JP4915735B2 - 疲労判定システム及び疲労判定方法 - Google Patents
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Description
その様な状況下で、長時間に亘る運転を行うドライバーには、多大な肉体的、精神的な疲労が蓄積されることは想像に難くない。
ここで、「疲労」については個人差が大きいので、ドライバーの疲労を抑制するため、車両の走行距離や運転時間等について統一的な基準を設けることは、現実的ではなく、且つ、その有効な適用が困難であることが予想される。
この様な場合、画一的に定められた基準をドライバーに遵守させることにより、ドライバーの精神的な負担が増大し、却って疲労感が増して、交通安全の見地から望ましくない結果となる。
しかし、疲労については、精神的な要因が非常に影響するものであり、必ずしも肉体的な変化を伴うものではない。そのため、疲労したか否かの判定が大変困難である。
非接触で計測できるパラメータであって、ドライバーの感じている疲労を反映できるパラメータとして、ドライバーの目蓋の開度を、例えば、CCDカメラによって常時監視しており、目蓋の開度が所定値以下の状態が続いた場合にドライバーは疲れ等による眠気に襲われていると判断し、ドライバーに対して警告を与える技術が提案されている。
或いは、ドライバーの視線の移動が少なくなったことをCCDカメラで検知し、視線移動が所定値以下となった場合に、ドライバーに対して警告を与える技術も提案されている。
係る技術においてはドライバーと交信して音声を受信することが必要となる。しかし、運転中に会話をすることを嫌うドライバーや、運転中の会話により周囲に対する注意が散漫となってしまうドライバーに対して、上述の(音声から疲労状態を判定する)技術を適用することは、交通安全上、却って危険である。
上述する構成を具備する本発明(請求項1、2の発明)は、係る知見に基いて構成されたものである。すなわち、ドライバーが首や腕、肩を回したり、座る位置を変えたりする等、その姿勢を変動するか否かを検出して、その頻度からドライバーが疲労しているか否かを正確に判定することが出来る。
さらに、係る構成を採用すれば、2個の圧力センサをドライバーシートに設けるのみで良く、ドライバーの身体に特別な機器を着装したり、モニタ等でドライバーを観察したりする必要が無いので、計測対象であるドライバーに不快感を与えずに済む。
そして、計測及び制御が比較的シンプルであるため、複雑且つ大規模な信号処理設備を必要とせず、システム全体を小型化することが出来る。
図1において、システム全体を符号J1で示す疲労判定システムには、大型トラック1のドライバー2用のシート3のシート座面31の表面の裏側(内部)にドライバー2が着座した場合にシート座面31にかかる座圧を検知する座圧センサ4が内蔵され、シートバック32又はシートクッション31に加速度センサ5が内蔵されている。
姿勢を変える頻度及びその変動量と、ドライバーとの疲労について、有意な相関関係があることは発明者の研究で明らかであるが、具体的な閾値については、ドライバー毎に、或いは、ケース・バイ・ケースで定めることとなる。
これは、単に圧力の変動ではなく、いわゆる「変動早さ」を表している。そして、例えば高速フーリエ変換(FFT)による周波数分析を実施すれば、ドライバーが首等を回す動作は、或る範囲の周波数が現れることが予測される。
そこで、ステップS2では、座圧センサ4からの検出信号はインターフェース6を介して座圧データ記憶手段7に受信(入力)する。一方、加速度センサ5からの検出信号データはインターェース6を介して加速度データ記憶手段8に受信する。
姿勢変動量が閾値以上であれば(ステップS4のYES)、ステップS5に進み、一方、姿勢変動量が閾値未満であれば(ステップS4のNO)、ステップS2まで戻り、再びステップS2以降を繰り返す。
ここで、警告としては、ドライバー自身が素直に聞き入れることが出来る人物の音声、例えば、配偶者、子供、恋人等の音声で行えば、より効果的である。
プロバイダ30は、例えば既存の高速通信手段L2によって処理センターの装備U2に送信し、処理センターの疲労判定ユニット13Aは、送られたデータとデータベース11に記憶された閾値とを比較して疲労の度合いを判定する。
明らかに疲労していると判断「疲労判定」した場合には、その結果を前記通信手段L2、L1を返信して対象となる車両側の通信ユニット20Aに送り返し、車載の表示兼警報手段14でドライバーに「疲労状態である」ことの表示及び警報を与える様に構成されている。
尚、閾値の決定についても処理センターの装備U2において疲労判定と同様に行われる。
又、処理センターで情報処理を行うことにより、判定の正確性向上、処理の迅速性向上、安全管理の徹底等の効果が得られる。
第1実施形態の疲労判定システムJ1、J12では、ドライバー2の姿勢の変化の頻度及び変化量を、座圧センサ4(及び加速度センサ5)により検出して、ドライバー2の疲労の程度を判定している。
それに対して、図6〜図8の第2実施形態の疲労判定システム(符号J2で示す)では、ドライバー2の血流から、ドライバー2の疲労の判定を行っている。以下、図6に基づいて、第2実施形態の構成を説明する。
血流の周期(脈拍)や血流量により、当該受光素子で計測された反射光データは変化するので、反射光データの変動量を反射光データ変動量演算ユニット16によって求め、さらにその変動量から、血流データ決定ユニット17で血流量或いは心拍数を求めることが出来る。
即ち、図8に示すように、被験者(ドライバー)A,Bがおり、互いに午前9時から運転を開始し、24時間運転を継続した場合に、共に(夜半の)19〜20時頃から体温の降下、即ち血流の減少が現れ、その後2〜4時間経過した後に今度は心拍数が低下し始めている様子が記録されている。
そして、凡そ翌日の2時から未明の5時にかけて、覚醒度は最も低下した状態に陥る。尚、ドライバーAにおいて6時に突然心拍数の大きなピークが発生しているが、これは、ドライバーAが何らかの理由で覚醒状態に戻り、例えば、前方車両、或いはガードレール等に自車が異常接近していることに気付き、そのため、心拍数が急激に上昇したものと考えられる。
なお、上述した心拍数の上昇(6時における大きなピーク)は、上述したように覚醒状態に戻ったことに加えて、朝日を浴びることによる人間のサーカディアンリズム(人間の1日のリズム)の影響も、その要因として考えられる。
血流量が閾値以上であれば(ステップS15のYES)、次のステップS16に進み、閾値未満であれば(ステップS15のNO)、ステップS12まで戻り、再びステップS12以降を繰り返す。
図6〜図8で示す第2実施形態も、ドライバーの疲労を判定するシステム全体が、自動車(貨物用自動車)に搭載されているが、図9の(第2実施形態における)変形例は、情報通信技術を応用して、ドライバーが疲労したか否かの判定を、自動車(貨物用自動車)1の走行地点の遠隔地に存在する処理センターで行っている。
プロバイダ30は、例えば既存の高速通信手段L2によって処理センターの装備U21に送信し、処理センターの疲労判定ユニット13Bは、送られたデータとデータベース11に記憶された閾値とを比較して疲労の度合いを判定する。
明らかに疲労していると判断「疲労判定」した場合には、その結果を前記通信手段L2、L1を返信して対象となる車両側の通信ユニット20Aに送り返し、車載の表示兼警報手段14でドライバーに警報を与える様に構成されている。
尚、閾値の決定についても処理センターの装備U22において疲労判定と同様に行われる。
又、処理センターで情報処理を行うことにより、判定の正確性向上、処理の迅速性向上、安全管理の徹底等の効果が得られる。
図10の第3実施形態は、ドライバー2の姿勢の変化で疲労度を判定する第1実施形態J1と、ドライバー2の血流量で疲労度を判定する第2実施形態J2と
を組み合わせた実施形態である。
換言すれば、ドライバー2の姿勢の変化と、ドライバー2の血流量とにより、疲労度を判定する実施形態である。
以下、図10に基づいて、第3実施形態の構成を説明する。
また、ドライバー2用のシート3におけるシート座面31の表面裏側(内部)には、第1実施形態と同様の座圧センサ4が内蔵され、シートバック32又はシートクッション31に第1実施形態と同様の加速度センサ5が内蔵されている。
更に、ドライバー2の近傍に第2実施形態と同様の光照射兼反射光受光手段15が設置されている。
但し、姿勢の変化で疲労度を判定した場合(図2)と、血流量で疲労度を判定した場合(図7)との双方で、同時に、ドライバー2に対して警告を出すべきである、と判定された場合にのみ、ドライバー2に警告をするように構成することも可能である。
或いは、車両が進行するべき方向については、デジタル地図データ中の道路データを基本として決定しても良い。
ここで、低速の場合は様々な状況で大きなハンドル操作が行われると考えられるので、車両の速度が或る一定速度以上の場合に「車両が進行するべき方向」を判定するように構成することが出来る。
ステップS24において、「車両が進行すべき方向から実際の車両進行方向を差し引いた値」(ずれ)が一定以上となる頻度を分析し、その頻度が所定の閾値を加えた場合に警告を発する様に構成しても良い。
或いは、姿勢の変化で疲労度を判定した場合(図2)と、血流量で疲労度を判定した場合(図7)と、上述した「ずれ」量により拾う度を判定した場合(図13)の全てにおいて、ドライバーに対して警告を出すべきであると判定された場合にのみ、ドライバーに警告をするように構成することも可能である。
貨物用自動車1で処理された座圧センサ4及び加速度センサ5の計測結果と反射光データとは、例えば、無線N1で、インターネットN2等の情報ネットワーク(無線LAN)等を介して、処理センター(事業所)のパソコン60に送られる。そして処理センターでは、閾値の決定、ドライバーの疲労判定を行っている。
その様な状態を検出することを上述した各実施形態や変形例に組み合わせることにより、安全性をさらに向上させることが可能。
図15のグラフにおいて、横軸は時間を、縦軸左はドライバーが1分間に体を異常に動かし、その異常な動きを圧力センサが受信して、その受信データに以下に説明する処理を施して得られた値(異常値)が1分間に生じた回数をカウントした回数が目盛られ(棒グラフに対応)、縦軸右はドライバーの心拍数を目盛っている(折れ線グラフに対応)。
図15によれば、当該異常値が「正」の値であって、且つ、増加傾向がある場合(図15の矢印Aで示した部分)、心拍数は徐々に低下し(図15の矢印Bで示した部分)、即ち、ドライバーは覚醒度が次第に下がっていることを示している。
尚、図15において、異常値が突出している部分(矢印Cで示した部分)は、覚醒が低下していたドライバーが、途中で(例えば、対向車のヘッドライトによって)一時的に覚醒が戻ったことを示している。
ここで、座圧情報L、Rを座圧データ記憶手段41に記憶する際には、座圧データ記憶手段41にはL、Rの値の他に、「差(L−R)」、「和(L+R)」、「検出値の変化量の差(dL−dR)」の形でも記憶されることが好ましい。
そして、「差(L−R)」、「和(L+R)」、「検出値の変化量の差(dL−dR)」と標準偏差σの3倍(3σ)との大きさを比較して、「差(L−R)」、「和(L+R)」、「検出値の変化量の差(dL−dR)」の、各々の3σよりも大きなものを抽出してそれらを異常値とする。
先ず、ステップS41において、タイマ45を作動させ、左右の圧力センサ4からの出力信号L、Rを受信して(ステップS42)、「差(L−R)」、「和(L+R)」、「検出値の変化量の差(dL−dR)」を座圧データ記憶手段41の内部で演算する(ステップS43)。
「正」の値であれば(ステップS51のYES)、ステップS52に進み、一方、0又は「負」の値となれば(ステップS51のNO)、ステップS54に進む。
(a)左右1対(合計2個)の圧力センサ4を設け、その信号を処理するだけで、ドライバー2の疲労状態を検出することが出来る。従って、3個以上の圧力センサや、加速度センサを必要としない。
(b)「C(L−R)−C(L+R)−C(dL−dR)」が「正」の値をとり、且つ、増加する傾向があるか否かを判定することにより、ドライバーが疲労傾向にあるか否かを確実に判断出来る。
(c)2個の圧力センサをドライバー2に設けるのみでよく、ドライバーの身体に特別か機器を装着させたり、モニタ等でドライバー2を観察したりする必要がないので、計測対照であるドライバー2に不快感を与えずに済む。
(d)標準偏差σや、回数C(L−R)、C(L+R)、C(dL−dR)を取得するための時間を適宜設定することにより、運転状況に対応した疲労傾向の判定が可能となる。
(e)計測及び制御が比較的シンプルであるため、複雑且つ大規模な信号処理設備を必要とせず、システム全体の小型化に貢献する。
(f)無線LANや無線インターネット等を活用することにより、自動車に設置する機器(車載機器)を小型化出来る。
例えば、図示の実施形態に加えて、第1実施形態(ドライバーの姿勢の変化による疲労度の判定)に、車両が進行するべき方向と実際に車両が進行している方向との「ずれ」量により疲労度を判定するシステムを、組み合わせることも可能である。
また、第2実施形態(血流量で疲労度を判定)に、車両が進行するべき方向と実際に車両が進行している方向との「ずれ」量により疲労度を判定するシステムを、組み合わせることも可能である。
さらに、これ等に、体温を検出して疲労度を判定するシステム(図14)を組み合わせることが可能である。
具体的には、例えば図6において、符号17で示すユニットを反射光データから体温を推定するユニットにせしめ、符号13Bで示すユニットを推定された体温から眠気を感じているか否かを判定するユニットとせしめる。そして、図7において、ステップS14を「体温を推定するステップ」にして、ステップS15を「体温≦閾値?」という論理回路ステップにして、制御を行えば良い。
ここで、係る内容は、上述した本発明(或いは本発明の各実施形態)と組み合わせることが可能である。
2・・・ドライバー
3・・・シート
4・・・座圧センサ/圧力センサ
5・・・加速度センサ
6・・・インターフェース
7・・・座圧データ記憶手段
8・・・加速度データ記憶手段
9・・・車両揺動影響排除ユニット
10・・・姿勢変動決定ユニット
11・・・データベース
12・・・閾値決定ユニット
13A,13B、13C・・・疲労判定ユニット
14・・・表示兼警報手段
15・・・光照射権反射光受光ユニット
16・・・反射光データ変動量演算ユニット
17・・・血流データ決定ユニット
18・・・検出信号処理ユニット
19・・・反射光データ処理ユニット
20A,20B・・・通信ユニット
N1・・・無線/ワイヤレスインターネット
N2・・・情報ネットワーク/インターネット
30・・・プロバイダ
40・・・コントロールユニット
41・・・座圧データ記憶手段
42・・・標準偏差演算ユニット
43・・・比較ユニット
44・・・計数ユニット
46・・・演算ユニット/減算ユニット
50・・・車載コンピュータ
60・・・処理センターの疲労判定用パソコン
70・・・舵角センサ
80・・・GPSシステム
Claims (2)
- ドライバーの姿勢の変動を検出するユニットと、該ユニットで検出された姿勢変動の頻度からドライバーが疲労しているか否かを判定するユニットとを有し、前記ドライバーの姿勢変化の変動を検出するユニットは、ドライバーシートに左右一対設けられた圧力センサを備え、前記判定するユニットは、左右の圧力センサの検出結果の差、和、検出結果の変化量の差の各々の標準偏差を求め、前記差、和、変化量の差の各々について標準偏差の整数倍よりも大きい値を異常値と定義し、当該異常値が一定時間当たりに出現した回数をカウントし、前記差の異常値が出現した回数から、前記和の異常値が出現した回数と、前記変化量の差の異常値が出現した回数を減算し、当該減算結果が「正」の値をとり、且つ、増加する傾向がある場合には、ドライバーが疲労していると判定する機能を有していることを特徴とする疲労判定システム。
- ドライバーの姿勢の変動を検出する工程と、検出された姿勢変動の頻度からドライバーが疲労しているか否かを判定する工程とを有し、前記ドライバーの姿勢変化の変動を検出する工程では、ドライバーシートに左右一対設けられた圧力センサからの検出信号を受信し、前記判定する工程では、左右の圧力センサの検出結果の差、和、検出結果の変化量の差の各々の標準偏差を求め、前記差、和、変化量の差の各々について標準偏差の整数倍よりも大きい値を異常値と定義し、当該異常値が一定時間当たりに出現した回数をカウントし、前記差の異常値が出現した回数から、前記和の異常値が出現した回数と、前記変化量の差の異常値が出現した回数を減算し、当該減算結果が「正」の値をとり、且つ、増加する傾向がある場合には、ドライバーが疲労していると判定することを特徴とする疲労判定方法。
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