KR101830003B1 - Ｕ―헬스 케어 기반의 위험 상황 알림 시스템, 그리고 이를 이용한 위험 식별 방법 - Google Patents

Ｕ―헬스 케어 기반의 위험 상황 알림 시스템, 그리고 이를 이용한 위험 식별 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 U-헬스 케어 기반의 위험 상황 알림 시스템, 그리고 이를 이용한 위험 식별 방법에 관한 것이다. 본 발명은, 심박수 센서와 가속도 센서 각각을 통해 사용자의 심박수와 가속도를 미리 설정된 시간마다 측정하여, 블루투스 모듈을 통해 블루투스 통신 방식으로 실시간으로 사용자 모바일 디바이스의 사용자 앱으로 전송하는 아두이노 기반 웨어러블 디바이스; 및 사용자 앱에 심박수 측정값 및 가속도 측정값 각각에 대한 임계값 분석을 통해 위험 상황 발생을 인식한 경우, 사용자의 현재 위치 정보를 수신하기 보호자 API 키(key)를 추출한 뒤, 추출된 API 키와 매칭되는 보호자 앱으로 사용자의 현재 위치 정보를 전송하여 위험 상황 발생을 알리는 메시지로 활용하도록 하는 데이터베이스 서버; 를 포함할 수 있다.
이에 의해, 종래의 웨어러블 디바이스에서 측정된 생체 정보에 대한 단순 모니터링이나 생체 정보를 이용한 질병 예방법, 운동량 등을 제공하는 형태의 서비스에 그치지 않고 실제 사용자가 위험 상황이 발생할 경우에 대한 대처할 수 있다.

Description

Ｕ―헬스 케어 기반의 위험 상황 알림 시스템, 그리고 이를 이용한 위험 식별 방법{DANGER SITUATION ALERT SYSTEM BASED ON U-HEALTHCARE, AND METHOD THEREOF}
본 발명은 U-헬스 케어 기반의 위험 상황 알림 시스템, 그리고 이를 이용한 위험 식별 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는, 종래의 웨어러블 디바이스에서 측정된 생체 정보에 대한 단순 모니터링이나 생체 정보를 이용한 질병 예방법, 운동량 등을 제공하는 형태의 서비스에 그치지 않고 실제 사용자가 위험 상황이 발생할 경우에 대한 대처하도록 하기 위한 U-헬스 케어 기반의 위험 상황 알림 시스템, 그리고 이를 이용한 위험 식별 방법에 관한 것이다.
최근 세계 각국의 경제적 성장과 함께 건강한 삶에 대한 관심이 증가함에 따라 U-헬스(U-Healthcare) 산업이 활성화 되고 있는 실정이다.
구체적으로, 인구 고령화와 만성질환자의 증가로 인해 기존 공급자 중심의 수동적인 치료중심 서비스에서 수요자 중심의 예방과 건강증진 등 능동적인 서비스로 변화하고 있다. 또한 사용자의 생체 정보를 측정할 수 있는 스마트 워치와 스마트 밴드 등 다양한 웨어러블 디바이스(wearable device)들이 연구되고 있으며, 웨어러블 사용자의 생체 정보를 측정해 피트니스, 웰빙, 헬스케어 등 다양한 분야에서 사용자에게 의료 관련 서비스를 제공하는 연구도 활발히 진행되고 있다.
즉, 사용자는 유비쿼터스(Ubiquitous) 환경에서 언제 어디서나 시간적, 공간적 제약을 받지 않고 생체 정보를 측정하여 해당 데이터를 보호자나 의료진에게 전송함으로써, 개인 맞춤형 의료서비스를 제공 받는다. 하지만 이러한 시스템은 사용자의 생체 정보와 위치를 측정하여 칼로리 소모량이나 이동거리, 식사량 등 건강관리에 대한 서비스를 제공하는 것과 질병에 대한 예방을 위해 측정된 생체 정보를 모니터링으로 제공하는 서비스가 대부분이며 넘어짐이나 낙상 혹은 운동으로 인한 사용자의 상태에 갑작스런 이상이 발생할 경우의 대처가 미흡한 문제점이 있다.
이에 본 출원인은 사용자가 예상치 못한 위험 상황이 발생하는 경우, 보호자가 신속하게 대처할 수 있도록 알림 메시지를 제공하는 U-헬스 케어 기반의 위험 상황 알림 시스템을 제안하게 되었으며, 이와 관련된 선행기술문헌으로는 한국등록특허 제10-1661116호(발명의 명칭: 프로그래머블 멀티모달 생체신호 처리 모듈 및 이를 이용한 헬스케어 플랫폼, 등록일: 2016.09.23.)가 있다.
본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 사용자가 예상치 못한 위험 상황이 발생하는 경우, 보호자가 신속하게 대처할 수 있도록 알림 메시지를 제공하는 U-헬스 케어 기반의 위험 상황 알림 시스템, 그리고 이를 이용한 위험 식별 방법을 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명은 아두이노(Arduino)에 가속도 센서와 심박수 센서를 부착하고 각 센서 별로 시나리오에 따른 임계값을 적용함으로써, 다양한 시나리오를 통해 사용자의 상태에 따라 우선적으로 측정할 센서를 선정하고 측정된 데이터를 기반으로 정해진 임계값을 벗어나는 데이터가 발생하면 위험 상황이라고 식별함과 동시에 보호자에게 사용자의 현재 위치에 대한 정보를 전송할 수 있도록 하기 위한 U-헬스 케어 기반의 위험 상황 알림 시스템, 그리고 이를 이용한 위험 식별 방법을 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명은 사용자의 현재 위치 정보의 전송에 의해 보호가 필요한 사용자에게 위험한 상황이 발생하면 신속하게 대처할 수 있도록 하기 위한 U-헬스 케어 기반의 위험 상황 알림 시스템, 그리고 이를 이용한 위험 식별 방법을 제공하기 위한 것이다.
그러나 본 발명의 목적들은 상기에 언급된 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기의 목적을 달성하기 위해 본 발명의 실시예에 따른 U-헬스 케어 기반의 위험 상황 알림 시스템은, 심박수 센서와 가속도 센서 각각을 통해 사용자의 심박수와 가속도를 미리 설정된 시간마다 측정하여, 블루투스 모듈을 통해 블루투스 통신 방식으로 실시간으로 사용자 모바일 디바이스의 사용자 앱으로 전송하는 아두이노 기반 웨어러블 디바이스; 및 상기 사용자 앱에 심박수 측정값 및 가속도 측정값 각각에 대한 임계값 분석을 통해 위험 상황 발생을 인식한 경우, 사용자의 현재 위치 정보를 수신하기 보호자 API 키(key)를 추출한 뒤, 추출된 API 키와 매칭되는 보호자 앱으로 사용자의 현재 위치 정보를 전송하여 위험 상황 발생을 알리는 메시지로 활용하도록 하는 데이터베이스 서버; 를 포함할 수 있다.
상기 데이터베이스 서버는, 상기 사용자 앱으로부터 사용자의 로그인 정보와 현재 위치 정보를 상기 사용자 앱으로부터 수신하여 저장하며, 사용자의 로그인 정보와 매칭되는 푸시 팝업 메시지를 전송받기 위한 보호자 API 키(API key)를 미리 저장하고 있을 수 있다.
상기 사용자 앱은, 위험 상황 식별 알고리즘을 통해 사용자의 상태를 식별하고 위험 상황 발생시 상기 사용자 모바일 디바이스의 위치 수신 모듈을 통해 사용자의 현재 위치를 측정한 뒤, 상기 사용자 모바일 디바이스를 통해 네트워크와 연결된 상기 데이터베이스 서버로 전송할 수 있다.
상기 보호자 앱은, 보호자 모바일 디바이스에서 실행되며, 사용자의 위험 상황 발생시, 사용자의 현재 위치 정보를 네트워크와 연결된 클라우드 메세징 서버로부터 수신하여 구현할 수 있다.
상기 클라우드 메세징 서버는, 상기 사용자 앱 및 상기 보호자 앱 간의 데이터를 전송하게 해주는 서비스를 제공하며, 상기 데이터베이스 서버에 새로운 데이터가 있음을 각 사용자의 상기 보호자 앱으로 알리는 메시지를 전송할 수 있다.
상기의 목적을 달성하기 위해 본 발명의 실시예에 따른 U-헬스 케어 기반의 위험 상황 알림을 위한 위험 식별 방법은, 사용자 앱이 심박수 센서 및 가속도 센서에 의해 각각 측정한 심박수 측정값과 가속도 측정값에 대한 임계값을 설정하는 제 1 단계; 및 상기 사용자 앱이 상기 심박수 센서와 상기 가속도 센서 각각으로부터 심박수 측정값 및 가속도 측정값을 획득하여 각각에 대한 임계값 비교를 통해 위험 상황 발생 여부를 분석하는 제 2 단계; 를 포함할 수 있다.
상기 제 1 단계는, 상기 사용자 앱이 사용자의 로그인 요청에 따라, 데이터베이스 서버로부터 로그인 정보와 매칭되는 사용자 정보 중 사용자의 나이 정보를 수신하는 제 1-1 단계; 상기 사용자 앱이 상기 데이터베이스 서버로 수신된 나이 정보 별로 설정된 평균 심박수 중 미리 설정된 퍼센테이지를 연산하여 제 1 심박수 값을 획득하고, 상기 심박수 센서를 통해 사용자의 휴식기 심박수를 미리 설정된 시간 동안 측정하여 제 2 심박수 값을 획득하고, 상기 가속도 센서를 통한 가속도 측정을 수행하는 제 1-2 단계; 및 상기 사용자 앱은 상기 제 1 심박수 값과 상기 제 2 심박수 값을 평균을 연산한 평균을 기준으로 사용자 별 심박수 임계값을 부여하며, 상기 가속도 센서에 의해 측정된 가속도 측정값을 기준으로 사용자 별 임계값 부여를 수행하는 제 1-3 단계; 를 포함할 수 있다.
상기 제 2 단계는, 상기 사용자 앱이 상기 심박수 센서와 상기 가속도 센서 각각으로부터 심박수 측정값 및 가속도 측정값을 획득하는 제 2-1 단계; 상기 사용자 앱이 상기 제 1 단계와 상기 제 2 단계 사이에 측정된 심박수 측정값 및 가속도 측정값이 있는 경우, 측정된 심박수 측정값과 가속도 측정값과 개별적인 비교를 수행하는 제 2-2 단계; 및 상기 사용자 앱이 심박수 측정값 및 가속도 측정값 중 각각의 임계값을 벗어나는 측정값이 추출시, 나머지 다른 측정값의 임계값을 벗어나는지를 통해 위험 상황 발생 여부를 분석하는 제 2-3 단계; 를 포함할 수 있다.
상기 제 2 단계 이후, 위험 상황 발생으로 분석시, 상기 사용자 앱이 사용자 모바일 디바이스의 위치 수신 모듈을 통해 사용자 현재 위치 정보를 확인하는 제 3 단계; 를 더 포함할 수 있다.
상기 제 3 단계 이후, 상기 사용자 앱이 사용자 현재 위치 정보를 상기 사용자 모바일 디바이스로 제공하여, 상기 사용자 모바일 디바이스(20)에 의한 클라우드 메세징 서버를 통한 상기 보호자 앱으로의 전송이 수행되도록 하는 제 4 단계; 를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 U-헬스 케어 기반의 위험 상황 알림 시스템, 그리고 이를 이용한 위험 식별 방법은, 종래의 웨어러블 디바이스에서 측정된 생체 정보에 대한 단순 모니터링이나 생체 정보를 이용한 질병 예방법, 운동량 등을 제공하는 형태의 서비스에 그치지 않고 실제 사용자가 위험 상황이 발생할 경우에 대한 대처할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 U-헬스 케어 기반의 위험 상황 알림 시스템, 그리고 이를 이용한 위험 식별 방법은, 사용자가 예상치 못한 위험 상황이 발생하는 경우, 보호자가 신속하게 대처할 수 있도록 아두이노(Arduino)에 가속도 센서와 심박수 센서를 부착하고 각 센서 별로 시나리오에 따른 임계값을 적용함으로써, 다양한 시나리오를 통해 사용자의 상태에 따라 우선적으로 측정할 센서를 선정하고 측정된 데이터를 기반으로 정해진 임계값을 벗어나는 데이터가 발생하면 위험 상황이라고 식별함과 동시에 보호자에게 사용자의 현재 위치에 대한 정보를 전송할 수 있어서 사용자의 생체 정보에 개별적으로 매칭되는 서비스를 제공할 수 있다.
뿐만 아니라, 본 발명의 실시예에 따른 U-헬스 케어 기반의 위험 상황 알림 시스템, 그리고 이를 이용한 위험 식별 방법은, 사용자의 현재 위치 정보의 전송에 의해 보호가 필요한 사용자에게 위험한 상황이 발생하면 신속하게 대처할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 U-헬스 케어 기반의 위험 상황 알림 시스템을 나타내는 도면.
도 2는 도 1의 U-헬스 케어 기반의 위험 상황 알림 시스템의 시스템 아키텍처 및 아두이노 기반 웨어러블 디바이스의 주요 구성요소를 나타내는 도면.
도 3은 도 1의 U-헬스 케어 기반의 위험 상황 알림 시스템 중 사용자 앱에서 수행되는 위험 상황 식별 알고리즘을 나타내는 흐름도.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 U-헬스 케어 기반의 위험 상황 알림 시스템 중 사용자 앱에서 구현되는 메인페이지(도 4a)와 회원가입 페이지(도 4b)를 나타내는 도면.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 U-헬스 케어 기반의 위험 상황 알림 시스템에서의 센서 측정값 페이지(도 5a)와 위험 상황 발생 페이지(도 5b)를 나타내는 도면.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 U-헬스 케어 기반의 위험 상황 알림 시스템에서의 보호자 앱에 의해 구현된 푸시 팝업 메시지를 나타내는 유저 인터페이스 화면.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 U-헬스 케어 기반의 위험 상황 알림 시스템에서의 아두이노 기반 웨어러블 디바이스의 프로토타입을 나타내는 도면.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예의 상세한 설명은 첨부된 도면들을 참조하여 설명할 것이다. 하기에서 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.
본 명세서에 있어서는 어느 하나의 구성요소가 다른 구성요소로 데이터 또는 신호를 '전송'하는 경우에는 구성요소는 다른 구성요소로 직접 상기 데이터 또는 신호를 전송할 수 있고, 적어도 하나의 또 다른 구성요소를 통하여 데이터 또는 신호를 다른 구성요소로 전송할 수 있음을 의미한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 U-헬스 케어 기반의 위험 상황 알림 시스템을 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하면, U-헬스 케어 기반의 위험 상황 알림 시스템은 아두이노 기반 웨어러블 디바이스(10), 사용자 모바일 디바이스(20), 사용자 어플리케이션(user application, 이하, '사용자 앱')(30), 네트워크(40), 데이터베이스 서버(50), 보호자 모바일 디바이스(60), 보호자 어플리케이션(protector application, 이하, '보호자 앱')(70), 그리고 클라우드 메세징 서버(80)를 포함함으로써, 웨어러블 디바이스(10)에서 측정된 사용자의 센서 측정값을 사용자 앱(30)에서 사용자의 상태를 파악하기 위한 알고리즘과 데이터베이스 서버(50)의 처리 명령을 통해 위험 상황을 식별 가능하도록 한다.
아두이노 기반 웨어러블 디바이스(10)는 적어도 하나 이상의 센서로부터 입력 신호를 받아들여 출력을 제어하여 환경과 상호작용이 가능한 오픈 소스 회로 기반의 아두이노(Arduino)를 중심으로 설계된다.
사용자 모바일 디바이스(20)는 컴퓨팅 기능을 수행하며, 무선링크를 통하여 사용자에게 인터넷 데이터를 포함하는 인터넷 서비스를 제공하는 기기로서, 이는 포괄적인 개념의 휴대기기들이다. 즉, 사용자 모바일 디바이스(20)는 핸드폰, 무선단말, PDA(Personal Digital Assistant), GSM(Global System for Mobile)폰, W-CDMA(Wideband CDMA)폰, CDMA-2000폰, MBS(Mobile Broad and System)폰, PMP(Portable Multimedia Player), 핸드헬드 컴퓨터(Handheld Computer)와 같이 멀티미디어 폰 및 멀티미디어 플레이어 등을 포함할 수 있다.
사용자 앱(30)은 사용자에 대한 센서를 통해 측정된 센서 측정값을 모니터링하고 위험 상황을 식별하며, 위험 상황 식별시 사용자 모바일 디바이스(20)에 구비된 GPS 수신기 등으로 형성 가능한 위치 수신 모듈(21)을 통해 획득한 위치 정보를 네트워크(40)를 통해 데이터베이스 서버(50)로 제공함과 동시에 보호자 모바일 디바이스(60)로 전송되도록 한다.
여기서 네트워크(40)는 대용량, 장거리 음성 및 데이터 서비스가 가능한 대형 통신망의 고속 기간 망인 통신망이며, 인터넷(Internet) 또는 고속의 멀티미디어 서비스를 제공하기 위한 차세대 무선 망일 수 있다. 네트워크(40)는 동기식 이동 통신망일 수도 있고, 비동기식 이동 통신망일 수도 있다. 비동기식 이동 통신망의 일 실시 예로서, WCDMA(Wideband Code Division Multiple Access) 방식의 통신망을 들 수 있다. 이 경우 도면에 도시되진 않았지만, 네트워크(40)는 RNC(Radio Network Controller)을 포함할 수 있다. 한편, WCDMA망을 일 예로 들었지만, 3G LTE망, 4G망 등 차세대 통신망, 그 밖의 IP를 기반으로 한 IP망일 수 있다. 네트워크(40)는 사용자 모바일 디바이스(20), 데이터베이스 서버(50), 보호자 모바일 디바이스(60) 및 클라우드 메세징 서버(80), 그 밖의 시스템 상호 간의 신호 및 데이터를 상호 전달하는 역할을 한다.
보호자 모바일 디바이스(60)는 사용자의 보호자가 운영하는 무선단말로, 사용자 모바일 디바이스(30)와 동일하게 컴퓨팅 기능을 수행하는 스마트폰, 스마트 패드 등을 수 있다.
보호자 앱(70)은 보호자 모바일 디바이스(60)에서 실행되며, 사용자의 위험 상황 발생시, 사용자의 위치 정보를 네트워크(40)와 연결된 클라우드 메세징 서버(80)로부터 수신하여 구현하기 위한 단말이다.
클라우드 메세징 서버(80)는 사용자 앱(30) 및 보호자 앱(70) 간의 데이터를 전송하게 해주는 서비스를 제공하며, 데이터베이스 서버(50)에 새로운 데이터가 있음을 각 사용자의 보호자 앱(70)으로 알리는 메시지를 전송하는 역할을 수행할 수 있다.
도 2는 도 1의 U-헬스 케어 기반의 위험 상황 알림 시스템의 시스템 아키텍처(system architecture)(도 2a) 및 아두이노 기반 웨어러블 디바이스(10)의 주요 구성요소(도 2b)를 나타내는 도면이다.
도 2를 참조하면, 아두이노 기반 웨어러블 디바이스(10)의 아두이노 보드(14)는 심박수 센서(11)와 가속도 센서(12) 각각을 통해 사용자의 심박수와 가속도를 미리 설정된 시간(1초)마다 측정하여, 블루투스 모듈(13)을 통해 블루투스 통신 방식으로 실시간으로 사용자 모바일 디바이스(20)의 사용자 앱(30)으로 전송한다.
사용자 앱(30)은 사용자 모바일 디바이스(20)에서 실행된 뒤, 네트워크(40)를 통해 데이터베이스 서버(50)로의 액세스(access)를 통한 회원가입 과정을 통해 사용자의 나이 정보(age)를 포함하는 사용자 정보를 제공함으로써, 데이터베이스 서버(50)에서 사용자의 로그인을 기반으로 사용자를 구분할 수 있도록 한다.
또한 사용자 앱(30)은 위험 상황 식별 알고리즘을 통해 사용자의 상태를 식별하고 위험 상황 발생시 사용자 모바일 디바이스(20)의 위치 수신 모듈(21)을 통해 사용자의 현재 위치를 측정한 뒤, 사용자 모바일 디바이스(20)를 통해 네트워크(40)와 연결된 데이터베이스 서버(50)로 전송한다.
한편, 데이터베이스 서버(50)는 사용자의 로그인 정보와 현재 위치 정보를 사용자 앱(30)으로부터 수신하여 저장하며, 사용자의 현재 위치 정보를 수신하기 위한 보호자 모바일 디바이스(60)의 보호자 앱(70)을 추출한다. 이를 위해, 데이터베이스 서버(50)는 사용자의 로그인 정보와 매칭되는 푸시 팝업 메시지를 전송받기 위한 보호자 API 키(API key)를 미리 저장하고 있는 것이 바람직하다.
이에 따라, 보호자 앱(70)은 사용자가 위험 상황이 발생할 경우, 지정된 API 키(API key)를 활용한 데이터베이스 서버(50)의 사용자 현재 위치 정보 전송에 따라 클라우드 메세징 서버(80), 예컨대, Google Cloud Massaging Server(GCM Server)를 통해 사용자의 현재 위치 정보를 수신할 수 있다.
한편, 도 3은 도 1의 U-헬스 케어 기반의 위험 상황 알림 시스템 중 사용자 앱(30)에서 수행되는 위험 상황 식별 알고리즘(Danger Situation Discerning Algorithm)을 나타내는 흐름도이다.
도 3을 참조하면, 사용자 앱(30)은 사용자의 로그인 요청에 따라, 데이터베이스 서버(50)로부터 로그인 정보와 매칭되는 사용자 정보 중 사용자의 나이 정보를 수신한다.
사용자 앱(30)은 데이터베이스 서버(50)로 수신된 나이 정보 별로 설정된 평균 심박수 중 미리 설정된 퍼센테이지(예, 심박수의 40%)를 추출하여 제 1 심박수 값을 획득하고(S12a), 심박수 센서(11)를 통해 사용자의 휴식기 심박수를 미리 설정된 시간 동안(예, 10초간) 측정하여 제 2 심박수 값을 획득하고(S12b), 가속도 센서(12)를 통한 가속도 측정도 수행한다(S12c).
이후, 사용자 앱(30)은 제 1 심박수 값과 제 2 심박수 값을 평균을 내어 평균값을 이용해 사용자마다 다른 심박수 임계값을 부여한다(S13). 한편, 단계(S13)에서 가속도 센서(12)에 의해 측정된 가속도 임계값도 부여하는 것이 바람직하다.
단계(S11) 내지 단계(S13)에서의 심박수 임계값 설정 과정이 완료되면, 사용자 앱(30)은 심박수 센서(11)와 가속도 센서(12) 각각으로부터 심박수 측정값 및 가속도 측정값을 획득한다(S14).
단계(S14) 이후, 사용자 앱(30)은 단계(S14)에서의 심박수 측정값 및 가속도 측정값에 대한 미리 설정된 시간 이전/이후의 측정값에 대한 비교를 수행한다(S15).
보다 구체적으로 사용자 앱(30)은 단계(S15) 이전에 측정된 심박수 측정값과 단계(S15)에서 측정된 심박수 측정값을 비교하며, 동일한 방식으로 단계(S15) 이전에 측정된 가속도 측정값과 단계(S15)에서 측정된 가속도 측정값을 비교함으로써, 심박수 측정값 및 가속도 측정값 중 미리 설정된 수치 이상으로 우선적으로 임계값을 벗어나는 센서 측정값이 발생하면, 다음 센서 임계값을 비교한다.
단계(S15) 이후, 사용자 앱(30)은 위험 상황인지 여부를 판단한다(S16). 단계(S15)에서의 심박수 측정값 및 가속도 측정값의 순차적인 비교 결과 위험 상황인지를 판단하는데, 이러한 판단 과정의 예시는 후술하는 [표 1]과 같을 수 있다.
단계(S16)의 판단 결과 위험 상황이 아닌 경우, 사용자 앱(30)은 단계(S14)로 회귀하여 이전/이후 측정값에 대한 비교를 다시 수행한다. 반대로 단계(S16)의 판단 결과 위험 상황인 경우, 사용자 앱(30)은 사용자 모바일 디바이스(20)의 위치 수신 모듈(21)을 통해 위치 정보를 확인한다(S17).
단계(S17) 이후, 사용자 앱(30)은 사용자 현재 위치 정보를 사용자 모바일 디바이스(20)로 제공하여, 사용자 모바일 디바이스(20)에 의한 클라우드 메세징 서버(80)를 통한 보호자 앱(70)으로의 전송이 수행되도록 한다(S18).
하기의 [표 1]은 심박 센서와 가속도 센서로 측정된 생체 정보에 대한 사용자의 상태를 정리한 구체적인 예이다. 심박수와 가속도를 동시 측정하다가 우선적으로 임계값을 벗어나는 센서 측정값이 발생하면 그 다음 센서를 측정하여 위험 상황을 식별한다.
위치(situation) 심박수(heart rate) 가속도(acceleration)
1 high high
2 high low
3 low high
4 low low
먼저, 위치 1(situation 1)은 심박수와 가속도가 high인 상태이다. 심박수는 사용자의 최대 심박수가 70% 이상인 경우 high이며, 가속도는 1초 전에 측정한 값과 비교하여 움직임의 변화가 미리 설정된 가속도 임계값(20,000 mm/s2) 이상 발생하면 갑작스런 가속도 변화로 낙상이나 넘어지는 상황이면 위험 상황으로 식별하는 것으로 설정한다.
사용자가 운동을 하고 있는 경우에는 심박수와 가속도가 high일 수 있는데 심박수가 높아진 상황에 준하는 움직임을 발생하여 움직임이 크게 변하지 않으므로 위험 상황이라고 식별하지 않는다.
위치 2(situation 2)는 심박수는 high면서 가속도는 low인 상황이며 심리적인 경우나 스트레스로 인해 최대 심박수는 70% 이상 증가하였는데 가속도의 변화가 낮으므로 위험 상황이라고 식별한다.
위치 3(situation 3)은 심박수가 low이면서 가속도가 high인 상황이다. 사용자가 운동이나 갑작스런 움직임으로 인해 가속도는 증가한 반면 심박수는 낮은 상태이며 가속도의 임계값이 우선적으로 벗어나는 상황이다. 즉 사용자가 활동적인 움직임을 발생하고 있는 경우, 심박수에 이상이 발생한 상황이며 위험 상황으로 식별한다.
마지막으로 위치 4(situation 4)는 심박수와 가속도가 low인 상황이며 심박수가 낮은 만큼 움직임의 변화가 없기 때문에 위험 상황이라고 식별하지 않는다. 심장이상으로 인해 심박수와 가속도가 급격히 낮아지는 경우는 위험 상황이라고 식별한다.
한편, 사용자의 위험 상황을 식별하는 U-헬스 케어 기반의 위험 상황 알림 시스템의 구현 환경은 하기의 [표 2]와 같을 수 있다.
구분(Type) 구성(Composition)
프로그램 툴
(Tools)		 Edit Plus, Arduino Sketch, Eclipse,
APM Setup7
데이터베이스 서버용 PC Window 7 Enterprise K 64bit
Intel i5-4460, 8GB RAM
아두이노 센서
(Sensor)		 심박수 센서(Heart Rate)(11)
가속도 센서(Acceleration sensor)(12),
블루투스 모듈(Bluetooth Module)(13)
아두이노 기반 웨어러블 디바이스
(wearable device based on Arduino)		 Arduino Uno, Bread Board
즉, 본 발명에서 아두이노 기반 웨어러블 디바이스(10)에서는 아두이노 Uno와 아두이노에 부착되는 가속도 센서(12), 심박 센서(11), 블루투스 모듈(Bluetooth Module)(13)을 활용한다.
데이터베이스 서버(50)로 사용되는 PC는 Windows 운영체제로서 CPU는 Intel i5-4460, RAM은 8GB를 사용하며, 연동부분은 APM Setup을 활용해서 PHP(Hypertext Preprocessor)로 통신하여 구현하기 위해 PHP 모듈(51)을 구비할 수 있다.
사용자 앱(30)은 아두이노 기반 웨어러블 디바이스(10)의 아두이노에서 측정된 사용자의 생체 정보를 수신 받아 위험 상황 식별 알고리즘을 통해 사용자의 상태를 식별하기 위한 중요 모듈이다.
사용자 앱(30)은 아두이노 기반 웨어러블 디바이스(10)의 아두이노에서 1초마다 측정된 가속도와 심박수의 변화량을 모니터링할 수 있다.
또한 사용자 앱(30)은 사용자 모바일 디바이스(20)의 위치 수신 모듈(21)을 통해서 사용자의 현재 위치 정보를 수신한 뒤, 보호자 앱(70)으로 알림 메시지 전송 요청을 수행할 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 U-헬스 케어 기반의 위험 상황 알림 시스템 중 사용자 앱(30)에서 구현되는 메인페이지(도 4a)와 회원가입 페이지(도 4b)를 나타내는 도면이다.
도 4를 참조하면, 사용자 앱(30)에서 제공되는 메인 페이지(도 4a)에서 Join 버튼(31)을 클릭하게 되면 회원가입 페이지(도 4b)로 넘어가 사용자의 이메일, 이름, 비밀번호, 나이, 보호자 전화번호, 성별을 입력하고, 가입하기 버튼(33)을 클릭하게 되면 데이터베이스 서버(50)에 입력한 정보가 저장된다.
또한 데이터베이스 서버(50)에 저장된 나이 정보는 사용자 로그인시 사용자의 휴식기 심박수 평균을 구하는데 활용된다.
한편, 도 4a의 메인 페이지에서 아이디와 비밀번호 입력 후 로그인 버튼(32)을 클릭하게 되면 데이터베이스 서버(50)에 저장되어 있는 사용자 정보와 비교하여 일치하면 사용자 앱(30)은 로그인을 진행한다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 U-헬스 케어 기반의 위험 상황 알림 시스템에서의 센서 측정값 페이지(도 5a)와 위험 상황 발생 페이지(도 5b)를 나타내는 도면이다. 도 5a를 참조하면, 센서 측정값 페이지는 사용자가 로그인을 하게 되면 사용자의 가속도와 심박수를 모니터링 할 수 있고 10초간의 휴식기 심박수를 측정한 평균값과 회원가입에서 입력했던 나이를 데이터베이스 서버(50)에서 수신 받아 휴식기 심박수 평균값을 토스트 메시지(toast massage) 형태로 제공할 수 있다.
한편, 도 5b의 위험 상황 발생 페이지는 사용자가 낙상이나 넘어짐으로 인한 임계값을 벗어나는 위험 상황이 발생하면, 사용자 앱(30)에서는 사용자 모바일 디바이스(20)에 내장된 위치 수신 모듈(21)을 통해 사용자의 위도, 경도 값을 측정함과 동시에 한글 주소로 변환하여 데이터베이스 서버(50)에 저장한다.
즉, 위험 상황이 발생하면, 사용자 앱(30)은 사용자의 현재 위치 정보를 푸시팝업 메시지로 보호자 앱(70)으로 전송하는데 측정된 위도, 경도 값을 한글 주소로 변환하여 보호자가 쉽게 알아볼 수 있도록 한다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 U-헬스 케어 기반의 위험 상황 알림 시스템에서의 보호자 앱(70)에 의해 구현된 푸시 팝업 메시지를 나타내는 유저 인터페이스(User Interface) 화면을 나타낸다.
도 6을 참조하면, 사용자 앱(30)에서 위험 상황 발생으로 판단에 따른 한글로 변환된 사용자의 현재 주소를 클라우드 메세징 서버(80)를 통해 전송시, 보호자 모바일 디바이스(60)에서 실행되는 보호자 앱(70)은 클라우드 메세징 서버(80)로부터 푸시 팝업 메시지 형태로 한글로 변환된 사용자 현재 주소 정보를 구현한다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 U-헬스 케어 기반의 위험 상황 알림 시스템에서의 아두이노 기반 웨어러블 디바이스(10)의 프로토타입(prototype)을 나타내는 도면이다.
도 7을 참조하면, 사용자 생체 정보 측정을 위한 아두이노 기반 웨어러블 디바이스(10)는 아두이노에 움직임을 측정하는 가속도 센서(12)와 사용자의 심박수를 측정하는 심박 센서(11) 또한 측정된 생체 정보를 사용자 앱(30)으로 전송하기 위한 블루투스 모듈(13)을 장착하고 전원공급을 위한 배터리(14)를 장착하여 구현할 수 있다.
본 발명은 또한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록 장치를 포함한다.
컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기테이프, 플로피 디스크, 광 데이터 저장장치 등이 있으며, 또한 캐리어 웨이브(예를 들어, 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함한다.
또한 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다. 그리고 본 발명을 구현하기 위한 기능적인(functional) 프로그램, 코드 및 코드 세그먼트들은 본 발명이 속하는 기술 분야의 프로그래머들에 의해 용이하게 추론될 수 있다.
이상과 같이, 본 명세서와 도면에는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 개시하였으며, 비록 특정 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명의 기술 내용을 쉽게 설명하고 발명의 이해를 돕기 위한 일반적인 의미에서 사용된 것이지, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예 외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형 예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.
10 : 아두이노 기반 웨어러블 디바이스
11 : 심박수 센서
12 : 가속도 센서
13 : 블루투스 센서
14 : 아두이노 보드
20 : 사용자 모바일 디바이스
21 : 위치 수신 모듈
30 : 사용자 앱
40 : 네트워크
50 : 데이터베이스 서버
51 : PHP 모듈
60 : 보호자 모바일 디바이스
70 : 보호자 앱
80 : 클라우드 메세징 서버

Claims (10)

  1. 심박수 센서와 가속도 센서 각각을 통해 사용자의 심박수와 가속도를 미리 설정된 시간마다 측정하여, 블루투스 모듈을 통해 블루투스 통신 방식으로 실시간으로 사용자 모바일 디바이스로 전송하는 아두이노 기반 웨어러블 디바이스;
    상기 사용자 모바일 디바이스에 설치되며, 상기 심박수 센서 및 상기 가속도 센서에 의해 각각 측정한 심박수 측정값과 가속도 측정값에 대한 임계값을 설정하고, 상기 심박수 측정값 및 상기 가속도 측정값 각각에 대한 임계값 분석을 통해 위험 상황 발생을 인식하는 사용자 앱; 및
    상기 사용자 앱으로부터 사용자의 로그인 정보와 현재 위치 정보를 수신하여 저장하고, 사용자의 로그인 정보와 매칭되는 푸시 팝업 메시지를 전송받기 위한 보호자 API 키(API key)를 미리 저장하고 있으며, 상기 위험 상황 발생을 인식한 경우, 사용자의 현재 위치 정보를 수신하기 위해 보호자 API 키(key)를 추출한 뒤, 추출된 API 키와 매칭되는 보호자 앱으로 사용자의 현재 위치 정보를 전송하여 위험 상황 발생을 알리는 메시지로 활용하도록 하는 데이터베이스 서버;
    를 포함하고,
    상기 사용자 앱은
    사용자의 로그인 요청에 따라, 데이터베이스 서버로부터 로그인 정보와 매칭되는 사용자 정보 중 사용자의 나이 정보를 수신하며, 상기 수신된 나이 정보별로 설정된 평균 심박수 중 미리 설정된 퍼센테이지를 연산하여 제 1 심박수 값을 획득하고, 상기 심박수 센서를 통해 사용자의 휴식기 심박수를 미리 설정된 시간 동안 측정하여 제 2 심박수 값을 획득하고, 상기 가속도 센서를 통한 가속도 측정을 수행하며, 상기 제 1 심박수 값과 상기 제 2 심박수 값의 평균을 연산한 평균을 기준으로 사용자별 심박수 임계값을 부여하고, 상기 가속도 센서에 의해 측정된 가속도 측정값을 기준으로 사용자별 임계값 부여를 수행하는 것을 특징으로 하는 U-헬스 케어 기반의 위험 상황 알림 시스템.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 사용자 앱은,
    위험 상황 식별 알고리즘을 통해 사용자의 상태를 식별하고 위험 상황 발생시 상기 사용자 모바일 디바이스의 위치 수신 모듈(21)을 통해 사용자의 현재 위치를 측정한 뒤, 상기 사용자 모바일 디바이스를 통해 네트워크와 연결된 상기 데이터베이스 서버로 전송하는 것을 특징으로 하는 U-헬스 케어 기반의 위험 상황 알림 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 보호자 앱은,
    보호자 모바일 디바이스에서 실행되며, 사용자의 위험 상황 발생시, 사용자의 현재 위치 정보를 네트워크와 연결된 클라우드 메세징 서버로부터 수신하여 구현하는 것을 특징으로 하는 U-헬스 케어 기반의 위험 상황 알림 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 클라우드 메세징 서버는,
    상기 사용자 앱 및 상기 보호자 앱 간의 데이터를 전송하게 해주는 서비스를 제공하며, 상기 데이터베이스 서버에 새로운 데이터가 있음을 각 사용자의 상기 보호자 앱으로 알리는 메시지를 전송하는 것을 특징으로 하는 U-헬스 케어 기반의 위험 상황 알림 시스템.
  6. 사용자 앱이 심박수 센서 및 가속도 센서에 의해 각각 측정한 심박수 측정값과 가속도 측정값에 대한 임계값을 설정하는 제 1 단계;
    상기 사용자 앱이 상기 심박수 센서와 상기 가속도 센서 각각으로부터 심박수 측정값 및 가속도 측정값을 획득하여 각각에 대한 임계값 비교를 통해 위험 상황 발생 여부를 분석하는 제 2 단계;
    데이터베이스 서버가 상기 사용자 앱으로부터 사용자의 로그인 정보와 현재 위치 정보를 수신하여 저장하고, 사용자의 로그인 정보와 매칭되는 푸시 팝업 메시지를 전송받기 위한 보호자 API 키(API key)를 미리 저장하고 있는 제 3 단계; 및
    상기 위험 상황 발생을 인식한 경우, 상기 데이터베이스 서버가 사용자의 현재 위치 정보를 수신하기 위해 보호자 API 키(key)를 추출한 뒤, 추출된 API 키와 매칭되는 보호자 앱으로 사용자의 현재 위치 정보를 전송하여 위험 상황 발생을 알리는 메시지로 활용하도록 하는 제 4 단계;
    를 포함하고,
    상기 제 1 단계는,
    상기 사용자 앱이 사용자의 로그인 요청에 따라, 데이터베이스 서버로부터 로그인 정보와 매칭되는 사용자 정보 중 사용자의 나이 정보를 수신하는 제 1-1 단계;
    상기 사용자 앱이 상기 데이터베이스 서버로 수신된 나이 정보 별로 설정된 평균 심박수 중 미리 설정된 퍼센테이지를 연산하여 제 1 심박수 값을 획득하고, 상기 심박수 센서를 통해 사용자의 휴식기 심박수를 미리 설정된 시간 동안 측정하여 제 2 심박수 값을 획득하고, 상기 가속도 센서를 통한 가속도 측정을 수행하는 제 1-2 단계; 및
    상기 사용자 앱은 상기 제 1 심박수 값과 상기 제 2 심박수 값의 평균을 연산한 평균을 기준으로 사용자 별 심박수 임계값을 부여하며, 상기 가속도 센서에 의해 측정된 가속도 측정값을 기준으로 사용자 별 임계값 부여를 수행하는 제 1-3 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 U-헬스 케어 기반의 위험 상황 알림을 위한 위험 식별 방법.
  7. 삭제
  8. 제6항에 있어서,
    상기 제 2 단계는,
    상기 사용자 앱이 상기 심박수 센서와 상기 가속도 센서 각각으로부터 심박수 측정값 및 가속도 측정값을 획득하는 제 2-1 단계;
    상기 사용자 앱이 상기 제 1 단계와 상기 제 2 단계 사이에 측정된 심박수 측정값 및 가속도 측정값이 있는 경우, 측정된 심박수 측정값과 가속도 측정값과 개별적인 비교를 수행하는 제 2-2 단계; 및
    상기 사용자 앱이 심박수 측정값 및 가속도 측정값 중 각각의 임계값을 벗어나는 측정값이 추출시, 나머지 다른 측정값의 임계값을 벗어나는지를 통해 위험 상황 발생 여부를 분석하는 제 2-3 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 U-헬스 케어 기반의 위험 상황 알림을 위한 위험 식별 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제 2 단계 이후,
    위험 상황 발생으로 분석시, 상기 사용자 앱이 사용자 모바일 디바이스의 위치 수신 모듈을 통해 사용자 현재 위치 정보를 확인하는 제 3 단계; 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 U-헬스 케어 기반의 위험 상황 알림을 위한 위험 식별 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제 3 단계 이후,
    상기 사용자 앱이 사용자 현재 위치 정보를 상기 사용자 모바일 디바이스로 제공하여, 상기 사용자 모바일 디바이스에 의한 클라우드 메세징 서버를 통한 보호자 앱으로의 전송이 수행되도록 하는 제 4 단계; 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 U-헬스 케어 기반의 위험 상황 알림을 위한 위험 식별 방법.
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