KR20240091531A - 영유아 모니터링 시스템 및 이를 위한 동작 방법 - Google Patents

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손아영
김준경
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재단법인차세대융합기술연구원
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Abstract

본 일 실시 예에 따른 영유아 모니터링 시스템의 동작 방법은, 복수의 스마트밴드를 착용한 복수의 영유아와 연관된 복수의 영유아 상태정보를 수신하는 단계; 복수의 영유아 상태정보를 기반으로 퍼지 알고리즘과 연관된 미리 설정된 복수의 퍼지 함수에 따라 복수의 퍼지 입력 정보를 생성하는 단계; 복수의 퍼지 입력 정보를 기반으로 퍼지 알고리즘과 연관된 미리 설정된 퍼지 규칙에 따라 복수의 퍼지 출력 정보를 생성하는 단계; 및 복수의 퍼지 출력 정보를 기반으로 알람 정보를 전달하는 단계를 포함한다.

Description

영유아 모니터링 시스템 및 이를 위한 동작 방법{INFANT MONITORING SYSTEM AND OPERATING METHOD THEREFOR}
본 발명은 영유아 모니터링 시스템 및 이를 위한 동작 방법에 관한 것으로, 더 상세하게는 영유아에 착용된 스마트밴드로부터 수집되는 영유아 상태 정보를 기반으로 이상 징후를 탐지할 수 있는 영유아 모니터링 시스템 및 이를 위한 동작 방법에 관한 것이다.
최근 지속적으로 발생하는 어린이집 내에서 영유아에 대한 안전사고 또는 아동학대 등 사회적 문제에 대처하기 위하여 CCTV 설치 및 ICT 기술과 융합된 솔루션도 제시되고 있으나 여전히 위험 상황을 발견하기 어려운 사각지대는 존재한다.
이러한 문제를 해결하기 위하여 아동 전용 웨어러블 디바이스를 이용한 영유아에 대한 신체 및 정신적인 변화를 실시간으로 모니터링을 통해 사고를 예방할 수 있도록 응급상황 알림 신호를 어린이집 또는 유치원의 교사에게 제공하는 방향으로 연구가 진행되고 있다.
종래 제안으로 '스마트 밴드 및 이를 이용한 위험 상황 모니터링 방법'에 관하여 언급하고 있는 대한민국 공개특허 제10-2015-0136716 호를 참고할 수 있다.
본 특허는 경기도 수탁 사업인 IT활용 영유아 보육안전 실증 고도화 사업으로 지원받아 수행된 2022년 도수탁과제(A3017)의 성과입니다.
본 명세서의 목적은 영유아에 착용된 스마트밴드로부터 수집되는 영유아 상태 정보를 기반으로 이상 징후를 탐지할 수 있는 영유아 모니터링 시스템 및 이를 위한 동작 방법을 제공하는 것에 있다.
본 명세서를 통해 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 명세서가 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 일 실시 예에 따른 영유아 모니터링 시스템의 동작 방법은, 복수의 스마트밴드를 착용한 복수의 영유아와 연관된 복수의 영유아 상태정보를 수신하는 단계; 복수의 영유아 상태정보를 기반으로 퍼지 알고리즘과 연관된 미리 설정된 복수의 퍼지 함수에 따라 복수의 퍼지 입력 정보를 생성하는 단계; 복수의 퍼지 입력 정보를 기반으로 퍼지 알고리즘과 연관된 미리 설정된 퍼지 규칙에 따라 복수의 퍼지 출력 정보를 생성하는 단계; 및 복수의 퍼지 출력 정보를 기반으로 알람 정보를 전달하는 단계를 포함한다.
본 일 실시 예에 따른 영유아 모니터링 시스템의 동작 방법은, 퍼지 알고리즘의 갱신이 필요한지 여부를 판단하는 단계; 및 퍼지 알고리즘의 갱신이 필요하다고 판단될 때, 퍼지 알고리즘과 연관된 복수의 퍼지 함수를 위한 복수의 범위 정보를 갱신하는 단계를 더 포함한다.
본 일 실시 예에 따른 영유아 모니터링 시스템의 동작 방법은, 퍼지 알고리즘의 갱신이 필요하다고 판단될 때, 퍼지 알고리즘과 연관된 퍼지 규칙을 갱신하는 단계를 더 포함한다.
본 일 실시 예에 따르면, 복수의 영유아 상태정보 각각에는 상응하는 스마트밴드를 착용한 영유아를 식별하기 위한 식별 정보, 상응하는 스마트밴드를 착용한 영유아와 연관된 심박수 정보 및 상응하는 스마트밴드를 착용한 영유아와 연관된 걸음수 정보가 포함되는 것을 특징으로 한다.
본 일 실시 예에 따른 영유아 모니터링 시스템은 데이터 수집 장치; 데이터 수집 장치와 미리 확립된 제1 무선 통신으로 연결된 복수의 스마트밴드; 및 데이터 수집 장치와 연동된 모니터링 장치를 포함하되, 모니터링 장치는, 복수의 스마트밴드를 착용한 복수의 영유아와 연관된 복수의 영유아 상태정보를 데이터 수집 장치를 거쳐 수신하도록 구현되고, 복수의 영유아 상태정보를 기반으로 퍼지 알고리즘과 연관된 미리 설정된 복수의 퍼지 함수에 따라 복수의 퍼지 입력 정보를 생성하도록 구현되고, 복수의 퍼지 입력 정보를 기반으로 퍼지 알고리즘과 연관된 미리 설정된 퍼지 규칙에 따라 복수의 퍼지 출력 정보를 생성하도록 구현되고, 그리고 복수의 퍼지 출력 정보를 기반으로 알람 정보를 전달하도록 구현된다.
본 일 실시 예에 따른 모니터링 장치는, 퍼지 알고리즘의 갱신이 필요한지 여부를 판단하도록 구현되고, 퍼지 알고리즘의 갱신이 필요하다고 판단될 때, 퍼지 알고리즘과 연관된 복수의 퍼지 함수를 위한 복수의 범위 정보 및 퍼지 규칙 중 적어도 하나를 갱신하도록 더 구현된다.
본 명세서의 일 실시예에 따르면, 영유아에 착용된 스마트밴드로부터 수집되는 영유아 상태 정보를 기반으로 이상 징후를 탐지할 수 있는 영유아 모니터링 시스템 및 이를 위한 동작 방법이 제공될 수 있다.
구체적으로, 미리 구비된 예측 기반의 이상징후 알고리즘 및 스마트밴드로부터 수집되는 영유아 상태 정보를 이용하여 영유아의 상태와 연관된 패턴 또는 영유아의 상태와 연관된 값의 급격한 변동을 탐지함으로써 시계열적 분석에 기초한 이상 징후의 탐지 시 실시간으로 생성되는 알람 신호를 인도자(또는 보육 교사)에게 전달하도록 구현되는 영유아 모니터링 시스템 및 이를 위한 동작 방법이 제공될 수 있다.
나아가, 본 명세서의 일 실시 예에 따른 영유아 토탈 안심 시스템이 구축됨으로써 어린이집 뿐만 아니라 실내외에서 활동하는 영유아에 대한 안전사고 예방 및 아동학대 사고를 방지할 수 있는 영유아 모니터링 시스템 및 이를 위한 동작 방법이 제공될 수 있다.
도 1은 본 일 실시예에 따른 영유아 모니터링 시스템의 블록도를 나타낸다.
도 2는 본 일 실시예에 따른 이상 징후 판단 모듈의 블록도를 나타낸다.
도 3은 본 일 실시예에 퍼지 추론 회로의 동작을 설명하기 위한 개념도이다.
도 4는 본 일 실시예에 따른 영유아 모니터링 시스템의 동작방법을 나타내는 순서도이다.
도 5는 본 명세서에서 사용되기에 적합한 컴퓨팅 장치를 포함하는 컴퓨팅 환경을 예시하여 설명하는 블록도이다.
전술한 특성 및 이하 상세한 설명은 모두 본 명세서의 설명 및 이해를 돕기 위한 예시적인 사항이다. 즉, 본 명세서는 이와 같은 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수 있다. 다음 실시 형태들은 단지 본 명세서를 완전히 개시하기 위한 예시이며, 본 명세서가 속하는 기술 분야의 통상의 기술자들에게 본 명세서를 전달하기 위한 설명이다. 따라서, 본 명세서의 구성 요소들을 구현하기 위한 방법이 여럿 있는 경우에는, 이들 방법 중 특정한 것 또는 이와 동일성 있는 것 가운데 어떠한 것으로든 본 명세서의 구현이 가능함을 분명히 할 필요가 있다.
본 명세서에서 어떤 구성이 특정 요소들을 포함한다는 언급이 있는 경우, 또는 어떤 과정이 특정 단계들을 포함한다는 언급이 있는 경우는, 그 외 다른 요소 또는 다른 단계들이 더 포함될 수 있음을 의미한다. 즉, 본 명세서에서 사용되는 용어들은 특정 실시 형태를 설명하기 위한 것일 뿐이고, 본 명세서의 개념을 한정하기 위한 것이 아니다. 나아가, 발명의 이해를 돕기 위해 설명한 예시들은 그것의 상보적인 실시예도 포함한다.
본 명세서에서 사용되는 용어들은 본 명세서가 속하는 기술 분야의 통상의 기술자들이 일반으로 이해하는 의미를 갖는다. 보편적으로 사용되는 용어들은 본 명세서의 맥락에 따라 일관적인 의미로 해석되어야 한다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 용어들은, 그 의미가 명확히 정의된 경우가 아니라면, 지나치게 이상적이거나 형식적인 의미로 해석되지 않아야 한다. 이하 첨부된 도면을 통하여 본 명세서의 실시예가 설명된다.
도 1은 본 일 실시예에 따른 영유아 모니터링 시스템의 블록도를 나타낸다.
도 1을 참조하면, 본 일 실시 예에 따른 영유아 모니터링 시스템(1000)은 데이터 수집 장치(110) 및 모니터링 장치(120)를 포함할 수 있다.
도 1의 데이터 수집 장치(110)는 복수의 스마트밴드(1_1~1_6)와 미리 확립된 무선 연결을 통해 연동될 수 있다.
일 예로, 복수의 스마트밴드(1_1~1_6) 각각에는 심박센서 및 도보센서 등이 포함된 아동 전용 웨어러블 디바이스로 이해될 수 있다.
다시 말해, 각 스마트밴드(1_1~1_6)에 포함된 심박센서를 통해 상응하는 영유아의 심박수 정보가 획득되고, 각 스마트밴드(1_1~1_6)에 포함된 도보센서를 통해 상응하는 영유아의 걸음수 정보가 획득될 수 있음은 이해될 것이다.
이에 따라, 각 스마트 밴드를 착용한 영유아의 체온 및 심박 수와 같은 생체 정보가 획득될 수 있을 뿐만 아니라 각 스마트밴드(1_1~1_6)로부터 수신되는 무선 신호에 기초하여 각 영유아의 위치 정보가 획득될 수 있다.
이 경우, 데이터 수집 장치(110)와 복수의 스마트밴드(1_1~1_6) 사이의 무선연결의 구현에 있어서 별도의 제한이 없음은 이해될 것이다.
다시 말해, 데이터 수집 장치(110)와 복수의 스마트밴드(1_1~1_6) 사이의 무선연결은 블루투스(Bluetooth), 지그비(zigbee), 쓰레드(thread), 와이파이(WiFi) 및 LoRa(Long Range) 통신 프로토콜 중 적어도 어느 하나가 적용될 수 있다.
예를 들어, 복수의 스마트밴드(1_1~1_6)는 복수의 스마트밴드(1_1~1_6)를 착용한 복수의 영유아와 연관된 복수의 영유아 상태정보를 개별적으로 생성할 수 있다.
여기서, 영유아 상태정보는 특정 스마트밴드를 착용한 영유아와 연관된 식별 정보, 심박수 정보 및 걸음수 정보를 포함할 수 있다.
일 예로, 제1 스마트밴드(1_1)는 제1 스마트밴드(1_1)를 착용한 영유아와 연관된 제1 영유아 상태정보를 생성하여 데이터 수집장치(110)로 미리 정해진 주기마다 전송하도록 구현될 수 있다.
여기서, 제1 영유아 상태정보는 제1 스마트밴드(1_1)를 착용한 영유아를 식별하기 위한 제1 식별 정보와 함께 제1 스마트밴드(1_1)를 착용한 영유아로부터 측정된 제1 심박수 정보(r_I1) 및 제1 걸음수 정보(s_l1)를 포함할 수 있다.
일 예로, 제2 스마트밴드(1_2)는 제2 스마트밴드(1_2)를 착용한 영유아와 연관된 제2 영유아 상태정보를 생성하여 데이터 수집장치(110)로 미리 정해진 주기마다 전송하도록 구현될 수 있다.
여기서, 제2 영유아 상태정보는 제2 스마트밴드(1_2)를 착용한 영유아를 식별하기 위한 제2 식별 정보와 함께 제2 스마트밴드(1_2)를 착용한 영유아로부터 측정된 제2 심박수 정보(r_I2) 및 제2 걸음수 정보(s_l2)를 포함할 수 있다.
일 예로, 제3 스마트밴드(1_3)는 제3 스마트밴드(1_3)를 착용한 영유아와 연관된 제3 영유아 상태정보를 생성하여 데이터 수집장치(110)로 미리 정해진 주기마다 전송하도록 구현될 수 있다.
여기서, 제3 영유아 상태정보는 제3 스마트밴드(1_3)를 착용한 영유아를 식별하기 위한 제3 식별 정보와 함께 제3 스마트밴드(1_3)를 착용한 영유아로부터 측정된 제2 심박수 정보(r_I3) 및 제3 걸음수 정보(s_l3)를 포함할 수 있다.
일 예로, 제4 스마트밴드(1_4)는 제4 스마트밴드(1_4)를 착용한 영유아와 연관된 제4 영유아 상태정보를 생성하여 데이터 수집장치(110)로 미리 정해진 주기마다 전송하도록 구현될 수 있다.
여기서, 제4 영유아 상태정보는 제4 스마트밴드(1_4)를 착용한 영유아를 식별하기 위한 제4 식별 정보와 함께 제4 스마트밴드(1_4)를 착용한 영유아로부터 측정된 제4 심박수 정보(r_I4) 및 제4 걸음수 정보(s_l4)를 포함할 수 있다.
일 예로, 제5 스마트밴드(1_5)는 제5 스마트밴드(1_5)를 착용한 영유아와 연관된 제4 영유아 상태정보를 생성하여 데이터 수집장치(110)로 미리 정해진 주기마다 전송하도록 구현될 수 있다.
여기서, 제5 영유아 상태정보는 제5 스마트밴드(1_5)를 착용한 영유아를 식별하기 위한 제5 식별 정보와 함께 제5 스마트밴드(1_5)를 착용한 영유아로부터 측정된 제5 심박수 정보(r_I5) 및 제5 걸음수 정보(s_l5)를 포함할 수 있다.
일 예로, 제6 스마트밴드(1_6)는 제6 스마트밴드(1_6)를 착용한 영유아와 연관된 제6 영유아 상태정보를 생성하여 데이터 수집장치(110)로 미리 정해진 주기마다 전송하도록 구현될 수 있다.
여기서, 제6 영유아 상태정보는 제6 스마트밴드(1_6)를 착용한 영유아를 식별하기 위한 제6 식별 정보와 함께 제6 스마트밴드(1_6)를 착용한 영유아로부터 측정된 제6 심박수 정보(r_I6) 및 제6 걸음수 정보(s_l6)를 포함할 수 있다.
나아가, 도 1의 데이터 수집 장치(110)는 복수의 스마트밴드(1_1~1_6)로부터 수신된 무선 신호(예로, 식별 정보)를 기반으로 복수의 스마트밴드(1_1~1_6)를 착용한 복수의 영유아의 위치를 판단하도록 구현될 수 있다.
예를 들어, 복수의 스마트밴드(1_1~1_6) 중 적어도 하나의 스마트 밴드와 연관된 적어도 하나의 무선신호가 데이터 수집 장치(110)를 중심으로 미리 정해진 반경을 벗어난 위치에서 수신된 것으로 판단될 때, 데이터 수집 장치(110)는 모니터링 장치(120)의 알람 모듈(123)에 의하여 이상 징후를 알리기 위한 알람 신호가 생성되도록 구현 수 있다.
또한, 도 1의 데이터 수집 장치(110)는 모니터링 장치(120)와 미리 확립된 무선 연결을 통해 연동될 수 있다.
예를 들어, 데이터 수집 장치(110)는 복수의 스마트밴드(1_1~1_6)로부터 수신된 복수의 영유아 상태정보를 미리 정해진 타이밍에 따라 모니터링 장치(120)로 전송하도록 구현될 수 있다.
한편, 데이터 수집 장치(110)와 모니터링 장치(120) 사이의 무선연결의 구현에 있어서 별도의 제한이 없음은 이해될 것이다.
다시 말해, 데이터 수집 장치(110)와 모니터링 장치(120) 사이의 무선연결은 블루투스(Bluetooth), 지그비(zigbee), 쓰레드(thread), 와이파이(WiFi) 및 LoRa(Long Range) 통신 프로토콜 중 적어도 어느 하나가 적용될 수 있다.
도 1의 모니터링 장치(120)는 데이터 저장 모듈(121), 이상 징후 판단모듈(122) 및 알람 모듈(123)을 포함할 수 있다.
예를 들어, 데이터 저장 모듈(121)은 복수의 스마트밴드(1_1~1_6)로부터 수신되는 복수의 영유아 상태정보를 개별적으로 저장하도록 구현될 수 있다.
일 예로, 복수의 스마트밴드(1_1~1_6)로부터 수신되는 복수의 영유아 상태정보가 데이터 저장 모듈(121)에 저장되기 전에 데이터 처리의 용이를 위하여 전처리 동작이 먼저 수행될 수 있음은 이해될 것이다.
예를 들어, 이상 징후 판단 모듈(122)은 퍼지 알고리즘을 위한 규칙 구성(Rule Configuration)을 수행하도록 구현될 수 있다.
본 명세서에서 언급되는 퍼지 알고리즘은 불확실한 데이터에 기초한 의사 결정에 사용되는 if-then 룰 기반의 추론 기법일 수 있다.
이 경우, 이상 징후 판단 모듈(122)은 데이터 저장 모듈(121)에 기 저장된 복수의 영유아 상태정보(r_In, s_In, 여기서 'n'은 자연수)를 입력으로 하여 추론된 이상징후와 연관된 결과를 출력으로 생성할 수 있다.
여기서, 이상 징후 판단 모듈(122)에 구비되는 퍼지 알고리즘을 위한 규칙은 적응형 규칙 설정(Adaptive Rule Configuration, 이하 'ARC') 동작에 따라 현재 불확실성이 반영하여 범위를 재구성하도록 구현될 수 있다.
이에 따라, 궁극적으로 퍼지 알고리즘에 적용하기 위한 객관적인 규칙이 이상 징후 판단 모듈(122)에 설정될 수 있음은 이해될 것이다.
예를 들어, 알람 모듈(123)은 보육 교사 내지 어린이집 교사(또는 원장)가 착용 중인 스마트 기기(예로, 웨어러블 디바이스, 스마트폰)로 이상 징후를 알리기 위한 알람 신호가 전달되도록 구현될 수 있다.
도 2는 본 일 실시예에 따른 이상 징후 판단 모듈의 블록도를 나타낸다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 도 2의 모니터링 장치(200)는 도 1의 모니터링 장치(120)와 상응할 수 있다.
도 2의 모니터링 장치(200)는 퍼지 추론 회로(210) 및 퍼지 예측기 회로(220)를 포함할 수 있다.
예를 들어, 퍼지 추론 회로(210)는 영유아와 연관된 이상 징후에 대한 판단을 위하여 구현될 수 있다.
구체적으로, 퍼지 추론 회로(210)는 퍼지화(Fuzzify) 단계, 퍼지 추론(Fuzzy Inference) 단계 그리고 디퍼지화(Defuzzify) 단계를 수행하도록 구현될 수 있다.
참고로, 퍼지 추론 회로(210)의 동작에 관하여는 후술되는 도 3을 참조하여 더 상세하게 설명된다.
예를 들어, 퍼지 예측기 회로(220)는 복수의 스마트밴드(예로, 도 1의 1_1~1_6)로부터 수신되는 복수의 영유아 상태정보에 대한 모니터링을 기반으로 조정 규칙을 지속적으로 찾는 학습 모듈로 구현될 수 있다.
이 경우, 퍼지 예측기 회로(220)를 위해 미리 설정되는 임계 값은 학습 지점의 변화를 통해 안정적으로 조정되도록 구현될 수 있음은 이해될 것이다.
즉, 퍼지 예측기 회로(220)에 구비되는 퍼지 알고리즘을 위한 규칙은 적응형 규칙 설정(Adaptive Rule Configuration, 이하 'ARC') 동작에 따라 현재 불확실성이 반영하여 범위를 재구성하도록 구현될 수 있다.
예를 들어, 복수의 스마트밴드(예로, 도 1의 1_1~1_6)로부터 수신되는 복수의 영유아 상태정보에서 최대 값 또는 최소 값이 신규로 탐지되는 경우, 퍼지 예측기 회로(220)는 적응형 규칙 설정(ARC) 동작을 재수행하도록 구현될 수 있다.
이에 따라, 퍼지 추론 회로(210)에 구비된 퍼지 알고리즘을 위한 범위 정보 및 퍼지 규칙이 재설정될 수 있음은 이해될 것이다.
도 3은 본 일 실시예에 퍼지 추론 회로의 동작을 설명하기 위한 개념도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 데이터 저장 모듈(예로, 도 1의 121)에 기 저장된 특정한 영유아와 연관된 영유아 상태정보(r_I, s_I)가 퍼지 추론 회로(예로, 도 2의 210)에 입력될 수 있다.
이 경우, 특정한 영유아와 연관된 영유아 상태정보에 포함된 심박수 정보(r_I) 및 걸음수 정보(s_I)는 퍼지 추론 회로(예로, 도 2의 210)에 병렬적으로 입력될 수 있음은 이해될 것이다.
S310 단계는 하기 표 1과 같이 구간에 속하는 정도를 표현하기 위한 복수의 퍼지 함수(즉, 멤버쉽 함수)를 정의하는 퍼지화(Fuzzify) 단계로 이해될 수 있다. 예를 들어, 영유아 상태정보(r_I, s_I)는 하기 표 1의 복수의 범위 정보와 연관된 복수의 퍼지 함수(즉, 멤버쉽 함수)에 따라 퍼지 입력 정보로 변환될 수 있다.
Figure pat00001
본 일 실시 예의 명확하고 간결한 이해를 위하여, 제1 스마트밴드(예로, 도 1의 1_1)을 착용한 제1 영유아로부터 측정된 영유아 상태정보에는 분당 110회를 지시하는 심박수 정보(r_I) 및 그룹(반) 구성원 평균 분당 도보수 대비 +5%를 지시하는 걸음수 정보(s_I)가 포함된다고 가정할 수 있다.
이 경우, 표 1의 참조 시 퍼지 입력 정보에는 심박수 정보(r_I)와 연관되어 '양호'를 나타내는 제1 정보 및 걸음수 정보(s_I)와 연관되어 '양호'를 나타내는 제2 정보가 포함될 수 있다.
S320 단계는 퍼지화를 통해 획득된 퍼지 입력 정보를 기초로 하기 표 2과 같은 미리 설정된 퍼지 규칙(즉, 룰 설정)에 따라 퍼지 추론(Fuzzy Inference)을 수행하는 퍼지 추론 단계로 이해될 수 있다.
Figure pat00002
S330 단계는 퍼지 입력 정보 및 표 2를 기반으로 영유아들의 상태를 결정하기 위한 디퍼지화(또는 역퍼지화) 단계로 이해될 수 있다.
예를 들어, 심박수 정보(r_I)와 연관된 퍼지 입력 정보가 '양호'이면서 걸음수 정보(s_I)와 연관된 퍼지 입력 정보가 '양호'인 경우, S330 단계에서 상응하는 영유아의 건강상태는 '양호'를 지시하는 퍼지 출력 정보가 출력될 수 있다.
예를 들어, 심박수 정보(r_I)와 연관된 퍼지 입력 정보가 '관심'이면서 걸음수 정보(s_I)와 연관된 퍼지 입력 정보가 '활발'인 경우, S330 단계에서 상응하는 영유아의 건강상태는 '관심'을 지시하는 퍼지 출력 정보가 출력될 수 있다.
예를 들어, 심박수 정보(r_I)와 연관된 퍼지 입력 정보가 '주의'이면서 걸음수 정보(s_I)와 연관된 퍼지 입력 정보가 '얌전'인 경우, S330 단계에서 상응하는 영유아의 건강상태는 '주의'를 지시하는 퍼지 출력 정보가 출력될 수 있다.
예를 들어, 심박수 정보(r_I)와 연관된 퍼지 입력 정보가 '위험'이면서 걸음수 정보(s_I)와 연관된 퍼지 입력 정보가 '위험'인 경우, S330 단계에서 상응하는 영유아의 건강상태는 '위험'을 지시하는 퍼지 출력 정보가 출력될 수 있다.
도 4는 본 일 실시예에 따른 영유아 모니터링 시스템의 동작방법을 나타내는 순서도이다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, S410 단계에서, 본 일 실시예에 따른 영유아 모니터링 시스템은 데이터 수집 장치(110)와 복수의 스마트밴드(예로, 도 1의 1_1~1_6) 사이에 미리 확립된 무선 연결을 통해 복수의 스마트밴드(예로, 도 1의 1_1~1_6)에서 생성된 복수의 영유아 상태정보를 개별적으로 수신할 수 있다.
예를 들어, 복수의 스마트밴드(1_1~1_6)를 착용한 복수의 영유아와 연관된 영유아 상태정보는 미리 정해진 주기마다 전송되도록 구현될 수 있다.
예를 들어, 복수의 영유아 상태정보 각각에는 각 스마트밴드(예로, 도 1의 1_1~1_6)를 착용한 영유아를 식별하기 위한 식별 정보, 각 스마트밴드(예로, 도 1의 1_1~1_6)를 착용한 영유아와 연관된 심박수 정보 및 각 스마트밴드(예로, 도 1의 1_1~1_6)를 착용한 영유아와 연관된 걸음수 정보가 포함될 수 있다.
여기서, 심박수 정보(r_I)는 각 스마트밴드(예로, 도 1의 1_1~1_6)에 구비된 심박수 센서를 통해 각 스마트밴드(예로, 도 1의 1_1~1_6)를 착용한 영유아로부터 측정되는 생체 정보로 이해될 수 있다.
여기서, 걸음수 정보(s_I)는 각 스마트밴드(예로, 도 1의 1_1~1_6)에 구비된 도보 센서를 통해 각 스마트밴드(예로, 도 1의 1_1~1_6)를 착용한 영유아로부터 측정되는 활동량 정보로 이해될 수 있다.
예를 들어, 미리 확립된 무선 연결은 블루투스(Bluetooth), 지그비(zigbee), 쓰레드(thread), 와이파이(WiFi) 및 LoRa(Long Range) 통신 프로토콜 중 적어도 어느 하나를 기반으로 구현될 수 있다.
나아가, 본 일 실시예에 따른 데이터 수집 장치(예로, 도 1의 110)는 복수의 스마트밴드(예로, 도 1의 1_1~1_6)로부터 수신된 무선 신호(예로, 식별 정보)를 기반으로 복수의 스마트밴드(예로, 도 1의 1_1~1_6)를 착용한 복수의 영유아의 위치를 판단하도록 구현될 수 있다.
예를 들어, 복수의 스마트밴드(예로, 도 1의 1_1~1_6) 중 적어도 하나의 스마트 밴드와 연관된 적어도 하나의 무선신호가 데이터 수집 장치(예로, 도 1의 110)를 중심으로 미리 정해진 반경을 벗어난 위치에서 수신된 것으로 판단될 때, 데이터 수집 장치(예로, 도 1의 110)는 모니터링 장치(예로, 도 1의 120)의 알람 모듈(예로, 도 1의 123)에 의하여 이상 징후를 알리기 위한 알람 신호가 보육교사의 스마트기기로 즉시 전달되도록 구현 수 있다.
S420 단계에서, 본 일 실시예에 따른 영유아 모니터링 시스템은 복수의 영유아 상태정보를 기반으로 미리 설정된 복수의 퍼지 함수에 따른 복수의 퍼지 입력 정보를 생성할 수 있다.
예를 들어, 데이터 저장 모듈(예로, 도 1의 121)에 기 저장된 특정한 영유아와 연관된 영유아 상태정보(r_I, s_I)가 퍼지 추론 회로(예로, 도 2의 210)에 입력될 수 있다.
이 경우, 특정한 영유아와 연관된 영유아 상태정보에 포함된 심박수 정보(r_I) 및 걸음수 정보(s_I)는 퍼지 추론 회로(예로, 도 2의 210)에 병렬적으로 입력될 수 있음은 이해될 것이다.
예를 들어, 특정한 영유아와 연관된 영유아 상태정보(r_I, s_I)는 하기 표 1의 복수의 퍼지 함수(즉, 멤버쉽 함수)에 따라 퍼지 입력 정보로 생성(즉, 변환)될 수 있다.
참고로, S420 단계에서 언급되는 영유아 상태정보(r_I, s_I)가 복수의 퍼지 함수(즉, 멤버쉽 함수)에 따라 퍼지 입력 정보로 변환되는 과정은 퍼지 추론 회로(예로, 도 2의 210)에서 복수의 영유아를 위하여 동시 처리되도록 병렬적으로 구현될 수 있음은 이해될 것이다.
S430 단계에서, 본 일 실시예에 따른 영유아 모니터링 시스템은 복수의 퍼지 입력 정보를 기반으로 미리 설정된 퍼지 규칙에 따라 복수의 퍼지 출력 정보를 생성할 수 있다.
예를 들어, 복수의 퍼지 출력 정보는 복수의 영유아와 연관된 상태를 지시하기 위한 정보로 이해될 수 있다.
예를 들어, 심박수 정보(r_I)와 연관된 퍼지 입력 정보가 '양호'이면서 걸음수 정보(s_I)와 연관된 퍼지 입력 정보가 '양호'인 경우, 본 일 실시예에 따른 영유아 모니터링 시스템은 표 2의 미리 설정된 퍼지 규칙에 따라 영유아의 건강상태에 대해 '양호'를 지시하는 퍼지 출력 정보를 생성할 수 있다.
예를 들어, 심박수 정보(r_I)와 연관된 퍼지 입력 정보가 '관심'이면서 걸음수 정보(s_I)와 연관된 퍼지 입력 정보가 '활발'인 경우, 본 일 실시예에 따른 영유아 모니터링 시스템은 표 2의 미리 설정된 퍼지 규칙에 따라 영유아의 건강상태에 대해 '관심'을 지시하는 퍼지 출력 정보를 생성할 수 있다.
예를 들어, 심박수 정보(r_I)와 연관된 퍼지 입력 정보가 '주의'이면서 걸음수 정보(s_I)와 연관된 퍼지 입력 정보가 '얌전'인 경우, 본 일 실시예에 따른 영유아 모니터링 시스템은 표 2의 미리 설정된 퍼지 규칙에 따라 영유아의 건강상태에 대해 '주의'를 지시하는 퍼지 출력 정보가 출력될 수 있다.
예를 들어, 심박수 정보(r_I)와 연관된 퍼지 입력 정보가 '위험'이면서 걸음수 정보(s_I)와 연관된 퍼지 입력 정보가 '위험'인 경우, 본 일 실시예에 따른 영유아 모니터링 시스템은 표 2의 미리 설정된 퍼지 규칙에 따라 영유아의 건강상태에 대해 '위험'을 지시하는 퍼지 출력 정보가 출력될 수 있다.
S440 단계에서, 본 일 실시예에 따른 영유아 모니터링 시스템은 복수의 퍼지 출력 정보를 기반으로 알람 정보를 전달할 수 있다.
예를 들어, 알람 정보는 취합되어 복수의 영유아를 담당하는 보육교사의 스마트기기(또는 영유아의 부모의 스마트폰)로 전달되도록 구현될 수 있다.
예를 들어, 복수의 영유아와 연관된 복수의 퍼지 출력 정보가 모두 '양호'인 경우, 알람 정보는 보육교사의 스마트기기(또는 영유아의 부모의 스마트폰)로 별도로 전달되지 않도록 구현될 수 있다.
다만, 복수의 영유아와 연관된 복수의 퍼지 출력 정보가 모두 '양호'인 경우일지라도 보육교사의 스마트기기(또는 영유아의 부모의 스마트폰)로 조회 시 복수의 영유아와 연관된 상태정보를 확인할 수 있음은 이해될 것이다.
예를 들어, 복수의 영유아와 연관된 복수의 퍼지 출력 정보 중 적어도 하나라도 '관심'인 경우, 상태정보가 '관심'으로 나타난 적어도 하나의 영유아를 위한 알람 정보는 보육교사의 스마트기기(또는 영유아의 부모의 스마트폰)로 전달되도록 구현될 수 있다.
예를 들어, 복수의 영유아와 연관된 복수의 퍼지 출력 정보 중 적어도 하나라도 '주의'인 경우, 상태정보가 '주의'로 나타난 적어도 하나의 영유아를 위한 알람 정보는 보육교사의 스마트기기로 전달되도록 구현될 수 있다.
예를 들어, 복수의 영유아와 연관된 복수의 퍼지 출력 정보 중 적어도 하나라도 '위험'인 경우, 상태정보가 '위험'으로 나타난 적어도 하나의 영유아를 위한 알람 정보는 보육교사의 스마트기기(또는 영유아의 부모의 스마트폰)로 전달되도록 구현될 수 있다.
S450 단계에서, 본 일 실시예에 따른 영유아 모니터링 시스템은 퍼지 알고리즘에 대한 갱신이 필요한지 여부를 판단할 수 있다. 여기서, 퍼지 알고리즘은 표 1과 연관된 복수의 퍼지 함수 및 표 2와 연관된 미리 설정된 퍼지 규칙과 연관될 수 있다.
만일 미리 설정된 퍼지 규칙 중 적어도 하나에 대한 갱신이 필요하지 않다고 판단되는 경우, 수순은 종료된다. 미리 설정된 퍼지 규칙 중 적어도 하나에 대한 갱신이 필요하다고 판단되는 경우, 수순은 S460 단계로 진행된다.
한편, S450 단계에서 표 1과 연관된 복수의 퍼지 함수 및 표 2와 연관된 미리 설정된 퍼지 규칙 중 적어도 하나에 대한 갱신이 필요한지 여부는 복수의 스마트밴드(예로, 도 1의 1_1~1_6)로부터 수신되는 복수의 영유아 상태정보 중에서 최대 값 또는 최소 값이 신규로 탐지되는지 여부와 상응할 수 있다.
S460 단계에서, 본 일 실시예에 따른 영유아 모니터링 시스템은 퍼지 알고리즘을 갱신할 수 있다. 여기서, 퍼지 알고리즘은 표 1과 연관된 복수의 퍼지 함수 및 표 2와 연관된 미리 설정된 퍼지 규칙과 연관될 수 있다.
예를 들어, 복수의 스마트밴드(예로, 도 1의 1_1~1_6)로부터 수신되는 복수의 영유아 상태정보 중에서 최대 값 또는 최소 값이 신규로 탐지되는 경우, 퍼지 예측기 회로(예로, 도 2의 220)는 적응형 규칙 설정(ARC) 동작을 재수행할 수 있다.
이에 따라, 퍼지 추론 회로(예로, 도 2의 210)에 구비된 표 1과 연관된 퍼지 알고리즘을 위한 복수의 퍼지 함수 및 표 2와 연관된 퍼지 알고리즘을 위한 퍼지 규칙이 재설정될 수 있음은 이해될 것이다.
일 예로, 복수의 스마트밴드(예로, 도 1의 1_1~1_6)로부터 수신되는 복수의 심박수 정보(예로, 도 1의 r_1~r_6) 중에서 최대 값 또는 최소 값이 신규로 탐지되는 경우, 퍼지 예측기 회로(예로, 도 2의 220)는 표 1과 연관된 복수의 퍼지 함수를 위한 복수의 범위 정보를 조정하도록 구현될 수 있다.
다른 일 예로, 복수의 스마트밴드(예로, 도 1의 1_1~1_6)로부터 수신되는 복수의 심박수 정보(예로, 도 1의 r_1~r_6) 중에서 최대 값 또는 최소 값이 신규로 탐지되는 경우, 퍼지 예측기 회로(예로, 도 2의 220)는 표 2과 연관된 퍼지 규칙을 변경하도록 구현될 수 있다.
여기서, 복수의 스마트밴드(예로, 도 1의 1_1~1_6)로부터 수신되는 복수의 심박수 정보(예로, 도 1의 r_1~r_6) 중에서 최대 값 또는 최소 값이 신규로 탐지되는 경우, 퍼지 예측기 회로(예로, 도 2의 220)는 표 1과 연관된 복수의 퍼지 함수의 범위 구간을 조정할 뿐만 아니라 동시에 표 2과 연관된 퍼지 규칙을 변경하도록 구현될 수도 있음은 이해될 것이다.
도 5는 본 명세서에서 사용되기에 적합한 컴퓨팅 장치를 포함하는 컴퓨팅 환경을 예시하여 설명하는 블록도이다.
도 1 내지 도 5를 참조하면, 도시된 실시예에서, 각 컴포넌트들은 이하에 기술된 것 이외에 상이한 기능 및 능력을 가질 수 있고, 이하에 기술되지 것 이외에도 추가적인 컴포넌트를 포함할 수 있다.
도시된 컴퓨팅 환경(10)은 컴퓨팅 장치(12)를 포함한다. 일 실시예에서, 컴퓨팅 장치(12)는 유아 모니터링 시스템(예로, 도 1의 1000)일 수 있다.
컴퓨팅 장치(12)는 적어도 하나의 프로세서(14), 컴퓨터 판독 가능 저장 매체(16) 및 통신 버스(18)를 포함한다. 프로세서(14)는 컴퓨팅 장치(12)로 하여금 앞서 언급된 예시적인 실시예에 따라 동작하도록 할 수 있다. 예컨대, 프로세서(14)는 컴퓨터 판독 가능 저장 매체(16)에 저장된 하나 이상의 프로그램들을 실행할 수 있다.
상기 하나 이상의 프로그램들은 하나 이상의 컴퓨터 실행 가능 명령어를 포함할 수 있으며, 상기 컴퓨터 실행 가능 명령어는 프로세서(14)에 의해 실행되는 경우 컴퓨팅 장치(12)로 하여금 예시적인 실시예에 따른 동작들을 수행하도록 구성될 수 있다.
컴퓨터 판독 가능 저장 매체(16)는 컴퓨터 실행 가능 명령어 내지 프로그램 코드, 프로그램 데이터 및/또는 다른 적합한 형태의 정보를 저장하도록 구성된다. 컴퓨터 판독 가능 저장 매체(16)에 저장된 프로그램(20)은 프로세서(14)에 의해 실행 가능한 명령어의 집합을 포함한다.
일 실시예에서, 컴퓨터 판독 가능 저장 매체(16)는 메모리(랜덤 액세스 메모리와 같은 휘발성 메모리, 비휘발성 메모리, 또는 이들의 적절한 조합), 하나 이상의 자기 디스크 저장 디바이스들, 광학 디스크 저장 디바이스들, 플래시 메모리 디바이스들, 그 밖에 컴퓨팅 장치(12)에 의해 액세스되고 원하는 정보를 저장할 수 있는 다른 형태의 저장 매체, 또는 이들의 적합한 조합일 수 있다.
통신 버스(18)는 프로세서(14), 컴퓨터 판독 가능 저장 매체(16)를 포함하여 컴퓨팅 장치(12)의 다른 다양한 컴포넌트들을 상호 연결한다.
컴퓨팅 장치(12)는 또한 하나 이상의 입출력 장치(24)를 위한 인터페이스를 제공하는 하나 이상의 입출력 인터페이스(22) 및 하나 이상의 네트워크 통신 인터페이스(26)를 포함할 수 있다. 입출력 인터페이스(22) 및 네트워크 통신 인터페이스(26)는 통신 버스(18)에 연결된다. 입출력 장치(24)는 입출력 인터페이스(22)를 통해 컴퓨팅 장치(12)의 다른 컴포넌트들에 연결될 수 있다.
예시적인 입출력 장치(24)는 포인팅 장치(마우스 또는 트랙패드 등), 키보드, 터치 입력 장치(터치패드 또는 터치스크린 등), 음성 또는 소리 입력 장치, 다양한 종류의 센서 장치 및/또는 촬영 장치와 같은 입력 장치, 및/또는 디스플레이 장치, 프린터, 스피커 및/또는 네트워크 카드와 같은 출력 장치를 포함할 수 있다.
예시적인 입출력 장치(24)는 컴퓨팅 장치(12)를 구성하는 일 컴포넌트로서 컴퓨팅 장치(12)의 내부에 포함될 수도 있고, 컴퓨팅 장치(12)와는 구별되는 별개의 장치로 프로세서부(미도시)와 연결될 수도 있다.
본 명세서의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관하여 설명하였으나, 본 명세서의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능하다. 그러므로, 본 명세서의 범위는 상술한 실시예에 국한되어 정해져서는 안되며, 후술하는 특허청구범위 뿐만 아니라 이 발명의 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
1000: 영유아 모니터링 시스템
110: 데이터 수집 장치
120, 200: 모니터링 장치
210: 퍼지 추론 회로
220: 퍼지 예측기 회로

Claims (6)

  1. 영유아 모니터링 시스템의 동작 방법에 있어서,
    복수의 스마트밴드를 착용한 복수의 영유아와 연관된 복수의 영유아 상태정보를 수신하는 단계;
    상기 복수의 영유아 상태정보를 기반으로 퍼지 알고리즘과 연관된 미리 설정된 복수의 퍼지 함수에 따라 복수의 퍼지 입력 정보를 생성하는 단계;
    상기 복수의 퍼지 입력 정보를 기반으로 상기 퍼지 알고리즘과 연관된 미리 설정된 퍼지 규칙에 따라 복수의 퍼지 출력 정보를 생성하는 단계; 및
    상기 복수의 퍼지 출력 정보를 기반으로 알람 정보를 전달하는 단계를 포함하는 방법.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 퍼지 알고리즘의 갱신이 필요한지 여부를 판단하는 단계; 및
    상기 퍼지 알고리즘의 갱신이 필요하다고 판단될 때, 상기 퍼지 알고리즘과 연관된 상기 복수의 퍼지 함수를 위한 복수의 범위 정보를 갱신하는 단계를 더 포함하는 방법.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 퍼지 알고리즘의 갱신이 필요하다고 판단될 때, 상기 퍼지 알고리즘과 연관된 상기 퍼지 규칙을 갱신하는 단계를 더 포함하는 방법.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 복수의 영유아 상태정보 각각에는 상응하는 스마트밴드를 착용한 영유아를 식별하기 위한 식별 정보, 상기 상응하는 스마트밴드를 착용한 영유아와 연관된 심박수 정보 및 상기 상응하는 스마트밴드를 착용한 영유아와 연관된 걸음수 정보가 포함되는 것을 특징으로 하는, 방법.
  5. 데이터 수집 장치;
    상기 데이터 수집 장치와 미리 확립된 제1 무선 통신으로 연결된 복수의 스마트밴드; 및
    상기 데이터 수집 장치와 연동된 모니터링 장치를 포함하되,
    상기 모니터링 장치는,
    상기 복수의 스마트밴드를 착용한 복수의 영유아와 연관된 복수의 영유아 상태정보를 상기 데이터 수집 장치를 거쳐 수신하도록 구현되고,
    상기 복수의 영유아 상태정보를 기반으로 퍼지 알고리즘과 연관된 미리 설정된 복수의 퍼지 함수에 따라 복수의 퍼지 입력 정보를 생성하도록 구현되고,
    상기 복수의 퍼지 입력 정보를 기반으로 상기 퍼지 알고리즘과 연관된 미리 설정된 퍼지 규칙에 따라 복수의 퍼지 출력 정보를 생성하도록 구현되고, 그리고
    상기 복수의 퍼지 출력 정보를 기반으로 알람 정보를 전달하도록 구현되는, 영유아 모니터링 시스템.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 모니터링 장치는,
    상기 퍼지 알고리즘의 갱신이 필요한지 여부를 판단하도록 구현되고,
    상기 퍼지 알고리즘의 갱신이 필요하다고 판단될 때, 상기 퍼지 알고리즘과 연관된 상기 복수의 퍼지 함수를 위한 복수의 범위 정보 및 상기 퍼지 규칙 중 적어도 하나를 갱신하도록 더 구현되는, 영유아 모니터링 시스템.
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