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Research on driver status monitoring system using ECG sensor based on dry electrode = 건식 전극기반 심전도 센서를 이용한 운전자 상태감지 시스템에 대한 연구
서명 / 저자 Research on driver status monitoring system using ECG sensor based on dry electrode = 건식 전극기반 심전도 센서를 이용한 운전자 상태감지 시스템에 대한 연구 / You-Jun Choi.
발행사항 [대전 : 한국과학기술원, 2018].
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초록정보

The traffic accident is one of the most serious problems we have at present. Especially, traffic accident caused by incapacitation of drivers (i.e., falling asleep or heart attack) brings fatal consequence, and the cause accounts for 30 to 50% of the total traffic accidents. Therefore, the Driver Status Monitoring (DSM) systems and the real-time signal processing techniques can be an innovative solution to significantly reduce the number of traffic accidents around the world. This dissertation, firstly, introduces a wide range of research trends in the development of DSM systems, and it introduces the latest DSM systems based on physiological signal measurements, which overcomes the disadvantages of the conventional DSM systems and achieves highly accurate and reliable detection of the driver’ status. Secondly, in this dissertation, The dry electrodes that the automotive manufacturers use to measure electrocardiogram (ECG) signals for driver status monitoring have three technical problems: a lack of attachment fexibility, low ECG signal detection stability, and the potential to harm or irritate the driver. In addition, the complicated signalconditioning circuits employed by automotive manufacturers to improve the SNR, increase the ECG signal detection stability, and to ensure a wider dynamic range of the electrodes increase the cost and complexity of driver ECG measuring systems. In this paper, we propose a driver ECG measuring system that resolves these three technical issues using a steering wheel covered with a conductive fabric-based dry electrode material, which is manufactured by an electroplating method. In addition, we employ a conductive fabric-shaping procedure in the development of the fabric-based dry electrode to improve the attachment fexibility and to reduce the cost and complexity of the required signal-conditioning circuit. We verify the ECG signalmeasuring performance of the proposed system by comparing it with ECG signal measurement results from a clinical ECG monitoring system. In addition, despite applying a simpler signal conditional circuit than those used in conventional ECG measuring systems, we verify that the proposed system achieves higher SNR and ECG signal detection stability than conventional ECG measuring systems through various field tests in actual driving environments. We also analysis a signal-conditioning circuit that is utilized to acquire the driver’s ECG signals reliably. In particular, we analyze the envrionmental durability assessment that are necessary for the commercialization of the system. Lastly, we suggest we propose DSM algorihm based on MLP considering various noise that should be generated while driving. The proposed algorithm shows average accuracy of 69.19% and maximum accuracy of 80.71%.

교통 사고는 우리가 직면한 심각한 사회 문제중 중 하나이다. 특히, 운전자 부주의(예:졸음운전 또는 심장 마비)는 치명적인 결과를 초래할 수 있으며, 이는 전체 교통사고의 30~50%를 차지한다. 따라서 운전자 상태감지 시스템과 실시간 신호처리 기술은 전 세계의 교통사고율을 획기적으로 줄일 수 있는 혁신적인 기술이 될 수 있다. 본 학위 논문은 먼저, 기존 운전자 상태감지 시스템의 단점을 극복하고, 높은 정확도와 안정적인 운전자 상태 탐지 성능을 갖는 생체신호 기반 운전자 상태감지 시스템 개발 트랜드를 소개한다. 두번째로 기존 자동차 회사에서 개발한 운전자 상태 감지 시스템이 갖는 세가지 문제(장착성, 신호 탐지 안정성, 운전자 유해성)를 동시에 해결하는 시스템을 제안한다. 게다가 자동차 완성차 업체들보다 SNR 성능은 개선하고 ECG 신호 탐지 안정성을 증대시키며, 운전자 심전도 측정 시스템보다 심플한 신호처리 회로를 적용한 ECG 신호 기반 운전자 상태 감지 시스템을 제안한다. 제안된 시스템은 습식 도금 방식의 전도성 섬유를 이용한 ECG 센서를 핸들에 이질감 없이 감은 방식으로 개발된다. 본 학위 논문에서는 개발된 시스템의 성능을 의료 장비의 ECG 측정 성능과의 비교를 통하여 검증한다. 또한 다양한 실제 주행 환경에서 기존 시스템과의 SNR 비교를 통하여 개발된 시스템의 성능을 비교 검증한다. 본 학위 논문은 ECG 신호 처리를 위하여 제안한 신호 처리 회로를 수학적으로 검증하고, 내환경 시험을 통하여 개발된 시스템의 내구 신뢰성 성능을 제시한다. 마지막으로 주행중 발생하는 다양한 노이즈를 고려한 MLP 기반의 운전자 상태감지 알고리즘을 제안한다. 제안된 알고리즘은 평균 69.19%, 최대 80.71% 성능을 보인다.

서지기타정보

서지기타정보
청구기호 {DGT 18001
형태사항 vi, 111 p. : 삽화 ; 30 cm
언어 영어
일반주기 저자명의 한글표기 : 최유준
지도교수의 영문표기 : Seung-Hyun Kong
지도교수의 한글표기 : 공승현
수록잡지명 : "Driver status monitoring systems for smart vehicles using physiological sensors". IEEE Signal Processing Magazine, v.33.no.6, pp.22-34(2016)
수록잡지명 : "Driver ECG Measuring System with a Conductive Fabric Based Dry Electrode". IEEE ACCESS, v.6, pp.415-427(2018)
학위논문 학위논문(박사) - 한국과학기술원 : 조천식녹색교통대학원,
서지주기 References : p. 98-108
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