//Logo Image
作者:李亦陞(2012-09-20);推薦:徐業良(2012-09-21)
附註:本文為一百學年度元智大學機械工程研究所李亦陞碩士論文「居家環境下遠距日常生活活動監測系統之開發」第五章。

第五章 日常生活活動監測系統之測試與評估

本研究完成居家環境下遠距日常生活活動監測系統,並將系統建置於兩個家庭中,長期蒐集資料,期望測試本系統在居家環境中運作之穩定性。長期蒐集之日常生活活動資料並以前述研究歸納出五項指標,分析兩個家庭的居家活動力變化,再藉由分析指標來檢視系統的成效。

5.1 日常生活活動監測系統之建置

依前述之居家環境下之分散式資料伺服器架構圖,日常生活活動監測系統之架構可簡化如下圖5-1所示,將前述介紹之感測器、Arduino DDSAndroid智慧型手機之應用程式結合,即可建置居家環境下遠距日常生活活動監測系統。本系統將建置於兩個家庭中,蒐集日常生活活動資料,並使用前述研究歸納出之五項指標,分析受測者居家活動力的變化。

5-1. 日常生活活動監測系統架構圖

系統建置完成後,本研究將本系統分別實際裝設於「獨居高齡者」與「一般家庭」之居家環境中。獨居高齡者家中有高齡女性(75歲)一名,一般家庭中包含有成年男性(49歲)、女性(47歲)與未成年女性(15歲)各一名;兩個居家環境中各佈置5個感測器,包括4個人體紅外線感測器及1個電流感測器。「獨居高齡者」家中之人體紅外線感測器分別布置於臥室、浴室、廚房、大門以監測人體的活動,而電流感測器則連結於電視以監測電視的使用頻率;「一般家庭」之人體紅外線感測器分別布置於臥室、浴室、廚房、書桌,而電流感測器則連結於臥房電視。

感測器之布置較為簡單,只需將電器的插頭接至電流感測器上之插座,再由電線直接接至家中插頭即可;人體紅外線感測器只需由雙面膠將感測器背部與牆壁黏貼即可,擺設之位置則由使用者自行評估最常經過之區域即可,但感測器需由外部供電,因此感測器的布置將受限於插座的位置,圖5-2為感測器布置於居家環境中。

   

5-2. 感測器布置於居家環境中

分散式資料伺服器需連結至家中的寬頻路由器,再藉由設定伺服器與路由器之通訊埠。使用者可先以網頁瀏覽器先確認是否有連結成功,再透過智慧型手機應用程式觀看日常生活活動的即時資料。圖5-3為將分散式資料伺服器透過路由器將內部通訊埠80轉為外部通訊埠3103

5-3. 分散式資料伺服器透過路由器轉換通訊埠

5.2功能測試

目前已將遠距日常生活活動監測系統完整建立於居家環境中並實際完成自動化監測功能,感測器布置於浴室與廚房中也未因水汽或油煙造成故障,智慧型手機應用程式亦可透過網際網路擷取至分散式資料伺服器。智慧型手機應用程式可將日常生活活動監測資料簡單、清晰地表達給一般使用者,下圖5-45-11依序為設定連線資訊與管理感測器頁面、新增、刪除與編輯感測器、即時資料文字與圖形顯示、時間與感測器的選擇、人體紅外線感測器與電流感測器歷史資料文字顯示、溫度與溼度之歷史資料繪圖、人體紅外線與電流感測器歷史資料繪圖、指標分析之畫面。

 

5-4 設定連線資訊與管理感測器頁面

 

 

5-5. 新增、刪除與編輯感測器

 

5-6. 即時資料文字與圖形顯示

 

5-7. 時間與感測器的選擇

 

5-8. 人體紅外線感測器與電流感測器歷史資料文字顯示

 

5-9. 溫度與溼度之歷史資料繪圖

 

5-10. 人體紅外線與電流感測器歷史資料繪圖

5-11. 指標分析

5.3活動力指標分析

本研究自201262日開始在兩個居家環境中蒐集日常生活活動資料。依前述之研究之定義,將10分鐘的活動力資料擷取為一個區段,因此從0:0023:59144區段,依時間順序顯示每一個區段(橫軸)中的活動力(縱軸)。以下將比對兩個不同家庭活動量差異度、與指標差異度。

(1)  活動量差異度

5-12721號(週六)中兩個不同家庭之活動力,左圖為獨居高齡者日常生活活動力變化圖,在9:0014:0018:00有四個峰值(感測器被觸發次數18),00:00~09:00的區段中非活動區段明顯地被截斷4次;右圖為一般家庭日常生活活動力變化圖,在11:00時有兩個峰值(感測器被觸發次數14),非活動區段為00:00~9:0013:00~23:59。圖5-13721號(週六)之指標值,由此指標值中之活動時間比與每日活動率可看出高齡者於週末在家中活動頻繁,而一般家庭週末可能較常離開家中。

 

5-12 (a)獨居高齡者日常生活活動力變化圖 (b)一般家庭日常生活活動力變化圖

 

5-13. (a)獨居高齡者日常生活活動力之指標 (b)一般家庭日常生活活動力之指標

(2)  指標差異度

5-1為獨居高齡者各項活動力指標平均(總平均、平日、週末),其中僅有每日活動率的總平均高於週末19.1%,其餘皆小於10%;表5-2為一般家庭中各項活動力指標平均(總平均、平日、週末),各項指標總平均皆高於週末10%,其中活動時間比之總平均高於週末23.8%為最多。由指標的差異度可看出獨居老人只有一個人,生活沒有明顯變動;一般家庭成員較多,可能有家庭活動或個人活動(如出遊)

5-1. 獨居高齡者各項活動力指標平均

 

總平均

平日

週末

活動時間比

16.48%

16.85%

15.67%

活動率

20.11%

20.75%

18.70%

每日活動率

3.00%

3.23%

2.48%

變異係數

1.70

1.79

1.55

5-2. 一般家庭中各項活動力指標平均

 

總平均

平日

週末

活動時間比

20.72%

22.90%

15.89%

活動率

18.11%

18.98%

16.17%

每日活動率

4.57%

4.87%

3.91%

變異係數

2.01

2.12

1.75

本研究進一步使用前述每日活動力指標建立新的評估標準,每日活動率x落在平均數的正負一倍標準差區間內定義為正常活動;若在一倍標準差至兩倍標準差區間則定義為每日活動率過高或過低;若在兩倍標準差之外則定義為異常事件並不加入統計。當加入新的一天之活動力資料時,以上述之標準來判斷是否要將資料加入統計資料中,若加入則平均數與標準差重新計算並定義新的一倍標準差至三倍標準差之標準線。此評估方式可將活動力資料與長期資料比對分析,活動力資料越多,平均數與標準差將會趨於穩定。

以高齡者2012625日至720日之平日每日活動率資料為例,此每日活動率之平均數(μ)3.23%,標準差(σ)1.05%,折線圖如下圖5-14所示,每日活動率落在2.18%<x<4.28%內為正常活動;在4.28%<x<5.35%為每日活動率過高;在1.13%<x<2.18%為每日活動率過低;在x>5.35%x<1.13%則為異常事件並不加入統計。由上述之假設觀察歷史資料可發現在625262729日之每日活動率過低,在72日與19日之每日活動率過高。

5-14. 每日活動率之折線圖