노약자를 위한 행동인식 기반의 능동형 헬스케어 시스템 = Behavior Recognition-based Active Health-care System for the Elderly

국문 초록 (Abstract)

고령화 사회의 도래로 노인 문제에 대한 대책이 커다란 사회 문제로 대두되고 있다. 특히 자의식에 의한 자신의 신체를 제어할 수 없는 노인을 보호하는 또 다른 직업군이 필요로 한 시점에 이르고 있다.
본 연구는 자제력이 없는 노인을 무인으로 감시하고 보호하는 능동적 헬스케어 시스템(Healthcare System)을 개발하기 위한 연구에 목적을 둔다. 그 방법으로 기울기 센서를 이용하여 노약자들의 상체 기울기 데이터를 수집하고 이를 바탕으로 노약자들의 자세와 행동을 분석하는 시스템을 개발하여 정상적 행위에 벗어나는 이상 행동을 포착하고 돌발 사태에 대비하는 능동적인 보호 장비 시스템을 구축하고자 한다.
노약자가 항상 몸에 지니고 있을 센서 모듈(무선 송신 부 포함), 센서로부터 무선으로 기울기 데이터를 전송받아 분석하는 헬스케어 서버 모듈을 구현하였다. 헬스케어 서버 모듈은 데이터 수신 부분과 수신된 데이터를 가공하여 자세 및 행동을 추정하는 행동 판단 어플리케이션으로 구성된다. 구현된 센서 모듈은 피 실험자에게 부착한 후 실제 기울기 데이터를 전압 값으로 헬스케어 서버 모듈에 전송한다. 서버 모듈은 행동 판단 어플리케이션을 이용하여 전송된 데이터로부터 자세와 행동 정보를 추출한다. 추가적으로 노약자에게 특화된 서비스를 제공하기 위해 욕창 방지 기능 및 빈혈 혈압에 의한 쓰러짐 관리 기능을 개발한 후 시스템에 적용하여 상황을 신속히 처리할 수 있도록 한다.
본 연구에서 제시한 센서 모듈은 노약자가 항상 몸에 지녀야 할 필요가 있기 때문에 소형화, 경량화가 필수 조건이다. 또한 시스템은 노약자와 헬스케어 서버 사이에서 능동적인 정보 전달을 해야 할 필요성이 있다. 본 논문에서는 노약자에게 부담을 주지 않기 위해 센서 모듈의 소형화, 경량화에 많은 노력을 기울였다. 또한 병원, 실버타운과 같은 서비스 산업에 직접 적용될 수 있도록 실용성을 높이는데 주안점을 두었다. 간호인이 다수의 노약자들을 효율적으로 관리하기 위한 사용자 친화적 어플리케이션을 제작하는 것에도 초점을 두었다. 병원, 실버타운과 같은 서비스 산업은 노약자에게 양질의 서비스를 제공해야할 의무가 있다. 사생활을 침해하지 않는 범위 내에서 노약자의 행동 정보를 획득할 수 있다면 이 정보를 활용하여 더욱 양질의 서비스를 제공할 수 있을 것이다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

This paper introduces a system which analyzes postures, and behaviors of the elderly based on the tilt data collected in a hospital and silver town using a tilt sensor.
The sensor module including RF(Radio Frequency) transmitter module, which is always attached on the elderly' body, and the health-care server module, which receives the tilt data, and analyzes it from sensor module, have been actualized. Actualized sensor module sends the measured tilt data to the health-care server module after it is attached on subject's body and the server module analyzes out postures and behaviors from the data sent by behavior inference application. In addition, after it analyzes specific behaviors of the elderly, it is applied to the system so that it can be detected.
Miniaturization, and lighter-weight are necessary to the sensor module in this paper because it is supposed to get attached on the elderly's body all the time. Furthermore, the system should transfer the right information actively from the elderly to the server module. In this paper, especially miniaturizing and making the sensor module lighter-weight are focused for the elderly' convenience and practicality of the system is improved, in order that it can be directly applied to service industry, such as a hospital and silver town that are responsible for offering a high quality service to the elderly. If the system is able to get the behavior information of the elderly without invading their privacy, they can offer a higher quality service.

목차 (Table of Contents)

• 1. 서 론․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․1
• 1.1 연구 배경․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․1
• 1.2 관련 연구․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․3
• 1.3 연구 목적․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․7
• 2. 기울기 센서․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․8
• 2.1 기울기 센서의 원리․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․8
• 2.2 기울기 센서를 이용한 행동 관찰․․․․․․․․․․․․․․9
• 3. 자세 및 행동 정의․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․10
• 3.1 좌표 설정․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․10
• 3.2 정적 자세․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․10
• 3.3 정적 자세들의 선형적 조합을 통한 행동 추출․․․․․․․․14
• 3.4 노약자 모드․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․17
• 4. 자세 분석을 통한 행동 추정 시스템․․․․․․․․․․․․․19
• 4.1 통합 헬스케어 시스템 소개․․․․․․․․․․․․․․․․19
• 4.2 시스템 구성․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․20
• 4.2.1 센서 모듈․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․21
• 4.2.2 헬스케어 서버 모듈․․․․․․․․․․․․․․․․․․30
• 4.2.2.1 수신 부분․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․30
• 4.2.2.2 행동 판단 어플리케이션․․․․․․․․․․․․․․․31
• 5. 실험 및 결과․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․37
• 5.1 정적 자세 인식․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․37
• 5.2 행동 인식․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․42
• 5.3 노약자 모드 실험․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․48
• 6. 결론 및 향후 연구 방향․․․․․․․․․․․․․․․․․․․50
• 참고 문헌․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․52
• ABSTRACT․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․․55