본 논문에서는 자동차의 안전운전을 위해서 운전자의 생체정보를 수집하여 운전자의 상태에 따라 운전자에게 적절한 경보를 하거나, 직접 자동자를 제어할 수 있는 기반 시스템을 제시하였다. 기존의 운전자 얼굴정보를 촬영하여 정보를 획득하거나, 운전자의 시트나 스티어링 휠에 센서를 장착하여 생제정보를 획득하는 방식이 부정확하거나 단속적인 정보만을 얻을 수 있는데 비하여, 본 논문에서 제시한 웨어러블 장치는 의료장비 수준의 정확도를 얻을 수 있었으며, 지속적으로 높은 정확도의 생체신호를 얻을 수 있었다. 개발된 웨어러블 장치에는 심박, 피부전도도, 피부온도를 측정할 수 있는 센서를 장착하였으며, 자동차에서 발생되는 각종 잡음을 제거할 수 있는 필터 기술을 적용하였고, 가속도센서와 자이로 센서를 장착하여 측정 오차를 제거하는 기술을 적용하였다. 수집된 생체신호를 바탕으로 운전자의 상태를 판별할 수 있는 기준을 제시하였고, 공인인증기관에 의뢰하여 의료수준 정도의 정확성이 있음을 검증하였다. 실험실 시험과 실차 시험을 통하여 개발된 장치가 운전자의 상태를 측정할 수 있는 장치로 활용될 수 있음을 검증하였다.
본 논문에서는 자동차의 안전운전을 위해서 운전자의 생체정보를 수집하여 운전자의 상태에 따라 운전자에게 적절한 경보를 하거나, 직접 자동자를 제어할 수 있는 기반 시스템을 제시하였다. 기존의 운전자 얼굴정보를 촬영하여 정보를 획득하거나, 운전자의 시트나 스티어링 휠에 센서를 장착하여 생제정보를 획득하는 방식이 부정확하거나 단속적인 정보만을 얻을 수 있는데 비하여, 본 논문에서 제시한 웨어러블 장치는 의료장비 수준의 정확도를 얻을 수 있었으며, 지속적으로 높은 정확도의 생체신호를 얻을 수 있었다. 개발된 웨어러블 장치에는 심박, 피부전도도, 피부온도를 측정할 수 있는 센서를 장착하였으며, 자동차에서 발생되는 각종 잡음을 제거할 수 있는 필터 기술을 적용하였고, 가속도센서와 자이로 센서를 장착하여 측정 오차를 제거하는 기술을 적용하였다. 수집된 생체신호를 바탕으로 운전자의 상태를 판별할 수 있는 기준을 제시하였고, 공인인증기관에 의뢰하여 의료수준 정도의 정확성이 있음을 검증하였다. 실험실 시험과 실차 시험을 통하여 개발된 장치가 운전자의 상태를 측정할 수 있는 장치로 활용될 수 있음을 검증하였다.
In this paper, we propose a new safety system composed of wearable devices, driver's seat belt, and integrating controllers. The wearable device and driver's seat belt capture driver's biological information, while the integrating controller analyzes captured signal to alarm the driver or directly c...
In this paper, we propose a new safety system composed of wearable devices, driver's seat belt, and integrating controllers. The wearable device and driver's seat belt capture driver's biological information, while the integrating controller analyzes captured signal to alarm the driver or directly control the car appropriately according to the status of the driver. Previous studies regarding driver's safety from driver's seat, steering wheel, or facial camera to capture driver's physiological signal and facial information had difficulties in gathering accurate and continuous signals because the sensors required the upright posture of the driver. Utilizing wearable sensors, however, our proposed system can obtain continuous and highly accurate signals compared to the previous researches. Our advanced wearable apparatus features a sensor that measures the heart rate, skin conductivity, and skin temperature and applies filters to eliminate the noise generated by the automobile. Moreover, the acceleration sensor and the gyro sensor in our wearable device enable the reduction of the measurement errors. Based on the collected bio-signals, the criteria for identifying the driver's condition were presented. The accredited certification body has verified that the devices has the accuracy of the level of medical care. The laboratory test and the real automobile test demonstrate that our proposed system is good for the measurement of the driver's condition.
In this paper, we propose a new safety system composed of wearable devices, driver's seat belt, and integrating controllers. The wearable device and driver's seat belt capture driver's biological information, while the integrating controller analyzes captured signal to alarm the driver or directly control the car appropriately according to the status of the driver. Previous studies regarding driver's safety from driver's seat, steering wheel, or facial camera to capture driver's physiological signal and facial information had difficulties in gathering accurate and continuous signals because the sensors required the upright posture of the driver. Utilizing wearable sensors, however, our proposed system can obtain continuous and highly accurate signals compared to the previous researches. Our advanced wearable apparatus features a sensor that measures the heart rate, skin conductivity, and skin temperature and applies filters to eliminate the noise generated by the automobile. Moreover, the acceleration sensor and the gyro sensor in our wearable device enable the reduction of the measurement errors. Based on the collected bio-signals, the criteria for identifying the driver's condition were presented. The accredited certification body has verified that the devices has the accuracy of the level of medical care. The laboratory test and the real automobile test demonstrate that our proposed system is good for the measurement of the driver's condition.
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문제 정의
2장에서는 운전자의 획득가능한 생체신호에 대해 설명한다. 또 자동차 개발사에서제시한 운전자의 생체신호 획득 방법에 대해 소개하고 이에대한 문제점을 분석한다. 3장에서는 자동차 개발사에서 개발한 생체신호 획득 장치의 단점을 개선한 웨어러블 장치와수집된 정보를 분석 처리할 수 있는 통합운전자지원시스템을 제안한다.
향후과제는 운전자의 심장마비, 블랙아웃 혹은 휴대폰 사용이나 DMB 시청 또는 음주운전에 따른 생체신호를 측정하고, 이에 대한 경보를 할 수 있는 알고리즘을 개발하는것이다. 또, PPG 센서로 부터 호흡률을 계산할 수 있는 알고리즘 개발과 차내 공기가 운전자에게 미치는 영향에 대한파악 등 생체신호와 센서에 관련된 연구와, 전방 카메라로부터 주변 환경을 인식하여 가장 안전한 방법으로 운전자를보호하는 시스템을 개발하는 것이다.
본 논문에서는 운전자의 상태를 측정하기 위한 다양한 방법을 검토하였고, 각 방법에 대한 문제점을 파악하였다. 각방법의 문제점을 해결하기 위한 방법으로 운전자의 생체신호 수집이 가능한 웨어러블 장치를 고안하여 제시하였고,이 장치를 기존의 의학용 생체신호 수집 장비와 비교 분석하여 활용도가 높음을 보였다.
본 논문에서는 자동차의 안전운전을 위해서 운전자의 생체정보를 수집하여 운전자의 상태에 따라 운전자에게 적절한경보를 하거나, 직접 자동자를 제어할 수 있는 기반 시스템을 제시하였다. 운전자의 생체정보를 정확하게 수집하기 위한 장비는 대체로 운전자에게 직접 부착하는 것이 바람직하나, 운전을 방해하는 요소가 되기 때문에 운전자에게 부담을주지 않는 웨어러블 장치를 개발하여 제시하였다.
운전자의 맥박을 측정하여맥박이 빠를수록 운전자의 심리적 압박감이 심하고, 심각한상황에서 위험 가능성이 더욱 높다는 것을 파악하였다. 이것을 바탕으로 톱핏트럭에 운전자의 생리학적 안전과 운전자의 쾌적성 향상을 위한 다양한 장치를 추가했다. 예를 들어 신체 온도를 높이면서 대체적으로 에너지 소모를 덜하도록 하는 에어컨디셔닝 시스템, 심리적 안정감을 추구하는오디오 자동선곡, 긴장을 풀어주는 마사지 시트와 특수 향기 등의 다양한 기능을 추가하였다.
연구진은 측정된 자료를 처리하고 이를 자동차의 컨트롤러와 연동하는 장치도 함께 개발했다. 이는자료의 효용을 확장시켜 운전자 건강 상태에 대해 높은 신뢰성을 지니는 시스템의 개발을 위해 혈압 모니터와 같은추가적 외부장치와의 무선 연결을 가능토록 했다. 프로젝트의 목적은 운전자의 상태를 측정하여 운전자의 상태가 좋지않을 때 자동차가 이를 감지하여 적절한 조치를 조기에 취할 수 있도록 하는 것이다.
이는자료의 효용을 확장시켜 운전자 건강 상태에 대해 높은 신뢰성을 지니는 시스템의 개발을 위해 혈압 모니터와 같은추가적 외부장치와의 무선 연결을 가능토록 했다. 프로젝트의 목적은 운전자의 상태를 측정하여 운전자의 상태가 좋지않을 때 자동차가 이를 감지하여 적절한 조치를 조기에 취할 수 있도록 하는 것이다.
가설 설정
국내에서 운전자는 대부분 20대에서 60대까지이므로 이연령대의 값을 활용하였다. 피로도 측정에 활용한 값은SDNN이고 20대에서 60대까지의 운전자는 고른 분포라고 가정하였다.
제안 방법
1차 프로토타입 개발 시 선(line)형태의 FSR 센서의 한부분이 세게 눌려서 오류를 발생하는 문제나 박리 등의 내구성 문제를 해결하기 위해 2차 프로토타입 개발에서는Fig. 3(B)와 같이 점(spot) 형태의 FSR 센서로 변경하였으며, FSR 센서를 2개 장착하여 측정되는 값을 동시에 처리하여 신호가 강한 센서의 신호를 선택적으로 사용하여 측정되는 신호의 신뢰도를 향상하였다. Fig.
30분마다 피로도에 대한 설문조사를 하였고, 180분간 운전을 하여 생체신호를 수집하였다. 실차 검증 결과 HRV 기반 피로도 인식과 영상 및 지필에 의한 피로도 분석이 Fig.
3주기 정도의 Raw data를 저장하여 이전 값의 기울기와진폭을 크게 벗어난 값은 제거하여 수집된 생체신호의 신뢰도를 높일 수 있도록 하였다.
5분절 HRV 분석을 적용하기 위한 가중치 산출을 위해20～30대 16명, 40～50대 7명 등 남녀 23명에 대해 생체인식장치를 20분간 착용 상태로 피로도에 대한 지필 평가를 실시하였다. 육체피로, 탈진, 불안, 각성에 대한 각각 5점 척도3개 문항과 주관적 피로도 10점 척도로 설문조사를 실시하였다.
ICT 제품에 대한 인증을 담당하는 “한국정보통신기술협회(TTA: Telecommunications Technology Association))에시험을 의뢰하여 개발된 장치에서 측정된 생체신호의 정확성을 검토하였다[17].
개발된 장치의 실제 환경에서의 검증을 위하여 서울 인근의 고속도로환경과 비슷한 자유로에서 총 10회의 실차 기반검증을 실시하였다. 카메라를 설치하여 운전자의 상태를 모니터링 하여 개발된 장치와 비교하였다.
카메라를 설치하여 운전자의 상태를 모니터링 하여 개발된 장치와 비교하였다. 그리고 Fig. 10과같이 상용의료장비인 LATHA 사의 PolyG-I 장비를 활용하여 개발 장비와의 신호를 비교하였다. Fig.
단조로운 구간 운행을 위해 시뮬레이터의 도로 구간을 고속도로 60Km/h 정속운행, 주변 차량은 제거 상태로 설정하였다. 실험자는 운전에 미숙하지 않은 자로 선정하였으며,당일 음주, 흡연, 커피 등 졸음에 영향을 줄 수 있는 요인을제거하였다.
실험자는 운전에 미숙하지 않은 자로 선정하였으며,당일 음주, 흡연, 커피 등 졸음에 영향을 줄 수 있는 요인을제거하였다. 또 수면부족 현상이 발생하도록 수면시간을 4시간 이하로 제한하고 2시간 이상 운전하게 하였다.
본 논문에서는 웨어러블 장치로 구현이 가능하고 생체신호 획득에 효과적인 심박수, 호흡수, 피부전도도 그리고 피부온도를 측정하였다. 또한 심박수를 바탕으로 심박변이도를 추출하여 활용하였다. 피부온도는 쉽게 측정 가능하나,주변 환경과 체질에 영향을 많이 받기 때문에 극적인 변화를 이끌어내는 생체신호로 활용은 미흡하였다.
본 논문에서는 웨어러블 장치로 구현이 가능하고 생체신호 획득에 효과적인 심박수, 호흡수, 피부전도도 그리고 피부온도를 측정하였다. 또한 심박수를 바탕으로 심박변이도를 추출하여 활용하였다.
일반적으로 사람의 운동량 보다는 차량의 가속 또는 진동이 크다, 차량의 진동 및 가속도를 Gyro/Acc 센서를 활용하여 감지하였다. 사람의 움직임보다 큰 신호가 감지되었을때 생체 센서 값의 신뢰도를 낮추어 적용하였다.
Table 1은 TTA에 의뢰한 시험평가 항목이다. 상용의료장비 개발 회사에서 적용한 시험범위를 준용하여 시험하였다. Table 2는 시험평가에 사용한 상용의료장비 목록이다.
생체인식장치 초기 부팅 시, PPG 센서의 LED off 상태에서 주변광을 파악하여 초기값을 설정하였으며, LED 전류및 이득을 조정하여 DC 성분이 최소화 하도록 조정하였다.
단조로운 구간 운행을 위해 시뮬레이터의 도로 구간을 고속도로 60Km/h 정속운행, 주변 차량은 제거 상태로 설정하였다. 실험자는 운전에 미숙하지 않은 자로 선정하였으며,당일 음주, 흡연, 커피 등 졸음에 영향을 줄 수 있는 요인을제거하였다. 또 수면부족 현상이 발생하도록 수면시간을 4시간 이하로 제한하고 2시간 이상 운전하게 하였다.
BMW는 뮌헨기술대학(TUM) 연구팀과 함께 스티어링 휠에 심박측정센서를 통합해 운전자의 건강 상태를 측정할 수있는 시스템을 개발했다[9]. 연구진은 스티어링 휠의 센서를통해 심박, 피부전도도, 혈액 내 산소포화도와 같은 생체신호를 측정한다. 연구진은 측정된 자료를 처리하고 이를 자동차의 컨트롤러와 연동하는 장치도 함께 개발했다.
연구진은 스티어링 휠의 센서를통해 심박, 피부전도도, 혈액 내 산소포화도와 같은 생체신호를 측정한다. 연구진은 측정된 자료를 처리하고 이를 자동차의 컨트롤러와 연동하는 장치도 함께 개발했다. 이는자료의 효용을 확장시켜 운전자 건강 상태에 대해 높은 신뢰성을 지니는 시스템의 개발을 위해 혈압 모니터와 같은추가적 외부장치와의 무선 연결을 가능토록 했다.
운전자용 웨어러블 장치를 개발하여 운전자의 피로도에관련된 실험을 실시하였다. 운전자의 생체정보를 수집하기위하여 PPG, GSR 등의 센서와 운전자와 자동차의 이동/진동상태를 측정할 수 있는 가속도/자이로 센서 등 다양한 센서를 시계 형태의 장치에 모두 장착하고 운전자의 안전벨트에 호흡센서를 장착하여 운전자가 자각하거나 구속되지 않은 상태에서 실험을 진행할 수 있었다.
운전자용 웨어러블 장치를 개발하여 운전자의 피로도에관련된 실험을 실시하였다. 운전자의 생체정보를 수집하기위하여 PPG, GSR 등의 센서와 운전자와 자동차의 이동/진동상태를 측정할 수 있는 가속도/자이로 센서 등 다양한 센서를 시계 형태의 장치에 모두 장착하고 운전자의 안전벨트에 호흡센서를 장착하여 운전자가 자각하거나 구속되지 않은 상태에서 실험을 진행할 수 있었다. 향후 다양한 생체신호 측정에 필요한 장치의 개발이 가능할 것으로 판단된다.
본 논문에서는 자동차의 안전운전을 위해서 운전자의 생체정보를 수집하여 운전자의 상태에 따라 운전자에게 적절한경보를 하거나, 직접 자동자를 제어할 수 있는 기반 시스템을 제시하였다. 운전자의 생체정보를 정확하게 수집하기 위한 장비는 대체로 운전자에게 직접 부착하는 것이 바람직하나, 운전을 방해하는 요소가 되기 때문에 운전자에게 부담을주지 않는 웨어러블 장치를 개발하여 제시하였다. 이 장치에는 심박수 및 심박변화도를 측정할 수 있는 센서와 피부전도도, 체온 등을 측정할 수 있는 센서를 장착하여 다양한 생체신호를 수집할 수 있도록 하였다.
웨어러블 장치에서 수집된 PPG 신호를 기반으로 HRV신호를 추적하였고[14], 안전벨트에서 수집된 호흡률과 HRV를기반으로 운전자의 피로도를 측정하였다.
5분절 HRV 분석을 적용하기 위한 가중치 산출을 위해20～30대 16명, 40～50대 7명 등 남녀 23명에 대해 생체인식장치를 20분간 착용 상태로 피로도에 대한 지필 평가를 실시하였다. 육체피로, 탈진, 불안, 각성에 대한 각각 5점 척도3개 문항과 주관적 피로도 10점 척도로 설문조사를 실시하였다. 피로도 산출 단계에서는 상대적으로 객관성이 떨어지는 주관적 피로도 항목을 제외하고 육체적 피로도와 정신적피로도 항목의 합을 기반으로 산출한 가중치로 Table 3에서제시한 연령대별 HRV 범위를 보정하여 피로도 단계 산출에 활용하였다.
운전자의 생체정보를 정확하게 수집하기 위한 장비는 대체로 운전자에게 직접 부착하는 것이 바람직하나, 운전을 방해하는 요소가 되기 때문에 운전자에게 부담을주지 않는 웨어러블 장치를 개발하여 제시하였다. 이 장치에는 심박수 및 심박변화도를 측정할 수 있는 센서와 피부전도도, 체온 등을 측정할 수 있는 센서를 장착하여 다양한 생체신호를 수집할 수 있도록 하였다. 또 운전자의 안전벨트에호흡센서를 장착하여 정교한 호흡률을 얻을 수 있었다.
6과 같이 외부의 빛에 의한영향이 크다. 이를 차단하기 위하여 PPG 센서 수/발광부와피부사이에 유리를 장착하여 웨어러블 장치가 피부에 밀착하도록 설계하여 주변광의 영향을 적게 받도록 하였다.
개발된 장치는 IMU (Inertial MeasurementUnit) 센서를 기반으로 양호한 신호만을 취하고 있다. 잡음을적절히 제거하며 왜곡이 적은 Butterworth 필터를 적용하였다. Butterworth 필터는 0.
영국의 Plessey는 피부접촉 없이 옷을 통해 생체신호를감지할 수 있는 EPIC (Electric Potential Integrated Circuit)를 선보였다[12]. 진폭이득을 낮추고 입력 임피던스를 높여운전자의 시트에 장착할 수 있도록 설계됐다.
운전자의 생체정보 수집을 위한 운전 시뮬레이터는 버스와 유사한 Euro truck을 사용하고 Thrustmaster 사의 휠과페달을 사용하여 실제 주행환경과 유사한 환경에서 실험하였다. 차량 시뮬레이터에 차량 전방 및 실험자의 영상 촬영이 가능하도록 카메라를 설치하였고, 컴퓨터와 연결된 버튼을 설치하여 운전자가 졸음을 인지하였을 경우, 버튼을 누르고 자동으로 시간을 기록할 수 있도록 하였다.
촬영된 영상에서 1분 동안 1.5초 이상 눈 깜박임 횟수와졸음인지 입력으로 졸음 정도를 파악하였고, 개발된 장치와비교 분석하였다.
측정된 생체신호를 수집/정제하여 운전자의 상태를 판단하고, 운전자의 상태에 따라 운전자에게 경보를 발생하거나, 자동차의 내부 장치와 통신할 수 있는 통합운전자지원시스템이라 명명한 컨트롤러를 개발하였다.
측정된 운전자의 생체신호를 바탕으로 운전자의 피로도를분석할 수 있는 알고리즘을 개발하였고 피로도 단계를 제시하였다. 판단된 피로도 단계에 따라 운전자에게 경보를 주는 등의 적절한 처리가 가능할 것이다.
개발된 장치의 실제 환경에서의 검증을 위하여 서울 인근의 고속도로환경과 비슷한 자유로에서 총 10회의 실차 기반검증을 실시하였다. 카메라를 설치하여 운전자의 상태를 모니터링 하여 개발된 장치와 비교하였다. 그리고 Fig.
웨어러블 장치에는 ECG를 측정하기 위해 PPG (Photoplethysmography)센서를 장착하였다. 피부전도도를 측정하기 위해 GSR 센서를 장착하고 체온을 측정하기 위해 온도센서를 장착하여 SKT (Skin Temperature)센서로 활용하였다. 호흡률의 측정은 PPG센서를 활용할 수 있으나, 정확한 측정을 위하여 운전자의 안전벨트에 압력(FSR: Force SensitiveResister)센서 2개를 병렬로 장착하여 호흡센서로 활용하였다.
피부전도도를 측정하기 위해 GSR 센서를 장착하고 체온을 측정하기 위해 온도센서를 장착하여 SKT (Skin Temperature)센서로 활용하였다. 호흡률의 측정은 PPG센서를 활용할 수 있으나, 정확한 측정을 위하여 운전자의 안전벨트에 압력(FSR: Force SensitiveResister)센서 2개를 병렬로 장착하여 호흡센서로 활용하였다. 각속도/가속도(Gyro/Acc)센서는 움직임이 큰 자동차에서 발생하는 큰 신호에 대한 오류를 감소시키기 위한 보조센서로 활용한다.
대상 데이터
ICT 제품에 대한 인증을 담당하는 “한국정보통신기술협회(TTA: Telecommunications Technology Association))에시험을 의뢰하여 개발된 장치에서 측정된 생체신호의 정확성을 검토하였다[17]. TTA에서는 상용 의료용 제품을 사용하여 20명의 20～60대의 남녀 일반인을 대상으로 비교 검토하는 실험을 하였다. 이 실험은 실험실에서 이루어졌고 상 의료제품과의 오차 범위가 10% 이내일 경우 합격으로하였다.
국내에서 운전자는 대부분 20대에서 60대까지이므로 이연령대의 값을 활용하였다. 피로도 측정에 활용한 값은SDNN이고 20대에서 60대까지의 운전자는 고른 분포라고 가정하였다.
운전자의 생체정보 수집을 위한 운전 시뮬레이터는 버스와 유사한 Euro truck을 사용하고 Thrustmaster 사의 휠과페달을 사용하여 실제 주행환경과 유사한 환경에서 실험하였다. 차량 시뮬레이터에 차량 전방 및 실험자의 영상 촬영이 가능하도록 카메라를 설치하였고, 컴퓨터와 연결된 버튼을 설치하여 운전자가 졸음을 인지하였을 경우, 버튼을 누르고 자동으로 시간을 기록할 수 있도록 하였다.
성능/효과
GSR 인식 결과는 Fig. 9에 보인 것과 같이 평균 GSR(GSR_AVG) 보다 105% 큰 경우 긴장(Tension), 95%보다작은 경우 이완(Relaxation)으로 판단하였다.
본 논문에서는 운전자의 상태를 측정하기 위한 다양한 방법을 검토하였고, 각 방법에 대한 문제점을 파악하였다. 각방법의 문제점을 해결하기 위한 방법으로 운전자의 생체신호 수집이 가능한 웨어러블 장치를 고안하여 제시하였고,이 장치를 기존의 의학용 생체신호 수집 장비와 비교 분석하여 활용도가 높음을 보였다. 이 장치를 활용하여 운전자의 생체신호를 지속적으로 수집하였고, 운전자의 생체신호변화 부분을 추적하여 변화된 부분이 졸음상태 임을 판단할수 있었다.
공인인증기관을 통하여 상용 의료용 장비와 비교 실험을실시하여 개발된 장비가 상용 의료용 장비와 큰 차이가 없음을 보였고, 실험실과 실제 환경에서의 실험을 통해 운전자의 피로도를 측정하여 피로도에 따른 단계별 조치가 가능함을 보였다.
이 장치에는 심박수 및 심박변화도를 측정할 수 있는 센서와 피부전도도, 체온 등을 측정할 수 있는 센서를 장착하여 다양한 생체신호를 수집할 수 있도록 하였다. 또 운전자의 안전벨트에호흡센서를 장착하여 정교한 호흡률을 얻을 수 있었다. 이는기존의 카메라를 활용한 장치, 스트어링 휠 또는 운전자 시트를 활용한 장치보다 더 정교하고 지속적으로 생체신호를측정할 수 있기 때문에 상당한 유용성을 보였다.
웨어러블장치는 측정된 값으로 표시된다. 시간 축으로 비교했을 때,PolyG-I의 신호와 웨어러블 장치가 서로 일치하는 것을 확인할 수 있었다.
Table 2는 시험평가에 사용한 상용의료장비 목록이다. 시험결과 상용의료장비와 PPG 센서는 94.6%, GSR 센서는 96.3% 그리고 호흡센서는 98.4% 일치하여 운전자의 생체신호를 측정하는데 무리가 없음을 보였다.
졸음운전은 교통사고를 유발하는 가장 큰 요인의 하나로 파악하고 충분한 수면을 취하지 못한 운전가가 더욱 난폭한 운전을 한다는 것을 증명하였다. 운전자의 맥박을 측정하여맥박이 빠를수록 운전자의 심리적 압박감이 심하고, 심각한상황에서 위험 가능성이 더욱 높다는 것을 파악하였다. 이것을 바탕으로 톱핏트럭에 운전자의 생리학적 안전과 운전자의 쾌적성 향상을 위한 다양한 장치를 추가했다.
각방법의 문제점을 해결하기 위한 방법으로 운전자의 생체신호 수집이 가능한 웨어러블 장치를 고안하여 제시하였고,이 장치를 기존의 의학용 생체신호 수집 장비와 비교 분석하여 활용도가 높음을 보였다. 이 장치를 활용하여 운전자의 생체신호를 지속적으로 수집하였고, 운전자의 생체신호변화 부분을 추적하여 변화된 부분이 졸음상태 임을 판단할수 있었다.
또 운전자의 안전벨트에호흡센서를 장착하여 정교한 호흡률을 얻을 수 있었다. 이는기존의 카메라를 활용한 장치, 스트어링 휠 또는 운전자 시트를 활용한 장치보다 더 정교하고 지속적으로 생체신호를측정할 수 있기 때문에 상당한 유용성을 보였다.
후속연구
측정된 운전자의 생체신호를 바탕으로 운전자의 피로도를분석할 수 있는 알고리즘을 개발하였고 피로도 단계를 제시하였다. 판단된 피로도 단계에 따라 운전자에게 경보를 주는 등의 적절한 처리가 가능할 것이다. 향후 운전자의 심장마비, 블랙아웃(black out)이나 휴대폰 사용, DMB 시청 등의 운전자 상태 파악신호와 통합이 필요하다.
운전자의 생체정보를 수집하기위하여 PPG, GSR 등의 센서와 운전자와 자동차의 이동/진동상태를 측정할 수 있는 가속도/자이로 센서 등 다양한 센서를 시계 형태의 장치에 모두 장착하고 운전자의 안전벨트에 호흡센서를 장착하여 운전자가 자각하거나 구속되지 않은 상태에서 실험을 진행할 수 있었다. 향후 다양한 생체신호 측정에 필요한 장치의 개발이 가능할 것으로 판단된다.
판단된 피로도 단계에 따라 운전자에게 경보를 주는 등의 적절한 처리가 가능할 것이다. 향후 운전자의 심장마비, 블랙아웃(black out)이나 휴대폰 사용, DMB 시청 등의 운전자 상태 파악신호와 통합이 필요하다. 그러나 생체신호는 성별, 연령과 개인의 건강 상태에 따라 개인차가 큰신호이므로 영상신호와의 결합, 학습 알고리즘을 활용하여개인화 DB 구축 및 오인식 개선이 필요하다.
향후과제는 운전자의 심장마비, 블랙아웃 혹은 휴대폰 사용이나 DMB 시청 또는 음주운전에 따른 생체신호를 측정하고, 이에 대한 경보를 할 수 있는 알고리즘을 개발하는것이다. 또, PPG 센서로 부터 호흡률을 계산할 수 있는 알고리즘 개발과 차내 공기가 운전자에게 미치는 영향에 대한파악 등 생체신호와 센서에 관련된 연구와, 전방 카메라로부터 주변 환경을 인식하여 가장 안전한 방법으로 운전자를보호하는 시스템을 개발하는 것이다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
운전 스트레스가 유발할 수 있는 위험한 행동은?
자동차의 꾸준한 증가와 이에 따른 교통체증 등으로 인하여 자동차 운전자는 많은 스트레스를 받게 된다. 운전 스트레스는 운전자 자신도 인지 못하는 난폭운전, 졸음운전 등 교통사고를 유발하고 있다. 또한 최근에는 운전 중 DMB(Digital Multimedia Broadcasting) 시청이나 휴대전화 사용이 급증하여 이로 인한 전방주시 태만 등으로 사고가 많이 발생하는 것으로 나타났다[1].
자동차 운전자가 운전 스트레스를 받게되는 원인은?
자동차의 꾸준한 증가와 이에 따른 교통체증 등으로 인하여 자동차 운전자는 많은 스트레스를 받게 된다. 운전 스트레스는 운전자 자신도 인지 못하는 난폭운전, 졸음운전 등 교통사고를 유발하고 있다.
자동차 운전자의 노령화가 위험한 원인은?
또한 최근에는 운전 중 DMB(Digital Multimedia Broadcasting) 시청이나 휴대전화 사용이 급증하여 이로 인한 전방주시 태만 등으로 사고가 많이 발생하는 것으로 나타났다[1]. 또한 운전자의 노령화는 인지 능력저하, 위험대처 능력 저하, 신체기능 저하 등으로 많은 사고를 유발시키는 원인이 되고 있다[3, 4]. 교통사고를예방하기 위해 운전자의 상태를 파악하여 운전에 적합하지 않은 상태일 경우, 운전자에게 경보를 발생하거나, 자동차의 속도를 줄이는 등 직접 제어하여야 한다.
참고문헌 (18)
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"Autonomic Assessment Report: A Comprehensive Heart Rate Variability Analysis," HEARTMATH Research Center, 1996.
Report of Test : 3 types of Bio-metric sensor for Yujeong System, TTA-N-16-0549-TR00, TTA, July 2016.
H. Kim, M. Choi, and Y. Bae, "Driver drowsiness recognition system based on camera image analysis," Processing of the Spring Conference of the Korea Information Processing Society, Vol.23 No.1, pp.719-722, April 2016.
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