웨어러블 생체신호 기반 건설 중장비 운전자의 정량적 상황인지 평가 가능성 탐색

• 영문명: Exploring the Feasibility of Quantitative Situation Awareness Assessment of Construction Equipment Operators Using Wearable Biosignals
• 발행기관: 사단법인 한국안전문화학회
• 저자명: 강민기(Mingi Kang) 최민지(Minji Choi)
• 간행물 정보: 『안전문화연구』제47호, 221~235쪽, 전체 15쪽
• 주제분류: 사회과학 > 사회과학일반
• 파일형태: PDF
• 발행일자: 2025.10.30

국문 초록

건설현장의 중장비 작업은 높은 재해 위험을 수반하며, 운전자의 올바른 상황인지(Situation Awareness, SA)는 사고 예방의 핵심 요인이다. 그러나 기존의 설문 기반 SA 평가는 주관성과 작업 간섭 등 여러 한계를 지닌다. 본 연구는 웨어러블 생체신호(EDA, BVP)를 활용하여 실제 현장에서 작업자의 SA 수준을 정량적·비침습적으로 추정할 수 있는 가능성을 탐색하였다. 이를 위해 실제 건설현장에서 숙련된 굴착기 운전자 5명이 사전 정의된 7개의 작업을 수행하였으며, 각 작업에 SA 이벤트를 삽입하였다. 손목시계형 웨어러블 기기로 EDA, BVP 관련 데이터를 수집하고, 이벤트 기준 10초의 반응라인에서 ΔAUC, ΔBVP, EDA latency 등의 지표를 산출하였다. 실험 종료 후 촬영된 영상을 기반으로 자기보고식 SART 설문을 통해 각 참가자의 작업별 SA 수준을 평가하였다. 수집된 생체신호는 Z-score 정규화를 거쳐 설문 점수와 상관분석을 실시하였으며, 복잡하거나 인지 부하가 큰 작업 구간에서 ΔAUC의 상승과 ΔBVP의 감소가 동시에 관찰되어, 교감신경 각성이 강화되는 패턴이 확인되었다. 특히, 설문 점수와의 상관분석에서 ΔAUC는 ρ = 0.83 (p = 0.021), ΔBVP는 ρ = 0.95 (p = 0.001)로 유의한 정합성을 보였다. 이러한 결과는 생체신호 기반 지표가 SA 수준과 밀접하게 연관되며, 기존 설문 기반 평가를 보완 또는 대체할 수 있음을 시사한다. 본 연구에서 제안한 절차는 단일 웨어러블 기기만으로 구현이 가능하고, 작업 흐름을 방해하지 않으며 재현성이 높아 현장 적용에 유리하다. 나아가, 본 접근법은 정량적 SA 평가, 맞춤형 안전교육, 실시간 위험 모니터링 등 다양한 산업안전 응용 가능성을 제시한다.

영문 초록

Heavy equipment operation in construction sites involves high accident risks, and operators’ situation awareness (SA) is a key factor in prevention. However, existing survey-based SA evaluations have limitations such as subjectivity and task interference. This study explores the potential of estimating SA levels quantitatively and non-invasively in real construction sites using wearable biosignals (EDA, BVP). Five skilled excavator operators performed seven predefined tasks, with SA events inserted into each task. Biosignals were collected via a wrist-worn device, and ΔAUC, ΔBVP, and EDA latency were calculated for 10-second windows after each event. After the experiment, participants completed self-reported SART questionnaires while reviewing recorded videos. The biosignals were Z-score normalized and analyzed for correlation with survey scores. In cognitively demanding tasks, increased ΔAUC and decreased ΔBVP were observed, indicating heightened sympathetic activation. Significant correlations were found: ΔAUC (ρ = 0.83, p = 0.021), ΔBVP (ρ = 0.95, p = 0.001). These results suggest that biosignal indicators are closely related to SA levels and may supplement or replace survey methods. The proposed approach is simple, reproducible, and minimally intrusive, and shows potential for safety education, real-time monitoring, and SA assessment.

목차

Ⅰ. 서 론

Ⅱ. 연구방법

Ⅲ. 결과 및 시사점

Ⅳ. 결 론

참고문헌

키워드

건설안전 중장비 상황인지 웨어러블센싱 생체신호 Construction safety Heavy equipment Situation awareness Wearable sensing Biosignals