TWI769786B - 疲勞檢測裝置及疲勞檢測方法 - Google Patents

Abstract

一種疲勞檢測裝置，包含一心率量測單元、一衛星定位單元及一處理單元。該處理單元儲存有複數運動模式資訊。每一運動模式資訊具有一運動模式參數範圍及一判斷邏輯。一種疲勞檢測方法是持續取樣產生一心率資訊及一速度資訊以計算一即時儲備心跳率資訊，並配合該等運動模式資訊預設的運動模式參數範圍判定一選定運動模式，再依據所對應的判斷邏輯判斷該使用者是否疲勞。依據該即時儲備心跳率資訊判斷該選定運動模式，並藉由使每一運動模式資訊具有不同的判斷邏輯，能避免以單一門檻值判斷疲勞於否而造成誤判的情形。

Description

疲勞檢測裝置及疲勞檢測方法

本發明是有關於一種人體生理資訊的偵測，特別是指一種疲勞檢測裝置及疲勞檢測方法。

隨著智慧穿戴裝置的普及，智慧手錶或智慧手環已經是許多人隨身攜帶的配件之一，而且很多人也以智慧手錶或智慧手環所記錄的生理數值做為個人自主健康管理的參考。

目前現有的智慧手錶通常具有記錄心率的功能，以作為後續分析運動時間、消耗熱量的依據，但是在記錄心率的當下，目前大多數的智慧手錶無法即時將必要的生理資訊(例如：心率過高或過度疲勞等資訊)回饋給使用者以供該使用者立即調整或停止運動，該使用者只能待後續檢閱手機時才能瞭解自己的身體狀況，所以相關的警示功能仍未臻完備。

雖然目前已有部分的智慧手錶能在該使用者的心率過高時發出警示，但在運動時很容易發生誤警，所以不適合用在運動時偵測人體的生理資訊。因此，目前市面上仍缺乏適合運動時使用，以提供疲勞警示的穿戴裝置以及疲勞檢測方法。

因此，本發明的目的，即在提供一種能檢測疲勞度並減少誤判的疲勞檢測裝置。

本發明的另一目的，即在提供一種能檢測疲勞度並減少誤判的疲勞檢測方法。

於是，本發明疲勞檢測裝置，適用於對一騎乘一自行車的一使用者檢測疲勞度。該疲勞檢測裝置包含一心率量測單元、一衛星定位單元、一提示單元，及一處理單元。

該心率量測單元於每一次取樣時量測並根據該使用者的心率產生一心率資訊。該衛星定位單元於每一次取樣時量測該自行車的位置，並根據該自行車的位置產生對應移動速度的一速度資訊。該提示單元能發出疲勞提示。

該處理單元訊號連接該心率量測單元、該衛星定位單元及該提示單元，並儲存有複數運動模式資訊。每一運動模式資訊具有一運動模式參數範圍，及一判斷邏輯。每一判斷邏輯具有一運動時間範圍參數，及一心跳變化比例。該處理單元能進行一儲備心率運算程序、一運動判斷程序及一運動疲勞運算程序。

於該儲備心率運算程序中，該處理單元將一最大心跳率資訊減去一休息心跳率資訊後，得出一儲備心率資訊。

於該運動判斷程序中，該處理單元將該心率資訊減去該休息心跳率資訊後，除以該儲備心率資訊，以計算出一即時儲備心 跳率資訊，並依據該即時儲備心跳率資訊所對應的運動模式參數範圍判定其中一運動模式資訊作為一選定運動模式。

於該運動疲勞運算程序中，該處理單元先將對應的該運動時間範圍參數的時間內的所有取樣的速度資訊進行平均，以得出一平均速度參數。定義該運動時間範圍參數的時間內的所有速度資訊的取樣總筆數為一總取樣數量。定義該運動時間範圍參數的時間內的所有速度資訊中大於或小於該平均速度參數的一速度變化比例的取樣筆數為一總誤差取樣數量。於該平均速度參數大於一預定速度時，且該總誤差取樣數量除以總取樣數量後小於一判斷比例時，該處理單元根據該選定運動模式所對應的判斷邏輯進行運算，判斷最新的該即時儲備心跳率資訊是否於該運動時間範圍參數的時間內增加超過該心跳變化比例，並於判斷該即時儲備心跳率增加超過該心跳變化比例時，控制使該提示單元發出對應運動的疲勞提示。

本發明疲勞檢測方法，適用於對一騎乘一自行車的一使用者檢測疲勞度。該疲勞檢測方法包含下列步驟。

(A)設定一最大心跳率資訊及一休息心跳率資訊，以該最大心跳率資訊減去該休息心跳率資訊後，得出一儲備心率資訊。(B)持續取樣量測該使用者的心率及位置，以產生每一次取樣的一心率資訊，及一速度資訊。(C)將每一次取樣的該心率資 訊減去該休息心跳率資訊，再除以該儲備心率資訊，以得到一即時儲備心跳率資訊。(D)依據該即時儲備心跳率資訊，及數個運動模式資訊預設的運動模式參數範圍，判定一選定運動模式。(E)計算該使用者的所有取樣筆數的速度資訊的平均，得到一平均速度參數，判斷該平均速度參數大於一預定速度時，且所有速度資訊中大於或小於該平均速度參數的取樣筆數，佔所有取樣筆數的比例小於一判斷比例時，依據該選定運動模式執行對應的判斷邏輯，判斷最新的該即時儲備心跳率資訊是否於一運動時間範圍參數的時間內增加超過一心跳變化比例，如是，則判斷該使用者在疲勞狀態。

本發明的功效在於：依據該即時儲備心跳率資訊判斷該選定運動模式，並藉由使每一運動模式資訊具有不同的判斷邏輯，能避免以單一門檻值判斷疲勞於否而造成容易誤判的情形。

1:心率量測單元

2:加速度量測單元

3:衛星定位單元

4:提示單元

5:處理單元

S1:步驟

S2:步驟

S3:步驟

S3-1:步驟

S4:步驟

S5:步驟

S6:步驟

本發明的其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現，其中：圖1是一流程圖，說明利用本發明疲勞檢測裝置的一實施例的一疲勞檢測方法；圖2是該實施例的一系統方塊圖；圖3是一示意圖，說明該實施例的運動模式判斷方式；及圖4是一示意圖，說明一使用者於休息時，該實施例的疲勞程 度判斷方式。

參閱圖1與圖2，本發明疲勞檢測裝置的一實施例，適用於對一騎乘一自行車(圖未示)的使用者檢測疲勞度。

該疲勞檢測裝置包含一心率量測單元1、一加速度量測單元2、一衛星定位單元3、一提示單元4，及一處理單元5。

該心率量測單元1於每一次取樣時量測並根據該使用者的心率產生一心率資訊。在本實施例中，該心率量測單元1是一光學心率感測儀。

該加速度量測單元2於每一次取樣時量測並根據該使用者的加速度產生一加速度資訊。

該衛星定位單元3於每一次取樣時量測該使用者的位置，並根據該使用者的位置產生對應移動速度的一速度資訊。

該提示單元4能發出疲勞提示。在本實施例中，該提示單元4是一顯示螢幕，但不限於此。

該處理單元5訊號連接該心率量測單元1、該加速度量測單元2、該衛星定位單元3及該提示單元4，並儲存有複數運動模式資訊，及複數疲勞程度資訊。每一運動模式資訊具有一運動模式參數範圍，及一判斷邏輯。每一判斷邏輯具有一運動時間範圍參數，及一心跳變化比例。每一疲勞程度資訊具有一疲勞程度參數範圍。

該處理單元5能進行一儲備心率運算程序、一運動判斷程序、一運動疲勞運算程序，及一休息疲勞運算程序。

於該儲備心率運算程序中，該處理單元5將一最大心跳率資訊減去一休息心跳率資訊後，得出一儲備心率資訊。

在本實施例中，該最大心跳率資訊與該休息心跳率資訊可以由該使用者自行輸入，但也可以由該處理單元5預存多組分別對應不同年齡的最大心跳率資訊與休息心跳率資訊，當使用者輸入一年齡後，以該儲存單元所儲存的對應年齡的最大心跳率資訊與休息心跳率資訊作為該最大心跳率資訊與該休息心跳率資訊，或者也可以以該使用者在該加速度低於一預定值(例如：20公分秒平方)且維持一預定時間(例如：20分鐘)的心率資訊的平均作為該休息心跳率資訊。

於該運動判斷程序中，該處理單元5將該心率資訊減去該休息心跳率資訊後，除以該儲備心率資訊，以計算出一即時儲備心跳率資訊，並依據該即時儲備心跳率資訊所對應的運動模式參數範圍判定其中一運動模式資訊作為一選定運動模式。

在本實施例中，該處理單元5所儲存的該等運動模式資訊的數量為五個，分別定義為運動模式一、運動模式二、運動模式三、運動模式四，及運動模式五，且每一運動模式資訊的該運動模式參數範圍及判斷邏輯如下表1。

於該運動疲勞運算程序中，該處理單元5先將對應的該運動時間範圍參數的時間內的所有取樣的速度資訊進行平均，以得出一平均速度參數。定義該運動時間範圍參數的時間內的所有速度資訊的取樣總筆數為一總取樣數量。定義該運動時間範圍參數的時間內的所有速度資訊中大於或小於該平均速度參數的一速度變化比例的取樣筆數為一總誤差取樣數量。於該平均速度參數大於一預定速度時，且該總誤差取樣數量除以總取樣數量後小於一判斷比例時，該處理單元5再根據該選定運動模式所對應的判斷邏輯進行運算。

在本實施例中，該速度變化比例為20%，該預定速度為每小時10公里，而該判斷比例為1/6，但不限於此。

當該處理單元5根據該選定運動模式所對應的判斷邏輯 進行運算時，須判斷最新的該即時儲備心跳率資訊是否於該運動時間範圍參數的時間內增加超過該心跳變化比例，並於判斷該即時儲備心跳率增加超過該心跳變化比例時，控制使該提示單元4發出對應運動的疲勞提示。

於該休息疲勞運算程序中，該處理單元5於對應一休息時間參數的時間內所有取樣的加速度資訊皆低於一預設加速度時，能依據該即時儲備心跳率所對應的疲勞程度參數範圍，將所對應的疲勞程度資訊顯示於該提示單元4，並控制使該提示單元4發出對應休息的疲勞提示。

在本實施例中，該休息時間參數為20分鐘，該預設加速度為20公分每平方秒，該處理單元5所儲存的該等疲勞程度資訊的數量為五個，分別定義為無疲勞、輕度疲勞、疲勞、高度疲勞，及嚴重疲勞，且每一疲勞程度資訊的該疲勞程度參數範圍如下表2。

利用該疲勞檢測裝置的一疲勞檢測方法，包括下列步驟S1至步驟S6。

步驟S1：設定該最大心跳率資訊及該休息心跳率資訊，以該最大心跳率資訊減去該休息心跳率資訊後，得出該儲備心率資訊。

步驟S2：持續取樣量測該使用者的心率、加速度及位置，以產生每一次取樣的該心率資訊、該加速度資訊，及該速度資訊。

步驟S3：將每一次取樣的該心率資訊減去該休息心跳率資訊，再除以該儲備心率資訊，以得到該即時儲備心跳率資訊。

步驟S3-1：判斷該休息時間參數的時間內所有取樣的加速度資訊是否皆低於該預設加速度，若否，則執行下列步驟S4及步驟S5，若是，則執行下列步驟S6。

步驟S4：依據該即時儲備心跳率資訊，及該等運動模式資訊預設的運動模式參數範圍，判定該選定運動模式。

步驟S5：計算該使用者的所有取樣筆數的速度資訊的平均，得到該平均速度參數。判斷該平均速度參數是否大於該預定速度，且判斷所有速度資訊中大於或小於該平均速度參數的取樣筆數，佔所有取樣筆數的比例是否小於該判斷比例。如兩者皆為否或其中一者為否，則重複執行上述步驟S2至步驟S3-1。

如兩者皆為是，則依據該選定運動模式執行對應的判斷邏輯，判斷最新的該即時儲備心跳率資訊是否於該運動時間範圍參數的時間內增加超過該心跳變化比例，如是，則判斷該使用者在疲 勞狀態，該提示單元4發出對應運動的疲勞提示，如否，則以次一筆取樣的平均速度參數及所有速度資訊重新執行上述「該平均速度參數是否大於該預定速度，及所有速度資訊中大於或小於該平均速度參數的取樣筆數，佔所有取樣筆數的比例是否小於該判斷比例」的判斷。

步驟S6：判斷最新的該即時儲備心跳率資訊是否超過該休息心跳變化比例，如是，則判斷該使用者在疲勞狀態，並進一步依據該即時儲備心跳率資訊判斷疲勞程度，該提示單元4發出對應休息的疲勞提示，如否，則重複執行上述步驟S2至步驟S3-1。

要特別說明的是，上述步驟S3-1是為了判斷該使用者是在一運動狀態，或是一休息狀態，以採取不同的疲勞判斷邏輯(即以該步驟S4與該步驟S5判斷，或以該步驟S6判斷)，也就是說，若該使用者在該休息時間參數的時間內所有取樣的加速度資訊皆低於該預設加速度時，則判定該使用者在該休息狀態，應採用該步驟S6進行判斷。

此外，在上述步驟S5中，「判斷該平均速度參數是否大於該預定速度」主要是為了判斷該使用者是否在一移動狀態，而「判斷所有速度資訊中大於或小於該平均速度參數的取樣筆數，佔所有取樣筆數的比例是否小於該判斷比例」則是為了避免在取樣的速度資訊變化太大時判斷是否疲勞，也就是說，避免在增、減速時或是 車輛停止初期時進行判斷，以藉此減少誤判的情況。

參閱圖1、圖3及下表3，以下以一案例說明運動模式的判斷方式。當該使用者的加速度資訊高於該預設加速度(20公分每平方秒)，且平均速度參數大於該預定速度(每小時10公里)，並判斷所有速度資訊中大於或小於該平均速度參數的取樣筆數，佔所有取樣筆數的比例小於該判斷比例(1/6)時，以該最大心跳率資訊為220、該休息心跳率資訊為60、該儲備心跳率資訊為160為例進行計算，五次的取樣次數的心率資訊分別為133、152、175、188及168，即時儲備心跳率資訊分別為46%、58%、72%、80%及68%，依據該等運動模式資訊的運動模式參數範圍進行判斷，五次的取樣所對應的選定運動模式分別為運動模式二、運動模式三、運動模式四、運動模式四，及運動模式三。

進一步以第2次取樣為例，由於該第2次取樣對應的選定運動模式為運動模式三，因此對應的該判斷邏輯為「最新的該即時儲備心跳率資訊是否於30分鐘內增加超過10%」，假設第1次取樣的時間為30分鐘前，則第2次取樣的即時儲備心跳率資訊(58%) 比第1次取樣的即時儲備心跳率資訊(46%)增加12%，因此超過判斷邏輯的10%，故應發出對應運動的疲勞提示。

參閱圖1、圖4及下表4，以下進一步說明該使用者於休息時的疲勞程度判斷方式。當該使用者於該休息時間參數(20分鐘)的時間內所有取樣的加速度資訊皆低於該預設加速度(20公分每平方秒)時，以該最大心跳率資訊為220、該休息心跳率資訊為60、該儲備心跳率資訊為160為例進行計算，五次的取樣次數的心率資訊分別為80、76、74、70及71，對應的即時儲備心跳率資訊則分別為13%、10%、9%、6%及7%，依據該等疲勞程度資訊的疲勞程度參數範圍，所對應的疲勞程度分別為嚴重疲勞、高度疲勞、高度疲勞、疲勞及疲勞。

根據上述說明，該疲勞檢測裝置及疲勞檢測方法的優點如下：

一、依據該即時儲備心跳率資訊判斷該選定運動模式，並藉由使每一運動模式資訊具有不同的判斷邏輯，能避免以單一門檻值判斷疲勞於否而造成容易誤判的情形。

二、藉由設置該衛星定位單元3，使該處理單元5能計算該平均速度參數，並且由於該平均速度參數大於該預定速度時，且該總誤差取樣數量除以總取樣數量後小於該判斷比例時，該處理單元5才會根據該選定運動模式所對應的判斷邏輯進行運算，因此能避免在取樣的速度資訊變化太大時判斷是否疲勞，也就是說，能避免在增、減速時或是車輛停止初期時進行判斷，藉此減少誤判的情況。

三、藉由設置該加速度量測單元2，能藉由該等加速度資訊判斷該使用者是在該運動狀態或在該休息狀態，進而能採用不同的疲勞判斷邏輯進行判斷，以更符合實際的疲勞狀態。

綜上所述，本發明疲勞檢測裝置及疲勞檢測方法，依據該即時儲備心跳率資訊判斷該選定運動模式，並藉由使每一運動模式資訊具有不同的判斷邏輯，能避免以單一門檻值判斷疲勞於否而造成容易誤判的情形，故確實能達成本發明的目的。

惟以上所述者，僅為本發明的實施例而已，當不能以此限定本發明實施的範圍，凡是依本發明申請專利範圍及專利說明書內容所作的簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋的範圍內。

S1:步驟

S2:步驟

S3:步驟

S3-1:步驟

S4:步驟

S5:步驟

S6:步驟

Claims (10)

1. 一種疲勞檢測裝置，適用於對一騎乘一自行車的一使用者檢測疲勞度，該疲勞檢測裝置包含： 一心率量測單元，於每一次取樣時量測並根據該使用者的心率產生一心率資訊； 一衛星定位單元，於每一次取樣時量測該自行車的位置，並根據該自行車的位置產生對應移動速度的一速度資訊； 一提示單元，能發出疲勞提示；及 一處理單元，訊號連接該心率量測單元、該衛星定位單元及該提示單元，並儲存有複數運動模式資訊，每一運動模式資訊具有一運動模式參數範圍，及一判斷邏輯，每一判斷邏輯具有一運動時間範圍參數，及一心跳變化比例，該處理單元能進行一儲備心率運算程序、一運動判斷程序及一運動疲勞運算程序， 於該儲備心率運算程序中，該處理單元將一最大心跳率資訊減去一休息心跳率資訊後，得出一儲備心率資訊， 於該運動判斷程序中，該處理單元將該心率資訊減去該休息心跳率資訊後，除以該儲備心率資訊，以計算出一即時儲備心跳率資訊，並依據該即時儲備心跳率資訊所對應的運動模式參數範圍判定其中一運動模式資訊作為一選定運動模式， 於該運動疲勞運算程序中，該處理單元先將對應的該運動時間範圍參數的時間內的所有取樣的速度資訊進行平均，以得出一平均速度參數，定義該運動時間範圍參數的時間內的所有速度資訊的取樣總筆數為一總取樣數量，定義該運動時間範圍參數的時間內的所有速度資訊中大於或小於該平均速度參數的一速度變化比例的取樣筆數為一總誤差取樣數量，於該平均速度參數大於一預定速度時，且該總誤差取樣數量除以總取樣數量後小於一判斷比例時，該處理單元根據該選定運動模式所對應的判斷邏輯進行運算，判斷最新的該即時儲備心跳率資訊是否於該運動時間範圍參數的時間內增加超過該心跳變化比例，並於判斷該即時儲備心跳率增加超過該心跳變化比例時，控制使該提示單元發出對應運動的疲勞提示。
2. 如請求項1所述的疲勞檢測裝置，還包含一訊號連接該處理單元的加速度量測單元，該加速度量測單元於每一次取樣時量測並根據該使用者的加速度產生一加速度資訊，該處理單元還能進行一休息疲勞運算程序，於該休息疲勞運算程序中，該處理單元於對應一休息時間參數的時間內所有取樣的加速度資訊皆低於一預設加速度時，根據該即時儲備心跳率控制使該提示單元發出對應休息的疲勞提示。
3. 如請求項2所述的疲勞檢測裝置，其中，該處理單元還儲存有複數疲勞程度資訊，每一疲勞程度資訊具有一疲勞程度參數範圍，於該休息疲勞運算程序中，該處理單元能依據該即時儲備心跳率所對應的疲勞程度參數範圍，將所對應的疲勞程度資訊顯示於該提示單元。
4. 如請求項1所述的疲勞檢測裝置，其中，該速度變化比例為20%。
5. 如請求項1所述的疲勞檢測裝置，其中，該預定速度為每小時10公里，且該判斷比例為1/6。
6. 如請求項1所述的疲勞檢測裝置，其中，該心跳變化比例為10%。
7. 如請求項2所述的疲勞檢測裝置，其中，該休息時間參數所對應的時間為20分鐘。
8. 如請求項2所述的疲勞檢測裝置，其中，該預設加速度為20公分/平方秒。
9. 一種疲勞檢測方法，適用於對一騎乘一自行車的一使用者檢測疲勞度，該疲勞檢測方法包含： （A）設定一最大心跳率資訊及一休息心跳率資訊，以該最大心跳率資訊減去該休息心跳率資訊後，得出一儲備心率資訊； （B）持續取樣量測該使用者的心率及位置，以產生每一次取樣的一心率資訊，及一速度資訊； （C）將每一次取樣的該心率資訊減去該休息心跳率資訊，再除以該儲備心率資訊，以得到一即時儲備心跳率資訊； （D）依據該即時儲備心跳率資訊，及數個運動模式資訊預設的運動模式參數範圍，判定一選定運動模式； （E）計算該使用者的所有取樣筆數的速度資訊的平均，得到一平均速度參數，判斷該平均速度參數大於一預定速度時，且所有速度資訊中大於或小於該平均速度參數的取樣筆數，佔所有取樣筆數的比例小於一判斷比例時，依據該選定運動模式執行對應的判斷邏輯，判斷最新的該即時儲備心跳率資訊是否於一運動時間範圍參數的時間內增加超過一心跳變化比例，如是，則判斷該使用者在疲勞狀態。
10. 如請求項9所述的疲勞檢測方法，其中，該步驟（B）還持續取樣量測該使用者的加速度，以產生每一次取樣的一加速度資訊，該疲勞檢測方法還包含一接續於該步驟（C）後的步驟（C1），及一步驟（F），該步驟（C1）是判斷一休息時間參數的時間內所有取樣的加速度資訊是否皆低於一預設加速度，若否，則執行該步驟（D）及該步驟（E），若是，則執行該步驟（F），該步驟（F）是判斷最新的該即時儲備心跳率資訊是否超過一休息心跳變化比例，如是，則判斷該使用者在疲勞狀態。

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