Ứng dụng mạng nơ-ron LSTM để cải tiến hiệu quả theo dõi và cảnh báo tình trạng sức khỏe cán bộ văn phòng
322 lượt xemDOI:
https://doi.org/10.54939/1859-1043.j.mst.81.2022.3-13Tóm tắt
Bài báo này đề xuất giải pháp cải tiến ghế văn phòng (gọi tắt là ghế IoT) dựa trên công nghệ IoT và mạng nơ-ron LSTM (Long Short-Term Memory) để theo dõi và cảnh báo kịp thời qua mạng internet về nghi vấn tình trạng sức khỏe bất thường của cán bộ văn phòng. Một mạch IoT dùng mô-đun MCU-MSP8266 được sử dụng để thu thập dữ liệu cảm biến trọng lượng và cảm biến gia tốc tích hợp trên ghế, có thể giao tiếp với máy tính để theo dõi thời gian ngồi ghế của người sử dụng và cảnh báo bằng âm thanh nếu họ ngồi quá lâu. Một mạng nơ-ron LSTM xây dựng trên MATLAB được huấn luyện bằng kỹ thuật học sâu để theo dõi cử động bất thường của người ngồi ghế, thông qua việc phân tích tín hiệu từ các cảm biến. Kết quả thực nghiệm trên nhiều kịch bản khác nhau cho thấy khả năng nhắc nhở tình trạng ngồi lâu đạt độ chính xác 100% và khả năng phát hiện, cảnh báo tình trạng sức khỏe bất thường đạt độ tin cậy 94%. Thực nghiệm cũng cho thấy khả năng hoàn thiện ghế IoT cho mục tiêu ứng dụng rộng rãi là hoàn toàn khả thi.
Tài liệu tham khảo
[1]. M. A. Huysmans, H. P. van der Ploeg, K. I. Proper, E. M. Speklé, and A. J. van der Beek, "Is Sitting Too Much Bad for Your Health?," Ergonomics in Design, vol. 23, no. 3, pp. 4-8, (2015), doi: 10.1177/1064804615585410. DOI: https://doi.org/10.1177/1064804615585410
[2]. N. Pronk, "The Problem With Too Much Sitting: A Workplace Conundrum," ACSM's Health & Fitness Journal, vol. 15, no. 1, pp. 41-43, (2011), doi: 10.1249/FIT.0b013e318201d199. DOI: https://doi.org/10.1249/FIT.0b013e318201d199
[3]. S. M. Sheikh and I. Ngebani, "A Personal Health Care Office Chair," in 2019 2nd Inter. Conf. on Computer Applications & Information Security (ICCAIS), pp. 1-4, 1-3 May, (2019), doi: 10.1109/CAIS.2019.8769548. DOI: https://doi.org/10.1109/CAIS.2019.8769548
[4]. R. Lavanya, M. Nivetha, K. Revasree, and K. Sandhiya, "Smart Chair-A Telemedicine Based Health Monitoring System," in 2018 Second International Conference on Electronics, Communication and Aerospace Technology (ICECA), pp. 459-463, 29-31 March, (2018), doi: 10.1109/ICECA.2018.8474628. DOI: https://doi.org/10.1109/ICECA.2018.8474628
[5]. R. J. Darwood and F. C. T. Smith, "Deep vein thrombosis," Surgery - Oxford International Edition, vol. 31, no. 5, pp. 206-210, (2013), doi: 10.1016/j.mpsur.2013.02.001. DOI: https://doi.org/10.1016/j.mpsur.2013.02.001
[6]. O. World Health, "The atlas of heart disease and stroke / Judith Mackay and George Mensah; with Shanthi Mendis and Kurt Greenland," ed. Geneva: World Health Organization, (2004).
[7]. R. Advani, H. Naess, and M. W. Kurz, "The golden hour of acute ischemic stroke," (in eng), Scand J Trauma Resusc Emerg Med, vol. 25, no. 1, pp. 54-54, (2017), doi: 10.1186/s13049-017-0398-5. DOI: https://doi.org/10.1186/s13049-017-0398-5
[8]. N. B. G. V. P. Rahul, "Implementation of an IOT Based Smart Chair," Inter. J. for Research in Applied Science and Engineering Tech. (IJRASET), vol. 5, no. VI, pp. 1317-1317, (2017).
[9]. R. Febriani, A. I. Wuryandari, and T. Mardiono, "Design interaction of smart health chair approach the usability aspect on SHESOP health care," in 2015 4th International Conference on Interactive Digital Media (ICIDM), pp. 1-6, 1-5 Dec., (2015), doi: 10.1109/IDM.2015.7516356. DOI: https://doi.org/10.1109/IDM.2015.7516356
[10]. G. R. D. Ganesh, K. Jaidurgamohan, V. Srinu, C. R. Kancharla, and S. V. S. Suresh, "Design of a low cost smart chair for telemedicine and IoT based health monitoring: An open source technology to facilitate better healthcare," in 2016 11th International Conference on Industrial and Information Systems (ICIIS), pp. 89-94, 3-4 Dec., (2016), doi: 10.1109/ICIINFS.2016.8262913. DOI: https://doi.org/10.1109/ICIINFS.2016.8262913
[11]. G. Jia et al., "A Sensing Chair design for home based physiological signs monitoring," in 2013 IEEE International Symposium on Medical Measurements and Applications (MeMeA), pp. 261-264, 4-5 May, (2013), doi: 10.1109/MeMeA.2013.6549748. DOI: https://doi.org/10.1109/MeMeA.2013.6549748
[12]. Y. Liu, N. Wang, C. Lv, and J. Cui, "Human body fall detection based on the Kinect sensor," in 2015 8th International Congress on Image and Signal Processing (CISP), pp. 367-371, 14-16 Oct., (2015), doi: 10.1109/CISP.2015.7407906. DOI: https://doi.org/10.1109/CISP.2015.7407906
[13]. E. E. Stone and M. Skubic, "Fall Detection in Homes of Older Adults Using the Microsoft Kinect," IEEE Journal of Biomedical and Health Informatics, vol. 19, no. 1, pp. 290-301, (2015). DOI: https://doi.org/10.1109/JBHI.2014.2312180
[14]. P. M. Hien and N. C. Ngon, "Một giải pháp phát hiện sớm tình trạng đột quỵ của người cao tuổi," (in Vietnamese), Kỷ yếu Hội nghị toàn quốc lần thứ 3 về Điều khiển và Tự động hoá - VCCA-2015, pp. 35-39, 28-29 Nov, (2015), (in Vietnamese). DOI: https://doi.org/10.15625/vap.2015.0025
[15]. H. T. Tâm, "Ứng dụng IOT để theo dõi và cảnh báo tình trạng sức khỏe bất thường của cán bộ văn phòng," Thạc sĩ, Bộ môn Tự động hóa, Trường Đại học Cần Thơ, Cần Thơ, (2021), (in Vietnamese).
[16]. N. C. Ngon, H. T. Tam, N. T. Hieu, N. D. Hoa, and N. C. Nghiem, "Implementation of office chair with warning function on abnormal health using IoT technology," Journal of Technical Education Science, no. 69, pp. 17-25, 10/28, (2022), doi: https://doi.org/10.54644/jte.69.2022.1082. DOI: https://doi.org/10.54644/jte.69.2022.1082
[17]. T. M. Inc., "Long Short-Term Memory Networks," in Documentations, ed, (2021).
[18]. B. Lim and S. Zohren, "Time-series forecasting with deep learning: A survey," Philosophical Transactions of the Royal Society A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences, vol. 379, no. 2194, (2020), doi: 10.1098/rsta.2020.0209. DOI: https://doi.org/10.1098/rsta.2020.0209
[19]. N. Thai-Nghe, T. T. Hung, and N. C. Ngon, "A Forecasting Model for Monitoring Water Quality in Aquaculture and Fisheries IoT Systems," in 2020 International Conference on Advanced Computing and Applications (ACOMP), pp. 165-169, 25-27 Nov., (2020), doi: 10.1109/ACOMP50827.2020.00033. DOI: https://doi.org/10.1109/ACOMP50827.2020.00033
[20]. N. Thai-Nghe, N. Thanh-Hai, and N. Chi Ngon, "Deep Learning Approach for Forecasting Water Quality in IoT Systems," International Journal of Advanced Computer Science and Applications, vol. 11, no. 8, pp. 686-693, (2020). DOI: https://doi.org/10.14569/IJACSA.2020.0110883
[21]. N. Duong-Trung, L.-D. Quach, M.-H. Nguyen, and C.-N. Nguyen, "A Combination of Transfer Learning and Deep Learning for Medicinal Plant Classification," presented at the Proceedings of the 2019 4th International Conference on Intelligent Information Technology, Da, Nang, Viet Nam, (2019). doi: https://doi.org/10.1145/3321454.3321464. DOI: https://doi.org/10.1145/3321454.3321464
[22]. J. Höller, V. Tsiatsis, C. E. A. Mulligan, S. Avesand, and D. Boyle, "From Machine-to-Machine to the Internet of Things - Introduction to a New Age of Intelligence," (2014).
[23]. F. Xia, L. T. Yang, L. Wang, and A. Vinel, "Internet of Things," International Journal of Communication Systems, vol. 25, no. 9, pp. 1101-1102, (2012), doi: https://doi.org/10.1002/dac.2417. DOI: https://doi.org/10.1002/dac.2417
[24]. HTElectronics, "Hướng dẫn sử dụng ESP8266 trong các ứng dụng internet," ed, (2020), (in Vietnamese).
[25]. InvenSense, "PU-6000 and MPU-6050 Product Specification," in Revision 3.3, ed, (2012).
[26]. Intelligent Digital Load Cell, NTS Instrument Co. Ltd. [Online]. Available: https://www.mavin.cn/uploadfile/downloads/Mavin%20catalog.pdf.
[27]. S. Patel, P. Talati, and S. Gandhi, "Design of I2C Protocol," Inter. J. of Technical Innovation in Modern Engineering & Science (IJTIMES), vol. 5, no. 3, pp. 741-744, (2019).
[28]. L. Gagliano, E. Bou Assi, D.K. Nguyen, and M. Sawan, “Bispectrum and Recurrent Neural Networks: Improved Classification of Interictal and Preictal States,” Scientific Reports 9, 15649, (2019). https://doi.org/10.1038/s41598-019-52152-2. DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-019-52152-2
[29]. S. Hochreiter and J. Schmidhuber, "Long Short-Term Memory," Neural Computation, vol. 9, no. 8, pp. 1735-1780, (1997), doi: 10.1162/neco.1997.9.8.1735. DOI: https://doi.org/10.1162/neco.1997.9.8.1735
