学術研究論文

鉄道サービスにおけるストレス軽減効果の検証

本研究では，人間の心拍変動から読み取れるストレスに着目し，RRI データを用いて鉄道サービスにおけるストレス軽減効果を定量的に評価した．ストレス軽減効果を期待する施策として，女性専用車両の乗車時とノイズキャンセリングシステムの使用時の2 つを評価対象として研究を進めた．ストレスの定量的評価手法には，RRIの中央値を用いたストレス総量の算出とローレンツプロット面積法を用いたストレスの変動特性についての検討を行った．その結果，女性専用車両とノイズキャンセリングシステム使用時のストレス軽減効果について，生体が被るストレス総量や強度の観点より定量的に推定することができた．
キーワード

石田眞二

ストレス，RRI，心拍変動，ローレンツプロット，女性専用車両，
ノイズキャンセリングシステム

博（工）北海道工業大学空間創造学部都市環境学科准教授

ISHIDA, Shinji

武田

超

修
（工）SMBC コンサルティング株式会社上席推進役

TAKEDA, Wataru

白川龍生博（工）北見工業大学工学部社会環境工学科准教授

SHIRAKAWA, Tatsuo

鹿島茂

工博 中央大学理工学部都市環境学科教授

KASHIMA, Shigeru

1──はじめにストレス計測に関する研究は，心拍変動をはじめとして，
脈波，脳波，唾液，発汗，皮膚温など多様な計測方法があ

わが国では，近年，環境負荷の軽減を目的とした公共

る 2）．近年，自律神経の変動は，心拍変動による指標を

交通機関の見直しが推奨されている．例えば，路線バス

用いて，簡便かつ高精度に計測が可能となってきている 3）．

の高度道路交通システム（ITS）を用いた高機能・円滑化，また，心拍変動は種々の精神的ストレスの指標となること

次世代路面電車（LRT）への車両更新・地上設備改良，鉄が知られており，ストレスの負荷が強くなるに従ってRRI（R-

道車両の質の改善，内装・外装・原動機・ブレーキなどのR interval）
が短縮することが報告されている 4）– 6）．このよ

改善や振り子式車両・軌間可変電車の導入などが挙げらうな特徴を読み取り，心拍変動を解析し，ストレス指標のれる．特に鉄道車両の質の改善に関しては，既存路線の有用性を分析している研究が多くの分野において成果を高速化や鉄道サービス全般の質の向上が急務とされて挙げている 7）– 12）．

いる．

著者らは，先行研究において多様な環境有害因子の

しかし，鉄道サービスの質の向上を目的とした施策の影響を受けるものと想定される首都圏の混雑時における効果については，定量的に検証されている例は少ない．

電車（急行乗車と各停乗車の相違）の通勤ストレスを定量

また，鉄道をより快適に利用するために利用者自身が行的に計測する手法を提示し，その有効性について検証をえる対策に関する効果の検証についても，ほとんど見受行っている 13）．その結果，ストレスの平均的な強度を表す

けられない．何れの施策や対策においても，効果の一つ

は，低い値ほどストレス強度が高い①RRIの中央値（RRIM）

としては，利用者のストレスの軽減が挙げられ，
それを定こと示し，電車の「混雑」など特定のストレッサーへの持続量的に立証することが鉄道サービスの質の向上に向けた的な暴露による生体への影響を時系列に分析する場合一助になると考える．

に適した指標であること．また，②乗車を通じて被る通ストレスに対応する人間の適応プロセスは，環境中の勤ストレスの総量は，平常時における負荷のない状態の刺激因子（例えば混雑）からの刺激を受けると，大脳中枢

RRIM（ベースライン）と乗車時におけるRRIM との乖離幅をにおいて刺激の大きさや自分の適応能力について評価

乗車時間/区間全体に亘った累積値（TSV）を用いて評価し，有害と判断すると生体内において刺激因子に対してできること．この両指標の有用性を論じている．

適応が生じ，否定的な情動反応や様々な生理的反応を示すこととされている 1）．
010

運輸政策研究 Vol.15 No.2 2012 Summer

これまでの成果を踏まえ，本研究の目的は，人間の心拍変動から読み取れるストレスに着目し，自律神経指標を学術研究論文用いて鉄道サービスの利用（受動的施策）や利用者自身■表―1が行える対策（能動的施策）を実行した場合のストレス軽施策

減効果を以下に示す3つの指標を用いて検証していくこ

計測メニューと条件
車内状況

受動的

混雑時

体位
立ち乗り時

とである．
本研究では，先行研究において指標として用いられて

着席時
能動的

非混雑時
立ち乗り時

いたストレスの平均的な強度（①RRIM）
や通勤ストレスの総量を示す指標（②TSV）の妥当性および，有効性を再確

乗車車両

騒音

計測回数

女性専用車両

有

普通車両

有

普通車両

無

普通車両

有

普通車両

無

普通車両

有

2
3
3
3
2
3

※騒音の有無は，ノイズキャンセリングシステムの使用により，設定した．

認する．また，先行研究では1つのストレッサーから受けるストレスのばらつきについては検討していない．これま測メニューの条件から，普通車両の乗車時において，①では，強いストレスを受けた場合は，RRIのばらつきが小立ち乗り時における混雑時と非混雑時の比較，②通常のさくなると報告されている 14）．ただし，最近の交通分野に立ち乗り時と着席時の比較（騒音有），③ノイズキャンセリ

おける研究事例においては，逆の例も報告されている 15）．

ングシステムを使用した場合の立ち乗り時と着席時の比そこで，本研究では，新たにローレンツプロット面積法で較（騒音無）の検証を実施する．

得られる指標（③LP面積）
を加え，RRIのばらつきや変動特性について，上記の2つの指標との関係性を含め，検その後，得られた3つの指標の特性を明確にするために各指標の関係性を整理する．

討をおこなう．

3──ストレス指標の検討
2──研究の流れ（HRV）
3.1 心拍変動

本研究では，車内環境の心理的状況の違いと車内騒

循環機能は，交感神経と副交感神経の相互作用を通音をストレッサーとして仮定し，両者のストレス軽減対策をして調節されている．この作用は対照的な現象であり，呼受動的施策と能動的施策に2分して遂行した．

吸により調節される．この呼吸に伴って生じる周期性変受動的施策としては，車内環境の心理的状況の変化に化を心拍変動（heart rate variability：HRV）と呼ぶ 5）．

着目し，鉄道サービスにおける女性専用車両の導入対策

心拍変動は，心拍の1拍ごとの変動を瞬時に測定するを評価対象とした．これは，混雑時の車両内に男性乗客ことにより心臓の自律神経緊張の指標となる．人間の心が近接して存在した場合を女性乗客のストレッサーと仮拍変動は，運動状態に依存するが自律神経の活動も心拍定している．また，車内騒音もストレッサーとなることは自変動に影響を与えることが知られており，心電図波形を明であり，騒音の低減がストレスに与える影響についても用いて，身体的・精神的な疲労度や各種心疾患の判定に着目した．そこで，周囲の騒音をカットするノイズキャンセ

用いられている．

リングヘッドホンを利用した対策を評価対象とした．ただし，ここではノイズキャンセリングシステムを推奨する見地（R-R間隔）の変動
3.2 RRI

ではなく，車内騒音を低減した場合（鉄道車両の設備改

通常，心電図は心筋が縮小するときの一連の電気信号

善を含めた見地）のストレス軽減効果を解明することが目の流れ，P，Q，R，S，Tと名付けられた心電図成分で構的である．

成されている（図─1参照）．この内，R波は血液を左心室

受動的施策では，混雑時（乗車率150〜230％）におけから大動脈に送り出すときに生じ，R波とR波の間隔はRRI

る女性専用車両と普通車両の乗車時（立ち乗り時）の心と呼ばれている．RRIは常に一定ではなく，体位やストレ電図を計測する．能動的施策では，非混雑時（乗車率100％未満）におけるノイズキャンセルシステムを使用時

RRI

R

R

（着席時・立ち乗り時）と通常時（着席時・立ち乗り時）において，心電図を計測する（表─1参照）．
次に，心電図を活用したストレス指標の検討を実施し，先行研究で用いられたRRIM による平均的なストレス強度

T
P

T
P

によ
の算出とTSV（平常時のRRIM との乖離幅の累積値）
るストレス総量の算出を行う13）．同時にローレンツプロッ
Q

ト面積法によるLP面積の算出を行い，受動的施策と能動的施策のストレス軽減効果を定量的に評価する．また，計学術研究論文

Q
S

■図―1

S

心電図の成分

Vol.15 No.2 2012 Summer 運輸政策研究011

スなどの影響を受けて変動するため，心電図波形におい
安静時44分間のRRIて振幅の大きいRRIの変動を用いて，疲労度やストレスを

ベースライン

定量的に評価することが可能である．

RRI中央値RRIは，
一般的に身体的・精神的ストレスを受けると低下
乖離幅
ストレス発現量RRIする傾向を示す．また，一定量の強いストレスを安定的に受けるとRRIは低い領域で推移し，ストレス強度が変化す
るとRRIの変動も大きく変動して推移する．

測定値

RRI中央値
評価対象のRRI

3.3 心電図の計測機器

鉄道車内で心電図波形を測定するにあたり，混雑車内で測定するために必要な測定機器は，携帯性や簡易性と

Time
■図―2

ストレス発現量の概念

長時間測定が可能であることが条件となる．そこで，体表
面心電図の計測に小型・軽量であり，被験者への侵襲性

3.5 ローレンツプロット面積法によるRRIの変動特性が低い，ホルター心電計（GMS製アクティブトレーサーAC-

RRIのローレンツプロット（以後，LP）とは，視覚的にRRI

301A）を用いて測定を実施した．ホルター心電計で得らの変動を捉えやすい特徴を有しており，図─3に示すようれるRRIデータは，200〜4,096msにおいて，1kHzのデーに横軸にn番目のRRI，縦軸にn＋1番目のRRIをグラフ上タとして得られる注1）．

にプロットしたものである 14）．その評価方法としては，LPされた全ての点をy＝x軸とy＝−x軸に投影し，投影後，3.4 RRIの中央値を用いたストレス総量の推定

y=x軸において原点からの距離の標準偏差をσx，y＝−x

外的ストレスが作用するとストレスの負荷レベルに合わ

軸において原点からの距離の標準偏差をσ−x とし，LPのせRRIは短縮する．しかし，RRIは一様の変動ではなく，年分布を楕円として捉え，次式（1）
により，
その面積S
（LP面

齢や食事，体勢などにより，個人差が生じ，日周期におい積）を求める．

ても夜間は大きく，昼間は小さくなり，異なる変動が生じ（1）る注2）．そのため，健常者の心拍変動に関するすべての指標の包括的な検討はされておらず，
これらを基準化あるいは，標準化することは現段階では困難である．

ここで求められたSからは，その大小により，RRIの変動域やストレスの強弱に伴うRRIのばらつきが確認でき，図本研究では，RRIを測定する区間を統一し，個人差によ示することにより，視覚的にストレッサーの特徴が把握でるデータの分散を防ぐために，試行的に同一被験者1名

きる．面積の小さい分布では，一定量のストレスを安定的（20代：女性）
において，複数回の測定を実施した．

に受け続けている状態を示し，大きい場合はRRIが分散測定したRRIデータは，各種のエラー値やノイズが含ましており，安静時に近い状態を示す．

れることを想定し，算術平均に比べ特異点の影響を受けにくい中央値（RRIM）
を用いてストレスの平均的な強度を表す指標とした．
図─2 は，ストレス総量の概念を示したものである．
ストレス総量（TSV）と同義であり，単位時間当たりの
RRI M とベースラインとの乖離幅（ストレス発現量）の時間積分値である 13）．ベースラインで使用する値は，測定時

σx

1,500
RRIn＋1（ms）

本研究で定義するストレス総量とは，先行研究における

1,000

σ−x

刻に合わせ午後の時間帯における安静時の44分間（乗500

車時間と同値程度）のRRIデータの中央値（1,139ms）を用いた．
なお，K-S検定によりRRIデータに係る正規性仮説が棄0却されたことから，RRIM の統計的検証には，特定の分布0を仮定しないWilcoxonの順位和検定（有意差の判定基
準：P＜0.01）
により実施した．

012

運輸政策研究 Vol.15 No.2 2012 Summer

500

1,000

1,500

RRIn（ms）■図―3

ローレンツプロット面積法の概念

学術研究論文4──RRIの測定調査の概要

1,300

定区間は，図─4に示す南大沢駅から新宿駅（途中，笹塚
駅にて乗り換え）までの区間とした．得られたRRIデータ

RRI（ms）

本研究では，女性専用車両が導入されている京王電
鉄の京王線・京王相模原線において測定を実施した．測

女性専用車両
普通車両

1,200
1,100
1,000
900

は，駅間の特徴を探るための区間軸と時間的経過の特徴を探るための乗車時間を表す時間軸に分類し，分析

800

を行った．

700
0：05

受動的施策（女性専用車両）の乗車車両は，女性専用
車両が設けられている10号車の中央付近とし，
普通車両

0：10
時間

■図―5

RRIの変動
（女性専用車両と普通車両）

は6号車の中央付近とした．また，能動的施策（ノイズキャ
ンセリングシステム）においては，
普通車両の 6号車の中て，7/25に測定した女性専用車両の5分間のRRIの変動

央付近に乗車した．表─2に調査日時を示す．

と9/26に測定した普通車両の同一の時間帯のRRIの変動を抜粋して表したものである．RRIは小刻みに変動を

京王線・京王相模原線
区間軸

1

2
京
王
多
摩
セ
ン
タ
ー

南
大
沢

3

4

5

6

7

8

9

しており，両者を比較すると女性専用車両の乗車時の方10が常に高い値で推移している．これは，他の日にちのデー
京
王
稲
田
堤

京
王
永
山

つ
つ
じ
ヶ
丘

調
布

千
歳
烏
山

タにおいても同様の傾向を示した．
桜
上
水

明
大
前

笹
塚

新
宿

（区間軸と時間軸）
5.2 RRIM によるストレス値の比較

図─6 は，調査日別の普通車両の乗車時において，

時間軸

RRIM を区間毎に算出した結果を表したものである．RRIM

時間（分）

■図―4

調査対象の鉄道路線■表―2

調査スケジュールと調査回数

は，区間毎に顕著な特徴は認められなかった．しかし，区間1は他の区間より低い値であり，区間4から測定日による差が小さくなる傾向を示した．これは，乗車直後から受動的施策（女性専用車両と普通車両）
調査日

南大沢発

乗車時間

受動的施策

時間経過とともに車内空間に被験者が慣れ始めたことが2007/7/23
2007/7/25
2007/9/21
2007/9/26
2007/9/28

8：05
8：05
7：45
7：45
7：45

57分
54分
51分
54分
51分

普通車両

要因として考えられる．また，すべてのRRIM は，1,000ms

女性専用車両
女性専用車両以下で推移していることがわかる．

普通車両
普通車両

能動的施策：着席時（ノイズキャンセリングシステム）
調査日

南大沢発

乗車時間

能動的施策

2007/11/19
2007/11/22
2007/11/30
2007/12/11
2007/12/13
2007/12/18

15：39
15：39
16：19
15：19
11：39
14：59

42分
42分
41分
40分
40分
39分

ノイズキャンセル

図─7は，調査日別の女性専用車両の乗車時において，
RRIM を区間毎に算出した結果を表したものである．普通車両と同様に区間1は他の区間より低い値となった．区なし

間8〜10では，調査日による差が大きくなる傾向を示した．

なし

また，図─6に比べ，RRIM が1,000msを超える空間が多く

ノイズキャンセル
なし

存在することがわかった．

ノイズキャンセル

能動的施策：立ち乗り時（ノイズキャンセリングシステム）
調査日

南大沢発

乗車時間

能動的施策

2008/1/9
2008/1/10
2008/1/18
2008/1/21
2008/1/22

16：19
12：39
12：59
13：39
15：39

40分
40分
40分
40分
40分

ノイズキャンセル

1,100
07/7/23なし
ノイズキャンセルなし

5──受動的施策のストレス軽減効果の検証（女性専用車両）

900

800

700

5.1 RRIの変動特性

図─5は，RRIの変動の特徴を把握するために一例とし学術研究論文

07/9/28

1,000
RRIM（ms）

なし

07/9/26

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

区間軸
■図―6

普通車両のRRIM（区間軸）Vol.15 No.2 2012 Summer 運輸政策研究013

1,100■表―307/7/25

07/9/21調査日

受動的施策
女性専用車両

立乗

7/25
9/21
7/23
9/26
9/28

1,000
RRIM（ms）

ストレス指標一覧（女性専用車両）状態

900

女性専用車両
普通車両
普通車両
普通車両

RRIM（ms） TSV（ms） LP（ms2）
981
1,648
33,843
1,001
1,435
31,658940
2,089
22,607882
2,480
19,314944
1,936
17,908

800
1,400

1,400
700

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

区間軸
■図―7

女性専用車両のRRIM（区間軸）

RRI n＋1

女性専用

普通車両

900

900

RRIM（ms）

1,100
乗り換え

1,000

400
400
■図―9

900
RRI n

1,400

400
400

900
RRI n

1,400

LP面積の分布（女性専用，
普通車両）

900

LP面積は，
普通車両が小さくなる結果となった．図─9

800
普通車両
女性専用車両

測定開始

700

■図―8

は，7月に計測した女性専用車両と普通車両のLPの分布

3 6 9 12 15 18 21 24 27 30 33 36 39 42 45 48 51 54を示したものである．女性専用車両と比較して，
普通車両

時間（分）

のLP面積が小さいことが視覚的に把握できる．また，
σx

RRIM の平均値の推移（時間軸）方向の広がりは，
普通車両の方が狭い分布を呈しており，
RRIの変動域が小さくなっていることがわかる．一方，σ−x

区間軸における女性専用車両と普通車両のRRIM の統方向の広がりは，両者に明確な差異は認められない．し計的検証（有意差の判定基準：P＜0.01）
では，両者に有たがって，RRIの変動域の大きさから，
普通車両では女性意差が認められた．

車両と比較して，一定量のストレスを安定的に受けている

図─8は，調査対象路線を時間軸に分類して，女性専用

状態を反映していると考えられる．

車両と普通車両の3分間毎のRRIM の平均値の推移を表

よって，すべての指標の結果から考察すると女性専用したものである．全体的に普通車両のRRIM が女性専用

車両は，普通車両に比べ，被るストレス強度は弱く，ストレ車両よりも低い傾向を示した．また，乗車時に両者とも

ス総量も減少する傾向を示した．また，LP面積の分布が，RRIM が低い値を示した．この傾向は区間軸と同様に測両車両の被るストレスの状態を視覚的に反映しているこ

定開始時に計器を装着して乗車することにより被験者がとが確認できた．

受ける緊張や乗車に伴う運動が影響したと考えられる．
また，45〜51分でRRIM が大きく低下している．これは，乗り換えに伴い，乗車車両の移動という運動により心拍数が上昇したことが要因であると推測できる．

6──能動的施策のストレス軽減効果の検証（ノ
イズキャンセリングシステム）（車内騒音軽減策）
6.1 ノイズキャンセリングシステム

5.3 女性専用車両のストレス軽減効果

能動的施策では，ストレッサーの1つである車内騒音に表─3に女性専用車両と普通車両の乗車時において算着目した．日常生活において，騒音は物理的・化学的スト出した3つのストレス指標の一覧を示す．RRIM は，女性専

レスの要因の一つであり，鉄道の車内騒音もストレッサー

用車両においてすべて高い値を示した．これは，被験者であることは自明である．ここでは，ノイズキャンセリング

が女性専用車両を利用することでストレスが弱化したこと

ヘッドホンの使用により，車内騒音を低減させた場合のスを示している．

トレス軽減効果について検証した．

TSVは，普通車両が女性専用車両より，すべて高い値をヘッドホンに内蔵さノイズキャンセルシステム注3）とは，示した．普通車両のTSVの平均値は2,168msとなり，女性れたマイクで検出した環境騒音から，逆位相のノイズキャ専用車両では1,542msとなった．よって，女性専用車両でンセリング信号を作り出し，出力することにより環境騒音

は，626msのTSVの減少が認められた．

を低減させるシステムである．近年では，航空機や列車，

014

運輸政策研究 Vol.15 No.2 2012 Summer

学術研究論文コンピュータ騒音に囲まれたオフィス内，人混みなどで効1,200

果があるとされ，市場にも定着してきている．本調査でノイズキャンセリングシステムとして使用したヘッドホンのテ
計測は，乗車時に着席している状態と立ち乗り乗車している状態の2パターンで実施した．着席時は車両中央

07/12/11

07/12/18

5

7

9

1,100
RRIM（ms）

クニカルデータを表─4に示す．

07/11/19

部の座席とし，立ち乗り時はドア付近に定めた．車両の

1,000

900

混雑率が心拍変動に影響を与えることを抑えるために非混雑時を条件として乗車率を100％未満の車両で計測を

800

1

2

3

4

実施した．
■図―11

8

10

ノイズキャンセル使用時のRRIM（区間軸）

ヘッドホンテクニカルデータ

製品名

Audio-technica
ATH-ANC7

型式

密閉ダイナミック型

再生周波数特性10〜25,000Hz
最大−22dB

メーカー名

ノイズキャンセルレベル

1,100
1,000

RRIM（ms）

■表―4

6

区間軸

6.2 着席時におけるRRIM によるストレス値の比較

900
800

図─10は，
普通車両の着席時おける区間軸のRRIM を算出した結果を表したものである．調査日別のRRIM に

通常時

700
3

6

9

12 15 18 21 24 27 30 33 36 39 42

大きなばらつきがあるものの，1,000msを超過する区間は少ない傾向を示し，区間毎に顕著な特徴は認められなノイズキャンセラー

時間（分）
■図―12

RRIM の平均値の推移
（時間軸）

かった．
図─11は，
普通車両乗車時の着席状態でノイズキャン（着席時）
6.3 ノイズキャンセルのストレス軽減効果

セリングシステム使用時の区間軸のRRIM を算出したもの

表─5に着席時のノイズキャンセル使用の有無に分類であり，全体的に1,000msを超過する区間が多く存在してし，算出した3つのストレス指標の一覧を示す．RRIM は，いることがわかった．しかし，図─10と同様に区間毎にノイズキャンセルなしの場合において，すべて低い値を示

顕著な特徴は認められなかった．

し，
ノイズキャンセリングシステムの使用によりストレスが弱図─12は，着席時におけるノイズキャンセリングシステ

化したことを示している．

ムの使用の有無で分類したRRIM の平均値の推移を表し

TSVは，
ノイズキャンセルなしの場合において，すべて上たものである．全体的にノイズキャンセリングシステムの回り，平均値ではノイズキャンセリングシステムの使用によ

ノイズキャ
使用時におけるRRIM が高い値を示した．また，り926msのTSVの減少が認められた．

ンセリングシステム使用時は，時間経過に伴いRRIM が増

LP面積は，11/22のデータを除くとノイズキャンセルなし

大していることから，乗車時から徐々にストレスが弱化しの場合において，小さくなる傾向を示した．これは，通常ていることが示唆できる．

の着席時がノイズキャンセリングシステムの使用時よりもRRIの変動域が狭くなったことを表しており，一定量のスト1,200
07/11/22

07/11/30

07/12/13

れる．

1,100
RRIM（ms）

レスを安定的に受けている状態を反映していると考えらよって，着席時ではノイズキャンセリングシステムで外部

1,000

■表―5

ストレス指標一覧（ノイズキャンセル着席時）

状態 調査日

900

800

1

2

3

4

5

6

区間軸
■図―10

学術研究論文

7

8

9

10

能動的施策

11/19 ノイズキャンセル
12/11 ノイズキャンセル
12/18 ノイズキャンセル
着席
なし
11/22
なし
11/30
なし
12/13

RRIM（ms） TSV（ms） LP（ms2）
999
1,223
33,004
1,023
1,011
31,318713
1,058
35,5491,830
952
35,855
1,740
953
22,771
2,153
920
27,342

着席時のRRIM（区間軸）Vol.15 No.2 2012 Summer 運輸政策研究015

の騒音を低減することにより，被験者が被るストレスが軽1,000

RRIM（ms）

減される傾向を示した．また，この状態を3つのストレス指標が適正に反映していることが示唆できた．
6.4 立ち乗り時におけるRRIM によるストレス値の比較

図─13は，
普通車両の立ち乗り時おける区間軸のRRIMを算出した結果を表したものである．全体のRRIMの平均値は

900
800
700
通常時

3

750msとなり，区間毎に顕著な特徴は認められなかった．
図─14は，
普通車両の立ち乗り時におけるノイズキャン

ノイズキャンセラー

600
6

9

12 15 18 21 24 27 30 33 36 39 42
時間（分）

■図―15

RRIM の平均値の推移（時間軸）

セリングシステム使用時の区間軸のRRIM を算出した結果を表したものである．区間の移動に伴いRRIM が増加傾向を示すことがわかる．また，全体のRRIM の平均値は，833msとなり，ノイズキャンセリングシステムを使用しない（立乗時）
6.5 ノイズキャンセルのストレス軽減効果

表─6に立ち乗り時のノイズキャンセル使用の有無に分類し，算出した3つのストレス指標の一覧を示す．
すべて
RRIM は，ノイズキャンセルなしの場合において，

時よりも高い値を示した．
図─15は，立ち乗り時におけるノイズキャンセリングシ

低い値を示した．

ステムの使用の有無で分類したRRIM の平均値の推移を

TSVは，
ノイズキャンセルなしの場合において，すべて上表したものである．全体的にノイズキャンセリングシステ

回り，
平均値ではノイズキャンセリングシステムの使用によムの使用時のRRIM が高い値を示した．特に乗車時間のり866msのTSVの減少が認められた．

経過とともに両者の差が大きくなる傾向を示した．これ

LP面積は，
ノイズキャンセルなしの場合において，大きは，着席時のそれと同様にノイズキャンセリングシステム

く下回る傾向を示した．これは，着席時のそれと同様の使用時において，乗車から時間経過に伴いストレスが弱傾向を示し，通常の立ち乗り時はノイズキャンセリングシ化している結果であると示唆できる．

ステムの使用時より，RRIの変動域が狭くなることから，
一定量のストレスを安定的に受けている状態を反映してい1,000
08/01/10

08/01/18

08/01/22

ると考えられる．
図─16は，特徴的な着席時と立ち乗り時におけるノイ

RRIM（ms）

900

ズキャンセリングシステムの有無に分類したLPの分布を示したものである．両者において，ノイズキャンセリングシ

800

ステムを使用するとLP面積が拡大する傾向を示している．
また，
σ−x 方向の広がりが大きくなることから，RRIの分散

700

が大きくなる傾向が認められた．これは，車内騒音を低減することにより，一定のストレスが緩和され，RRIに適度

600

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

区間軸
■図―13

た，乗車姿勢によってもLPの分布に差異があることが視立ち乗り時のRRIM（区間軸）

覚的に把握できる．
よって，立ち乗り時においても，着席時と同様にノイズ

1,000
08/01/09

08/01/21

キャンセリングシステムで外部の騒音を低減することにより，被るストレスが軽減される傾向を示し，その状態を3つ900
RRIM（ms）

なばらつきが生じた結果を反映していると示唆できる．まのストレス指標が適正に反映していることが示唆できた．
800

■表―6

ストレス指標一覧（ノイズキャンセル立乗時）

状態 調査日

700
立乗

600

1

2

3

4

5

6

7

8

区間軸
■図―14

016

9

10

1/9
1/21
1/10
1/18
1/22

RRIM（ms） TSV（ms） LP（ms2）
835
2,999
19,933
ノイズキャンセル
824
3,064
26,928
なし
8,306
761
3,765
7,240
なし
713
4,277
12,637
なし
759
3,652
能動的施策

ノイズキャンセル

ノイズキャンセル使用時のRRIM（区間軸）

運輸政策研究 Vol.15 No.2 2012 Summer

学術研究論文②非混雑時における通常の立ち乗り時と着席時の比

1,400

1,400
着席11/30
ノイズキャンセリングなし

立ち乗り1/10
ノイズキャンセリングなし

較（騒音有）
では，立ち乗り時のRRIM が744msに対して，

RRI n＋1

着席時では942msと高い値を示した．TSVにおいても立
900

900

ち乗り時は3,898msであるのに対し，着席時は1,908msとなり，立ち乗り時の方が被るストレスが増大する結果を示した．LP面積においても立ち乗り時の方が小さくなり，着

400
400

400
1,400
400

900

1,400

900

1,400

席時より，立ち乗り時の方が，一定量のストレスを安定的に1,400受けている状態を反映した結果が認められた．これは，

立ち乗り1/9
ノイズキャンセリング

RRI n＋1

立ち乗り時において，身体の平衡を維持するための筋運900

動がRRIの変動に影響を与えたものであると示唆できる．

900③非混雑時におけるノイズキャンセリングシステムを使用した場合の立ち乗り時と着席時の比較
（騒音無）
では，

着席12/18
ノイズキャンセリング

400
400

900
RRI n

■図―16

1,400

②の比較と同様に，立ち乗り時のRRIM が830msに対して，

400
400

900
RRI n

1,400

LP面積の分布（ノイズキャンセルの有無）

着席時では1,027msと高い値を示した．TSVにおいても立ち乗り時は3,032msであるのに対し，着席時は982msとなり，立ち乗り時の方が被るストレスが増大する結果を

6.6 混雑，騒音の有無，体位の違いにより受けるストレスの比較示した．LP面積においても立ち乗り時の方が，一定量の本章では，計測メニューの条件から表─7に示す組み

ストレスを安定的に受けている状態を反映した結果が認合わせにより，
普通車両の乗車時において，①立ち乗り時められた．

における混雑時と非混雑時の比較，②非混雑時における

よって，②と③の結果から，被験者の乗車姿勢に伴う筋

通常の立ち乗り時と着席時の比較（騒音有），③非混雑時運動がRRIの変動に影響を与えるひとつの要因であるこにおけるノイズキャンセリングシステムを使用した場合のとが示唆できた．

立ち乗り時と着席時の比較（騒音無）の検証を実施した（表─7の○と●の平均値における比較）．
①立ち乗り時における混雑時と非混雑時の比較では，
混雑時のRRIM が922msに対して，非混雑時では744msと7──3つのストレス指標の関係と乗車時間について低い値を示した．TSVにおいても混雑時は2,168msであ本研究では，ストレスの特性を表す指標として，①ストるのに対し，非混雑時は3,898msとなり，非混雑時の方がレスの平均的な強度（RRIM），②ストレスの総量を示す指被るストレスが増大する結果を示した．LP面積において

標（TSV），③RRIのばらつきや変動特性を表す指標（LP面も同様に非混雑時が小さい値を示した．

積）の3つの指標を組み合わせて，ストレスの強度や特徴

この逆転とも観られる現象が起きた要因は，RRIの変に関する定量的評価を試みた．ここでは，日周期の変動

動特性に起因していると考えられる．両者の測定時間をによる影響を受けたと考えられる早朝の計測データ（女

比較すると，混雑時の普通車両の計測時間は，早朝の時

性専用車両・普通車両）
を削除して，上記の3指標の関係

間帯（7：45，8：05）
であるのに対し，非混雑時は，午後のについて分析を行った．

時間帯（12：39，12：59，15：39）
である．同一路線におい図─17は，RRIM とTSVの関係を示したものである．①て，混雑時と非混雑時の計測時間を同一時間帯にコントと②ストレスの総量（TSV）
ストレスの平均的な強度（RRIM）

ロールすることは不可能であるため，RRIの日周期の変動

は，その指標の定義から本質的に差異がないと考えられ，の影響を受けた可能性が大きいと考えられる．

図に示すように高い相関関係を実証した．また，RRIM は，
900msを境に立ち乗り時と着席時のデータが分布してお■表―7

ストレス指標の平均値（RRIM，TSV，LP面積）

状況 体位 乗車車両 騒音 RRIM（ms） TSV（ms） LP（ms2） ① ② ③
混
雑
非
混
雑

立
乗

女性専用

有

普通

有

着
席

普通

無

普通

有

立
乗

普通

無

普通

有

991
922
1,027
942
830
744

1,541
2,168
982
1,908
3,032
3,898

32,751
19,943 ○○33,290○28,656●23,431
9,394 ● ●※①〜③は 3 パターンの検証の組み合わせを，○及び●は乗車姿勢（立位または着席）や混雑度の違いを示す．

学術研究論文り，TSVも同様に2,500msを境に，立ち乗り時と着席時のデータが分布していることがわかる．このことから，乗車姿勢がストレッサーとしてRRIM やTSVに与える影響が大き
いことがわかる．
図─18は，RRIM とLP面積の関係を示したものである．
両者にも相関関係が認められ，RRIM の増加に伴い，LP面積も拡大する傾向を示した．非混雑時における普通車両

Vol.15 No.2 2012 Summer 運輸政策研究017

の立ち乗り時（点線の領域）がRRIM とLP面積が最も小さ

図─19は，駅間の区間軸で算出したTSVとその区間にくなった．これは，RRIが低い値を保ち，変動の小さい状

おける乗車時間の関係を示したものである．自明ではあ態で推移していることを示し，ストレスを継続的に受けてるが乗車時間の増加に伴いTSVも増加する傾向を示しいることを示唆している．

た．しかし，短時間の乗車区間では，乗車姿勢やノイズキャ
ンセルの有無に影響を受けずTSVは近似値を示した．一4,500

方，乗車時間が5分間以上になる区間では，乗車姿勢やノ
4,000

イズキャンセルの有無に関わる被験者の乗車環境やスト

TSV（ms）

3,500

レッサーの特徴がTSVの差として表れる傾向を示した．

3,000
2,500

8──まとめ

2,000

本研究で得られた結論を以下に記す．
1,500
1,000
500
700
■図―17

ノイズキャンセル（非混雑・着席）
普通（非混雑・着席）
ノイズキャンセル（非混雑・立乗）
普通（非混雑・立乗）

800

・女性専用車両は，
普通車両の乗車時と比較して，RRIM，
TSV，LP面積の3つの指標の算出結果から，ストレスの軽減現象を定量的に反映している結果が認められた．

900
1,000
RRIM（ms）

1,100

・ノイズキャンセルの使用時は，着席時と立ち乗り時の両者において，通常の乗車時と比較して，RRIM，TSV，LP

RRIM とTSVの関係

面積の3つの指標の算出結果から，ストレスの軽減現

38,000LP面積（ms2）

象を定量的に反映している結果が認められた．
33,000・①立ち乗り時における混雑時と非混雑時の比較では，

28,000

非混雑時の方がストレスを多く受けている結果となった．この要因は，RRIの日周期の変動の影響を受けた

23,000

可能性が大きいと考えられる．
・②非混雑時における通常の立ち乗り時と着席時の比

18,000較（騒音有）
では，着席時の方が，被るストレスが弱く，

13,000

ノイズキャンセル（非混雑・着席）
普通（非混雑・着席）

8,000
3,000
700
■図―18

800

少ない傾向を示した．また，③非混雑時におけるノイノイズキャンセル（非混雑・立乗）

ズキャンセリングシステムを使用した場合の立ち乗り時

普通（非混雑・立乗）と着席時の比較（騒音無）では，②の検証結果と同様

900
RRIM（ms）

1,000

1,100

に，着席時の方が被るストレスが軽減されていることがわかった．

RRIM とLP面積の関係

・RRIM とTSVの関係から両者に高い相関関係が認めら8れることを実証した．また，乗車姿勢がRRIM やTSVに与える影響が大きいことがわかった．

7

・RRIM とLP面積の関係から両者に相関関係が認められ，RRIM の増加に伴い，LP面積も大きくなる傾向を示

乗車時間（分）6

した．非混雑時における普通車両の立ち乗り時は，
5

RRIが低い値を保ち，変動の小さいストレスを継続的に受けている傾向を示した．

4・駅間のTSVと乗車時間の関係から乗車時間が5分間以

3

ノイズキャンセル−着席上になると，乗車姿勢やノイズキャンセルの有無に関わ普通−着席るストレッサーの影響がTSVの差として特徴的に表れた．

ノイズキャンセル−立乗

2

普通−立乗

用が考えられる．RRIMは単位時間当たりで算出するこ

1

とにより，
平均的なストレスの強度の変動を時系列で確
0

1,000

2,000

3,000
TSV（ms）

■図―19

018

・RRIMとTSVは，その算出方法から分析目的に応じた使TSVと乗車時間の関係

運輸政策研究 Vol.15 No.2 2012 Summer

4,000

5,000

6,000

認することができる．TSVは，
一定時間／区間におけるストレス量を表す指標として使用が可能であると考える．

学術研究論文・LP面積は，今回の計測でRRIM とTSVとに相関関係がレスの許容限界や利用者の印象評価とストレスの関係な認められ，ストレス強度やストレス量が増加するとLP面

どの分析を踏まえた研究を同時に進めていく予定である．

積は小さくなる傾向を示した．これは，RRIが低い値

注を保ちながら狭い変動域で推移した場合に起きる現注1）
ホルター心電計は，体に電極を取り付け，心電図を連続的に記録する装置

象であることがわかった．また，グラフ上にローレンツ

で通常の安静時心電図には現れない一過性不整脈の検出などに利用されてプロットをすることにより，視覚的に一定時間／区間のRRIの変動を捉えやすいという特徴も実証することができた．

いる．解 析ソフトの 使 用 で RRI の データを取 得 することが 可 能 である．
http://www.gms-jp.com/products/ac301/ac301.htmlに詳しい．
注2）心拍変動，RRIの変動に関する日内変動（サーカディアンリズム）
については，
年齢，食事，体勢などで異なり，詳細は，林博史［1999］，『心拍変動の臨床応用』，医学書院，pp. 2-10などが詳しい．

本研究では，測定条件を厳密に設定せずに被験者の日常の通学において計測を実施したため，詳細なスト
レッサーの要因分析の言及までには至っていない．しかし，試行的に被験者1名に対して，①平均的なストレス強度（RRIM），②ストレス総量（TSV），③ストレスのばらつき（LP面積）
が鉄道の乗車姿勢や，女性専用車両，ノイズキャ
ンセリングシステムの使用などの環境要因の違いにより，被るストレスの特性を反映した指標であることが確認できた．
なお，女性専用車両の導入や促進に関しては，一定のストレス軽減効果が示唆できたものの，鉄道の輸送効率性やラッシュ時における乗客の機会平等性についての多くの議論が必要であり，今後は，公共性を保つための導入手法やルール等を検討する必要がある．

参考文献
1）S. Cohen, R. C. Kessler & L. U. Gordon［1995］，Measuring Stress，Oxford
University Press, Inc．
（シェルドンコーエン・ロナルドC．ケスラー・リン アン
ダーウッド ゴードン［1999］，『ストレス測定法』，小杉正太郎監訳，川島書店）．
2）
大須賀美恵子［2010］，自律神経指標を用いたドライバの状態推定 ，「自動車技術」，Vol. 64，No. 10，pp. 24-29．
3）早野順一郎［1996］， 心拍変動による自律神経機能解析 ，『循環器疾患と自律神経機能』，医学書院．
4）MulderG,MulderLJM.［1981］， Information processing and cardiovascular
control ，Psychophysiology, Vol. 18，pp. 392-402．
5）
林博史［1999］，『心拍変動の臨床応用』，医学書院．
6）
大須賀美恵子［2004］， 心的状態の指標としての心拍・心拍変動 ，「ヒューマ
ンインターフェース学会誌」，Vol. 6，No. 1，pp. 9-14．
7）村田厚生［1992］，心拍変動性指標によるメンタルワークロードの測定 ，「人間工学」，第28巻，第2号，pp. 91-98．
8）村田厚生［1994］， R-R間隔ゆらぎのフラクタル次元解析−フラクタル次元に基づくMWL評価の試み− ，「人間工学」，第30巻，第6号，pp. 389-393．
9）
茂吉雅典ほか［1996］， 高速道路の長時間運転における心電図R-R間隔時系
列の経年変化 ，「自動車技術会論文集」，Vol. 27，No. 3，pp. 107-112．

また，
ノイズキャンセリングシステムにおいても，利用者

10）
大須賀美恵子ほか［1997］，心臓血管系モデル用いた自律神経指標の解釈 ，の費用負担が前提となっており，騒音の低減が期待でき11）
下野太海ほか［1998］，心拍・呼吸・血圧を用いた緊張・単調作業ストレスのる車両の改善等を踏まえ，社会的受容性については別途議論を要する．
今後は，3つの指標の一般性や普遍性を高めるために
サンプル数を増やし，検証するとともにより詳細に鉄道乗
車時におけるストレッサーの要因分析を進め，多様なスト
レッサー（気温や冷房状況など）
がRRIの変動に与える影「BME」，第11巻，第1号，pp. 75-85．
評価手法の検討 ，「人間工学」，第34巻，第3号，pp. 107-115．
12）
日本自律神経学会編［2001］，『自律神経機能検査 第3版』
，文光堂，pp. 140-147．
13）
鹿島茂ほか［2009］， 通勤ストレスの定量化手法に関する研究 ，「運輸政策研究」，Vol. 11，No. 4 Winter，pp. 47-53．
14）
豊福史ほか
［2006］，心電図RR間隔のローレンツプロットによる自律神経活動の簡易推定法の開発 ，「第21回生体・生理工学シンポジウム論文集」，pp. 431-434．
15）
鈴木清ほか
［2010］，自転車走行時の心理的負担に着目した自転車走行空間の比較評価〜高松における「心電図トランスミッタ」
を活用した調査を通じて〜 ，「土木学会，土木計画学研究・講演集」，Vol. 41，CD-ROM，No. 366．

響を解明する予定である．また，鉄道サービスの質の向上に寄与する効果的なストレス軽減施策についても，スト（原稿受付

2011年11月8日）

Assessment of Stress Relief Effect in Railway Services
By Shinji ISHIDA, Wataru TAKEDA, Tatsuo SHIRAKAWA and Shigeru KASHIMAThis study quantitatively assesses stress relief effect in railway services by using RRI data derived from human heart rate variability.
The study focuses on two situations in which stress relief effect is expected. These situations are（1）riding on a women-only coachand（2）using a noise canceling system. As methods to assess stress quantitatively, total stress values were calculated from RRI
medians, and stress variability were analyzed by using Lorenz plots. The analytical result of the two methods showed that riding
on a women-only coach and using a noise canceling system both exerted stress relief effect. Thus we concluded that it waspossible to quantitatively assess stress relief effect of various measures in railway services by analyzing heart rate variability.
Key Words : stress, RRI, heart rate variability, Lorenz plots, railway services

学術研究論文Vol.15 No.2 2012 Summer 運輸政策研究019