TWI773038B

TWI773038B - 基於無線訊號強度之失能通報系統和失能通報方法

Info

Publication number: TWI773038B
Application number: TW109145380A
Authority: TW
Inventors: 呂侑陞; 趙威筑; 張朝曦; 郭鑫杰
Original assignee: 中華電信股份有限公司
Priority date: 2020-12-22
Filing date: 2020-12-22
Publication date: 2022-08-01
Also published as: TW202226853A

Abstract

提供一種基於無線訊號強度之失能通報系統和方法。方法包括：透過無線信標發送第一無線訊號和第二無線訊號；透過設置於監控區域的無線信標接收器接收第一無線訊號和第二無線訊號；根據無線信標接收器所接收的第一無線訊號建立對應於該監控區域的接收訊號強度指標分布模型；根據無線信標接收器所接收的第二無線訊號、接收訊號強度指標分布模型以及預設規則判斷監控區域中發生失能事件；輸出對應於失能事件的警示訊息至無線信標；以及接收對應警示訊息的反饋訊號，並且根據反饋訊號更新預設規則。

Description

基於無線訊號強度之失能通報系統和失能通報方法

本發明是有關於一種通訊系統，且特別是有關於一種基於無線訊號強度之失能通報系統和失能通報方法。

台灣已經邁入高齡社會，而高齡社會面臨問題之一就是獨居長者的問題。而獨居長者最大的問題就是當失能的情形發生時，因為獨居的原因導致延誤送醫造成死亡或是重症。失能的定義不僅只是聚焦在跌倒事件發生應該也應包含長者身體不適等或是活動力下降等情形。一般而言要防止獨居長者失能導致延誤送醫的情形，需要社福單位或是村里長派人力定期探訪，如此一來需要耗費大量的社會資源。因此該如何在老人處於失能狀態下主動通報並介入協助長者就醫，不被時間和空間限制也是受關注的議題。判別獨居老人的活動情形，藉以達到是否進一步通報失能之依據。習知常用於判斷人員活動情形的技術，在主動偵測使用者活動情形，與在發生失能的狀態下能即時通報後台之目的均有所不足，因此，我們需要具有偵測人員活動情形的技術。

有鑑於此，本發明提供一種基於無線訊號強度之失能通報系統和方法，可提供低成本與便利的失能通報，以達到防止使用者失能而延誤送醫之目的。

本發明的實施例提供一種基於無線訊號強度之失能通報系統，包括：無線信標，發送第一無線訊號和第二無線訊號；無線信標接收器，設置於監控區域，並且接收從無線信標發送的第一無線訊號和第二無線訊號；儲存媒體，儲存多個模組；以及處理器，通訊連接至無線信標、無線信標接收器以及耦接儲存媒體，並且存取和執行些模組，其中些模組包括：射頻訊號學習模組，根據無線信標接收器所接收的第一無線訊號建立對應於監控區域的接收訊號強度指標（received signal strength indicator, RSSI）分布模型；失能判斷模組，根據無線信標接收器所接收的第二無線訊號、接收訊號強度指標分布模型以及預設規則判斷監控區域中發生失能事件；後台通報模組，輸出對應於失能事件的警示訊息至無線信標；以及系統調整參數模組，從無線信標接收對應警示訊息的反饋訊號，並且根據反饋訊號更新預設規則。

本發明的實施例提供一種基於無線訊號強度之失能通報方法，包括：透過無線信標發送第一無線訊號和第二無線訊號；透過設置於監控區域的無線信標接收器接收第一無線訊號和第二無線訊號；根據無線信標接收器所接收的第一無線訊號建立對應於監控區域的接收訊號強度指標分布模型；根據無線信標接收器所接收的第二無線訊號、接收訊號強度指標分布模型以及預設規則判斷監控區域中發生失能事件；輸出對應於失能事件的警示訊息至無線信標；以及接收對應警示訊息的反饋訊號，並且根據反饋訊號更新預設規則。

基於上述，由於人體百分之70以上是水所構成，人體的接近常常會影響及干擾無線訊號強度，本發明運用無線信標接收器搭配使用者配戴無線信標發送和接收第一無線訊號和第二無線訊號，根據無線信標接收器所接收的第一無線訊號建立對應於監控區域的接收訊號強度指標分布模型，根據無線信標接收器所接收的第二無線訊號、接收訊號強度指標分布模型以及預設規則判斷監控區域中發生失能事件。依據無線訊號強度變化來判別使用者活動情形並搭配使用者日常作息等訊息，來判斷使用者是否處於失能狀態。同時提供簡單的互動方式用來回饋系統調整參數，以減少系統誤報的情形發生，達到低成本、無死角、正確與即時性的失能通報。

本發明的部份實施例接下來將會配合附圖來詳細描述，以下的描述所引用的元件符號，當不同附圖出現相同的元件符號將視為相同或相似的元件。這些實施例只是本發明的一部份，並未揭示所有本發明的可實施方式。更確切的說，這些實施例只是本發明的專利申請範圍中的系統與方法的範例。

圖1是依照本發明實施例的一種基於無線訊號強度之失能通報系統的方塊圖。請參照圖1，失能通報系統10可包括無線信標處理器100、儲存媒體110、無線信標120、無線信標接收器140以及收發器150。無線信標120可發送第一無線訊號和第二無線訊號。無線信標接收器140可設置於監控區域並且接收從無線信標120發送的第一無線訊號和第二無線訊號。處理器100可通訊連接至無線信標120以及無線信標接收器140。處理器100可耦接儲存媒體110。儲存媒體110儲存多個模組，處理器100可存取和執行該些模組，其中該些模組可包括射頻訊號學習模組111、失能判斷模組113、後台通報模組115以及系統調整參數模組117。

處理器100可存取和執行射頻訊號學習模組111以根據無線信標接收器140所接收的該第一無線訊號建立對應於該監控區域的接收訊號強度指標（RSSI）分布模型。

處理器100可存取和執行失能判斷模組113以根據無線信標接收器140所接收的第二無線訊號、接收訊號強度指標分布模型以及預設規則判斷監控區域中發生失能事件。

處理器100可存取和執行後台通報模組115以輸出對應於失能事件的警示訊息至無線信標120。

處理器100可存取和執行系統調整參數模組117以從無線信標120接收對應警示訊息的反饋訊號，並且根據反饋訊號更新預設規則。

在本發明的一實施例中，射頻訊號學習模組111可反應於無線信標接收器140在預定時段期間接收到無線訊號而判斷該無線訊號為該第一無線訊號，取得對應該第一無線訊號的多個第一接收訊號強度指標，利用高斯濾波器過濾該些第一接收訊號強度指標中大於門檻值的第一接收訊號強度指標以取得至少一第一接收訊號強度指標，並且根據該至少一第一接收訊號強度指標建立該接收訊號強度指標分布模型，其中該門檻值關聯於該些第一接收訊號強度指標的標準差。

在本發明的一實施例中，失能判斷模組113可取得對應該第二無線訊號的多個第二接收訊號強度指標，根據該些第二接收訊號強度指標建立對應於該監控區域的第二接收訊號強度指標分布模型，根據該接收訊號強度指標分布模型以及該第二接收訊號強度指標分布模型計算Z分數，並且根據該Z分數判斷發生該失能事件。

上述Z分數（z-score，又稱標準分數或標準化值）在統計學中是一種無因次值，就是一種純數字標記，是藉由從單一（原始）分數中減去母體的平均值，再依照母體（母集合）的標準差分割成不同的差距，按照Z分數可由公式（1）計算，各個樣本在經過轉換後，通常在正、負五到六之間不等。

…（1）

在公式（1）中，

是接收訊號強度指標的數值，

是接收訊號強度指標分布的平均值，

是接收訊號強度指標分布的標準差。

在本發明的一實施例中，失能判斷模組113用以判斷該監控區域中發生失能事件的預設規則包括預設區間。失能判斷模組113反應於該Z分數位於該預設區間而判斷發生該失能事件。舉例來說，當Z分數位於為-1與1之間，則判斷發生該失能事件。

在本發明的一實施例中，無線信標120可發送第三無線訊號。無線信標接收器140可接收從無線信標120發送的第三無線訊號。失能判斷模組113可根據第三無線訊號建立對應於監控區域的第二接收訊號強度指標分布模型，並且根據接收訊號強度指標分布模型以及第二接收訊號強度指標分布模型計算第二Z分數。失能判斷模組113可根據該Z分數和該第二Z分數判斷發生該失能事件。舉例來說，失能判斷模組113可反應於Z分數和第二Z分數的其中之一位於預設區間而判斷發生失能事件。

在本發明的一實施例中，系統調整參數模組117可反應於接受到該反饋訊號而將該預設區間縮小，藉以更新該預設規則。

在本發明的一實施例中，系統調整參數模組117可記錄該預設規則的更新次數，並可根據該更新次數指示射頻訊號學習模組111重新建立該接收訊號強度指標分布模型。

在本發明的一實施例中，儲存媒體110儲存的該些模組更包括系統設定模組119。系統設定模組119可用於接收使用者的設定。處理器100可耦接外部輸入裝置（例如：鍵盤、滑鼠或觸控螢幕）。使用者可通過外部輸入裝置設定預定時段、使用者日常作息時段（例如：睡眠時間、午休時間等資訊可以做為失能判斷模組排除通報的區間，以免打擾使用者正常作息）或偵測失能事件的間隔時間。系統設定模組119可儲存上述的設定。在使用者設定預定時段後，當符合使用者設定的預定時段時，自動啟動射頻訊號學習模組111可反應於無線信標接收器140在該預定時間接收到無線訊號而判斷該無線訊號為第一無線訊號。另一方面，失能判斷模組113可反應於無線信標接收器140在該使用者日常作息時段期間接收到該無線訊號而判斷為該無線訊號為該第二無線訊號。

在本發明的一實施例中，無線信標120可包括反饋按鈕以及警示器。無線信標120可反應於接收到該警示訊息而通過該警示器發出該警示訊息。警示器可包含燈號、顯示器或揚聲器。無線信標120可反應於反饋按鈕為按下的狀態，產生反饋訊號。反饋按鈕為使用者與失能通報系統10的互動介面，使用者可以透過反饋按鈕反饋給失能通報系統10進行參數調整。如果失能判斷模組113判斷使用者為失能發生時，處理器100會發出一個警示訊號到無線信標120以通知使用者。當使用者按下無線信標120上的按鈕時，代表發生系統誤判事件。警示器通知使用者目前系統判別使用者為失能狀態，如果使用者為正常則表示系統誤判，所以使用者只要按下按鈕即可解除警示器發出的警示訊息，並且後台通報模組115也不會通報此失能事件。如果使用者在一定時間內未按下無線信標120的按鈕，後台通報模組115將通過收發器150輸出警示訊息以通報此失能事件。

處理器100可以是中央處理單元（Central Processing Unit，CPU），或是其他可程式化之一般用途或特殊用途的微處理器（Microprocessor）、數位訊號處理器（Digital Signal Processor，DSP）、可程式化控制器、特殊應用積體電路（Application Specific Integrated Circuits，ASIC）、可程式化邏輯裝置（Programmable Logic Device，PLD）、或其他類似裝置或這些裝置的組合。處理器100可執行記錄於儲存媒體110中的程式碼、軟體模組、指令等等，以實現本發明實施例的一種基於無線訊號強度之失能通報方法。

儲存媒體110用以儲存檔案、影像、指令、程式碼或軟體元件等等資料。儲存媒體110可以例如是任意型式的固定式或可移動式隨機存取記憶體（random access memory，RAM）、唯讀記憶體（read-only memory，ROM）、快閃記憶體（flash memory）、硬碟或其他類似裝置、積體電路或其組合。

無線信標120可以例如是手環、腕錶、眼鏡或藍牙耳機等等的穿戴式裝置，本發明對此並不限制。

無線信標120可具有發送無線射頻訊號的功能。無線信標接收器140可具有接收無線射頻訊號的功能。無線信標120與無線信標接收器140可使用諸如射頻收發器以利用諸如藍芽（Bluetooth）、藍芽低功耗（Bluetooth Low Energy, BLE）、無線保真（Wireless Fidelity, WiFi）或ZigBee等無線通訊技術來與彼此進行通信。

收發器150以無線或有線的方式傳送及接收訊號。收發器150還可以執行例如低噪聲放大、阻抗匹配、混頻、向上或向下頻率轉換、濾波、放大以及類似的操作。

在本發明的一實施例中，失能通報系統10中可有多個無線信標接收器140，本發明對此並不限制。

圖2是依照本發明實施例的一種基於無線訊號強度之失能通報方法的流程圖。請參照圖2，本實施例的方法適用如圖1所示的失能通報系統10，以下搭配圖1所繪示的各項元件說明本發明實施例的詳細步驟。

於步驟S201，無線信標120發送第一無線訊號和第二無線訊號。

於步驟S202，設置於監控區域的無線信標接收器140接收第一無線訊號和第二無線訊號。

於步驟S203，射頻訊號學習模組111根據無線信標接收器140所接收的第一無線訊號建立對應於監控區域的接收訊號強度指標分布模型。

於步驟S204，失能判斷模組113根據無線信標接收器140所接收的第二無線訊號、接收訊號強度指標分布模型以及預設規則判斷監控區域中發生失能事件。

於步驟S205，後台通報模組115輸出對應於失能事件的警示訊息至無線信標120。

於步驟S206，系統調整參數模組117接收對應警示訊息的反饋訊號，並且根據反饋訊號更新預設規則。

圖3是依照本發明實施例所繪示的射頻訊號學習模組111的運作流程圖。以下搭配圖1所繪示的各項元件說明本發明實施例的詳細步驟。

請參照圖3，射頻訊號學習模組111可根據使用者排程自動啟動學習以建立監控區域的RSSI分布模型。射頻訊號學習模組111自動收集監控區域靜置的無線信標120與無線信標接收器140之間的無線訊號的RSSI值。射頻訊號學習模組111可利用高斯濾波過濾大於一個標差的RSSI值。射頻訊號學習模組111可透過運算得到RSSI分布模型並記錄在儲存媒體110以供失能判斷模組113使用，其中RSSI分布模型可包括平均值和標準差。

於步驟S301，處理器100根據系統設定模組119所設定的時間，開始執行射頻訊號學習模組111。例如，射頻訊號學習模組111可利用廣播方式發送學習指令給無線信標接收器140。

於步驟S302，無線信標接收器140可在收到學習指令後傳送信標間隔設定封包給使用者配戴的無線信標120，藉以將信標間隔設定為100毫秒。無線信標120可在每100毫秒發送一次第一無線訊號給無線信標接收器140。

於步驟S303，無線信標接收器140可測量接收到無線訊號的RSSI值，並將RSSI值回傳給處理器100。

於步驟S304，處理器100收集大約1小時期間（約36000筆）的無線信標120回傳的RSSI值。假設在監控區域收集到的RSSI值呈常態分布，處理器100利用高斯濾波將落於一個標準差之外的RSSI值去掉。

於步驟S305，處理器100從經過高斯濾波過濾剩下的RSSI值，計算得到平均值與標準差，並用計算得到的平均值與標準差建立無線信標120靜置時的RSSI分布模型。

圖4是依照本發明實施例所繪示的失能判斷模組113的運作流程圖。以下搭配圖1所繪示的各項元件說明本發明實施例的詳細步驟。

請參照圖4，處理器100可根據使用者設定頻率自動啟動失能判斷模組113。失能判斷模組113啟動後可自動即時收集監控區域無線信標120與無線信標接收器140通訊之間的無線訊號的RSSI值。

於步驟S401，處理器100用廣播方式發送RF-RSSI-Correct 指令給監控區域的所有無線信標接收器140。

於步驟S402，無線信標接收器140收到指令後將會傳送信標間隔設定封包給使用者配戴的無線信標120，並將信標間隔設定為500毫秒。無線信標120可在每500毫秒發送一次第二無線訊號給無線信標接收器140。

於步驟S403，無線信標接收器140可測量接收到的無線訊號的RSSI值，並將RSSI值回傳給處理器100。

於步驟S404，當處理器100接收到無線信標120回傳的RSSI值，待收集120筆資訊（大約一分鐘）之後，處理器100將收集到的RSSI值先利用高斯濾波將落於一個標準差之外的RSSI值去除，再將留下來的RSSI值求出平均值，此平均值為一回合的監測值。

於步驟S405，處理器100再將每一回合監測值，並搭配先前射頻訊號學習模組111中所建立的無線信標120靜置時的RSSI分布模型中的平均值與標準差等資訊，計算出Z分數。當Z分數位於為-1與1之間為異常值，反之為正常值。

於步驟S406，處理器100記錄每一回的判斷結果（Z分數為異常值或正常值）。以10回合為一單位，若10回合所產生的判斷結果中，有50%以上的判斷結果指示Z分數為異常值，則判斷發生失能事件。

圖5是依照本發明實施例所繪示的系統調整參數模組117的運作流程圖。以下搭配圖1所繪示的各項元件說明本發明實施例的詳細步驟。當處理器100收到使用者的反饋訊號，系統調整參數模組117將會調整Z分數預設區間。每次調整0.1刻度，例如一開始預設區間為-1到1，如果收到反饋訊號，系統調整參數模組117可將該預設區間修正為-0.9到0.9以此類推。系統調整參數模組117會記錄目前調整次數，以根據調整次數指示射頻訊號學習模組111重新建立RSSI分布模型。

於步驟S501，處理器100收到使用者的反饋訊號，存取並執行系統調整參數模組117。該反饋訊號可以是使用者按下無線信標120的反饋按鈕而產生的反饋訊號。

於步驟S502，系統調整參數模組117更新用於判斷Z分數的預設區間。舉例來說，每一次收到使用者的反饋訊號就將預設區間的左右邊界值縮小0.1刻度。

於步驟S503，系統調整參數模組117記錄用於判斷Z分數的預設區間的更新次數。

於步驟S504，當更新次數大於6次時，系統調整參數模組117指示射頻訊號學習模組111重新建立RSSI分布模型。

綜上所述，於本發明的實施例中，藉由無線信標與設置於監控區域的無線信標接收器之間通訊的RSSI值建立無線信標靜止時的RSSI分布模型，當使用者配戴無線信標在監控場域中活動時，可利用RSSI變化來判別使用者活動情形搭配使用者日常作息等訊息，來判斷使用者是否處於失能狀態。當失能通報系統誤判失能事件發生，無線信標發出警示訊息時，使用者可利用簡單的互動方式來回饋系統調整參數。藉此，可以減少系統誤報的情形發生，達到低成本、無死角、正確與即時性的失能通報。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。

10: 失能通報系統 100: 處理器 110: 儲存媒體 111: 射頻訊號學習模組 113: 失能判斷模組 115: 後台通報模組 117: 系統調整參數模組 119: 系統設定模組 120: 無線信標 140: 無線信標接收器 150: 收發器 S201、S202、S203、S204、S205、S206、S301、S302、S303、S304、S305、S401、S402、S403、S404、S405、S406、S501、S502、S503、S504: 步驟

圖1是依照本發明實施例所繪示的一種基於無線訊號強度之失能通報系統的方塊圖。圖2是依照本發明實施例所繪示的一種基於無線訊號強度之失能通報方法的流程圖。圖3是依照本發明實施例所繪示的射頻訊號學習模組的運作流程圖。圖4是依照本發明實施例所繪示的失能判斷模組的運作流程圖。圖5是依照本發明實施例所繪示的系統調整參數模組的運作流程圖。

S201、S202、S203、S204、S205、S206: 步驟

Claims

一種基於無線訊號強度之失能通報系統，包括：無線信標，發送第一無線訊號和第二無線訊號；無線信標接收器，設置於監控區域，並且接收從該無線信標發送的該第一無線訊號和該第二無線訊號，且該無線信標包括一反饋按鈕以及一警示器；儲存媒體，儲存多個模組；以及處理器，通訊連接至該無線信標、該無線信標接收器以及耦接該儲存媒體，並且存取和執行該些模組，其中該些模組包括：射頻訊號學習模組，根據該無線信標接收器所接收的該第一無線訊號建立對應於該監控區域的接收訊號強度指標分布模型；失能判斷模組，根據該無線信標接收器所接收的該第二無線訊號、該接收訊號強度指標分布模型以及預設規則判斷該監控區域中發生失能事件；後台通報模組，輸出對應於該失能事件的警示訊息至該無線信標，其中該無線信標反應於接收到該警示訊息而透過該警示器發出該警示訊息，且該無線信標反應於該反饋按鈕為按下的狀態產生一反饋訊號；以及系統調整參數模組，從該無線信標接收對應該警示訊息的該反饋訊號，並且根據該反饋訊號更新該預設規則。
如請求項1所述的基於無線訊號強度之失能通報系統，其中該射頻訊號學習模組反應於該無線信標接收器在預定時段期間接收到無線訊號而判斷為該無線訊號為該第一無線訊號，取得對應該第一無線訊號的多個第一接收訊號強度指標，利用高斯濾波器過濾該些第一接收訊號強度指標中大於門檻值的第一接收訊號強度指標以取得至少一第一接收訊號強度指標，並且根據該至少一第一接收訊號強度指標建立該接收訊號強度指標分布模型，其中該門檻值關聯於該些第一接收訊號強度指標的標準差。
如請求項1所述的基於無線訊號強度之失能通報系統，其中該失能判斷模組取得對應該第二無線訊號的多個第二接收訊號強度指標，根據該些第二接收訊號強度指標建立對應於該監控區域的第二接收訊號強度指標分布模型，根據該接收訊號強度指標分布模型以及該第二接收訊號強度指標分布模型計算Z分數，並且根據該Z分數判斷發生該失能事件。
如請求項3所述的基於無線訊號強度之失能通報系統，其中該預設規則包括預設區間，其中該失能判斷模組反應於該Z分數位於該預設區間而判斷發生該失能事件。
如請求項4所述的基於無線訊號強度之失能通報系統，其中該無線信標發送第三無線訊號，其中該無線信標接收器接收從該無線信標發送的該第三無線訊號，其中該失能判斷模組根據該第三無線訊號建立對應於該監控區域的第二接收訊號強度指標分布模型，並且根據該接收訊號強度指標分布模型以及該第二接收訊號強度指標分布模型計算第二Z分數，其中該失能判斷模組根據該Z分數和該第二Z分數判斷發生該失能事件。
如請求項4所述的基於無線訊號強度之失能通報系統，其中該系統調整參數模組反應於接受到該反饋訊號而將該預設區間縮小，藉以更新該預設規則。
如請求項6所述的基於無線訊號強度之失能通報系統，其中該系統調整參數模組記錄該預設規則的更新次數，並且根據該更新次數指示該射頻訊號學習模組重新建立該接收訊號強度指標分布模型。
如請求項2所述的基於無線訊號強度之失能通報系統，其中該些模組更包括：系統設定模組，儲存該預定時段、使用者日常作息時段以及偵測該失能事件的間隔時間，其中該失能判斷模組反應於該無線信標接收器在該使用者日常作息時段期間接收到該無線訊號而判斷為該無線訊號為該第二無線訊號。
一種基於無線訊號強度之失能通報方法，包括：透過無線信標發送第一無線訊號和第二無線訊號；透過設置於監控區域的無線信標接收器接收該第一無線訊號和該第二無線訊號；根據該無線信標接收器所接收的該第一無線訊號建立對應於該監控區域的接收訊號強度指標分布模型，且該無線信標包括一反饋按鈕以及一警示器；根據該無線信標接收器所接收的該第二無線訊號、該接收訊號強度指標分布模型以及預設規則判斷該監控區域中發生失能事件；輸出對應於該失能事件的警示訊息至該無線信標，其中該無線信標反應於接收到該警示訊息而透過該警示器發出該警示訊息，且該無線信標反應於該反饋按鈕為按下的狀態產生一反饋訊號；以及接收對應該警示訊息的該反饋訊號，並且根據該反饋訊號更新該預設規則。