Ferramenta de aquisição e exploração de dados multissensoriais para monitoramento de atividades humanas em ambiente doméstico

Abstract

O avanço nas técnicas e tecnologias utilizadas em tratamento médico ocasiona um acréscimo na proporção de idosos e portadores de doenças crônicas na população, o que leva a uma necessidade crescente de serviços de monitoramento e assistência médica voltados a este público. O Instituto de Engenharia Biomédica da Universidade Federal de Santa Catarina participa do desenvolvimento de uma plataforma de saúde ubíqua que visa atender a essas necessidades. Como parte integrante desta plataforma, o presente trabalho buscou desenvolver uma ferramenta de aquisição e exploração de dados, com foco no sensoriamento de variáveis ambientais e antropogênicas em ambiente domiciliar para aplicações em assistência à saúde. Esta ferramenta consiste em um sistema modular microcontrolado, baseado em plataformas de prototipagem eletrônica de hardware livre, e uma interface de usuário, adotando desenvolvimento colaborativo e programação em código aberto. Para testar a ferramenta proposta, um protótipo de módulo multissensorial foi produzido, integrando três sensores para aquisição de quatro sinais distintos (temperatura, umidade, iluminância e nível sonoro). Destes, o sinal sonoro possui forte foco em obtenção de informações relevantes à detecção de atividades ocorrendo em função da interação dos ocupantes com o ambiente, enquanto os sinais de temperatura, umidade e iluminância possuem um viés de reconhecimento do contexto no qual essas atividades ocorrem. A interface desenvolvida consiste em três telas distintas. A primeira tela possibilta a comunicação com o módulo multissensorial, para configuração de parâmetros como frequência de amostragem e seleção de sensores, além de iniciar e finalizar a aquisição de dados. Os dados sonoros são salvos em formato ?.wav? e os demais sinais em formato ?.csv?. A segunda tela permite a visualização dos dados adquiridos e a anotação desses dados, indicando os eventos presentes em cada intervalo. A terceira tela contém um conjunto de dezesseis algoritmos de extração de descritores para sinais sonoros, com mais de dez pârametros configuráveis. Os descritores extraídos são salvos em formato ?.csv?. As telas da ferramenta podém ser utilizadas sequencialmente ou de forma isolada (por exemplo, a tela de extração de descritores pode ser utilizada com qualquer áudio gravado em formato ?.wav?). O teste de conceito, para demonstração das funcionalidades da ferramenta desenvolvida, consistiu na criação de um banco de dados inicial, através da aquisição de dados sonoros de curto período (0,7 a 14 segundos), correspondentes a 23 eventos simulados em um ambiente de cozinha, além de um registro de longa duração (24 horas) de dados de temperatura, umidade e iluminância.

Abstract: The advancement in techniques and technologies used in medical treatment contributes to an increase in the proportion of elderly people and individuals with chronic diseases in the population, which leads to an increasing need for monitoring and medical assistance services aimed at this public. The Institute of Biomedical Engineering at the Federal University of Santa Catarina participates in the development of a ubiquitous health platform that aims to meet these needs. As an integral part of this platform, the present work sought to develop a data acquisition and exploration tool, focusing on the sensing of ambient and anthropogenic variables in a docimiliar environment for applications in health care. This tool consists of a modular microcontrolled system, based on free hardware electronic prototyping platforms, and a user interface, adopting collaborative development and open source programming. To test the proposed tool, a prototype of a multisensory module was produced, integrating three sensors to acquire four different signals (temperature, humidity, illuminance and sound level). Of these, the audible signal has a strong focus on obtaining information relevant to the detection of activities occurring due to the interaction of the occupants with the environment, while the temperature, humidity and illuminance signals have a bias in recognizing the context in which these activities occur. The developed interface consists of three different screens. The first screen allows communication with the multisensory module, for setting parameters such as sampling frequency and sensor selection, in addition to starting and finishing data acquisition. The sound data is saved in ?.wav? format and the other signals in ?.csv? format. The second screen allows the visualization of the acquired data and the annotation of that data, indicating the events present in each interval. The third screen contains a set of sixteen algorithms for extracting descriptors for sound signals, with more than ten configurable parameters. The extracted descriptors are saved in ?.csv? format. The tool screens can be used sequentially or in isolation (for example, the descriptor extraction screen can be used with any audio recorded in ?.wav? format). The concept test, to demonstrate the functionalities of the developed tool, consisted of the creation of an initial database, through the acquisition of short period sound data (0.7 to 14 seconds), corresponding to 23 simulated events in a kitchen environment, in addition to a long-term record (24 hours) of temperature, humidity and illuminance data.