CN108601560A - 人员监视和个人帮助系统，特别是用于老年人和具有特殊和认识需求的人 - Google Patents

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Abstract

用于人员如老年人或具有认知、身体或神经问题的人员的监视和私人帮助的系统，由检测环境状况的描述参数的多个传感器以及至少感测环境中人的位置和可选的该人生理参数的多个传感器和/或设备构成。根据本发明，该系统包括：用于以拓扑级监视人的位置的传感器和/或设备，其生成时间上并且在环境的数字拓扑模型的场境中的该人的位置的跟踪信号；用于监视姿势和/或其时间上的变化并且提供对应于预定姿势的状态信号和/或表示所监视的人的姿势的时间变化的信号的传感器，传感器信号由逻辑控制单元根据软件评估位置以及姿势和姿势的时间变化处理，并且根据预定运动类别和/或姿势活动分类所述信号，并且执行在诸如位置和/或姿势的变化率和/或这些变化的持续时间和/或它们是否存在和/或姿势与环境中的一致性与相对于执行所述运动或姿势活动的预定模式的相同参数之间的比较。

Description

人员监视和个人帮助系统，特别是用于老年人和具有特殊和 认识需求的人
技术领域
本发明涉及人员监视和个人帮助系统，特别是老年人和具有特殊或认知需求的人，该系统包括多个传感器以确定人员所处的环境的描述性参数，以及多个传感器以至少确定在该环境中的人员的位置，以及可能还有人员的生理参数以及人员的运动。
背景技术
目前，假设相对于环境地形图，确定人员在下述环境中的位置并且可能使用传感器来确定表示人员的健康的人员的生理参数时，监视在特定环境中的人员的系统主要受结构边界限制，例如公寓、或封闭环境、围墙花园或类似物，。
尽管这些系统适合于其所针对的目标，但这些系统仍然不适合于为了帮助目的而用于人员的状况的真实和适当的监视功能，尤其是对于有关确定身体、神经和认知健康状况的问题，以及根本不能快速和尽早确定紧急状况，诸如可能的认知障碍或受监视的人员的运动能力的下降，因为其不以算法和系统的方式将来自传感器的信息与时间或能够描述健康的定量状态和危险状态的规则关联。
发明内容
本发明的目的是通过一种系统实现新的福利范式，该系统能够即使在环境中存在一个以上的人员，也能够针对每个单个的人员，相对于他们在环境中的位置以及他们的姿势，以及相对于所述姿势的时间演变，以及相对于所述活动之间的时间关系，来监视人员的活动。
另一目的是改进该系统，以允许监视独自生活在公寓或辅助生活设施中、患有轻微的认知、神经或身体残疾的老年人。
另一目的是实现易于使用且价格低廉的系统。
又一目的是实现采用模块化架构的上述系统，其组件可以由商业上可用的组件现成的硬件构成。
另外的目的与系统的效果有关，其特征在于：
-在有限的人类干预下，在先前存在的环境中易于安装和配置；
-根据警报的严重性和类型，自动地向医务人员或非同居亲属、邻居、消防员发出警报的能力；
-(使用语音和/或手势和/或简单动作)与人员对话以便主动获得有关他/她的状态和他/她的行为的信息的能力；
-考虑到人员的认知、神经和身体残疾的逐渐退化，对他们的状态的适应性；
-固有安全特性，即，除非系统证明没有危险，否则总是启动警报；
-识别不当行为，目的是跟踪认知和/或身体疾病的演变，以及识别潜在的危险状况。
本发明利用开头所述类型的系统实现上述目的，其中，设想：
-确定被帮助人员在拓扑级的位置的传感器和/或设备，随时间并且在所述人所处——特别是生活的环境的数字拓扑模型内生成被帮助人员的位置跟踪信号；
-确定被帮助人员的姿势和/或其随时间的变化的传感器，其提供与先前建立的被帮助人员的姿势和/或其随时间的变化相对应的状态信号；
-可能但不是必须的，监视被帮助人员的生理参数和/或这些参数随时间的变化的传感器；
-处理单元，其被配置成利用可由处理单元执行的指令执行算法，提供下述步骤：
--随时间从上述传感器获取信号，将该信号转换为以符号逻辑形式描述的信息；
--在分类数据结构中存储这些符号，分类数据结构分为两部分：术语(terminological)和断言(assertional)；
--基于以符号逻辑形式定义的术语模型，分类所述数据；
--在上述分类不对应于任一所存储术语模型而失败的情况下，使用与被帮助人员的一系列对话，以获得进一步的信息来改进分类；
--验证该分类是否与被帮助人员的被描述为潜在危险、或者甚至是不常见或不可预见的任何状态相对应；
--在危险状态或不常见或不可预见的情况下产生适当的警报，否则继续从传感器和/或对话获取数据。
根据执行形式，所述传感器的信号由具有布尔值(真/假)以及可能具有多个真值(例如，模糊)和/或概率的逻辑符号表示。
另一种执行形式使用基于称为描述逻辑(Descriptive Logics)的形式或等同表达力的形式的数据结构。
在另一种执行形式中，符号可以被分组并且相互关联，并且相关的时间信息可以与它们相关联。
可以使用标准推理机制——通常为描述逻辑——以及通过具有类似推理能力的推理机制，例如所谓的“实例检查(instance checking)”和所谓的“包摄(subsumption)”，以及通过具有其他上述表示系统中的等同能力的方法来执行分类。
在执行形式中，可以使用正式语法方法以及在分类数据结构中表示的对话模型，甚至使用商业上可获得的语音理解和生成系统来形式化对话；对话过程的结果本身随时间由逻辑符号表示，因为可能具有多个真值(例如，模糊)和/或概率的布尔值(真/假)是由分类过程使用的这些结果。
根据另外的特征，可以通过将断言结构中的符号与术语结构中定义的预定符号相比较来实现确定被帮助人员的危险状态以及不常见事件。
执行形式使用合适的商业系统来实现警报。
执行形式使用算法，该算法执行表示与被帮助人员的位置和姿势相关的信号及其随时间相关变化的符号，和表示生理参数及其随时间相关变化的符号的评估；所述的算法按照存储在数据结构的术语部分中的预定方案来分类这些符号；上述符号可以形式上与术语结构中表示的引擎和/或姿势活动和/或生理参数行为，以及随时间由更简单的动作顺序地和并发地组成的被帮助人员的动作的模型和/或描述相关。
另外的执行形式包括能够通过使用至少在以下中选择的参数，将存储在数据结构的术语部分中的方案与对应于由传感器获取的数据的符号相比较的算法：所监视的人员的位置和/或他/她的姿势和/或他/她的生理参数和/或上述三者的变化速度，和/或相对于在描述实际运动活动或姿势状态的数据结构的术语部分中存储的模型有关的相同参数，这些变化和/或不存在这些变化的持续时间和/或姿势与环境中的实际位置的一致性。
执行形式包括也能够通过使用至少在以下中选择的参数，将存储在数据结构的术语部分中的、与生理参数相关联的方案与由传感器获取的数据的符号相比较的算法：所监视的人员的体温和/或他/她的血压和/或他/她的心率和/或前述三者的变化速度，和/或相对于与存储在数据结构的术语部分中的模型相关的相同参数，这些变化和/或不存在这些变化的持续时间。
可以使用训练阶段来个性化存储在数据结构的术语部分中的预定行为模型，在该训练阶段中，收集对应于常见的行为状况的、有关所监视的人员的特有行为特征的信息。
通过简单的文本和/或图形界面，或/和通过将分类程序实现为算法——例如神经网络或具有可比较表达与计算能力的任何其他算法，这些训练或个性化可以发生在安装或设置阶段，能够自设置阶段以来在其执行期间执行学习步骤。
根据另一改进，该系统设想与环境中所监视的人员和/或姿势及其变化的位置和运动相关的数据可以与由可能商业上可获得的传感器获取的所监视的人的生理参数——诸如温度、血压、心率和/或心脏跟踪和其他生理参数相关的数据——整合。
该系统的另一执行形式可以预见与环境状况有关的数据，诸如温度、湿度、光度水平、大气压力、存在烟雾和/或危险和/或有害气体及类似物、出现噪声和噪音产生的来源类型或效果，及其组合。
由于对应于这些附加数据的符号，该算法可以被定义为控制过程，其基于与环境中的位置和/或其变化相关的数据和/或与姿势和/或其变化有关的数据以及所监视的人员的生理参数数据和/或与环境状况有关的数据，细化所检测的活动的分类，由此提高描述所监视的人员的状态的符号的分析和分类的准确性。
当符号和/或符号的组合和/或符号的时间序列的分类指示所监视的人员的异常行为的状况，或者超出通常行为方案和/或危险情况的行为时，可以自动生成警报以发送给在配置或安装阶段选择的、经过专门培训来干预以应对由分类过程本身检测的状况的一系列人员和/或组织(例如亲属、医疗或训练或应急人员、消防员、邻居等)。
还可以预见在系统中预见被动通信装置与所监视的人员交互，例如通过使用分布在环境中的设备——诸如一系列监视器、收音机、电视机或扬声器系统或类似的数字设备——来发送消息。
如果分类过程检测到所监视的人员的异常行为状况，或者在常见行为模式之外，和/或可能与生理状况相关的危险情况，则系统允许以自动且快速的方式干预——尽可能最好使用可用的交互技术和设备。
此外，通过周期性地分类对应于被帮助人员的活动的符号和/或符号的组合和/或相关时间序列，还可以测量该人员的认知能力和/或生理状况的演变，由此不仅可以当病变仍处于起病阶段时积极干预，在短时间内保护所述人员免于突发危险状况，而且还可以设置必要的治疗基础来应对恶化的状况。
在本发明中，术语“对话(dialogue)”被定义为系统和被帮助人员之间的交互，可能重复若干次，其中，系统向所述人员发送语音消息，等待该人员的响应。
可以有多种响应，其可以替选地或组合地执行，由声音响应或执行由传感器检测的运动(如手势或移动到不同的地方)组成。
在执行形式中，响应的解释可以将由系统表示的信息作为符号给出，该符号与其他符号一样，与包括时间表示并且适当分类的其他符号关联。
根据另外的特征，来自对话应答的数据可被用来生成描述相对于其他符号的变化的符号；这些符号在分类后，可以使算法生成等待所监视的人员的响应的另外的和迭代的消息。
对话迭代阶段包括上述步骤；更详细地说，由系统发送的一系列消息和所监视的人员的一系列响应组成，直到：
-系统能够确定情况不需要进一步响应，或者
-所监视的人员的状态被归类为安全，或者
-系统决定警报是必要的。
根据另外的特征，在对话阶段的迭代次数超过了给定的安全值的任何情况下都会产生警报，而不断定所监视的人员的状态是安全的，因此该算法具有相对于所监视的人员的固有安全的特性。
根据本发明的系统的执行的示例预见四层模块化和可扩展的架构，诸如：
i.由硬件基础架构构成的层级；
ii.由在软件中编码的算法构成的层级，该软件由上述硬件基础架构执行为可操作指令序列，基于分类结构和对话实现分类过程；
iii.具有表示行为的模型和/或行为的符号、描述某些环境特征的符号、涉及基于描述逻辑在逻辑形式中描述的可能对话的符号的数据库的层级，包括：
a.将传感器数据与可由被帮助人员执行的动作有关的适当的符号和/或符号的组合和/或符号的时间序列以及他/她的姿势——例如“站立”、“坐”、“行走”、“躺”、执行常见的每天任务等等组合的模型；
b.将传感器数据与所监视的人的典型习惯，特别是每天例行活动——例如“睡觉”、“烹饪”、“进食”、“使用浴室”、“看电视”“阅读”、“外出”等相关的适当的符号和/或符号的组合和/或符号的时间序列以及相关的时间信息和时间表组合的模型；
c.表示被帮助人生活和动作的环境的模型，其中，最相关的特征被表示为符号和/或符号的组合和/或符号的时间序列，特别适合于在拓扑级定位所监视的人员；所考虑的环境的类型是本发明中所考虑的环境——例如，每天生活的环境；
d.使用符号和/或符号的时间序列编码与被帮助人员的健康行为相关的规范方面的模型；这些规范性定义可以被用来确定表示来自数据结构的断言部分中的传感器的数据的符号和/或符号的时间序列是否对应于潜在危险情况和/或对应于被帮助人员的不良习惯；
e.基于规则的模型，其基于数据结构的断言部分中的符号和/或符号的组合和/或符号的时间序列的分类，可以生成警报和/或消息和/或接收被帮助人员的对话的答案；
f.可能基于规则并且可以基于形式语法的典型结构的模型，用于借助于数据结构的术语部分中的适当的符号和/或适当的符号组合和/或适当的符号的时间序列来编码与被帮助人员的对话；
iv.在系统的硬件设备之间以及与相对于所考虑的系统的外部系统，诸如外部通信网络、计算机、智能电话和其他数字设备的通信/数据共享层级。
硬件有利地由一系列模块化设备构成，其中至少一部分是可穿戴的，以分布在环境中。硬件设备使用不同的可能无线模态彼此通信，并且可以部分是所开发的自组织，以及部分地以个性化方式构建，同时部分地与商业上可用的设备连接或使用这样的设备。
硬件设备的类型和数量的选择遵循成本最小化的原则，识别相对于与系统使用相关的偶然情况，满足目标性能的这类设备的最小集合、遵守固有安全性的上文提及的原则，但允许同时进行扩展和调整以及有效的有力自主性；所采用的技术是最新的，只要它们是可靠的并且具有有意义的利用前景。
根据本发明，因此，该系统实现了一种算法，该算法还基于描述逻辑或具有可比较或更高表达能力的逻辑形式，使用对数据结构分类的过程，以便对数据结构的断言部分中的符号和/或符号的时间序列进行分类，能够确定这些符号和/或符号的组合和/或符号的时间序列是否对应于数据结构的术语部分中描述的模型，并且决定是否激活与被帮助人员的对话过程以获取另外的符号和/或符号的组合和/或符号的时间序列，因此必定能够根据警报的类型和严重程度激活或不启动警报过程，例如向警报医务人员或不同居的亲属、邻居、消防员等。特别地，该算法可以分析对应于从传感器获取并且在数据结构的断言部分中表示的数据的符号和/或符号的组合和/或符号的时间序列，因此将它们分类为与日常生活中的规范行为和/或特定于被帮助人员的习惯兼容或不兼容。
因此，本发明中定义的系统能够基于他/她的习惯和个性化参数来理解被帮助人员的健康水平、预见异常和潜在危险情况、在危险情况下迅速干预、与该人员对话以增加对正在发生的事情的理解、存储用于另外的连续帮助的有意义的数据、理解手势、动作、同一人员的位置、学习共同习惯的校准改进、管理对外界的帮助请求、确保也可由未经过训练的人员——诸如所监视的人员的亲属或其他人——的个性化自适应。
关于分类数据结构(taxonomic data structure)，可以使用如描述逻辑的形式，或者从形式表达性和计算能力的角度来看等同的形式。
分类数据库可以用实现不同类型的模型的适当的符号和/或符号的组合和/或符号的时间序列来填充，因此在设置阶段期间适应和/或个性化以便包括被帮助人员的特定的特征、习惯、习俗和惯例(活动时间表、手势、所测量的量的范围等，如下所述)。
此外，系统本身在监视期间，可以在负责人员或受过训练的人员的监督下，在观察的基础上，更新分类数据结构的断言部分中的符号和/或符号的组合和/或符号的时间序列。也可以使符号和/或符号的组合和/或符号的时间序列，特别是以参考动作及其随时间的修改来更新的方式的它们的真值可用于医护人员以控制被帮助人员的疾病和/或损伤和/或单纯老化的演变。
关于设备之间的通信，优选地使用原始协议，诸如基于IEEE 802、蓝牙、UWB868MHz，射频识别(RFID、ISO/IEC 18000)的那些协议以及进一步的改进和演进发生，全部或部分地连接设备，并且使它们的特征对任何用户开放，能够保证安全性、可扩展性和与诸如智能手机或其他数字设备的外部系统的连接。
附图说明
本发明的这个和其他特征和优点从附图中所示的一些示例的下述描述中得到更清楚的结论，其中：
图1示意性示出了根据本发明的系统的示例，其中，上述系统应用于限定的家庭环境。
图2示出了根据本发明的系统的示例的框图。
图3示出实现根据本发明系统的特性和功能性的算法的流程图。
具体实施方式
图1中所示的环境与明显划定的家庭环境有关。然而，正如从下文的描述中将清楚地看出，这样的示例不应当被认为是限制性的，因为环境也可以是非限定的室外环境，在后一种情况下，环境传感器也由已经可用于其他原因的传感器，诸如但不仅仅是相机、光传感器、温度传感器等构成。此外，可以使用诸如GPS或RFID的定位系统或者使用蜂窝网络和/或使用安全摄像头和/或交通控制的摄像头，跟踪所监视的人员的位置。在这种情况下，确定姿势和/或生理参数的可穿戴设备和其他系统设备之间的通信可以使用诸如移动电话、智能电话或类似数字设备的便携式设备进行。
因此，相对于家庭环境描述但在前述室外环境的条件下也可预见的特征旨在室外的不受限制和/或不限定的环境中用同样的方式描述。
参考图1，家庭环境由包括不同房间的公寓的地图表示，称为门厅I、厨房K、浴室B、卧室L、起居室S和阳台BA。这些房间中的每一个都使用反映房间的功能的家具布置，并且至少包括入口门、常见的窗户和/或至少一个落地窗，例如以进入阳台BA。
此外，通常，家庭环境包括供水系统、供电系统、可能还有天然气供应系统、加热系统和/或产生和分配热水的系统，以及相关的测量和控制单元。
生活在家庭环境中的人员被称为P。
根据本发明的系统预见到家庭环境可以设置有能够获取与一个或多个环境参数相关的数据的不同传感器，这些传感器分别用“三角形”图形符号表示并且标记有表示传感器所处的房间的符号和编号。特别地，位于厨房中的传感器整体上表示为K1，浴室中的传感器表示为B1，门厅中的传感器表示为I1，卧室中的传感器表示为L1，起居室中的传感器表示为S1，以及阳台上的传感器表示为BAl。
传感器的基本类型和/或传感器的组合由检测所监视的人员的存在、他们的位置以及他们的位置随时间的变化——关于位置本身、以及变化的速度和/或加速度和/或减速度两者的传感器构成。
这些测量可以与家庭环境的数字模型或虚拟拓扑图组合，其可能还包括多个门、窗和/或类似物和/或至少多个家具元件的位置，以及浴室和/或厨房，并且在分类类型的数据结构中由符号和/或符号的组合表示。
参考图2，该图可以被预先构造并且存储在服务器的存储器和/或远程服务器和/或云服务器和/或被帮助人员的便携式系统——诸如移动电话、智能手机或类似的数字设备——中加载的数据结构中。
由于该基于时间的位置信息并且参考环境的虚拟地图，可以甚至精确地定位所监视的人员以及跟踪他/她的动作。
对于每个房间分开的传感器的指示不必限制下述事实：至少多个传感器的类型可以物理地仅位于一个或几个房间中，并且还可以将它们的感测范围扩展到他们物理上不在场的房间。
环境传感器可以是任何指定的类型，并且作为示例，它们可以包括下述类型的一个或多个传感器：温度传感器、声学传感器、光传感器、烟雾或气体传感器、检测地板上存在液体的传感器、水流传感器、功耗传感器、检测门和/或窗和/或落地窗或类似物的开关的传感器。
根据本发明的系统的另一改进，可以预见环境传感器，其能够确定环境的拓扑状况或它们的至少一部分，并且允许自动生成被帮助人员所处的环境的数字地图。
当在室外、非限定环境中操作时，这一点尤为重要。在这种情况下，为了实现环境的数字地图的自动生成，还可以使用在该区域中已经可用的传感器来绘制环境，诸如用于交通监控的摄像头、安全摄像头和/或其他传感器。为防万一，该信息可以与街道地图和/或地形或类似有关的其他信息相结合，这些信息可以被下载到导航系统——诸如可用在移动电话或智能手机中的导航系统。
表示为P的所监视的人员佩戴由图1中的三角形P1符号表示的一个或多个可穿戴和/或便携式传感器。
这些传感器可以是任何类型并且可以包括一个或多个生理参数的传感器，以及检测姿势和/或其变化的传感器和/或检测由所监视的人员执行的运动的传感器。同样对于这些姿势和/或运动变化，根据时间收集数据，以确定与姿势变化和/或运动相关的可能的执行速度，并且还可以测量加速度和/或减速度。
除了可穿戴传感器之外，所监视的人员以稳定地随身携带通信和/或计算设备——即，能够执行程序和应用程序的，诸如智能电话、PDA或类似的数字设备。
作为根据本发明的系统的另外的改进，通信设备可以是Google Watch或AppleWatch或类似的数字设备，其充当便携式通信设备——诸如智能手机或类似的数字设备——的卫星设备。
对于上述传感器和附加的检测和个人通信设备，有利的是尽可能地使用其已有的并且主要是商业上可获得的设备。
在这些设备的情况下，重要的是他们设置有根据一个或多个现有的通信协议(或者可与描述本发明时尚不存在的新标准兼容)的通信接口，并且它们适合于成为设备网络的一部分，所有这些相互可通信。
使用标准网络协议允许根据本发明的系统非常易于扩展和模块化并且相对低成本，因此只要被帮助人员的需求扩展时，就允许逐步扩展系统本身。
当监视室外环境时，根据本发明的系统预见例如移动电话和/或智能电话和/或类似的数字设备的便携式通信设备起到被帮助人员的可穿戴设备朝向系统的网络的接入点的作用。
在室外或非限定环境的情况下，该通信设备保持人员与根据本发明的系统之间的链路。
在根据本发明的系统被实现为以处理器的指令的形式编码成软件并且存储在服务器和/或远程服务器中和/或分布在云服务器中，和/或在所监视的人员的如移动电话、智能手机或类似的数字设备的便携式设备——在最后一种情况下为应用程序，例如由在智能手机或其他便携式通信设备上执行的软件应用构成——的算法的情况下，则可以将系统本身的功能部分地分布在服务器和/或远程服务器和/或云服务器中，并且部分地分布在被帮助人员的便携式设备中，以便在任何条件下保证上述系统的最小级别的连接和功能性。
如图2所示，以示意性方式，表示为10和11的可穿戴设备和便携式系统在网络中与表示为12、13或14的环境传感器连接，还使用表示为20的无线通信单元并且使用标准或甚至个性化协议，与表示为30的、可以是服务器和/或远程服务器和/或云服务器和/或表示为11的所监视的人员的便携式设备的处理单元连接。
由传感器收集的数据，例如表示为31的数字地图、表示为32的环境参数、表示为33的关于位置和运动的数据、表示为34的关于姿势及其变化的数据、表示为35的关于生理状况的数据被存储在分类类型的相应数据结构中，如前所述。表示为36的时钟将数据与时间戳和持续时间测量相关联，因此在分类数据结构的断言部分中添加能够与符号和/或符号的组合和/或符号的时间序列相关联的信息以及允许解释将符号本身与某种类型的自愿或偶然行为相关联的数据的信息。
通过同步来自各种传感器的各种数据的检测的时序，可以关联分类数据结构的断言部分中的至少部分符号和/或符号的组合和/或符号的时间序列，以便更准确地定义所监视的人员的行为。
考虑参考附图的示例，根据本发明的系统将位于诸如厨房的特定房间中的被帮助人员的位置和/或与诸如“靠近火炉”的该房间内的地点相关联。同时，检测给定姿势并且执行所述人员的身体的某些运动。此外，可以检测燃气或电力使用的度量(取决于火炉类型)。
还可以监视一些运动的持续时间和执行速度。
还可以将测量值与和所监视的人员的生理参数相关的数据相关联。
如果数据彼此兼容，则可以在第一时间认为该行为是适当的并且很常见。
此外，访问模型，该模型以符号和/或符号的组合和/或符号的时间序列的形式编码被帮助人员的被称为标准和健康的行为模式，该模型可以被用来理解数据结构的断言部分中表示来自传感器的数据的符号和/或符号的组合和/或符号的时间序列符号是否对应于人的危险情况和/或不良习惯的模型，可以将测量数据与标准模型的参数相关联来分类对所述人员执行什么类型的活动，以及是否以正常方式执行相同的活动。
另一示例是检测卧室中的、可能在对应于床的位置处的被帮助人员，同时，检测没有移动和/或减少的移动次数和/或休息状况相兼容的生理参数。环境光传感器还可以通过检测与休息状况相兼容的低光强度或其不存在来完成图像。
有利地，除了通过通用于大多数人的符号和/或符号的组合和/或符号的时间序列或者参考与特定于被帮助人员的每天惯常动作相关的标准行为模型来生成编码与被帮助人员的健康特征、习惯、风俗和惯例相关的标准行为模型的一组模型之外，根据本发明的系统可以提供对应于由传感器检测的数据的符号和/或符号的组合和/或符号的时间序列的分类器，在图中用40表示，该分类器是适当编码的模型，或学习过程或个性化的结果；该过程可以在所述系统的安装和/或设置阶段执行，并且可以考虑所述系统的操作员给出关于被帮助人员的所执行的活动的所有反馈。
根据本发明的系统还可以提供生成警告和/或消息和/或警报的单元，表示为50；这些消息可以根据行为类型或所检测的情况生成，并且作为帮助的请求发送到外部，也由非专业人员——诸如亲属、医疗或辅助医务人员、受过紧急处理的人员、消防员、邻居等——操作。
给被监视人的消息，例如上述对话，可以是没有预期来自接收者的反馈的消息，或者优选地，具有期望来自她/他的反馈。根据本发明的系统使用有限形式的自然语言与被帮助人员对话，使用语音合成，以使用上述对话来决定所监视的人员是否处于危险状况、危险严重度，或者仅仅提醒被帮助人员关于一些重要信息，例如建议或推动该人员进行一些适当的活动、娱乐活动或典型的日常生活。
对话方法使得由根据本发明的系统编码为符号和/或符号的组合和/或符号的时间序列并且由如描述逻辑的典型的逻辑形式的推理算法分类的(由系统做出的)问题和(由所监视的人员做出的)相关答案可以与存储在数据结构的术语分量中的行为模型相关联，以便了解人员的状态和可能的危险情况，或仅仅出于注意的需要。
特别地，当需要与被帮助人员通信时，可以预见使用可能商业上可获得的充足的被动通信设备来传播这样的消息，例如通过家庭电视、或家中合适的固定设备、或自组织便携式设备，或借助于用于监控的便携式设备，或同一所监视的人员能够响应并且传送或发送请求的设备；这些设备可以是自组织通信设备，其甚至是工业标准并且与系统连接，或者是由被帮助人员佩戴的便携式监视设备本身。
与被帮助人员的对话可以是预定的，也可以正式定义为符号和/或符号的组合和/或符号的时间序列，以及基于规则的模型和/或基于形式语法的模型，以及在设置或安装阶段由适当专业监督人员设计。
关于表示行为模型的分类数据结构的部分，特别是表示特定于被帮助人员的习惯的那些模型，可以通过为系统提供对有限多个实验用户和在有限时间段内执行的学习阶段来完成。
分类类型的数据结构——其包括用于被帮助人员的动作的规范模型、监控所监护的人员的环境的模型、用于所述人员的典型习惯的规范模型、可能基于用于生成消息和/或公告和/或警报的形式主义规则的模型、可能基于以规则为基础的形式主义和/或可能与形式语法相关的模型，结合数据采集系统的组件、适当的符号和/或符号的组合和/或符号的时间序列中的源自传感器的数据的转换、通常为描述逻辑形式的分类方法、与被帮助人员的对话管理系统或警报通信的组件——均是实现根据本发明的系统的算法的最小组成部分。
根据本发明的系统能够根据被帮助人员的习惯，甚至定制的参数来理解他/她的健康水平、预测危急情况、在危险情况下及时干预、与人员对话以增加了解正在发生的事情、积累重要数据以支持进一步的帮助、理解所述人员的姿势,运动,位置、学习他/她的习惯的校准变化、处理朝向家外部的帮助请求(亲属、受过训练的人员、公共和/或私人护理机构、警察等)、支持个性化适应，即使是非专业人员，诸如所监视的人员的亲属，也始终遵守上述固有安全的原则。
分类数据结构可以在设置阶段由适当的专家主管或在连续阶段，相对于被帮助人员进行定制；该适应通过适当可用的软件界面、文本和/或图形变得容易。适当设计的所述界面允许甚至未受过训练的人员执行根据本发明的系统的定制。
在其基本形式中，根据本发明的系统包括下述功能特征：
-在拓扑级(例如，“在厨房中”，“靠近床”或“靠近门”)监视被帮助人员的位置。
这意味着存在要放置在所监视的环境中的设备以及被帮助人员所在环境的拓扑模型。
如前所述，根据本发明的系统可以使用传感器和/或应答器和/或类似的数字设备来检测在某些区域中存在所述人员，并且还可以包括能够推断出所述环境的拓扑结构的自动映射系统。这也可以通过使用传感器网络和开发生成未知环境的地图的技术来实现。
-以离散级监视被帮助人员的姿势(例如，“站立”或“坐着”)。
为了识别姿势和/或姿势之间的转变(包括跌倒)，可以使用结合在配件(例如但不限于手表和/或标签和/或眼镜和/或皮带)和/或衣服中的可穿戴传感器。
这种可穿戴传感器需要使用适合于所监视的人员的算法来检测和分类姿势。
-监视系统与(也通过基于声音对话的系统辅助的)人员之间的交互。
这种情形要求分布式和/或可穿戴的设备中存在麦克风和扬声器。
根据本发明的系统可以使用或连接用于语音交互的技术，甚至是商业上可用的，特别是响应于特定事件和/或紧急情况来激活通信。
语音交互可以进一步与情境的主动分析以及所谓的“语音识别”和“语音产生”的技术整合。
对于这些基本特征，可以添加一些高级特征和选项，诸如下述：
-检测特定活动(例如，“饮酒”，或“长时间坐着”或“长时间卧床”)的运动分析。
这些活动包括：
-监视被帮助人员的姿势和其他不寻常的运动模式；
-通过使用基于逻辑形式和/或能够从数据中学习的算法，与预定或适应于所述人员的模板相比，分类与上述运动相关的数据的时间序列。
由于该特征，可以基于所述人员的日常活动的监视数据以及与适应于该人员的行为模型的比较，将上述功能与对认知障碍或其他残疾的模型相比的活动的分析整合，以识别与规范行为模型的偏差。
在这种情况下，还可以执行监视方案的时间的调整(例如，以评估人员的身体、神经和认知功能随时间的退化)。
该附加功能包括以下步骤：在执行常规活动，和/或识别随时间变化的新活动中，将对所监视的人员定制的标准模型调整为新行为模式。
由于文献中所述的可能的学习机制——诸如分类器和预测算法，可以从传感数据获得新的和/或更新的模型，并且使根据本发明的监视系统适应该人员的身体、神经和认知功能随时间的逐渐降级。
图3示出了实现根据本发明的系统的特征和功能性的算法的流程图。
步骤300表示被帮助或监视的用户的环境。在步骤310，通过一个或多个传感器获取所收集的数据。步骤320根据行为模型提供对这些数据的解释。
步骤330提供收集的数据关于行为模型的类型和质量的分类。在此情况下，规范数据的数据库、环境的描述和对话模型用标号340标记，并且包括行为模型的描述。当分类未检测到危险或异常行为时，获取过程继续。在异常行为的情况下，触发与被帮助人员的对话，基于识别行为状况或特定行为拓扑，利用对话模型从对话获得信息。
如果分类在步骤350检测到危险状况，则产生警报(标记为360)。否则，利用数据获取循环继续分类。

Claims (11)

1.一种用于人员——特别是老年人或可能具有认知特征的特殊问题的人员——的私人监视和帮助的系统，所述系统包括用于检测描述所述人员所处的环境的状况的参数的传感器和/或用于至少检测所述环境中的所述人员的位置和/或运动和/或可能还有所述人员的姿势和/或可能他/她的生理参数的传感器，因此包括：
-用于以拓扑级监视被帮助人员的位置的传感器和/或设备，其生成按时间的并且在所述人员位于并且特别是生活的环境的数字拓扑模型的场境中跟踪所述人员的位置的信号；
-用于监视被帮助人员的姿势和/或被帮助人员的姿势的按时间的变化的传感器，并且其提供对应于预定姿势的状态信号和/或所述人员的姿势的时间变化的信号；
-可能而非必须的，用于监视与被帮助人员相关的生理参数和/或这些参数随时间的变化的传感器；以及
-处理单元，所述处理单元被配置为根据分类算法执行处理步骤，用于符号和/或符号的组合和/或符号的时间序列的分类，所述分类算法用所述处理单元可执行的指令编码，并且所述处理单元提供下述操作步骤：
-借助于符号和/或符号的组合和/或符号的时间序列来表示来自所述传感器的数据；
-确定这些符号和/或符号的组合和/或符号的时间序列是否对应于数据结构中描述的规范行为模式，所述数据结构由例如基于描述逻辑或的分类形式或来自表达和/或计算观点的等同形式表示，以及
-相对于描述典型的日常情况的规范行为模式或甚至在被帮助人员的特定习俗和习惯的水平上，把这些符号和/或符号的组合和/或符号的时间序列分类为兼容或不兼容；
-决定是否激活与被帮助人员的对话的过程，使得从传感器获取附加数据来与适当的符号和/或符号的组合和/或符号的时间序列相关联，然后
-决定是否激活警报过程，例如根据警报的类型和严重程度，联系医务人员或不住在一起的亲属、邻居、消防员。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，通过在系统中提供对有限多个实验用户并且在有限时间段内执行的学习阶段，能够实现规范模型，特别是涉及日常生活的典型情况或甚至典型情况和/或被帮助人员的特定习惯的规范行为的那些规范模型，这样的学习阶段旨在收集与行为和/或习惯的通常状况和/或适当数目的所述规范模型的合成对应的被监视人员的行为特征的信息。
3.根据权利要求1或2所述的系统，其中，被监视人员的位置的参数和/或他/她在环境中的移动和他/她的姿势及他/她的姿势的变化相关的数据与传感器检测的被监视人员的生理参数相关的数据组合，所述生理参数例如是温度、压力、脉搏率和/或心动周期的跟踪和其他生理参数。
4.根据前述权利要求中的一项或多项所述的系统，其中，环境状况传感器还被用于，例如：温度、湿度、照明水平、大气压力、存在烟雾或有害或有毒气体等、存在噪声和噪声的生成的源的类型或影响。
5.根据前述权利要求中的一项或多项所述的系统，其中，所述算法用存储器中的存储程序的指令的形式编码，并且因此可由处理单元调用和执行，因此，把该处理单元配置为执行控制过程的控制单元，所述控制过程把从环境中的被帮助人员的位置的数据和/或所述位置的变化和/或姿势和/或所述姿势的变化记录的活动的分类与被监视人员的生理参数的数据和/或环境状况的数据整合，从而提高分类和所述人员的状况的精度。
6.根据前述权利要求中的一项或多项所述的系统，其中，当符号和/或所述符号的组合和/或这些符号的时间序列的分类指示被监视人员的异常行为的状况或在通常行为模式之外和/或其他危险情况时，能够自动生成警报，所述警报被发送给在安装或设置阶段期间选定的多个人员和/或组织(例如，亲属、医疗或辅助医务人员、被指示应对紧急情况的工作人员、消防员、邻居等)，这些人员和/或组织有能力干预解决由分类过程本身识别的情况。
7.根据前述权利要求中的一项或多项所述的系统，其中，还提供了用于与被监视人员直接被动通信的装置，例如通过环境中存在的设备来发送消息，这些设备例如是独立的或用网络链接在一起的一系列监视器、收音机、电视机、扬声器系统或类似的数字设备。
8.根据前述权利要求中的一项或多项所述的系统，其中，周期性地分类被帮助人员活动所对应的符号和/或符号的组合和/或符号的时间序列、测量认知能力的演变和/或所述人员的生理状况，由此能够在可能病变的相对初始的时刻迅速干预，不仅保护该人员免受直接危险的状况，而且还设置必要的治疗基础以应对他/她的状况的恶化。
9.根据前述权利要求中的一项或多项所述的系统，由具有四级的模块化和可扩展的架构组成，其中：
i.由硬件基础设施组成的层；
ii.由在所述硬件基础设施上执行的算法组成的层，所述算法实现基于分类数据结构的分类过程和与被帮助人员的对话；
iii.由包含表示模型和/或规范行为模式的符号的数据结构、由描述环境的一些特性的符号和由涉及用基于描述逻辑的逻辑形式描述的可能对话的符号构成的层；所述数据结构包括：
a.把感应数据连接到涉及被帮助人员执行的动作和该人员的姿势的符号和/或符号的组合和/或符号的时间序列的模型；
b.把感应数据连接到涉及患者的典型习惯——特别是日常生活的日常活动的符号和/或符号的组合和/或符号的时间序列的模型；
c.利用符号和/或符号的组合和/或符号的时间序列，根据其最重要的特性，表示被帮助人员生活和行动的环境的模型，特别是为了以拓扑级局部化被监视人员的目的，以及在执行日常生活的活动的特定环境中；
d.利用符号和/或符号的组合和/或符号的时间序列，编码与被帮助人员的健康习惯相关的规范方面的模型，该模型的功能是规定表示来自传感器的数据的符号和/或符号的组合和/或符号的时间序列是否对应于潜在危险情况或所述人员的不良习惯；
e.基于规则的模型，该模型在符号和/或符号的组合和/或符号的时间序列的分类的基础上，能够生成警报和/或消息和/或接收与被帮助人员的对话的反馈；
f.与规则相关和/或基于与形式语法相关的结构的模型，所述形式语法用于借助于符号和/或符号的组合和/或符号的时间序列来编码与所述人员的对话；
iv.在系统硬件设备之间以及与如通信网络、计算机、智能电话和其他数字设备的外部系统通信和/或共享数据的层；
并且提供通信网络，所述通信网络使用广泛开放的标准协议，特别是IEEE 802、蓝牙、UWB 868MHz、射频识别(RFID、ISO/IEC 18000)以及它们后续的演进和变化，用于接合该系统的所有硬件组件。
10.一种在不能被视为自立的情况下(仅举例而不是穷尽应用领域：独居的老人、在购物中心与父母失去联系的孩子、在开放或封闭的地方缺乏方向感的人员等)，监视和实施所有年龄段的人员——特别是老年人或有认知问题和/或生理问题和/或神经病学问题的人员——的私人帮助的方法；所述方法包括下述步骤：
a.生成用符号和/或符号的组合和/或符号的时间序列填充的分类数据结构，其涉及各种类型的模型，诸如执行典型活动的行为和规范模型，并且其要求关于与预定环境中的所述行为有关的被帮助人员的位置、所述人员在所述环境中的移动和/或位移和/或所述人员的姿势和/或执行这些活动时的同一姿势的变化的数据，可能检测用于描述所述环境的环境状况的参数和/或被监视人员的生理数据和/或检测这些位置、运动、姿势和姿势变化的时刻和/或持续时间；
b.如同对上述点a，但还可以串行和/或并行地，结合时间信息(以及关于所有相关位置的信息)，表示和管理与日常生活的活动相关的符号和/或符号的组合和/或符号的时间序列，其是简单的并且由如上所述的不同动作和/或姿势构成；
c.使用符号和/或符号的组合，生成存在被监视人员的环境的虚拟地图及其在分类数据结构中的表示；
d.参照时间，确定位置和/或跟踪被帮助人员的运动，确定姿势和/或被帮助人员的姿势的时间变化；
e.根据传感器提供并且由分类数据结构中的符号和/或符号的组合和/或符号的时间序列表示的数据，生成患者的行为模型；
f.与在分类数据结构中表示的行为的规范模式相比，分类被帮助人员的行为的拓扑和行为的适当性；
g.如同在上述步骤f，但与如在上文点b中定义的动作的顺序和/或组成有关；
h.根据在分类过程中检测的行为的类型，生成和向帮助人员和/或被帮助人员发出音频和/或视频通信，以及这些行为与在分类数据结构中表示的规范行为模式的适当性；
i.通过分类算法，生成、发出和管理适当的声音对话，使得算法可以分析反馈、改进对所述人员的监视、推断他的健康状态和/或识别存在危险情况和/或救援行动中最重要的需求。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，包括检测被帮助人员的生理参数，可能还检测环境参数，并且在行为模型中整合这些参数，所述参数根据检测时刻和/或它们的持续时间同步。
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