주행 중 운전자 생체신호 모니터링 디바이스 신뢰성 평가

국문 초록 (Abstract)

Objective: 본 연구의 목적은 주행 중 운전자의 생체신호를 수집하는데 있어서 장비 간의 수집된 데이터를 비교하여 데이터의 신뢰성을 평가함에 있다.
Background: 심장박동이나 피부 전도도 등의 생체신호 변화를 모니터링하거나 신호를 수집하여 사람의 스트레스 정도나 불편도 등을 측정하고 예측하는 기술이 다양한 분야에서 활용되고 있다. 특히 동적인 주행과 같은 상황에서도 쉽게 측정이 가능하도록 다양한 착용형 무선 측정 장비들이 개발되었으며, 이러한 장비들은 손목 밴드, 가슴 스트랩 형태로 되어있어 기존의 장비보다 간단한 착용 및 측정이 가능하도록 발전되었다. 이로 인해 주행 중 운전자나 탑승자의 상태에 대한 실시간 모니터링과 데이터 수집이 더욱 용이 해졌다. 이러한 장비들은 다양한 연구에서 사용이 되고 있지만 기존 연구용 전문 장비와의 비교에 관한 연구는 부족하다. 특히 주행과 같은 주변환경의 영향을 많이 받는 상황에서의 장비간 데이터 비교에 관한 연구는 진행되지 않았다. 따라서 본 연구는 주행 중 통풍 조건의 변화를 주며 변화하는 운전자의 생체신호 데이터를 여러 장비들간 비교를 하기 위하여 진행되었다.
Methods: 본 연구는 주행 중 운전자의 심박수, 심박 변이도, 피부 전도도를 유선 측정장비 (Thought Technology, Flexcomp, 2048㎐), 손목 밴드 센서 (Empatica, E4 wristband, 64㎐/심박, 4㎐/피부전도도), 가슴 스트랩 밴드 (Polar, Polar H10, 1000㎐)를 이용하여 동시에 측정하여 비교하였다. 심박수와 심박 변이도는 Flexcomp, Polar H10, E4를 이용하여 측정하였고, 피부 전도도는 Flexcomp와 E4를 이용하여 측정하였다. 기존 연구용 전문 장비인 Flexcomp의 경우 심박 데이터와 피부 전도도 측정을 위해 각각 가슴과 발바닥에 센서를 부착하였고, Polar H10은 가슴에 스트랩을 고정, E4는 손목에 스트랩을 고정하여 측정하였다. 데이터 수집은 총 14명의 건강한 숙련된 운전자가 참여한 실제 도로 주행 조건에서 진행되었다. 1시간의 고속도로 주행 중 시트 통풍 기능을 반복적으로 활성화-비활성화 하여 열적 쾌적도를 변화시켰으며, 이러한 변화에 따른 생체신호의 변화를 추적하였다. 심박 데이터로는 분당 심박수(HR)와 심박변이도 (HRV: Heart rate variability)의 저주파수(LF) 파워, 고주파수(HF) 파워 값이 비교되었고, 피부 전도도 데이터는 개인별 최대 피부 전도도로 표준화된 평균 피부전도도 레벨(SCL) 값이 사용되었다. 모든 데이터는 5분 간격으로 나눠져 시간에 따른 신호의 변화가 관찰되었다.
Results: 심박 데이터에서 심박수는 Flexcomp, polar H10, 그리고 E4 모두에서 유사한 값과 경향성을 보였다. 하지만 LF, HF 값은 Flexcomp와 polar H10 두 장비가 매우 유사한 값과 경향성을 보인 반면 E4는 상이한 값과 경향성을 보였다. 피부 전도도 데이터는 Flexcomp와 E4 장비가 서로 다른 경향성을 보였다.
Conclusion: 가슴 스트랩 밴드 Polar H10의 경우 높은 샘플링 레이트와 적은 몸통 움직임이 기존의 유선 심전도 장비와 비슷한 데이터를 취득할 수 있도록 하였다. 하지만 손목 밴드 센서 E4는 낮은 샘플링 레이트와 더불어 핸들, 기어 조작 등의 많은 손 움직임이 정확한 데이터수집을 방해하여 기존의 피부전도도 장비와 비슷한 결과를 보이지 않았다.
Application: 본 연구의 결과를 통해 향후 운전자 모니터링에는 가슴 스트랩 센서 Polar H10 수준의 신호 안정성을 확보할 수 있는 장비를 사용할 경우 기존 유선 심전도 장비를 대체할 수 있음을 알 수 있다.