$\require{mediawiki-texvc}$

연합인증

연합인증 가입 기관의 연구자들은 소속기관의 인증정보(ID와 암호)를 이용해 다른 대학, 연구기관, 서비스 공급자의 다양한 온라인 자원과 연구 데이터를 이용할 수 있습니다.

이는 여행자가 자국에서 발행 받은 여권으로 세계 각국을 자유롭게 여행할 수 있는 것과 같습니다.

연합인증으로 이용이 가능한 서비스는 NTIS, DataON, Edison, Kafe, Webinar 등이 있습니다.

한번의 인증절차만으로 연합인증 가입 서비스에 추가 로그인 없이 이용이 가능합니다.

다만, 연합인증을 위해서는 최초 1회만 인증 절차가 필요합니다. (회원이 아닐 경우 회원 가입이 필요합니다.)

연합인증 절차는 다음과 같습니다.

최초이용시에는
ScienceON에 로그인 → 연합인증 서비스 접속 → 로그인 (본인 확인 또는 회원가입) → 서비스 이용

그 이후에는
ScienceON 로그인 → 연합인증 서비스 접속 → 서비스 이용

연합인증을 활용하시면 KISTI가 제공하는 다양한 서비스를 편리하게 이용하실 수 있습니다.

생체신호를 활용한 학습기반 영유아 스트레스 상태 식별 모델 연구
A Machine Learning Approach for Stress Status Identification of Early Childhood by Using Bio-Signals 원문보기

한국전자거래학회지 = The Journal of Society for e-Business Studies, v.22 no.2, 2017년, pp.1 - 18  

전유미 (Department of Industrial and Management Engineering, Incheon National University) ,  한태성 (Department of Industrial and Management Engineering, Incheon National University) ,  김관호 (Department of Industrial and Management Engineering, Incheon National University)

초록
AI-Helper 아이콘AI-Helper

오늘날 감정 표현이 서툰 영유아가 처한 극도의 스트레스 상태를 자동적으로 파악하는 것은 영유아의 안전을 위협하며 지속적으로 발생하는 위험 상황의 실시간적인 인지를 위해 반드시 필요한 기술이다. 따라서 본 논문에서는 생체신호를 활용하여 영유아의 스트레스 상태를 분류하기 위한 기계학습 기반의 모델과 생체신호 수집용 스마트 밴드 및 모니터링용 모바일 어플리케이션을 제안한다. 구체적으로 본 연구에서는 영유아의 감정을 나타내는 주요한 요인이 되는 음성 및 심박 데이터의 조합을 활용하여 기존에 널리 알려진 데이터 마이닝 기법을 통해 영유아의 스트레스 상태 패턴을 학습하고 예측한다. 본 연구를 통해 생체신호를 활용하여 영유아의 스트레스 상태 식별을 자동화할 수 있는 가능성을 확인하였으며 나아가서 궁극적으로 영유아의 위험 상황 예방에 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Recently, identification of the extremely stressed condition of children is an essential skill for real-time recognition of a dangerous situation because incidents of children have been dramatically increased. In this paper, therefore, we present a model based on machine learning techniques for stre...

주제어

AI 본문요약
AI-Helper 아이콘 AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

  • 따라서 본 논문에서는 음성 데이터와 심박 데이터의 조합을 활용하여 영유아 스트레스 상태 식별 모델을 제안한다. 영유아의 웃음 및 울음소리와 같은 음성 데이터는 감정 표현이 서툰 영유아의 스트레스 상태를 인지할 수 있는 중요한 요인이 된다[9, 23, 28].
  • 또한 가속도계, 자이로스코프 센서 등 영유아의 움직임을 감지할 수 있는 생체 센서를 추가하여 구제척인 영유아의 행동 패턴을 분석하고 보다 정교한 영유아의 스트레스 상태식별 모델을 수립하고자 한다.
  • 본 논문에서는 생체신호를 활용하여 영유아의 스트레스 상태를 식별하는 모델을 제안하였다. 감정 표현이 서툰 영유아의 경우 위험 상황이 사후에 밝혀지며 문제가 가중되기 때문에, 실시간적으로 영유아의 스트레스 상태를 파악하여 위험 상황을 인지하기 위한 방법론을 고안하였다.
  • 이를 통해 보호자는 영유아의 위험 상황을 즉각적으로 인지하고 빠르게 대처할 수 있을 것이다. 본 논문의 연구 결과는 두 생체신호의 조합을 활용한 영유아 스트레스 상태식별 모델 및 제안 프레임워크가 실제 영유아의 위험 상황에 적용될 수 있는 가능성을 시사한다. 추후 어린이집 및 보호자의 협조를 통해 영유아를 대상으로 한 실험 환경이 조성된다면 실제상황에서 모델을 검증할 수 있을 것으로 기대된다.

가설 설정

  • 또한, T에서 입력벡터의 j번째 속성들의 집합은 Uj = {v1j,  v2j, ⋯, vNj}, j = 0, 1, ⋯, M로 표현되며 Uj와 Uj′ = {v1j,  v2j, ⋯, vNj},  j    j′ , j′ = 0, 1, ⋯, M는 서로 독립임을 가정한다.
본문요약 정보가 도움이 되었나요?

질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
영유아의 울음소리는 무엇의 주요한 요인이 되는가? 한편, 영유아의 울음소리는 영유아의 감정을 나타내는 주요한 요인이 된다[28]. Abou-Abbas et al.
피부전도도는 움직임이 많은 상황에서 정확한 데이터를 얻기 힘든 이유는 무엇인가? [31] 은 심박 데이터와 함께 피부전도도 및 가속도계(Accelemeter) 데이터를 사용하여 물리적 활동에서의 스트레스를 식별하였다. 그러나 피부전도도는 다른 생체신호보다 움직임에 민감하기 때문에 움직임이 많은 상황에서 정확한 데이터를 얻기 힘들다.
본 논문에서 음성 데이터와 심박 데이터의 조합을 활용하여 스트레스 상태 식별 모델을 제안하는 배경은 무엇인가? [14]은 학습능력을 요구하는 시험을 실시하여 실험환경을 조성한 후, 스트레스 상태를 식별하였다. 그러나 기존 연구들은 사후적인 상황 식별을 고려하고 있으며 언어 및 인지 능력이 충분히 발달하지 않은 영유아에게 적합한 요인들을 복합적으로 고려하지 않았다는 한계를 지닌다.
질의응답 정보가 도움이 되었나요?

참고문헌 (32)

  1. Abou-Abbas, L., Alaie, H. F., and Tadj, C., "Automatic Detection of the Expiratory and Inspiratory Phases in Newborn Cry Signals," Biomedical Signal Processing and Control, Vol. 19, pp. 35-43, 2015. 

  2. Asyali, M. H., "Discrimination Power of Long-term Heart Rate Variability Measures," Engineering in Medicine and Biology Society, Vol. 1, pp. 200-203, 2003. 

  3. AudioMicro, [URL] http://www.audiomicro.com. 

  4. Bakker, J., Pechenizkiy, M., and Sidorova, N., "What's Your Current Stress Level? Detection of Stress Patterns from GSR Sensor Data," Proceedings of the IEEE International Conference on Data Mining Workshop, pp. 573-580, 2011. 

  5. Brodersen, K. H., Ong, C. S., Stephan, K. E., and Buhmann, J. M., "The balanced accuracy and its posterior distribution," Proceedings of the 20th International Conference on Pateern Recognition IEEE Computer Society, pp. 3121-3124, 2010. 

  6. Choi, Y., Park, K., Kim, S., and Park, J., "A Two-Phase On-Device Analysis for Gender Prediction of Mobile Users Using Discriminative and Popular Wordsets," The Journal of Society for e-Business Studies, Vol. 21, No. 1, pp. 65-77, 2016. 

  7. Eckstein, A. and Pavlos P. P., "Assessment of Advanced Windowing Techniques for Digital Particle Image Velocimetry," Measurement Science and Technology, Vol. 20, No. 7, 2009. 

  8. Fayyad, U. and Irani, K., "Multi-Interval Discrtization of Continuous-Valued Attributes for Classification Learning," Proceedings of the International Joint Conference on Uncertainty in AI, pp. 1022-1027, 1993. 

  9. Frodi, A. M. and Lamb, M. E., "Child abusers' responses to infant smiles and cries," Child development, pp. 238-241, 1980. 

  10. Healey, J. A. and Picard, R. W., "Detecting Stress During Real-World Driving Tasks Using Physiological Sensors," IEEE Transactions on intelligent transportation systems, Vol. 6, No. 2, pp. 156-166, 2005. 

  11. Jung, Y. and Yoon, Y. I., "Monitoring Senior Wellness Status Using Multimodal Biosensors," Proceedings of the 2016 International Conference on Big Data and Smart Computing (BigComp), pp. 435- 438, 2016. 

  12. Kim, Y., Choi, Y., Kim, S., Park, K., and Park, J., "A Study on Method for User Gender Prediction Using Multi-Modal Smart Device Log Data," The Journal of Society for e-Business Studies, Vol. 21, No. 1, pp. 147-163, 2016. 

  13. Koo, C., Kim, H.-W., and Joun, Y. H., "A Study on the Explorative or Exploitive Use of Smartphone: Focusing on IS Continuance and Habit Theory," The Journal of Society for e-Business Studies, Vol. 16, No. 3, pp. 67-91, 2011. 

  14. Kurniawan, H., Maslov, A. V., and Pechenizkiy, M., "Stress Detection from Speech and Galvanic Skin Response Signals," Proceedings of the 26th IEEE International Symposium on Computer-Based Medical Systems, pp. 209-214, 2013. 

  15. Seo, J. S., "Through Monitoring Solution Child Abuse and Children's Rights at Child Care Center," Convergence Security Journal, Vol. 13, No. 2, pp. 55-66, 2013. 

  16. Lee, K.-S., Park, J.-A., and Shin, Y.-J., "An Investigation into Mothers' Experience and Perception of Child Abuse at Day Care Centers and Need for Counseling," The Korean Journal of Woman Psychology, Vol. 20, No. 3, pp. 301-327, 2015. 

  17. Liu, Z., Wang, Y., and Chen, T., "Audio feature extraction and analysis for scene segmentation and classification," Journal of VLSI signal processing systems for signal, image and video technology, Vol. 20, No. 1-2, pp. 61-79, 1998. 

  18. Lyons, R., "Understanding Digital Signal Processing," Prentice Hall, 2001. 

  19. MaKay, C., "Automatic Music Classification with jMIR," PhD thesis, McGill University, Canada, 2010. 

  20. Mcennis, D., McKay, C., Fujinaga, I., and Depalle, P., "jAudio: A Feature Extraction Library," Proceedings of the International Conference on Music Information Retrieval, pp. 600-603, 2005. 

  21. Melillo, P., Bracale, M., and Pecchia, L., "Nonlinear Heart Rate Variability features for Real-life Stress Detection. Case Study: Students Under Stress Due to University Examination," Biomedical engineering online, Vo1. 10, No. 1, p. 96, 2011. 

  22. News1, "통학버스 왜 이러나…아동 방치 사고 10여일만에 또 사망사고," [URL] http://news1.kr/articles/?2743803. 

  23. O'brien, S. J., "For Parents Particularly: Childhood Stress: A Creeping Phenomenon. Childhood education," Vol. 65, No. 2, pp. 105-106, 1988. 

  24. Quinlan, J. R., "Induction of Decision Trees," Machine Learning, Vol. 1, No. 1, pp. 81-106, 1986. 

  25. Rho, M., Kim, J., and Lee, J., "An Exploratory Study on Smart-Phone and Service Convergence," The Journal of Society for e-Business Studies, Vol. 15, No. 4, pp. 59-77, 2010. 

  26. Roh, J.-H., Kim, H.-J., and Chang, J.-Y., "Improving Hypertext Classification Systems through WordNet-based Feature Abstraction," The Journal of Society for e-Business Studies, Vol. 18, No. 2, pp. 95-110, 2013. 

  27. Rosales-Perez, A., Reyes-Garcia, C. A., Gonzalez, J. A., Reyes-Galaviz, O. F., Escalante, H. J., and Orlandi, S., "Classifying Infant Cry Patterns by the Genetic Selection of a Fuzzy Model," Biomedical Signal Processing and Control, Vol. 17, pp. 38-46, 2015. 

  28. Ruvolo, P. and Movellan, J., "Automatic Cry Detection in Early Childhood Education Settings," Proceedings of the IEEE International Conference on Development and Learning, Vol. 7, pp. 204-208, 2008. 

  29. Setz, C., Arnrich, B., Schumm, J., La Marca, R., Troster, G., and Ehlert, U., "Discriminating Stress from Cognitive Load Using a Wearable EDA Device," IEEE Transactions on information technology in biomedicine, Vol. 14, No. 2, pp. 410-417, 2010. 

  30. Sharma, N. and Gedeon, T., "Objective measures, sensors and computational techniques for stress recognition and classification: A survey," Computer methods and programs in biomedicine, Vol. 108, pp. 1287-1301, 2012. 

  31. Sun, F. T., Kuo, C., Cheng, H. T., Buthpitiya, S., Collins, P., and Griss, M., "Activityaware Mental Stress Detection Using Physiological sensors," Proceedings of the International Conference on Mobile Computing, Applications, and Services, pp. 211-230, 2010. 

  32. Womennews, "인천서 또 어린이집 폭행...한 달 새 3건 발생 '충격'," [URL] http://www.womennews.co.kr/news/view.asp?n um79850. 

저자의 다른 논문 :

관련 콘텐츠

오픈액세스(OA) 유형

GOLD

오픈액세스 학술지에 출판된 논문

저작권 관리 안내
섹션별 컨텐츠 바로가기

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

AI-Helper 아이콘
AI-Helper
안녕하세요, AI-Helper입니다. 좌측 "선택된 텍스트"에서 텍스트를 선택하여 요약, 번역, 용어설명을 실행하세요.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.

선택된 텍스트

맨위로