Tran Cong An * , Do Thanh Duc , Le Dinh Chien , Son Bup Pha , Lu Minh Phuc , Ngo Ba Hung , Nguyen Huu Van Long and Pham Thi Xuan Diem

* Corresponding author (tcan@cit.ctu.edu.vn)

Abstract

Fall is the most common cause of injury for elderly people. It does not only lead to physical injuries such as broken hip or head trauma, but also causes some psychological problems. However, early fall detection can help to reduce fall’s consequences. Therefore, in this paper, an approach is proposed to detect elderly fall based on accelerometer data. The fall detection model is constructed using the long short-term memory deep learning architecture. A long short-term memory with 64 hidden units is used to train the detection model. The experimental result shows that this approach is suited to detect falls of the elderly with 93.9% of accuracy.
Keywords: Accelerometer, elderly, fall detection, ong Short-Term Memory

Tóm tắt

Té ngã là một hiện tượng phổ biến của người cao tuổi. Té ngã không những gây ra các chấn thương sinh lý nghiêm trọng như gãy xương, tổn thương vùng đầu,… mà còn gây ra các tổn thương về tâm lý cho người cao tuổi. Ngoài việc phòng chống thì phát hiện té ngã một cách kịp thời có thể giúp hạn chế hậu quả của việc té ngã gây ra. Trong bài báo này, chúng tôi đề xuất một phương pháp phát hiện té ngã cho người già sử dụng gia tốc kế (accelerometer) trên các thiết bị di động. Mô hình nhận dạng té ngã được xây dựng dựa trên mô hình học sâu Long Short-Term Memory (LSTM). Chúng tôi sử dụng mô hình học sâu LSTM với 64 lớp ẩn. Kết quả thực nghiệm trên tập dữ liệu thực do chúng tôi thu thập thực tế cho thấy rằng mô hình đề xuất phù hợp cho việc phát hiện té ngã ở người cao tuổi với độ chính xác là 93,9%.
Từ khóa: Gia tốc kế, mạng neural hồi qui, người cao tuổi, phát hiện té ngã

Article Details

References

Altman, I., Lawton, M. P., Wohlwill, J. F. (eds.), 2013. Elderly people and the environment. Vol. 7. Springer Science & Business Media.

Bao, L., and Intille, S., 2004. Activity recognition from user-annotated acceleration data. Pervasive computing: 1-17.

Bradley, S. M., 2011. Falls in older adults. Mount Sinai Journal of Medicine: A Journal of Translational and Personalized Medicine 78, no. 4: 590-595.

Brezmes, T., Gorricho, J. L., and Cotrina, J., 2009. Activity recognition from accelerometer data on a mobile phone. Distributed computing, artificial intelligence, bioinformatics, soft computing, and ambient assisted living, pp. 796-799.

Chen, J., Kwong, K., Chang, D., Luk, J., and Bajcsy, R., 2006. Wearable sensors for reliable fall detection. In Engineering in Medicine and Biology Society, 2005. IEEE-EMBS 2005, pp. 3551-3554.

Foroughi, H., Aski, B. S., and Pourreza, H., 2008a. Intelligent Video Surveillance for Monitoring Fall Detection of Elderly in Home Environments. IEEE 11th International Conference on Computer and Information Technology (ICCIT), pp. 24-27.

Foroughi, H., Rezvanian, A., and Paziraee, A., 2008b. Robust Fall Detection Using Human Shape and Multi-Class Support Vector Machine. IEEE 6th Indian Conference on Computer Vision, Graphics & Image Processing (ICVGIP), pp. 413-420.

Foroughi, H., Yazdi, H. S., Pourreza, H., and Javidi, M., 2008c. An Eigenspace-based Approach for Human Fall Detection Using Integrated Time Motion Image and Multi-class Support Vector Machine. IEEE 4th International Conference on Intelligent Computer Communication and Processing (ICCP), pp. 83-90.

Kalache, A., Fu, D., and Yoshida, S., 2008. WHO Global Report on Falls Prevention in Older Age. World Health Organization Press, Geneva, Switzerland.

Kingma, D., and Ba, J., 2014. Adam: A method for stochastic optimization. arXiv preprint arXiv: 1412.6980.

Kwapisz, J. R., Weiss, G. M., and Moore, S. A., 2011. Activity recognition using cell phone accelerometers. ACM SigKDD Explorations Newsletter 12, no. 2: 74-82.

Lee, Y. S., and Cho, S. B., 2011. Activity recognition using hierarchical hidden markov models on a smartphone with 3D accelerometer. In International Conference on Hybrid Artificial Intelligence Systems. Springer, Berlin, Heidelberg, pp. 460-467.

Li, Q., Stankovic, J. A., Hanson, M. A., Barth, A. T., Lach, J., and Zhou, G., 2009. Accurate, fast fall detection using gyroscopes and accelerometer-derived posture information. In Wearable and Implantable Body Sensor Networks, BSN 2009, pp. 138-143.

Maurer, U., Smailagic, A., Siewiorek, D. P., and Deisher, M., 2006. Activity recognition and monitoring using multiple sensors on different body positions. In Wearable and Implantable Body Sensor Networks, 2006. BSN 2006.

Mikolov, T., Joulin, A., Chopra, S., Mathieu, M., and Ranzato, M. A., 2014. Learning longer memory in recurrent neural networks. arXiv preprint arXiv:1412.7753.

Rojas, R., 2013. Neural networks: A systematic introduction. Springer Science & Business Media.

Ronao, C. A., and Cho, S. B., 2016. Human activity recognition with smartphone sensors using deep learning neural networks. Expert Systems with Applications 59: 235-244.

Schmidhuber, J., and Hochreiter, S., 1997. Long short-term memory. Neural computation 9, no. 8: 1735-1780.

Wu, J. P., and Wei, S., 1989. Time series analysis. Hunan Science and Technology Press, ChangSha.

Zhang, T., Wang, J., Xu, L., and Liu, P., 2006. Fall detection by wearable sensor and one-class SVM algorithm. Intelligent computing in signal processing and pattern recognition, pp. 858-863.