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Railway Technical Research Institute
生理指標による
運転士の状態モニタリング
人間科学研究部 人間工学研究室
主任研究員 中川 千鶴
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Railway Technical Research Institute
目次
研究の背景
目的
実施内容
生体情報複合計測システム
模擬運転時の生体計測実験
運転席でのセンシング検討
成果の活用（今後の展開）
2
Railway Technical Research Institute3
安全運行に支障をもたらす運転士の要因
心理的動揺⇒エラーの誘発【現状の対策】訓練（異常時対応能力訓練？）
覚醒レベルの低下⇒居眠り運転【現状の対策】デッドマン装置など
研究の背景
リアルタイム支援の実現
研究フェーズ2015 2021
現在
生理指標による運転状態ﾓﾆﾀﾘﾝｸﾞ
生理指標による
運転士の状態推定
生理指標活用の基礎研究実用化に向けた
研究開発
運転支援
Railway Technical Research Institute
目的
実施内容
単独作業である運転士自身の緊急事態を検出
条件 運転士の操作不要・負担少・良好状態維持に貢献
生理指標等による状態モニタリング
生体情報複合計測システム
シミュレータ運転時の生体計測実験
運転席でのセンシング検討
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Railway Technical Research Institute
様々な生理指標計測 多角的な運転士状態把握
中枢系の活動：脳波主観評価の代用、自覚的・無自覚的変化
末梢系の活動：心電図、呼吸、皮膚電位、眼球運動etc.
自律神経系の活動、心理変化
本計測システムの利点
多様な指標の同期計測・分析
複数アプローチによる精度向上
「生体情報複合計測システム」の構築
5
個人差への対応、緊張，動揺，覚醒レベル，体調 etc.
Railway Technical Research Institute
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大量データの取得・分析環境
高密度センサによる脳波測定
〇
眼球状態と頭部位置情報を統合
画像を同時記録視点空間視線推定
視野画像
全計測情報を統合分析（自主開発）
5cm80g
ミユキ技研HPより
小型無線センサで各種生理量を計測（心電図、呼吸、発汗etc）
Railway Technical Research Institute7
全計測情報を統合分析（自主開発）多様な計測データを一元表示し統合分析を実現
※特許出願中
Railway Technical Research Institute
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シミュレータ運転時の生体計測実験
一般男性10名
平均年齢31.9歳
実験参加者
課題内容
運転条件 4駅間（A～D駅）の運転
在来線をモデルとする各駅停車
課題 No Trial No 課題内容
課題1 No.1~7,9 基本課題（習熟課題）
課題2 No.8,10~12 アクシデント課題（踏切内に侵入車両）
課題3 No.13~18 タイムプレッシャー課題（余裕時分なし）※ただし、定刻到着の場合は後の課題を免除
：パソコン等で構築した簡易鉄道運転シミュレータ運転環境
Railway Technical Research Institute
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シミュレータ運転実験時の生体計測の様子
Railway Technical Research Institute10
発見前 発見直後
発見前 発見直後
(a)参加者Ａ（ブレーキ操作:最短） (b)参加者Ｂ（ブレーキ操作:最長）
アクシデント時の脳波・心拍・呼吸の測定例
倒木 倒木
倒木発見前後のα波分布 ※脳活動が活発→α波減衰(青)
上からの図
Railway Technical Research Institute
△：侵入車両発見▽：侵入車両横を通過
アクシデント時の生理指標の変化例
0
1
2
3
4
5
S04 S05 S06 S07 S08 S09 S10
ブレ
ーキ
操作
時間
(秒)
参加者ID
ブレーキ操作に遅れ侵入車両発見直後に
脳波成分が減衰
β波
α波
θ波
呼吸
呼吸
数心
拍心
拍数
変動
変動
速度
運転
ﾛｸﾞ
脳波成分
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アクシデント時のブレーキ操作と脳波変化
012345
S04 S05 S06 S07 S08 S09 S10所要
時間
(秒)
参加者ID
ブレーキ操作に遅れ
0
0.5
1
1.5
2
S04 S05 S06 S07 S08 S09 S10安静
値と
の比
参加者ID
θ波 α波 β波
非常ブレーキ操作までの所要時間
侵入車両発見時の脳波成分（/安静値）
安静値に対し減衰
Railway Technical Research Institute
↓↑
自律神経系指標の個人差問題の解決
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自律神経系指標* 参加者Ａ 参加者Ｂ 参加者Ｃ 参加者Ｄ
心拍数 ↓ ↑心拍ゆらぎ ↓ ↓ ↓呼吸周波数 ↑ ↑ ↑ ↑呼吸振幅 ↓
個人差②：再現パターンに違い
個人差①：同じ指標で逆に変化
：駅停車時に上昇
：駅停車時に減少
➡個人内の再現性の活用
表：習熟課題（24操作）で共通変化を示した自律神経系指標
共通→
重要指標
Railway Technical Research Institute
センシング手法：①座面圧 ②心電図（心拍変動）
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運転席でのセンシング：呼吸推定
呼吸推定の意義：
個人差の影響が少ない
心拍+呼吸→自律神経系活動の推定精度が向上
独自アルゴリズムの活用（特許出願中）
右 左
1 2 3 4 5 6 後
7 8 9 10 11 12
13 14 15 16 17 18 前
座 席 の 様 子 圧力センサ（TSTech社提供）
5cm80g
ミユキ技研HPより
無線式心拍センサ
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運転席でのセンシング：呼吸推定
座面圧センサによる推定
加振条件非加振条件
時間 (秒) 時間 (秒)
10秒
〇:推定×:実測
〇:推定×:実測
呼吸
周期
(秒）
呼吸
周期
(秒）
心拍変動による推定
呼吸
周期
(秒） 実測 推定
加振 加振加振
➡非加振は良好、振動環境では困難
➡振動環境も良好（一過性呼吸を除く）
Railway Technical Research Institute
まとめ
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生体情報複合計測システムの構築
多用な生理指標と行動量を測定可能
統合分析プログラムを独自開発
運転を模擬した生体計測実験の実施
特徴的な心理状態と生理反応の対応
個人内変化パターンの活用提案
運転席でのセンシング
座面圧から呼吸推定（非加振条件下）
心拍変動から呼吸推定（加振条件下）
Railway Technical Research Institute
成果の活用（今後の展開）
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個人内パターンの活用 ⇒ 状態推定精度の向上
センシングのスリム化 ⇒ 実運転環境への適用
将来的な成果の活用イメージ
良好状態から逸脱⇔検出運転士データから良好な状態を学習
指令への情報
自動検知→緊急停止
異常時教育訓練
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参考文献
共同研究
「心的動揺時の脳活動を含めた生理変化の研究」(2015,2016)
慶応義塾大学理工学部リハビリテーション神経科学研究室
「運転座席の座面圧変化による身体情報計測の研究」(2015)
日本大学生産工学部機械工学科 栗谷川研究室
ティ・エステック株式会社 開発技術本部製品開発部
中川千鶴、他：生理指標を活用した運転士状態推定の基
礎的検討,鉄道総研報告, 第33巻, 第1号，2019
