[논문]3축 가속도센서와 기울기 센서를 이용한 낙상감지시스템 개발

류정탁

doi:10.9723/jksiis.2013.18.4.019

3축 가속도센서와 기울기 센서를 이용한 낙상감지시스템 개발
The development of fall detection system using 3-axis acceleration sensor and tilt sensor 원문보기 논문타임라인

한국산업정보학회논문지 = Journal of the Korea Industrial Information Systems Research, v.18 no.4, 2013년, pp.19 - 24

초록
AI-Helper

고령화 사회에서는 노인의 신체적 취약성으로 인한 안전문제가 사회문제로 대두되고 있다. 판단, 상황대처 능력이 떨어진 노인은 체력과 균형감각 저하로 인하여 잦은 낙상을 경험한다. 낙상은 자칫 인명피해 및 골절, 유조직 손상 등을 유발 할 수 있으므로 빠른 응급대처가 필요하다. 따라서 본 논문에서는 사용자의 허리에 부착하여 일상적인 움직임에 대한 가속도의 변화 및 낙상이 발생하였을 때의 가속도의 변화를 측정하였다. 측정한 값을 이용하여 낙상 감지 시스템을 구현하였으며, 여러 가지 낙상 상황을 가정하여 낙상 검출 여부를 판별 하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

The problem of elderly people with weak physical health has become a very important issue in the aging society. Elderly people with very low judgment and decision-making skills often falls because of the degradation of the strength and balance. Due to the fall triggered off fractures, parenchyma damage, and casualties, generally fast emergency treatment is needed. In this paper, an automatic fall detection system consisting of a triaxial accelerometer and tilt sensor. Using the fall system, the performance of the system was analyzed in many situations. The experimental results showed more than 92% analytical skills.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

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문제 정의

본 논문에서는 사용자의 허리에 부착하여 일상적인움직임에 대한 가속도의 변화 및 낙상이 발생하였을 때의 가속도의 변화를 측정하였다. 측정한 값을 이용하여 낙상 감지 시스템을 구현하였으며, 여러 가지 낙상상황을 가정하여 낙상 검출 가능 여부를 판별하였다.

가설 설정

낙상 감지 실험에서 가속도 센서는 착용자의 좌, 우 방향을 x축, 앞, 뒤 방향을 y축, 위, 아래 방향을 z축으로 설정하고, 일상적인 움직임과 낙상 상황을 가정하여 실험하였다.
낙상현상에 관한 실험으로 일상적인 움직임으로는 서 있다가 앉는 경우, 앉았다가 서는 경우를 가정하여 실험하였으며, 앞으로 넘어진 경우, 뒤로 넘어진 경우로 낙상상황을 인위적으로 가정하여 실험하였다.

제안 방법

다음으로 TIMER를 10초 동안 작동시키고, 10초 동안 각 축의 신호 성분의 변화가 미묘한지 운동량이 있는지 구분한다. 3축의 임계값 이상의 변화가 있고, 10초 동안 신호성분이 미묘한 변화나, 움직임이 없다면 낙상으로 판별하고, 10초안 동안 임계값 이상의 변화가 있더라도, 3축의 신호성분이 운동성 패턴을 보인다면 낙상으로 판별하지 않도록 구성하였다.
구현한 시스템은 사용자의 허리에 부착하여 일상적인 움직임에 대한 가속도의 변화 및 낙상이 발생하였을 때의 가속도의 변화를 측정하였고, 그 값을 이용하여 낙상 여부를 판별해 보았다. 여러 가지 낙상 상황을 가정하여 낙상 검출 여부를 실험해 본 결과 약 92% 이상의 낙상을 판별해 낼 수 있었다.
먼저 y축과 , z축의 임계값 이상의 값이 되면 레지스터를 ON 한다. 다음으로 TIMER를 10초 동안 작동시키고, 10초 동안 각 축의 신호 성분의 변화가 미묘한지 운동량이 있는지 구분한다. 3축의 임계값 이상의 변화가 있고, 10초 동안 신호성분이 미묘한 변화나, 움직임이 없다면 낙상으로 판별하고, 10초안 동안 임계값 이상의 변화가 있더라도, 3축의 신호성분이 운동성 패턴을 보인다면 낙상으로 판별하지 않도록 구성하였다.
또한, 동적인 상태로 판별 되었을 경우 급격한 자세변화에 따른 가속도 변화에 의해 낙상으로 잘못 판별하는 경우가 발생할 수 있다. 따라서 센서의 변화 값을 통해 낙상으로 판별 후 일정시간동안 피 실험자의 활동유무를 판별하여 움직임이 없거나 미소할 경우최종적인 낙상으로 판별하도록 하였다.
여러 가지 낙상 상황을 가정하여 낙상 검출 여부를 실험해 본 결과 약 92% 이상의 낙상을 판별해 낼 수 있었다. 실험에서낙상을 판별하는 변수로 가속도 센서의 x, y, z축의변화만을 감지하여 낙상을 판별하는 알고리즘을 이용하였다. 추가적으로 착용자가 어떤 형태로 넘어졌는지에 대한 변수를 낙상 알고리즘에 포함시킨다면 더욱 정확한 판별이 가능할 것이다.
장착된 가속도 센서의 3축의 기준 값을 설정하여 자세변화를 구별하고 낙상을 가정한 상황에서는 일반적인 활동에서 볼 수 없는 넘어지는 방향으로의 급격한 가속도의 변화와 기울기 신호를 측정하여 임계값이상이 될 경우 낙상을 판별하였다. 그림 2, 3, 4는 가속도 센서의 x, y, z축의 기준값과 움직임이 있을 경우의 변화를 나타낸 것이다.
본 논문에서는 사용자의 허리에 부착하여 일상적인움직임에 대한 가속도의 변화 및 낙상이 발생하였을 때의 가속도의 변화를 측정하였다. 측정한 값을 이용하여 낙상 감지 시스템을 구현하였으며, 여러 가지 낙상상황을 가정하여 낙상 검출 가능 여부를 판별하였다.

대상 데이터

그림 1은 본 논문에서는 구현한 낙상감지 시스템의구성도이다. 사용된 가속도 센서 모듈은NT-Acc7260으로 고감도의 3축 가속도 센서인 MMQ7260Q가 내장되어 있다. 전체 시스템을 제어할 MCU로 ATmega128이 사용되었으며, 낙상 여부 전송을 위해 지그비 통신을 이용하였다.
사용된 가속도 센서 모듈은NT-Acc7260으로 고감도의 3축 가속도 센서인 MMQ7260Q가 내장되어 있다. 전체 시스템을 제어할 MCU로 ATmega128이 사용되었으며, 낙상 여부 전송을 위해 지그비 통신을 이용하였다. 가속도센서와 ATmega128은 전자시스템 구성에 일반적으로 많이 사용된다[5-8].

성능/효과

모든 보고서는 통계적 수치를 사용하여 시스템을 복잡하게 만들고 있다. 그러나 본 연구에서는 수식을 이용하지 않고도 낙상을 판별할 수 있는 기준값 비교를 통해 낙상유무를 판단하였으며 그 결과 값은 기존의 보고된 내용보다 우수하다.
실험 결과를 보면 일상적인 움직임의 않았다 서기, 서있다 않기 두 경우 100%의 검출율을 나타내는 반면 의자에서의 낙상과 뛰다가 낙상 한 경우, 97.5%의 높은 검출율을 보였다. 임의의 상황에서의 낙상 현상 검출에서는 실험자 1의 경우 83.
구현한 시스템은 사용자의 허리에 부착하여 일상적인 움직임에 대한 가속도의 변화 및 낙상이 발생하였을 때의 가속도의 변화를 측정하였고, 그 값을 이용하여 낙상 여부를 판별해 보았다. 여러 가지 낙상 상황을 가정하여 낙상 검출 여부를 실험해 본 결과 약 92% 이상의 낙상을 판별해 낼 수 있었다. 실험에서낙상을 판별하는 변수로 가속도 센서의 x, y, z축의변화만을 감지하여 낙상을 판별하는 알고리즘을 이용하였다.
판단, 상황대처 능력이 떨어진 노인은 체력과 균형감각 저하로 인하여 잦은 낙상을 경험한다. 60세 이상의 노인들 중 25%~30%가 낙상을 경험하였고, 70세 이상은 35%, 그리고 80세 이상은 50%가 낙상을 경험하였다고 한다[3,4]

후속연구

실험에서낙상을 판별하는 변수로 가속도 센서의 x, y, z축의변화만을 감지하여 낙상을 판별하는 알고리즘을 이용하였다. 추가적으로 착용자가 어떤 형태로 넘어졌는지에 대한 변수를 낙상 알고리즘에 포함시킨다면 더욱 정확한 판별이 가능할 것이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	고령화 사회에서는 어떤 문제가 사회문제로 대두되고있는가?	고령화 사회에서는 노인의 신체적 취약성으로 인한 안전문제가 사회문제로 대두되고 있다. 판단, 상황대처 능력이 떨어진 노인은 체력과 균형감각 저하로 인하여 잦은 낙상을 경험한다.
	본 논문에서 사용자의 허리에 부착하여 일상적인 움직임에 대한 가속도의 변화 및 낙상이 발생하였을 때의 가속도의 변화를 측정한 이유는?	판단, 상황대처 능력이 떨어진 노인은 체력과 균형감각 저하로 인하여 잦은 낙상을 경험한다. 낙상은 자칫 인명피해 및 골절, 유조직 손상 등을 유발 할 수 있으므로 빠른 응급대처가 필요하다. 따라서 본 논문에서는 사용자의 허리에 부착하여 일상적인 움직임에 대한 가속도의 변화 및 낙상이 발생하였을 때의 가속도의 변화를 측정하였다.
	상황대처 능력이 떨어진 노인은 체력과 균형감각 저하로 인하여 어떤 경험을 하게 되는가?	고령화 사회에서는 노인의 신체적 취약성으로 인한 안전문제가 사회문제로 대두되고 있다. 판단, 상황대처 능력이 떨어진 노인은 체력과 균형감각 저하로 인하여 잦은 낙상을 경험한다. 낙상은 자칫 인명피해 및 골절, 유조직 손상 등을 유발 할 수 있으므로 빠른 응급대처가 필요하다.

참고문헌 (16)
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J. S. Lim, "Finding Features for Real-Time Premature Ventricular Contraction Detection Using a Fuzzy Neural Network System", IEEE Trans. On Neural Networks, Vol. 20, No. 3 2009 pp. 522-527

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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