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Apollo: um modelo para predição de acidentes por causas externas em ambientes inteligentes

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Autor Tavares, João Elison da Rosa;
Lattes do autor http://lattes.cnpq.br/9414307669666472;
Orientador Barbosa, Jorge Luis Victória;
Lattes do orientador http://lattes.cnpq.br/6754464380129137;
Instituição Universidade do Vale do Rio dos Sinos;
Sigla da instituição Unisinos;
País da instituição Brasil;
Instituto/Departamento Escola Politécnica;
Idioma pt_BR;
Título Apollo: um modelo para predição de acidentes por causas externas em ambientes inteligentes;
Resumo Segundo dados da Organização Mundial da Saúde (OMS), em torno de 8% do total das mortes no mundo, aproximadamente 5 milhões/ano, são resultantes de causas externas. Estas causas podem ser intencionais, tais como homicídio com arma de fogo, ou não intencionais, sendo os acidentes domésticos como queda ou choque elétrico, os mais frequentes. Estes acidentes afetam principalmente as Pessoas com Autonomia Reduzida (PAR), como, por exemplo, idosos, crianças e Pessoas com Deficiência (PCD). Embora os protocolos e padrões da área médica tenham evoluído de modo a auxiliar no diagnóstico e mapeamento destes acidentes, observam-se ainda lacunas no suporte efetivo a prevenção destes incidentes de saúde. Pela perspectiva tecnológica, o desenvolvimento acelerado das últimas décadas vem proporcionando a aplicação da Internet das Coisas (Internet of Things, IoT), o uso de wearables e o desenvolvimento de ambientes inteligentes que contribuem para o monitoramento das atividades das pessoas, identificação de padrões ou detecção de acidentes, tais como quedas. Entretanto, embora a detecção de eventos possa colaborar para agilizar o atendimento médico e minimizar as consequências de um trauma, esta abordagem segue um modelo reativo pós-trauma. Em contrapartida, esta tese apresenta o modelo Apollo, que realiza a predição de acidentes baseando-se em históricos de contextos das PAR em ambientes inteligentes. O Apollo contribui cientificamente para a prevenção de incidentes por causas externas a partir da identificação de riscos e predição de acidentes, aplicando a abordagem dos cuidados ubíquos em ambientes inteligentes, contando ainda com o suporte de robôs de serviço. O modelo Apollo emprega algoritmos de aprendizado de máquina supervisionados para a detecção e classificação de riscos, em base aos históricos de contextos das PAR. Além disso, utiliza o modelo Hidden Markov Model (HMM) para a predição de acidentes. Complementarmente, a ontologia ApolloOnto foi projetada para formalizar o domínio da aplicação e estruturar os contextos processados. O Apollo Simulator foi implementado para a geração de datasets sintéticos que viabilizaram os experimentos. Para a avaliação da acurácia do Apollo foram modelados 15 cenários baseados em heurísticas e validados por 5 especialistas. Os cenários avaliados consideraram a predição de quedas de idosos, queimadura de surdos, choque elétrico e afogamento de crianças. A detecção de riscos atingiu F1-score médio de 97,9 %, enquanto a predição de acidentes obteve acurácia media de 100 %. Os resultados indicam a viabilidade e a efetividade do Apollo no suporte a predição de acidentes.;
Abstract According to data from the World Health Organization (WHO), around 8% of all deaths in the world, approximately 5 million/year, are the result of external causes. These causes can be intentional, such as homicide with a firearm, or unintentional, with domestic accidents such as falling or electric shock being the most frequent. These accidents mainly affect People with Reduced Autonomy (PRA), such as the elderly, children, and People with Disabilities (PWD). Although protocols and standards in the medical field have evolved to assist in the diagnosis and mapping of these accidents, gaps in effective support for the prevention of these health incidents are still observed. From a technological perspective, the accelerated development of the last decades has provided the application of the Internet of Things, the use of wearables and the development of intelligent environments that contribute to the monitoring of activities of people, identifying patterns or detecting accidents such as falls. However, although the detection of events can help to expedite medical care and minimize the consequences of trauma, this approach follows a post-trauma reactive model. On the other hand, this thesis presents the Apollo model, which predicts accidents based on historical contexts of PRA in intelligent environments. Apollo scientifically contributes to external causes prevention by identifying risks and predicting accidents, applying the ubiquitous care approach in intelligent environments, and with the support of service robots. The Apollo model employs supervised machine learning algorithms for the detection and classification of risks, based on the historical contexts of the PRA. Furthermore, it uses the Hidden Markov Model (HMM) model for accident prediction. In addition, the ApolloOnto ontology was designed to formalize the application domain and structure the processed contexts. Apollo Simulator was implemented to generate synthetic datasets that made the experiments possible. For the evaluation of Apollo’s accuracy, 15 scenarios were modeled based on heuristics and validated by 5 experts. The scenarios evaluated considered the prediction of falls of the elderly, burns of the deaf, electric shock, and drowning of children. Risk detection reached an average F1-score of 97.9 %, while accident prediction achieved na average accuracy of 100 %. The results indicate the feasibility and effectiveness of Apollo in supporting accident prediction.;
Palavras-chave Computação ubíqua; Cuidados ubíquos; Ambientes inteligentes; Robótica ubíqua; Causas externas acidentais; Riscos à saúde; Ubiquitous computing; Ubiquitous healthcare; Smart environments; Ubiquitous robotics; Unintentional external causes; Health risks;
Área(s) do conhecimento ACCNPQ::Ciências Exatas e da Terra::Ciência da Computação;
Tipo Tese;
Data de defesa 2022-03-28;
Agência de fomento CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior;
Direitos de acesso openAccess;
URI http://www.repositorio.jesuita.org.br/handle/UNISINOS/11258;
Programa Programa de Pós-Graduação em Computação Aplicada;


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