Integracja danych z impulsowych czujników radarowych i czujników głębi w systemie monitoringu osób starszych i niepełnosprawnych
Projekt badawczy finansowany przez Narodowe Centrum Nauki
Grant nr 2017/25/N/ST7/00411
2018–2021
Publikacje
Opis projektu
Przewiduje się, że w ciągu najbliższych 30 lat odsetek Europejczyków w wieku 65 lat i więcej przekroczy 50%. Istotnie wzrośnie, w związku z tym, zapotrzebowanie na systemy wspomagające opiekę nad osobami starszymi, w szczególności – na systemy umożliwiające dyskretny monitoring ich ruchu i najważniejszych funkcji życiowych, takich jak oddech czy bicie serca. Systemy te powinny ponadto umożliwiać detekcję i przewidywanie groźnych dla zdrowia zdarzeń, takich jak upadki – pomocna w tym względzie byłaby analiza cech charakteryzujących chód pacjenta.
Projekt miał na celu zbadanie możliwości zwiększenia niezawodności monitoringu osób starszych poprzez jednoczesne zastosowanie dwóch różnych typów czujników nienaruszających prywatności osób monitorowanych – impulsowych czujników radarowych i czujnika głębi – oraz integrację danych dostarczanych przez te czujniki.
W ramach projektu opracowano zestaw metod integracji danych z czujników radarowych i czujników głębi, a także przeprowadzono szereg eksperymentów mających na celu określenie skuteczności tych metod pod względem wyznaczenia położenia monitorowanej osoby oraz wyznaczenia parametrów charakteryzujących stan jej zdrowia, np. szybkości jej ruchu.
Jeśli weźmie się pod uwagę systemy monitoringu oparte wyłącznie na czujnikach jednego typu, to wyniki badań wydają się przemawiać na korzyść systemu opartego na czujniku głębi, ponieważ informacje dotyczące położenia uzyskane za pomocą tego czujnika są znacznie bardziej dokładne. Jednak system taki ma również pewne istotne wady w porównaniu z systemem opartym na czujnikach radarowych:
- Pole widzenia czujnika głębi jest ograniczone do pojedynczego pomieszczenia; nawet jeśli do monitoringu obejmującego kilka pomieszczeń wykorzystane zostałoby kilka takich czujników, nadal nie byłyby one w stanie wykryć osoby w pewnych miejscach, np. za meblami. Natomiast para impulsowych czujników radarowych umożliwia realizację monitoringu przez niemetalowe ściany, a tym samym pokrycie większego obszaru bez konieczności instalowania wielu par tych czujników.
- Chociaż monitoring oparty na czujniku głębi narusza prywatność monitorowanych osób w znacznie mniejszym stopniu niż monitoring oparty na wizji, może być dla nich mniej akceptowalny niż monitoring oparty na czujnikach radarowych, które nie dostarczają informacji o sylwetce.
- W przeprowadzonych eksperymentach zaobserwowano, że w sytuacji wystawienia czujnika głębi na silne światło słoneczne, duża część danych może zostać utracona; z drugiej zaś strony światło słoneczne w ogóle nie wpływa na działanie czujników radarowych.
Jeśli zaś weźmie się pod uwagę integrację danych z czujników obu typów, eksperymenty wykazały, że integracja ta likwiduje istotne problemy, które pojawiają się, gdy do monitoringu wykorzystuje się tylko czujniki jednego typu – wzrasta dokładność wyznaczenia położenia osoby monitorowanej, a martwe punkty w monitorowanym obszarze znikają. Ponadto okazało się, że na podstawie zintegrowanych danych można wyznaczyć o wiele dokładniejsze wartości parametrów charakteryzujących stan zdrowia osoby monitorowanej i to nawet w sytuacji, kiedy – w wyniku przesłonięcia osoby monitorowanej przez przeszkodę – brakuje części danych z czujnika głębi.
Choć Projekt zdefiniowany został w obszarze nauk technicznych i zorientowany był na badanie możliwości współdziałania dwóch technik monitoringu – techniki opartej na czujnikach radarowych i techniki opartej na czujnikach głębi – umożliwiających nieinwazyjne i wysoce niezawodne monitorowanie pacjentów, to temat Projektu ma w istocie charakter interdyscyplinarny: dotyczy styku nauk technicznych, medycznych i społecznych.
Opracowanie wydajnych algorytmów integracji danych ma bezpośredni wpływ na rozwój nieinwazyjnych technik monitoringu pacjentów, ponieważ umożliwia zmniejszenie niepewności (a tym samym – zwiększenie niezawodności) monitoringu. Poza przydatnością do monitorowania ruchu i jego zmian, opisywane czujniki mają znacznie szersze możliwości: czujniki radarowe mogą zostać wykorzystane do wykrywania oddechu i określania częstotliwości bicia serca, a czujniki głębi – do wykrywania upadków monitorowanej osoby; w związku z tym dalsze badania nad integracją danych z tych czujników mogą doprowadzić to stworzenia kompleksowego systemu monitoringu osób starszych i niepełnosprawnych. Pośrednio zatem Projekt przyczyni się do poprawy jakości życia oraz poczucia bezpieczeństwa osób korzystających z systemów opartych na tych czujnikach.
