[논문]고령자를 위한 사례기반추론에 기반한 상황인식 시스템 개발

김정숙

doi:10.5391/jkiis.2015.25.5.419

[국내논문] 고령자를 위한 사례기반추론에 기반한 상황인식 시스템 개발
Development of the Context-Aware System for Senior Citizen based on Case-Based Reasoning 원문보기

한국지능시스템학회 논문지 = Journal of Korean institute of intelligent systems, v.25 no.5, 2015년, pp.419 - 424

초록
AI-Helper

고령화 사회로 진입된 현재 노인들의 응급상황에 대한 안전 보호 기능이 더욱 요구되고 있으나, 노인들이 거주하고 있는 주거설비나 시설들은 노인의 안전에 대한 특성을 배려하지 못하고 있으므로 각종 안전사고가 일어날 수 있다. 특히 현재, 홀로 거주하는 노인들이 집안 내부 중 폐쇄공간인 화장실과 욕실과 같은 공간에서 발생하는 응급상황에 대비할 수 있는 기능은 호출 버튼을 누르는 정도이나, 노인들의 경우 화장실과 욕실에서 미끄러짐과 넘어짐과 같은 응급 상황이 많이 발생하고 있고 특히 생명과 직결되는 경우가 많다. 따라서 본 논문에서는 노인들이 거주하는 집안과 자주 이용하는 화장실에서 노인 안전 보호 기능을 강화할 수 있도록 다양한 센서를 통해 노인들의 움직임과 동작을 수집하고 수집된 노인들의 생활 패턴 정보에 대해 사례기반추론을 이용하여 실시간으로 상황을 인식하여 응급상황이 발생할 경우 신속하게 가족 혹은 친척이나 관련 기관에 전화를 걸어 대처할 수 있는 시스템을 개발하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

The entry of an aging society require a safety of senior citizens against emergency. However, a home and a residence of senior citizens should not consider a characteristic of safety and the unfortunate accidents could happen in the house or the residence. Especially if the elders live alone then they have a help function using a call button in a bathroom or a closed area. But, a sliding or an overbalance in a bathroom or a closed area of a home may happen suddenly how can require a help in real time. That is a very serious accident to senior citizens. In this paper, we developed the context-aware system using the various sensors for collecting the data which is an activities of daily living of elders and we designed the recognition method using case-based reasoning for detecting the anomaly and the emergency context in the bathroom or the closed area in house. After that, if the anomaly or the emergency are detected then it call to a family or a relative or an administration in real-time.

Keyword

AI 본문요약
AI-Helper

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문제 정의

특히, 집안이나 화장실 및 욕실에서 발생하는 다양한 응급상황을 다양한 센서들로부터 전송되는 센싱된 정보를 자동으로 신속하게 인지하고 실시간으로 추론하여 결과를 가족이나 응급센터에 알릴 수 있는 상황인지 시스템 개발이 필요하다. 이에 본 논문에서는 집안과 화장실에 다양한 센서 즉 인체감지 센서 및 체중 센서 등을 설치하고 이들로부터 센싱 되는 정보를 무선통신(블루투스)와 스마트폰에서 동작하는 응용 프로그램을 이용하여 실시간으로 전달할 수 있는 사례기반추론에 기반한 상황인지 시스템을 설계하고 개발하였다. 본 논문의 구성은 다음과 같다.
본 절에서는 집안에 설치된 센싱 시스템이 제공하는 정보들을 이용하여 반복된 일상 활동의 패턴을 감지하는 기술들에 대해 설명한다.
본 논문에서는 고령자들이 거주하는 집안이나 자주 이용하는 화장실에서 노인 안전 보호 기능을 강화할 수 있는 다양한 센서와 무선 통신(블루투스) 및 스마트폰에서 동작하는 응용 프로그램을 이용한 스마트 상황인식 시스템을 설계하고 개발하였다. 노인들의 평소생활을 다양한 센서로부터 전송된 정보로부터 인식하고 있다가, 이와 변화된 상황이 발생되는 상황인지가 되면 통신을 통해 등록된 응급센터나 가족 및 친지와 주변인에게 상황을 실시간으로 전송하는 시스템이다.

제안 방법

이는 가속도 센서의 소형화 저가격화에 따른 영향이 크다. 실제 개발된 사례는 3축 가속도 센서와 1축 각속도 센서를 이용하여 정적인 자세와 동적 움직임을 인식하는 장치와 방법이 사용된다. 사용자의 넓적다리 앞쪽에 장착된 센서 모듈에서 측정되는 데이터를 가공하여 앉은 자세, 선 자세, 일어서기, 앉기, 평지 걷기, 계단 오르기, 계단 내려가기와 같은 기본 동작을 감지한다.
그리고 고령자만의 독특한 생활양식이나 행동이나 행위의 일상적일 때의 특징을 수집한다. 그리고 노인에게서 특별히 관찰하여야 하거나 관리되어야 할 질병이나 행위의 특징들을 조사하고 수집한 후 각각의 사례로 만들어 사례베이스에 저장한다. 다음은 응급 상황을 효과적으로 판단할 수 있는 사례에 기반한 지능형 판단 기법 개발이 필요하다.
그리고 화장실 사용하는 사례는 비데사용 횟수를 활용하여 사람은 하루 보통 4-5번의 화장실을 사용하므로 24시간 내에 일정 횟수 이상 화장실의 사용이 없는 경우에는 응급 상황이 발생한 것으로 인식한다. 또한 체중센서를 이용하여 사용자가 설정한 시간 이상(10-20분)으로 비데에 앉아 있는 경우 응급 상황이 발생한 것으로 인식하고자 한다. 다음은 응급상황을 전송할 수 있는 효과적인 기술개발이 필요하다.
다음은 응급상황을 전송할 수 있는 효과적인 기술개발이 필요하다. 스마트 폰에서 비데 시스템으로부터 수신된 다양한 센싱 정보를 이용하여 응급상황으로 판단되었을 경우 미리 설정된 연락처 및 119등으로 응급상황 메시지를 전파하는 방안을 개발하였다. 그리고 응급상황을 실시간으로 효과적으로 알릴 수 있는 메시지 형식의 설계 및 개발이 이루어져야 한다.
그리고 응급상황을 실시간으로 효과적으로 알릴 수 있는 메시지 형식의 설계 및 개발이 이루어져야 한다. 위의 기술을 사용자가 쉽고 효과적으로 사용하기 위해서 사용성이 뛰어난 응용 프로그램을 개발하였다.
이에 본 논문에서는 최근 스마트폰 사용자가 폭발적으로 증가하고 있기 때문에 안드로이드 기반 스마트폰에서 사용할 수 있는 모바일 응용 프로그램으로 개발할 예정이다. 안드로이드 기반 모바일 응용 프로그램을 개발하기 위해서는 먼저 실시간으로 전송되는 메시지와 데이터를 분석하여 현재의 상황을 정확하게 인지할 수 있는 기술을 개발하였다. 다음은 안드로이드 시스템에 기반한 응용 프로그램 모듈에 필요한 소프트웨어를 개발하였고 응급상황을 알리는 메시지 형식을 정의하고 개발하였다.
안드로이드 기반 모바일 응용 프로그램을 개발하기 위해서는 먼저 실시간으로 전송되는 메시지와 데이터를 분석하여 현재의 상황을 정확하게 인지할 수 있는 기술을 개발하였다. 다음은 안드로이드 시스템에 기반한 응용 프로그램 모듈에 필요한 소프트웨어를 개발하였고 응급상황을 알리는 메시지 형식을 정의하고 개발하였다. 여기에 응급상황이 발생한 경우, 신속하게 미리 정해진 응급센터나 가족에서 알릴 수 있는 메시지 전송 기능이 탑재된 응용 프로그램 개발을 설계하고 개발하였다.
다음은 안드로이드 시스템에 기반한 응용 프로그램 모듈에 필요한 소프트웨어를 개발하였고 응급상황을 알리는 메시지 형식을 정의하고 개발하였다. 여기에 응급상황이 발생한 경우, 신속하게 미리 정해진 응급센터나 가족에서 알릴 수 있는 메시지 전송 기능이 탑재된 응용 프로그램 개발을 설계하고 개발하였다. 다음의 그림 2는 고령자가 화장실에서 발생할 수 있는 응급 상황을 실시간으로 확인할 수 있는 상황인지 서비스 시스템의 시작 화면을 보여주고 있다.
그리고 인체 감지 및 충격 감지 센서를 활용하여 화장실에 사람이 감지되고, 사람이 미끄러지거나 넘어짐으로 인한 충격이 감지된 상태에서, 비데에 앉지 않으면 위급 상황이 발생한 것으로 인식할 수 있는 기법이 개발되어야 한다. 사례기반 추론을 이용한 상황인지 시스템으로부터 수신된 다양한 인지정보화 센싱 정보를 이용하여 응급상황으로 판단되었을 경우 미리 설정된 연락처 및 119등으로 응급상황 메시지를 전파하는 방안을 설계하고 개발하였다. 향후 본 설계 내용과 기술 개발을 완성하여 실제 스마트 홈 시스템에 접목 할 예정이다.

성능/효과

우리나라는 현재 고령화 사회로 진입되어 노인들의 안전 보호 기능이 더욱 요구되고 있으나, 노인들이 거주하고 있는 주거설비나 시설들은 노인의 안전에 대한 특성을 배려하지 못하고 있으므로 각종 안전사고가 일어날 수 있다. 한국소비자원이 2012년부터 2014년까지 최근 3년간 소비자위해감시시스템(CISS)에 접수된 65세 이상 고령자 위해 사례 총 1만 2195건을 분석한 결과 고령자들이 가장 많이 다치는 곳은 가정(62.5%, 7617건) 인 것으로 집계되었다. 상업시설(8.
상황인식 서비스의 기반기술 및 응용기술 등을 통해 다양한 서비스 분야에 적용할 수 있고 또 현재도 서비스 개발을 위한 프로젝트가 활발히 진행되고 있으며 비즈니스 측면에서 다양한 산업분야에 적용하려는 시도가 계속되고 있다. 의료산업분야의 적용 사례는 Microsoft 사가 환자의 진단 결과와 병력을 토대로 재발위험이 높은 환자를 구분하여 퇴원 후 별도로 건강관리 프로그램을 운영할 수 있는 예측모형을 개발한 것을 그 사례로 들 수 있으며 이러한 상황인지 프로그램을 활용함으로서 환자의 질병예측과 건강관리에 큰 도움을 줄 수 있다. 그리고 비즈니스에 적용한 주요 기업으로 아마존과 구글, 페이스북 등을 들 수 있다.
재안된 방법은 naive Bayesian network 분류기를 사용하여 ‘점심준비’, ‘화장실사용’, ‘세탁기사용’ 등의 상위 개념의 일상 생활 패턴을 감지하였다[6, 7, 8].

후속연구

그리고 상황인식 서비스를 위해서는 몇 가지 주요 요소 기술이 있는데, 먼저 상황정보 수집 기술은 사용자 인터페이스 또는 센서, 센서네트 워크를 통해 수집하는 센싱 기술을 의미하며 상황인식을 위한 가장 기본적인 기술이라 할 수 있다. 다음으로 상황정보 모델링 기술로 상황정보를 가공한 후 저장하여 공유하기 위해 효율적이고 종합적인 모델기술이 필요하다. 그리고 센싱데이터를 융합하여 보다 의미있는 정보를 유도하기 위해 확률적인 매커니즘을 제공하고, 계층적 상황정보를 기반으로 지능적인 추론 기술이 필요하다.
다음으로 상황정보 모델링 기술로 상황정보를 가공한 후 저장하여 공유하기 위해 효율적이고 종합적인 모델기술이 필요하다. 그리고 센싱데이터를 융합하여 보다 의미있는 정보를 유도하기 위해 확률적인 매커니즘을 제공하고, 계층적 상황정보를 기반으로 지능적인 추론 기술이 필요하다. 또한 상황인식 응용 프로그램과 센서 사이에서 다양한 정보를 수집하고 가공하여 사용자와 애플리케이션에 제공하는 상황인식 미들웨어가 필요하며, 상황정보 교환 기술은 센서, 장치 및 객체와의 상호작용을 지원하기 위해 이벤트 개ㅣ반 또는 폴링 기반의 통신 매커니즘을 제공하는 기술이다.
댁내 거주자의 일상 활동을 다양한 센싱 시스템으로 감지하고, 감지된 데이터를 사례기반 추론 기법을 이용하여 반복성을 반영하는 모델을 만들고, 이 모델을 이용하여 반복된 경험과 다른 특성이 감지될 경우 이를 이상(anomaly)으로 판단하는 시스템 개발을 위해 고령자들의 평소 생활양식을 관찰해야 한다. 그리고 고령자만의 독특한 생활양식이나 행동이나 행위의 일상적일 때의 특징을 수집한다.
그리고 노인에게서 특별히 관찰하여야 하거나 관리되어야 할 질병이나 행위의 특징들을 조사하고 수집한 후 각각의 사례로 만들어 사례베이스에 저장한다. 다음은 응급 상황을 효과적으로 판단할 수 있는 사례에 기반한 지능형 판단 기법 개발이 필요하다. 그 내용을 자세히 살펴보면 먼저 센서를 통해서 고령자들의 실내에서의 행동양식 조사 및 분석이 이루어지고 고령자에게서 발생할 수 있는 다양한 응급상황의 환경 및 형태 조사 및 분석이 또한 되어야 한다.
다음은 응급 상황을 효과적으로 판단할 수 있는 사례에 기반한 지능형 판단 기법 개발이 필요하다. 그 내용을 자세히 살펴보면 먼저 센서를 통해서 고령자들의 실내에서의 행동양식 조사 및 분석이 이루어지고 고령자에게서 발생할 수 있는 다양한 응급상황의 환경 및 형태 조사 및 분석이 또한 되어야 한다. 평소 일상생활에서의 걸음걸이를 센서로부터 인식하고 있다가 평소와는 다른 걸음걸이가 인식되거나 혹은 통증을 호소하는 행동을 하는 등 행위나 행동을 센서로부터 전송된 상황정보를 인식을 하는 과정이다.
이에 본 논문에서는 최근 스마트폰 사용자가 폭발적으로 증가하고 있기 때문에 안드로이드 기반 스마트폰에서 사용할 수 있는 모바일 응용 프로그램으로 개발할 예정이다. 안드로이드 기반 모바일 응용 프로그램을 개발하기 위해서는 먼저 실시간으로 전송되는 메시지와 데이터를 분석하여 현재의 상황을 정확하게 인지할 수 있는 기술을 개발하였다.
사례기반 추론을 이용한 상황인지 시스템으로부터 수신된 다양한 인지정보화 센싱 정보를 이용하여 응급상황으로 판단되었을 경우 미리 설정된 연락처 및 119등으로 응급상황 메시지를 전파하는 방안을 설계하고 개발하였다. 향후 본 설계 내용과 기술 개발을 완성하여 실제 스마트 홈 시스템에 접목 할 예정이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	대표적인 환경형 센서로는 무엇이 있는가?	환경형 센서란 댁내 고정된 장소에 장착되어 여러 정보를 감지하는 센서를 모두 일컫는 용어이다. 대표적인 환경형 센서로 주택 안전과 관련된 가스, 연기, 온도 센서 등과 방범용인 PIR 센서(motion 센서로도 불림), 마그네틱 스위치를 사용한 문열림 센서 등이 있다. 이 밖에도 댁내 특정 장소 및 사물에 장착되어 감지되는 모든 센서를 환경형 센서라고 생각할 수 있다.
	상황인지 기술이란 무엇인가?	상황인지 기술이란 이용자의 생활패턴과 생체신호 및 주변환경 등을 분석하여 상황에 맞게 최적화된 기능을 도출함으로서 사용자의 요구를 사전에 예측 및 제시하는 소프트웨어 및 하드웨어 기술을 의미한다. 상황인식 기술은 사용자 자신에 대한 모든 데이터뿐만 아니라 사용자와 주변 환경과의 상호작용으로 나타나는 모든 데이터를 분석하여 사용자의 요구에 맞는 최적의 의사결정을 분석하고 예측할 수 있도록 하는 인공지능의 개념이 가미된 최첨단 기술이다.
	상황인지 기술 영역은 어떻게 구성되는가?	이러한 상황인지 기술 영역은 크게 다음의 3가지로 구성된다. 첫째, 주변의 상황정보를 수집하는 센서와 정보를 전송하는 네트워크 영역, 둘째 전송된 상황 정보를 취합하고 적합한 정보 시스템을 연결하는 미들웨어, 셋째 각 상황에 맞는 답을 제공하기 위해 정보를 분석 및 추론하는 상황정보 엔진이 그것이다. 먼저 주변에 있는 혠, RFID 등의 상황인식 센서들에 의해 정보가 수집되면 네트워크를 통해 전송되며 전송된 정보는 상황정보 엔진에 의해 “상황에 대한 분석과 판단, 융합, 확률 및 추론규칙” 에 근거하여 도출된 결과제공서비스를 제공한다.

참고문헌 (8)

http://www.bokjiro.go.kr/gowf/wel/welsvc/svcsearch/WelSvcSearchView.do?servIdGMW00000013 [Accessed: June 17, 2015]
https://www.google.co.kr/url?sat&rctj&q&esrcs&sourceweb&cd2&ved0CDIQFjAB&urlhttps%3A %2F%2Fwww.kiet.re.kr%2Fpart%2FsDownload.jsp%3Fs_idx%3D30656&eimkCNU-HZEMyYkgXTwYG4CA&usgAFQjCNE7EEB0iYxSWGs7iTlmdqjS8dhTiA&sig2yZMJkXAyzgNc6CsfLYDNCw&bvmbv.68191837,d.dGI&cadrjt [Accessed: August 17, 2015]
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SERI, "Context Awareness Technology," CEO Information Vol. 894, pp. 1-22, May 2013.
Gyu-Heon Lee, "Context Awareness in Medical Industry", Korea National Industrial Convergence Center WebZine Vol. 16, June 2013.
Seon-Woo Lee, "Trend of Activities of Daily Living of Elders and Anomaly Detection Technology," Korea Information Science Society Review Vol. 29-1, pp. 83-92, Jan. 2011.
SaMun Kim, DaeJong Lee, MyungGeun Chun, "Infrared Gait Recognition using Wavelet Transform and Linear Discriminant Analysis", Journal of Korean Institute of Intelligent Systems, Vol. 24, No. 6, pp. 622-627, December 2014.

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Han-ho Tak, Taeseok Jin, "Analyzing Human's Motion Pattern using Sensor Fusion in Complex Spatial Environments", Journal of Korean Institute of Intelligent Systems, Vol. 24, No. 6, pp. 597-602, December 2014.

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표제어: PCR

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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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