state of the pilot according to an embodiment.
각성 상태 정량화 장치는 조종사의 생체 신호를 분류기에 입력함으로써, 조종사의 각성 상태를 복수의 상태 카테고리 중 어느 하나로 분류할 수 있다. 즉, 조종사의 다양한 종류의 생체 신호로부터 추출된 조종사의 각성 상태와 관련이 높은 특징 데이터가 분류기에 입력될 수 있다.The awakening state quantifier may classify the awakening state of the pilot into any of a plurality of state categories by inputting the pilot's biosignal into the classifier. That is, feature data highly related to the awakening state of the pilot extracted from various kinds of biosignals of the pilot may be input to the classifier.
일 실시예에서 조종사의 각성 상태를 복수의 상태 카테고리 중 어느 하나로 분류하는 분류기는 LDA(Linear Discriminant Analysis) 또는 SVM(Support Vector Machines)일 수 있다. LDA(Linear Discriminant Analysis)는 선형 분류에 용이하고, RBF(Radial Basis Function) 커널을 이용하는 SVM(Support Vector Machines)은 비선형 분류에 용이하다. 또한, 분류기는 RCNN(Recurrent Convolutional Neural Network)과 같은 인공 신경망 모델일 수도 있다. 그러나, 분류기의 종류는 이에 제한되지 않는다.In one embodiment, the classifier that classifies the awakening status of the pilot into any one of the plurality of status categories may be Linear Discriminant Analysis (LDA) or Support Vector Machines (SVM). Linear Discriminant Analysis (LDA) is easy for linear classification, and Support Vector Machines (SVM) using the Radial Basis Function (RBF) kernel are easy for nonlinear classification. The classifier may also be an artificial neural network model such as Recurrent Convolutional Neural Network (RCNN). However, the type of classifier is not limited thereto.
일 실시예에서 상태 카테고리는 집중력 저하, 피로, 작업 부하 및 적합 상태를 포함할 수 있다. 조종사의 생체 신호로부터 추출된 각성 상태와 관련이 높은 특징 데이터가 분류기에 입력되면, 분류기로부터 출력된 결과값을 통해 네 가지 카테고리 각각에 대한 분류 결과 값을 산출할 수 있다.In one embodiment, the status category may include reduced concentration, fatigue, workload, and fitness status. When the feature data related to the awakening state extracted from the pilot's biosignal is input to the classifier, the classification result value for each of the four categories may be calculated through the result value output from the classifier.
예를 들어, 조종사의 다양한 종류의 생체 신호로부터 추출된 조종사의 각성 상태와 관련이 높은 특징 데이터(250)가 그래프(200)에 표시된 경우, 특징 데이터(250)와 네 가지 상태 카테고리에 대응되는 결정 경계들(Decision Boundary)(210, 220, 230 및 240) 간의 거리(251, 252, 253 및 254)가 산출될 수 있다. 이 때, 거리(251, 252, 253 및 254)의 역수는 결정 경계들(210, 220, 230 및 240)에 대응되는 네 가지 상태 카테고리 각각에 대한 분류 결과 값일 수 있다.For example, if
각성 상태 정량화 장치는 특징 데이터(250)와 결정 경계들(210, 220, 230 및 240) 간의 거리(251, 252, 253 및 254)를 비교한 후, 조종사의 각성 상태를 가장 짧은 거리(252)를 갖는 결정 경계(220)에 대응하는 카테고리로 분류할 수 있다. 즉, 조종사의 각성 상태는 '피로'로 결정될 수 있다.The awakening state quantifier compares the
한편, 각성 상태 정량화 장치는 분류기로부터 출력된 복수의 상태 카테고리 각각에 대한 분류 결과 값에 Softmax Function을 적용할 수 있다. Softmax Function이 적용됨으로써, 복수의 상태 카테고리 각각에 대한 분류 결과 값의 총합이 1이 될 수 있다. 즉, 각성 상태 정량화 장치는 특징 데이터(250)와 결정 경계들(210, 220, 230 및 240) 간의 거리(251, 252, 253 및 254)를 산출한 후, 산출된 거리(251, 252, 253 및 254)에 Softmax Function을 적용할 수 있다. Softmax Function이 적용을 통해 거리(251, 252, 253 및 254)의 총합이 되도록 정규화할 수 있다.Meanwhile, the arousal state quantification apparatus may apply the Softmax function to the classification result values for each of the plurality of state categories output from the classifier. By applying the Softmax Function, the sum of the classification result values for each of the plurality of state categories may be 1. That is, the awakening state quantification apparatus calculates the
도 3은 일 실시예에 따른 복수의 상태 카테고리 각각에 대한 분류 결과 값을 설명하기 위한 도면이다.3 is a diagram illustrating a classification result value for each of a plurality of state categories according to an exemplary embodiment.
각성 상태 정량화 장치는 조종사의 생체 신호를 분류기에 입력함으로써, 조종사의 각성 상태를 복수의 상태 카테고리 중 어느 하나로 분류할 수 있다. The awakening state quantifier may classify the awakening state of the pilot into any of a plurality of state categories by inputting the pilot's biosignal into the classifier.
일 실시예에서 상태 카테고리는 적합 상태, 피로, 작업 부하 및 집중력 저하를 포함할 수 있다. 조종사의 생체 신호로부터 추출된 각성 상태와 관련이 높은 특징 데이터가 분류기에 입력되면, 분류기로부터 출력된 결과값을 통해 네 가지 카테고리 각각에 대한 분류 결과 값을 산출할 수 있다.In one embodiment, the status category may include fit status, fatigue, workload, and reduced concentration. When the feature data related to the awakening state extracted from the pilot's biosignal is input to the classifier, the classification result value for each of the four categories may be calculated through the result value output from the classifier.
도 3을 참조하면, 적합 상태, 피로, 작업 부하 및 집중력 저하 카테고리 각각에 대한 분류 결과 값은 0.6, 0.1, 0.2 및 0.1임을 알 수 있다. 네 가지 카테고리에 대한 분류 결과 값의 총합은 1이 되는데, 각성 상태 정량화 장치는 분류기로부터 출력된 복수의 상태 카테고리 각각에 대한 분류 결과 값에 Softmax Function을 적용함으로써, 복수의 상태 카테고리 각각에 대한 분류 결과 값의 총합이 1이 될 수 있다. 복수의 상태 카테고리 각각에 대한 분류 결과 값이 도 3과 같이 도출된 경우, 각성 상태 정량화 장치는 조종사의 각성 상태를 "적합 상태"로 분류할 수 있다.Referring to FIG. 3, it can be seen that the classification result values of the fit state, the fatigue, the workload, and the concentration deterioration category are 0.6, 0.1, 0.2, and 0.1, respectively. The sum of the classification result values for the four categories is 1, and the awakening state quantification device applies the Softmax function to the classification result values for each of the plurality of state categories output from the classifier, thereby classifying the classification result for each of the plurality of state categories. The sum of the values can be one. When the classification result value for each of the plurality of state categories is derived as shown in FIG. 3, the awakening state quantification device may classify the awakening state of the pilot as a "fit state".
도 4는 일 실시예에 따른 기능적 뇌 신경망(Functional Brain Network)을 설명하기 위한 도면이다.4 is a diagram for describing a functional brain neural network according to an embodiment.
도 4를 참조하면, 기능적 뇌 신경망(Functional Brain Network)은 뇌의 영역 별 연결성을 특징으로 하는 신경망이다. 기능적 뇌 신경망은 노드(또는 버텍스)(410)와 노드(410)를 연결하는 링크(또는 에지)(420)로 구성된다. 노드(410)는 뇌의 각 영역을 나타내며, 링크(420)는 노드(410) 간의 anatomical, functional, 또는 effective 연결을 나타낼 수 있다. 일 실시예에서 기능적 뇌 신경망을 구성하는 노드(410)는 EEG 전극을 나타내고, 링크(420)는 각 EEG 전극으로부터 수신된 신호 간의 상관성을 나타낼 수 있다.Referring to FIG. 4, the functional brain neural network is a neural network characterized by connectivity between regions of the brain. The functional brain neural network consists of a node (or vertex) 410 and a link (or edge) 420 connecting
도 5는 일 실시예에 따른 기능적 연결성(Functional Connectivity) 행렬을 설명하기 위한 도면이다.FIG. 5 is a diagram for describing a functional connectivity matrix according to an embodiment.
기능적 연결성 행렬(500)은, 도 4에서 상술한 기능적 뇌 신경망을 노드 간의 연결성(또는 인접성)으로 나타낸 것이다. 즉, 기능적 연결성 행렬(500)은 Functional datasets(예를 들어, functional MRI, MEG, EEG)의 노드 간 연결성(correlation)을 행렬 요소로 갖는다.
일 실시예에서 각성 상태 정량화 장치는 PLI를 이용하여 기능적 연결성 행렬(500)의 행렬 요소 즉, 노드 간의 연결성을 산출함으로써 기능적 연결성 행렬(500)을 생성할 수 있다. PLI는 EEG 전극에서 획득된 뇌파 신호 쌍을 이용하여 산출될 수 있다. 예를 들어, 64개의 EEG 전극으로부터 획득된 신호를 입력으로 했을 때, 64x64 크기를 갖는 기능적 연결성 행렬(500)이 생성될 수 있다. 예를 들어, 기능적 연결성 행렬(500)에서 붉은 색으로 표시된 행렬 요소는 노드 간 연결성이 높음을 나타내고, 푸른 색으로 행렬 요소는 노드 간 연결성이 낮음을 나타낼 수 있다.In one embodiment, the awakening state quantification apparatus may generate the
각성 상태 정량화 장치는 그래프 이론(Graph Theory)을 이용하여 기능적 연결성 행렬(500)을 분석함으로써, 분류된 상태 카테고리에 따른 조종사의 각성 상태를 정량화할 수 있다. The awakening state quantification apparatus may quantify the awakening state of the pilot according to the classified state category by analyzing the
구체적으로, 각성 상태 정량화 장치는 그래프 이론(Graph Theory)을 이용하여 기능적 연결성 행렬(500)에 대한 기능적 통합(Functional Integration) 정도를 수치적으로 계산할 수 있다. 기능적 통합이란, 뇌 영역 간 분산된 정보를 얼마나 효율적으로 통합하고 처리하는지를 나타내는 개념이다. 뇌의 기능적 통합 정도를 수치적으로 계산하기 위해, 뇌의 각 영역 간의 상호 정보 교환의 용이성을 측정하고 경로 개념을 적용한다. 여기서, 경로란 노드(예를 들어, EEG 전극) 간의 링크를 의미하며, 경로의 길이가 짧을수록 뇌의 영역 간 기능적 통합 정도가 높다는 것을 의미할 수 있다.In detail, the awakening state quantification apparatus may numerically calculate the degree of functional integration of the
일 실시예에서 기능적 연결성 행렬(500)에 대한 기능적 통합 정도를 계산하는 방법으로서, 각성 상태 정량화 장치는 기능적 연결성 행렬(500)의 Global efficiency 값 또는 Local efficiency 값을 산출할 수 있다. Global efficiency 값은 기능적 뇌 신경망에서 상호 정보 교환의 전체적인 효율성을 나타내고, Local efficiency 값은 Local 클러스터 내부에서의 정보 전달의 효율성을 나타낸다.In one embodiment, as a method of calculating the degree of functional integration for the
기능적 연결성 행렬(500)의 Global efficiency 값은 아래의 수학식 2와 같이 표현되고, Local efficiency 값은 아래의 수학식 3과 같이 표현될 수 있다.The global efficiency value of the
일 실시예에서 조종사가 비행 적합 상태일 때 Global/Local efficiency 값은 큰 값을 가지고, 작업 부하나 집중력 분산 등의 주의력 부족과 같은 비행 부적합 상태일 때 Global/Local efficiency 값은 작은 값을 가질 수 있다.In one embodiment, the global / local efficiency value may have a large value when the pilot is in a flight-suitable state, and the global / local efficiency value may have a small value when the pilot is in a non-compliance state such as a lack of attention, such as workload or concentration dispersion. .
한편, 조종사의 각성 상태 정도는 조종사 별로 다른 기준 값을 갖는다. 이에 따라, Global/Local efficiency 값이 조종사 별로 조정될 필요가 있다. 이를 위해, 각성 상태 정량화 장치는 조종사가 비행 적합 상태일 때 조종사의 생체 신호를 획득할 수 있다. 예를 들어, 조종사가 비행기를 조종하기 전, 조종사의 피로도가 누적되지 않은 상태에서 조종사의 생체 신호를 획득할 수 있다. 비행 적합 상태일 때 조종사의 생체 신호는 주기적으로 갱신됨으로써 데이터베이스화될 수 있다.On the other hand, the degree of awakening of the pilot has a different reference value for each pilot. Accordingly, global / local efficiency values need to be adjusted for each pilot. To this end, the awakening state quantification device may acquire the pilot's biosignal when the pilot is in a flight-compatible state. For example, before the pilot controls the plane, the pilot's biosignal may be acquired without the pilot's fatigue accumulating. The pilot's biosignal can be databased by being periodically updated when in flight compliance.
각성 상태 정량화 장치는 조종사가 비행 적합 상태일 때 조종사의 생체 신호를 획득한 후, 비행 적합 상태일 때 조종사의 생체 신호를 기준으로 Global/Local efficiency 값을 조정할 수 있다. 일 실시예에서 각성 상태 정량화 장치는 조종사 별로 가장 큰 efficiency 값을 1로 설정하고, 가장 작은 efficiency 값을 0으로 설정함으로써, 조종사의 Global/Local efficiency 값이 0~1 사이로 정규화되도록 Global/Local efficiency 값을 조정할 수 있다.The awakening state quantification device may adjust the global / local efficiency value based on the pilot's biosignal when the pilot obtains the biosignal when the pilot is in a flight-suitable state. In one embodiment, the awakening state quantifier sets the largest efficiency value for each pilot to 1 and the smallest efficiency value to 0, so that the global / local efficiency value of the pilot is normalized between 0 and 1. Can be adjusted.
도 6은 일 실시예에 따른 분류된 상태 카테고리에 따른 조종사의 각성 상태를 정량화하는 예시를 설명하기 위한 도면이다.FIG. 6 is a diagram illustrating an example of quantifying awake state of a pilot according to a classified state category, according to an exemplary embodiment.
각성 상태 정량화 장치는 조종사의 생체 신호를 분류기에 입력함으로써, 조종사의 각성 상태를 복수의 상태 카테고리 중 어느 하나로 분류할 수 있다. The awakening state quantifier may classify the awakening state of the pilot into any of a plurality of state categories by inputting the pilot's biosignal into the classifier.
일 실시예에서 상태 카테고리는 적합 상태, 피로, 작업 부하 및 집중력 저하를 포함할 수 있다. 조종사의 생체 신호로부터 추출된 각성 상태와 관련이 높은 특징 데이터가 분류기에 입력되면, 분류기로부터 출력된 결과값을 통해 네 가지 카테고리 각각에 대한 분류 결과 값을 산출할 수 있다.In one embodiment, the status category may include fit status, fatigue, workload, and reduced concentration. When the feature data related to the awakening state extracted from the pilot's biosignal is input to the classifier, the classification result value for each of the four categories may be calculated through the result value output from the classifier.
도 6을 참조하면, 적합 상태, 피로, 작업 부하 및 집중력 저하 카테고리 각각에 대한 분류 결과 값은 0.2, 0.6, 0.2 및 0.1임을 알 수 있다. 네 가지 카테고리에 대한 분류 결과 값의 총합은 1이 되는데, 각성 상태 정량화 장치는 분류기로부터 출력된 복수의 상태 카테고리 각각에 대한 분류 결과 값에 Softmax Function을 적용함으로써, 복수의 상태 카테고리 각각에 대한 분류 결과 값의 총합이 1이 될 수 있다. 복수의 상태 카테고리 각각에 대한 분류 결과 값이 도 6과 같이 도출된 경우, 각성 상태 정량화 장치는 조종사의 각성 상태를 "피로"로 분류할 수 있다.Referring to FIG. 6, it can be seen that the classification result values of the fit state, fatigue, workload, and concentration decay categories are 0.2, 0.6, 0.2, and 0.1, respectively. The sum of the classification result values for the four categories is 1, and the awakening state quantification device applies the Softmax function to the classification result values for each of the plurality of state categories output from the classifier, thereby classifying the classification result for each of the plurality of state categories. The sum of the values can be one. When the classification result value for each of the plurality of state categories is derived as shown in FIG. 6, the awakening state quantification device may classify the awakening state of the pilot as “fatigue”.
각성 상태 정량화 장치는 PLI를 이용하여 기능적 연결성 행렬의 행렬 요소를 산출함으로써 기능적 연결성 행렬을 생성할 수 있다. 또한, 각성 상태 정량화 장치는 그래프 이론(Graph Theory)을 이용하여 기능적 연결성 행렬을 분석함으로써, 분류된 상태 카테고리에 따른 조종사의 각성 상태를 정량화할 수 있다. The awakening state quantifier may generate a functional connectivity matrix by calculating matrix elements of the functional connectivity matrix using the PLI. In addition, the awakening state quantification apparatus may quantify the awakening state of the pilot according to the classified state category by analyzing the functional connectivity matrix using a graph theory.
일 실시예에서 조종사의 각성 상태는 기능적 연결성 행렬에 그래프 이론을 적용하여 산출된 Global/Local efficiency 값으로 정량화될 수 있다. 조종사가 비행 적합 상태일 때 Global/Local efficiency 값은 큰 값을 가지고, 작업 부하나 집중력 분산 등의 주의력 부족과 같은 비행 부적합 상태일 때 Global/Local efficiency 값은 작은 값을 가질 수 있다. In one embodiment, the pilot's arousal state can be quantified by a Global / Local efficiency value calculated by applying graph theory to the functional connectivity matrix. The global / local efficiency value may be large when the pilot is in flight compliance and the global / local efficiency value may be small when the pilot is inadequate, such as lack of attention, such as workload or concentration dissipation.
한편, 조종사의 각성 상태 정도는 조종사 별로 다른 기준 값을 갖는다. 이에 따라, Global/Local efficiency 값이 조종사 별로 조정될 필요가 있다. 이를 위해, 각성 상태 정량화 장치는 조종사가 비행 적합 상태일 때 조종사의 생체 신호를 획득할 수 있다. 각성 상태 정량화 장치는 조종사가 비행 적합 상태일 때 조종사의 생체 신호를 획득한 후, 비행 적합 상태일 때 조종사의 생체 신호를 기준으로 Global/Local efficiency 값을 조정할 수 있다. 일 실시예에서 각성 상태 정량화 장치는 조종사 별로 가장 큰 efficiency 값을 1로 설정하고, 가장 작은 efficiency 값을 0으로 설정함으로써, 조종사의 Global/Local efficiency 값이 0~1 사이로 정규화되도록 Global/Local efficiency 값을 조정할 수 있다.On the other hand, the degree of awakening of the pilot has a different reference value for each pilot. Accordingly, global / local efficiency values need to be adjusted for each pilot. To this end, the awakening state quantification device may acquire the pilot's biosignal when the pilot is in a flight-compatible state. The awakening state quantification device may adjust the global / local efficiency value based on the pilot's biosignal when the pilot obtains the biosignal when the pilot is in a flight-suitable state. In one embodiment, the awakening state quantifier sets the largest efficiency value for each pilot to 1 and the smallest efficiency value to 0, so that the global / local efficiency value of the pilot is normalized between 0 and 1. Can be adjusted.
도 6을 참조하면, 비행 중 조종사의 각성 상태를 정량화한 Global efficiency 값이 0.75의 비교적 높은 값을 가짐을 확인할 수 있다. 즉, 이 경우 조종사는 피로가 약간 누적된 상태임을 나타낸다. 한편, 도 6에 도시된 Global efficiency 값은 비행 적합 상태일 때 조종사의 생체 신호를 기준으로 조정된 값일 수 있다. Referring to FIG. 6, it can be seen that the global efficiency value quantifying the awake state of the pilot during the flight has a relatively high value of 0.75. That is, in this case the pilot indicates a slight accumulation of fatigue. Meanwhile, the global efficiency value shown in FIG. 6 may be a value adjusted based on a pilot's biosignal when in a flight suitable state.
각성 상태 정량화 장치는 분류된 상태 카테고리에 따른 조종사의 정량화된 각성 상태 정보를 조종사에게 제공할 수 있다. 일 실시예에서 각성 상태 정량화 장치는 디스플레이를 통해, 도 6에 도시된 바와 같이, 상태 카테고리 별 분류 결과 값 및 분류된 상태 카테고리에 따른 각성 상태 수치를 조종사에게 제공할 수 있다. 예를 들어, 상태 카테고리 별 분류 결과 값 및 분류된 상태 카테고리에 따른 각성 상태 수치는, 헤드 업 디스플레이(Head Up Display, HUD), 헤드 마운트 디스플레이(Head Mount Display, HMD), 또는 계기판 등을 통해 조종사에게 제공될 수 있다. 또는, 각성 상태 정량화 장치는 상태 카테고리 별 분류 결과 값 및 분류된 상태 카테고리에 따른 각성 상태 수치를 관제탑 등에 전송할 수 있다. The awakening state quantification device may provide the pilot with quantified awakening state information of the pilot according to the classified state category. According to an embodiment, the awakening state quantification apparatus may provide a pilot with a classification result value for each state category and an awakening state value according to the classified state category, as shown in FIG. 6. For example, the classification result value for each state category and the awakening state value according to the classified state category are pilots through a head up display (HUD), a head mount display (HMD), or an instrument panel. It may be provided to. Alternatively, the awakening state quantification device may transmit the classification result value for each state category and the awakening state value according to the classified state category to the control tower.
또한, 각성 상태 정량화 장치는 분류된 상태 카테고리에 따른 조종사의 정량화된 각성 상태에 기초하여, 조종사에게 적절한 피드백을 제공할 수 있다. 각성 상태 정량화 장치는 조종사의 정량적인 각성 상태 결과를 바탕으로 직접 또는 간접적인 피드백을 조종사에게 제공할 수 있다.In addition, the awakening state quantification device may provide appropriate feedback to the pilot based on the pilot's quantified awakening state according to the classified state category. The wakeful state quantification device may provide the pilot with direct or indirect feedback based on the pilot's quantitative wakeful state results.
예를 들어, 상태 카테고리가 "피로"로 분류되었으나 Global/Local efficiency 값이 비교적 높은 경우 즉, 피로도가 높지 않은 경우에, 각성 상태 정량화 장치는 현재 비행 환경 정보를 고려해 조종실의 산소 농도나 습도를 높이는 등 조종실 환경을 제어하는 등의 간접적인 피드백을 제공할 수 있다. 반면에, Global/Local efficiency 값이 0에 가까워 조종사의 피로도가 높은 것으로 판단되면, 각성 상태 정량화 장치는 조종사의 비행에 적합한 각성 상태를 직접적으로 유도하는 진동 등의 피드백을 제공할 수 있다.For example, if the status category is classified as "fatigue," but the global / local efficiency value is relatively high, that is, if the fatigue is not high, the awakening state quantifier can increase the oxygen concentration or humidity in the cockpit, taking into account current flight environment information. And provide indirect feedback, such as controlling the cockpit environment. On the other hand, if it is determined that the pilot's fatigue is high because the value of the Global / Local efficiency is close to zero, the awakening state quantification device may provide feedback such as vibration to directly induce the awake state suitable for the pilot's flight.
도 7은 일 실시예에 따른 각성 상태 정량화 장치의 하드웨어 구성을 도시한 블록도이다.7 is a block diagram illustrating a hardware configuration of an awakening state quantification device according to an embodiment.
도 7을 참조하면, 각성 상태 정량화 장치(700)는 제어부(710), 통신부(720), 메모리(730) 및 디스플레이(740)를 포함할 수 있다. 도 7의 각성 상태 정량화 장치(700)에는 실시예와 관련된 구성요소들만이 도시되어 있다. 따라서, 도 7에 도시된 구성요소들 외에 다른 범용적인 구성요소들이 더 포함될 수 있음을 당해 기술분야의 통상의 기술자라면 이해할 수 있다.Referring to FIG. 7, the awakening
각성 상태 정량화 장치(700)는 PC(personal computer), 서버 디바이스, 모바일 디바이스, 임베디드 디바이스 등의 다양한 종류의 디바이스들로 구현될 수 있다.The awakening
제어부(710)는 도 1 내지 도 6에서 상술한 조종사의 각성 상태를 정량화하기 위한 일련의 프로세스를 제어할 수 있다. 제어부(710)는 각성 상태 정량화 장치(700)를 제어하기 위한 전반적인 기능들을 제어하는 역할을 한다. 예를 들어, 제어부(710)는 각성 상태 정량화 장치(700) 내의 메모리(730)에 저장된 프로그램들을 실행함으로써, 각성 상태 정량화 장치(700)를 전반적으로 제어한다. 제어부(710)는 각성 상태 정량화 장치(700) 내에 구비된 CPU(central processing unit), GPU(graphics processing unit), AP(application processor) 등으로 구현될 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.The
통신부(720)는 근거리 통신부, 이동 통신부, 방송 수신부를 포함할 수 있다. 통신부(720)는 비행 중 조종사의 생체 신호를 수신할 수 있다. 구체적으로, 통신부(720)는 조종사에 부착된 적어도 하나의 생체 신호 센서로부터, 비행 중 조종사의 뇌파, 심박도, 호흡 및 피부 전기활동 중 적어도 일부에 대한 신호를 생체 신호로서 수신할 수 있다. 또한, 통신부(720)는 외부 서버 등으로부터 조종사가 비행 적합 상태일 때 조종사의 생체 신호를 수신할 수 있다.The
메모리(730)는 각성 상태 정량화 장치(700) 내에서 처리되는 각종 데이터들을 저장하는 하드웨어로서, 예를 들어, 메모리(730)는 통신부(720)에서 수신한 비행 중 조종사의 생체 신호 및 비행 적합 상태일 때 조종사의 생체 신호 관련 데이터, 각성 상태 정량화 장치(700)에서 처리된 데이터들 및 처리될 데이터들을 저장할 수 있다. 또한, 메모리(730)는 각성 상태 정량화 장치(700)에 의해 구동될 애플리케이션들, 드라이버들 등을 저장할 수 있다. 메모리(730)는 DRAM(dynamic random access memory), SRAM(static random access memory) 등과 같은 RAM(random access memory), ROM(read-only memory), EEPROM(electrically erasable programmable read-only memory), CD-ROM, 블루레이 또는 다른 광학 디스크 스토리지, HDD(hard disk drive), SSD(solid state drive), 또는 플래시 메모리를 포함할 수 있다.The
디스플레이(740) 각성 상태 정량화 장치(700)에서 처리되는 정보를 표시한다. 예를 들어, 디스플레이(740)는, 상태 카테고리 별 분류 결과 값 및 분류된 상태 카테고리에 따른 각성 상태 수치를 디스플레이할 수 있다.The
한편, 디스플레이(740)와 터치패드가 레이어 구조를 이루어 터치 스크린으로 구성되는 경우, 디스플레이(740)는 출력 장치 이외에 입력 장치로도 사용될 수 있다. 디스플레이(740)는 액정 디스플레이(liquid crystal display), 박막 트랜지스터 액정 디스플레이(thin film transistor-liquid crystal display), 유기 발광 다이오드(organic light-emitting diode), 플렉시블 디스플레이(flexible display), 3차원 디스플레이(3D display), 전기영동 디스플레이(electrophoretic display) 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다. 또한, 디스플레이(740)는 헤드 업 디스플레이(Head Up Display, HUD), 헤드 마운트 디스플레이(Head Mount Display, HMD), 또는 계기판을 포함할 수 있다.Meanwhile, when the
일 실시예에서 각성 상태 정량화 장치(700)는 피드백 제공부를 더 포함할 수 있다. 피드백 제공부는 시각 정보를 출력하는 디스플레이 또는 램프, 촉각 정보를 출력하는 모터, 소리 정보를 출력하는 스피커를 포함할 수 있다. 또한, 피드백 제공부는 산소, 습도 조절 장치를 포함할 수 있다.In one embodiment, the awakening
본 실시예들은 전자 디바이스에 의해 실행 가능한 명령어 및 데이터를 저장하는 전자 디바이스로 읽을 수 있는 기록매체에 저장된 어플리케이션의 형태로 구현될 수 있다. 상기 명령어는 프로그램 코드의 형태로 저장될 수 있으며, 프로세서에 의해 실행되었을 때, 소정의 프로그램 모듈을 생성하여 소정의 동작을 수행할 수 있다. 또한, 상기 명령어는 프로세서에 의해 실행되었을 때, 개시된 실시예들의 소정의 동작들을 수행할 수 있다.The embodiments may be implemented in the form of an application stored in a recording medium readable by an electronic device that stores instructions and data executable by the electronic device. The instruction may be stored in the form of program code, and when executed by a processor, may generate a predetermined program module to perform a predetermined operation. In addition, the instructions may, when executed by a processor, perform certain operations of the disclosed embodiments.
본 실시예들은 컴퓨터에 의해 실행되는 프로그램 모듈과 같은 컴퓨터에 의해 실행 가능한 명령어를 포함하는 기록 매체의 형태로도 구현될 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 매체는 컴퓨터에 의해 액세스될 수 있는 임의의 가용 매체일 수 있고, 휘발성 및 비휘발성 매체, 분리형 및 비분리형 매체를 모두 포함한다. 또한, 컴퓨터 판독가능 매체는 컴퓨터 저장 매체 및 통신 매체를 모두 포함할 수 있다. 컴퓨터 저장 매체는 컴퓨터 판독가능 명령어, 데이터 구조, 프로그램 모듈 또는 기타 데이터와 같은 정보의 저장을 위한 임의의 방법 또는 기술로 구현된 휘발성 및 비휘발성, 분리형 및 비분리형 매체를 모두 포함한다. 통신 매체는 전형적으로 컴퓨터 판독가능 명령어, 데이터 구조, 프로그램 모듈과 같은 변조된 데이터 신호의 기타 데이터, 또는 기타 전송 메커니즘을 포함하며, 임의의 정보 전달 매체를 포함한다.The embodiments may also be implemented in the form of a recording medium including instructions executable by a computer, such as a program module executed by the computer. Computer readable media can be any available media that can be accessed by a computer and includes both volatile and nonvolatile media, removable and non-removable media. In addition, computer readable media may include both computer storage media and communication media. Computer storage media includes both volatile and nonvolatile, removable and non-removable media implemented in any method or technology for storage of information such as computer readable instructions, data structures, program modules or other data. Communication media typically includes computer readable instructions, data structures, other data in modulated data signals such as program modules, or other transmission mechanisms, and includes any information delivery media.
또한, 본 명세서에서, "부"는 프로세서 또는 회로와 같은 하드웨어 구성(hardware component), 및/또는 프로세서와 같은 하드웨어 구성에 의해 실행되는 소프트웨어 구성(software component)일 수 있다.Further, in this specification, “unit” may be a hardware component such as a processor or a circuit, and / or a software component executed by a hardware component such as a processor.
전술한 본 명세서의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 명세서의 내용이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.The foregoing description of the specification is intended to be illustrative, and it is understood that those skilled in the art can easily modify the present invention into other specific forms without changing the technical spirit or essential features of the present invention. Could be. Therefore, it should be understood that the embodiments described above are exemplary in all respects and not restrictive. For example, each component described as a single type may be implemented in a distributed manner, and similarly, components described as distributed may be implemented in a combined form.
본 실시예의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 포함되는 것으로 해석되어야 한다.The scope of the present embodiment is indicated by the following claims rather than the above description, and should be construed as including all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and their equivalents.
Claims (19)
비행 중 조종사의 생체 신호를 수신하는 단계;
상기 조종사의 생체 신호를 분석함으로써, 상기 조종사의 각성 상태를 복수의 상태 카테고리 중 어느 하나로 분류하는 단계; 및
상기 생체 신호에 포함된 뇌파를 분석함으로써, 상기 분류된 상태 카테고리에 따른 상기 조종사의 각성 상태를 정량화하는 단계;
를 포함하는, 방법.In the method of quantifying the awake state of the pilot,
Receiving a biosignal of the pilot during the flight;
Classifying the pilot's arousal status into any one of a plurality of status categories by analyzing the pilot's biosignal; And
Quantifying awake state of the pilot according to the classified state category by analyzing the brain waves included in the biosignal;
Including, the method.
상기 생체 신호를 수신하는 단계는,
상기 조종사에 부착된 적어도 하나의 생체 신호 센서로부터, 비행 중 상기 조종사의 뇌파, 심박도, 호흡 및 피부 전기활동 중 적어도 일부에 대한 신호를 상기 생체 신호로서 수신하는 단계;
를 포함하는, 방법.The method of claim 1,
Receiving the bio-signal,
Receiving, as the biosignal, signals from at least one biosignal sensor attached to the pilot for at least some of the pilot's brain waves, heart rate, respiration and skin electrical activity during flight;
Including, the method.
상기 분류하는 단계는,
상기 생체 신호를 분류기에 입력함으로써, 상기 조종사의 각성 상태를 상기 복수의 상태 카테고리 중 어느 하나로 분류하는 단계;
를 포함하는, 방법.The method of claim 1,
The classifying step,
Classifying the pilot's arousal status into any of the plurality of status categories by inputting the biosignal into a classifier;
Including, the method.
상기 분류기는 LDA(Linear Discriminant Analysis), SVM(Support Vector Machines) 및 인공신경망 모델을 포함하는 것인, 방법.The method of claim 3, wherein
Wherein the classifier comprises linear discriminant analysis (LDA), support vector machines (SVM), and neural network models.
상기 복수의 상태 카테고리는 적합 상태, 집중력 저하, 피로, 작업 부하 및 무의식을 포함하는 것인, 방법.The method of claim 3, wherein
Wherein the plurality of state categories include fit state, reduced concentration, fatigue, workload, and unconsciousness.
상기 정량화하는 단계는,
비행 중 상기 조종사의 뇌파 신호 쌍들 간의 위상 지연 지수(Phase Lag Index)를 산출하는 단계;
상기 위상 지연 지수를 이용하여 기능적 연결성(Functional Connectivity) 행렬을 생성하는 단계; 및
그래프 이론(Graph Theory)을 이용하여 상기 기능적 연결성 행렬을 분석함으로써, 상기 분류된 상태 카테고리에 따른 상기 조종사의 각성 상태를 정량화하는 단계;
를 포함하는, 방법.The method of claim 1,
The quantification step is
Calculating a phase lag index between the pilot's EEG signal pairs during flight;
Generating a functional connectivity matrix using the phase delay index; And
Quantifying the pilot's arousal state according to the classified state category by analyzing the functional connectivity matrix using a Graph Theory;
Including, the method.
상기 방법은,
상기 조종사가 비행 적합 상태일 때 상기 조종사의 생체 신호를 획득하는 단계;
를 더 포함하고,
상기 정량화하는 단계는,
그래프 이론(Graph Theory)을 이용하여 상기 기능적 연결성 행렬의 Global efficiency 값 또는 Local efficiency 값을 산출하는 단계;
비행 적합 상태일 때 상기 조종사의 생체 신호를 기준으로, 상기 Global efficiency 값 또는 상기 Local efficiency 값을 조정하는 단계; 및
상기 분류된 상태 카테고리에 따른 상기 조종사의 각성 상태를 상기 조정된 Global efficiency 값 또는 상기 조정된 Local efficiency 값으로 정량화하는 단계;
를 포함하는, 방법.The method of claim 6,
The method,
Acquiring a biosignal of the pilot when the pilot is in a flight-suitable state;
More,
The quantification step is
Calculating a global efficiency value or a local efficiency value of the functional connectivity matrix using a graph theory;
Adjusting the global efficiency value or the local efficiency value based on the pilot's biosignal when in a flight suitable state; And
Quantifying the awakening status of the pilot according to the classified state category to the adjusted Global efficiency value or the adjusted Local efficiency value;
Including, the method.
상기 방법은,
상기 복수의 상태 카테고리 별 분류 결과 값 및 상기 분류된 상태 카테고리에 따른 상기 정량화된 각성 상태 정보를 제공하는 단계;
를 더 포함하는, 방법.The method of claim 1,
The method,
Providing classification result values for each of the plurality of state categories and the quantified awakening state information according to the classified state categories;
Further comprising, the method.
상기 방법은,
상기 분류된 상태 카테고리에 따른 상기 조종사의 정량화된 각성 상태에 기초하여, 상기 조종사에게 적절한 피드백을 제공하는 단계;
를 더 포함하는, 방법. The method of claim 1,
The method,
Providing appropriate feedback to the pilot based on the pilot's quantified arousal status according to the classified status category;
Further comprising, the method.
비행 중 조종사의 생체 신호를 수신하는 통신부; 및
상기 조종사의 생체 신호에 기초하여, 상기 조종사의 각성 상태를 복수의 상태 카테고리 중 어느 하나로 분류하고, 상기 조종사의 생체 신호를 분석함으로써, 상기 분류된 상태 카테고리에 따른 상기 조종사의 각성 상태를 정량화하는 제어부;
를 포함하는, 장치.In the device for quantifying the awake state of the pilot,
Communication unit for receiving a biological signal of the pilot during the flight; And
A controller configured to classify the awakening state of the pilot into any one of a plurality of state categories based on the biosignal of the pilot, and to quantify the awakening state of the pilot according to the classified state category by analyzing the biosignal of the pilot; ;
Including, the device.
상기 통신부는, 상기 조종사에 부착된 적어도 하나의 생체 신호 센서로부터, 비행 중 상기 조종사의 뇌파, 심박도, 호흡 및 피부 전기활동 중 적어도 일부에 대한 신호를 상기 생체 신호로서 수신하는 것인, 장치.The method of claim 10,
And the communication unit receives, as the biosignal, a signal for at least some of the pilot's brain wave, heart rate, respiration, and skin electrical activity during flight from at least one biosignal sensor attached to the pilot.
상기 제어부는, 상기 생체 신호를 분류기에 입력함으로써, 상기 조종사의 각성 상태를 상기 복수의 상태 카테고리 중 어느 하나로 분류하는 것인, 장치.The method of claim 10,
And the controller classifies the pilot's awakening status into any one of the plurality of status categories by inputting the biosignal into a classifier.
상기 분류기는 LDA(Linear Discriminant Analysis), SVM(Support Vector Machines) 및 인공신경망 모델을 포함하는 것인, 장치.The method of claim 12,
Wherein the classifier comprises linear discriminant analysis (LDA), support vector machines (SVM), and neural network models.
상기 복수의 상태 카테고리는 적합 상태, 집중력 저하, 피로, 작업 부하 및 무의식을 포함하는 것인, 장치.The method of claim 12,
Wherein the plurality of state categories include fit state, reduced concentration, fatigue, workload, and unconsciousness.
상기 제어부는, 비행 중 상기 조종사의 뇌파 신호 쌍들 간의 위상 지연 지수(Phase Lag Index)를 산출하고, 상기 위상 지연 지수를 이용하여 기능적 연결성(Functional Connectivity) 행렬을 생성하며, 그래프 이론(Graph Theory)을 이용하여 상기 기능적 연결성 행렬을 분석함으로써, 상기 분류된 상태 카테고리에 따른 상기 조종사의 각성 상태를 정량화하는 것인, 장치.The method of claim 10,
The controller calculates a phase lag index between the pilot EEG signal pairs during the flight, generates a functional connectivity matrix using the phase delay index, and generates a graph theory. And analyzing the functional connectivity matrix to quantify the alert state of the pilot according to the classified state category.
상기 통신부는, 상기 조종사가 비행 적합 상태일 때 상기 조종사의 생체 신호를 획득하고,
상기 제어부는, 그래프 이론(Graph Theory)을 이용하여 상기 기능적 연결성 행렬의 Global efficiency 값 또는 Local efficiency 값을 산출하고, 비행 적합 상태일 때 상기 조종사의 생체 신호를 기준으로, 상기 Global efficiency 값 또는 상기 Local efficiency 값을 조정하며, 상기 분류된 상태 카테고리에 따른 상기 조종사의 각성 상태를 상기 조정된 Global efficiency 값 또는 상기 조정된 Local efficiency 값으로 정량화하는 것인, 장치.The method of claim 15,
The communication unit, when the pilot is in a flight suitable state acquires the biological signal of the pilot,
The controller calculates a global efficiency value or a local efficiency value of the functional connectivity matrix by using a graph theory, and based on the biosignal of the pilot when the flight is in a suitable state, the global efficiency value or the local adjusting an efficiency value, and quantifying the pilot's arousal state according to the classified state category to the adjusted Global efficiency value or the adjusted Local efficiency value.
상기 장치는,
상기 복수의 상태 카테고리 별 분류 결과 값 및 상기 분류된 상태 카테고리에 따른 상기 정량화된 각성 상태 정보를 제공하는 디스플레이;
를 더 포함하는, 장치.The method of claim 10,
The device,
A display configured to provide classification result values for each of the plurality of state categories and the quantified awakening state information according to the classified state categories;
Further comprising a device.
상기 장치는,
상기 분류된 상태 카테고리에 따른 상기 조종사의 정량화된 각성 상태에 기초하여, 상기 조종사에게 적절한 피드백을 제공하는 피드백 제공부;
를 더 포함하는, 장치.The method of claim 10,
The device,
A feedback provider for providing appropriate feedback to the pilot based on the pilot's quantified arousal status according to the classified status category;
Further comprising a device.
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