国内环境的语义和虚拟Reality-Enhanced配置:智能家居模拟器

文摘

本文介绍了智能家居的模拟器,D4All项目的主要成果之一。这个应用程序考虑所涉及的各种问题的发展环境辅助生活(AAL)的解决方案,比如每个终端用户的特点,设备和技术的部署和数据共享问题。智能家居模拟混合现实的应用程序能够支持国内环境的配置和定制AAL systems-leverages集成功能的语义Web技术和可能性模型相关知识(国内对居民和环境)为正式的模型。它还利用虚拟现实技术作为一种有效的手段来简化定制的光芒四射的配置环境。应用程序和底层框架将通过两个不同的用例,验证每一个预见国内环境的定制配置为特定领域的用户。

1。介绍

环境辅助生活(AAL)是一个研究领域出现在1990年代和收购日益重要。它提出了住宅的工具和解决方案致力于改善日常生活,关注的人,他/她与国内技术和环境的相互作用。在这种背景下,光芒四射的解决方案旨在提高居民的生活质量,舒适,幸福可以定制解决具体问题为特定的人群,如幸运或人受到障碍。然而,光芒四射的发展系统不是一项容易的任务,因为它需要考虑一些基本特性。第一把终端用户来说,系统正在开发:每个解决方案,事实上,必须定制的居民和他们的需求。因此必须采用适当的范式能够负责用户的真实需求和能力。另一个相关问题收集许多研究人员的关注问题的可能性得到全部设备部署在房子之间的互操作。此外,第三个问题时,验证上述互操作性:设置一个国内环境的成本和时间相关,可能劝阻的结果。

为了解决这三个主要问题,D4All项目依赖于一个统一的框架(部分3所示。5),它利用语义Web技术的集成能力和可能性模型相关知识(国内对居民和环境)为正式的模型。此外,项目框架考虑了混合提供的可能性和虚拟现实技术来开发一个应用程序的配置和定制的国内环境中,智能家居模拟器。

本文的其余部分结构如下:部分2提供了一个审查的使用语义Web技术和虚拟现实的光芒四射的配置系统。部分3深入探究了目标,解决的问题,解决方案,和架构D4All项目。部分4详细描述了语义知识库,D4All项目的骨干,而部分5描述了虚拟现实的作用。部分6提出了实际用例开发测试的效率智能家居模拟器及其框架。最后,结论总结的主要结果和素描作品,将追求未来。

2。相关的工作

本节重点介绍最相关的工作领域的语义模型描述的居民和光芒四射的用户解决方案,设备之间的互操作性,AAL系统、仿真和虚拟现实技术的使用和配置的生活环境和智能家居。

语义Web技术已被证明是一种有效的方式来表示相关的知识领域和房屋,他们一直在利用各种各样的作品。特别是,智能家居的语义建模的居民和他们的活动覆盖在过去十年中越来越重要。在[1),作者关注人类活动的检测在一个家里,表示成一组本体包括智能家居的环境和日常生活活动。这个模型可以推断等特性,涉及活动信息,由于推理过程在原始数据和上下文信息。Razmerita et al。2]OntobUM开发,基于本体架构提供用户的身份信息、联系人、偏好,和能力;这个模型产生的部分用户和多个智能服务,自动更新用户信息考虑他/她的行为。在[3),一个光芒四射的造型服务提出了本体;这种本体论认为必要的概念来描述环境中,用户参与,和他们的活动环境,以及他们的习惯和能力。关注用户的静态信息的造型,如物理特性、生活条件,职业,兴趣,教育,和用户体验,提供在4]。这项工作提供了一种方法基于本体的活动用户分析能够避免遗漏和错误。Skillen et al。5)提出了一个个性化本体的上下文感知应用,既考虑用户的静态和动态方面。该模型考虑用户的健康、兴趣、偏好和能力。环境敏感领域的自适应系统,在6),它描述了一个用户配置文件本体能够代表工作subprofiles;本体可以自动触发服务根据用户的个性化。

也在现场设备之间的互操作性,可能代表了领域知识提供了几个优势,描述的各种工作。Welge et al。7)解决的问题不同的设备的互操作性和分布式系统识别开发的知识管理和本体解决这个问题的关键。提出了语义Web技术(8)作为一种有效的方法,允许异构信息环境智能解决方案的管理;在这部作品中,FLERSA工具(9)是增强互操作性的特性,允许部署环境智能应用程序利用不同的技术和平台。在[10],作者描述了一个上层本体的语义支持AAL平台,捕捉光芒四射的语义域和描述一个系统提供的服务,包括编制数据来自传感器和其他服务。在[11],因此欧洲科曼奇族的项目,一个ontology-enabled知识库允许国内环境的造型细节的服务提供给它的居民。知识库允许家庭网络的无冲突和最新的功能,同时提供一个描述的电器和它们之间的关系。

处理智能家居的配置和验证,在过去的十年中,研究人员已经开发出多个系统,目的是测试他们的解决方案实施之前他们在现实世界中。预期设计的验证系统,包括不同的智能对象和传感器实时交换数据,事实上,减少时间和成本的解决方案否则可能非常繁重。在[12,13),作者开发了两个上下文感知模拟器(ISS和农科院)能够处理并发的数据来自传感器和国内居民对特定用户的需求;他们都能够响应特定传感器的测量也潜在的冲突检测和处理的操作规程,时可能出现矛盾的行为是由多个输入数据。虽然这些提供了两种解决方案中的图形用户界面和简单的二维表示,他们不会利用虚拟现实。相反,Sernani等人开发了一个虚拟系统来验证他们的专家系统,命名,虚拟看护管理智能对象的分布式网络在智能家居中,其中每个组件建模作为一个自主代理(14]。重新创建一个现实的场景中,他们还模拟了人类行为考虑模型基于人类基本需求智能家居内部触发特定活动。模拟人类行为也在15)的最终目的是开发一种低成本的系统能够合成数据集在智能环境中活动的识别研究。在[16),作者证明了虚拟环境可以是一个有前途的工具在设计阶段,因为他们为利益相关者提供一个演示系统的功能,从而提高解决方案的最终设计疗养院,在本例中是通过用户的反馈和建议。在[17),作者提出了一个模拟控制面板(SCP)集成在创作工具为了缓解设计解决方案的验证通过创建一个直接联系的造型和测试环境。最后,虚拟模拟也被用来测试的可行性和可靠性,脑-机接口控制智能家电和服务与恢复环境控制的最终目标对象有严重残疾的(18,19]。

3所示。D4All项目:目标和解决方案

3.1。D4All项目:将通用设计应用于国内环境

传统设计的产品和解决方案通常是面向标准的人,这是真正的男人和女人的抽象。这种方法没有考虑到许多变量关于真实的最终用户,如他们的技能、知识、社会交往和需求。为了克服这个限制,“通用设计”的典范20.)也被称为“设计”已经开始脱颖而出:它的目的是在适当考虑不同特征描述真正的人类用户,重点提出的解决方案能够适应用户的特定需求。这种模式的主要原则也可以发现领域的光芒四射,一门学科解决问题,提高人们的生活质量在生命周期的所有阶段和为他们提供辅助系统为一个独立的生活,根据自己的能力21,22]。因此,AAL系统旨在寻找有效的解决方法,来帮助老人或受损的人保持一个独立和自主的生活。虽然很多努力已经向光芒四射的解决方案的发展,大多数的系统和设备创建不能考虑用户的实际需要和忽视的人机交互和实际能力(23]。

在这种背景下,设计所有(D4All)项目(24)旨在运用通用设计的指导方针domotic和包容的国内环境。这些环境,分组在术语“智能家居”[25),应该能够预测和应对居民的需要,促进舒适和幸福在许多日常生活活动(ADL) (26]。

智能家居的设计通常赋予人家庭,幸运,损伤或残疾的人需要一组异构工具在其整个生命周期过程(如概念、设计、实现和测试(17])。此外,它需要极大的关注特定的用户与服务和交互技术可用,以及他们与这些功能。因此,基本在一个连贯的和有效的方式来管理这些交互可以生成大量的不同数据,使数据提供给最终用户(居民)和远程用户(如照顾者或临床人员)。下面的内容将深入研究具体问题属于这两个分支机构,分别的正确识别用户的需求,特别注意对身体活跃,和要求,可能使国内环境的设备和工具完全彼此间的互操作。

3.2。用户的需求和要求

锻炼身体的好处是众所周知的所有年龄段的人;不同的研究表明体育锻炼可以预防一些慢性疾病如高血压的发病,肥胖、糖尿病、骨质疏松症,某些形式的癌症和心血管疾病(27]。幸运尤其如此,因为老龄化导致许多生理系统的结构和功能恶化,即使在没有特定的病理。这被定义为临床条件脆弱一个术语,表示一个状态的脆弱性增加,不仅在不良事件的风险(例如,轻微的感染和瀑布)增加而且身体反应小的侮辱导致健康状况不成比例的变化(从独立依赖或从清醒到认知受损)(28]。在这种情况下,这确实是事实,没有干预能够阻止物理和认知能力下降与年龄有关。然而,有强有力的证据表明,一个最小化的慢性疾病和残疾的风险可以通过有规律的锻炼。世界卫生组织和美国大学体育与医学为幸运有规律的体育活动提供了建议。他们强调它的重要性作为预防措施对物理和认知能力下降29日,30.),自主权的丧失在日常生活中,因此,世界人口的老龄化的经济负担近年来上升(31日]。

这个概念同样适用于健康和患有不同的慢性疾病,虽然很明显,这最后一类家庭居民,提供一个指导体育锻炼可能不足以保证他们在ADL自主权。在所有这些情况下,智能家居必须增强量身定做的解决方案,解决处理具体问题。例如,对于视障用户不完全blind-there有效是需要照亮的每一部分,尤其是危险地区等步骤。聋人需要视觉或触觉报警取代正常警报(32]。马达削弱用户使用需要一个轮椅可访问的,空间被设计成允许以一种简单的操纵轮椅和电器和控制可及而保持坐着(33]。

3.3。智能家居的家电之间互操作性和合作

智能家居将国内住宅配备一组设备经常称为智能对象;正如上面提到的,智能家居和电器工作,确保居民的舒适度和个性化的生活条件。在传统的房子,各种电器部署能够执行他们的任务在一个单独的、孤立的。相反,在智能家居中,所需的设备一起工作在一个可靠的和可预测的行为34)和获取、处理、交流和共享知识的家庭为了满足居民的目标实现他们的舒适和幸福35]。因此,设备必须能够提供定制的服务来提高居民的帮助更好、更健康,更安全的生活在他们的日常生活环境中,必须与其他几个appliances-possibly专业和多厂商合作。

然而,如今这种分布式电器之间的协同作用是保证只有在国内环境中设备使用相同的通信模式和协议栈36部署。所需的设备之间的互操作性应包括不仅单纯的交流互操作性,而且数据和信息模型,以及提供的服务发现机制。达到这种级别的互操作性不是一项容易的任务,它需要大量的时间和需要许多设计决策,以适应特定的设备在一定的约束性质使用场景。

3.4。项目的方法和智能家居模拟器

D4All面临上述挑战依赖的框架,包含了描述用户的生理状态,电器,他们能够提供的服务。框架的目标应用程序的(来自)是为用户的特点是脆弱或障碍提供设备和服务能够应付他们的障碍,从而帮助他们在执行活动,否则将难以实现或笨重。解决方案是不限于特定类别的用户,但其服务延伸至整个光谱的居民。这一目标是通过居民的房子的配置,允许分析是否特定用户的生理需求得到满足和可互操作的电器的行为在他们困难部署在现实的房子。

需要正确评估用户的健康状况定性和定量的方式解决了经常性的国际分类功能,残疾和健康(ICF)、世界卫生组织整体的框架提供了一个统一和标准语言的描述与健康有关的组件。ICF概念化个体的功能为“动态相互作用一个人的健康状况、环境因素和个人因素”(37),作为一种工具能够缓解卫生利益相关者之间的沟通(护理人员和临床医生)和提供一个标准和全球可比的描述功能的个人经历。由于它的词汇,这是更容易解释的也非门诊人员,分类也可以用于各种与健康有关的领域,如康复(38)或在工作场所受伤工人重返社会39]。分类是组织在两个主要部分:第一,“功能和残疾”,提供了一个组件的描述身体功能,的身体结构,和活动和参与;而第二个。”语境因素”提供了方法来描述组件的影响环境因素和个人因素。每个组件是进一步深化为章节,识别处理领域。然后一个人描述的功能通过他/她的健康状况之间的交互和上下文,他/她的行为。每个组件都是由字母(b身体功能,年代身体结构,e环境因素,d活动和参与),可以通过添加数字(图详细1)。

根据数字的位数的信后,可以得到一个代码的长度表示granularity-up到五位数的水平。个体的功能或残疾可以选择合适的类别及其相应的代码,然后添加一个限定符(从0,这意味着“没有障碍,”4,表示“完全障碍”)。

除了用户使用ICF执行的特征,了解他们的身体状况是加深考虑到心肺健身(CRF)。就像前面提到的3所示。2事实上,一般身体状况起着重要的作用在预防一些疾病的发生,因此,必须采取考虑到不仅在描述用户还在设计智能家居,应构建照顾用户的健康和福祉也(40]。CRF表达一个人的身体健康,指定他/她的能力进行动态、moderate-to-high强度长期锻炼的时间(41]。此外,它已被证明是成反比的死亡率和心血管的风险,肺和冠状动脉疾病(42]。因此,CRF的代表一个合适的指标一般健康状况和主题可以用来监控进展或回归健康状况的智能家居居民通过时间(41]。

语义Web技术(43),在特定领域知识的造型本体(44),选择提供一套正式的和共享的概念及其关系的描述创作领域的国内环境,用户,它的电器。语义Web技术确实可以提供一个描述的设备的功能和服务,从而提高它们之间的语义互操作性。此外,采用语义网规则语言(SWRL)规则,可以触发特定的推论,比如部署特定的设备和服务,满足用户的特定需求(如在部分进一步阐述3)。然而,设备交互的分布式合作的国内环境不能总是验证在实际environment-mainly因为成本高和时间设置环境。为了缓解先验评估,以及验证集成设备方案的设计提供AAL服务用户和他们的服务,智能家居模拟器(合成)了。此应用程序的目的是让国内环境模拟和配置一个房子的设计师利用的虚拟表示房子和电器。她还允许设计师裁缝每个设备提供的服务,利用语义Web技术提供的描述;这样,无法律允许建设一个完整和清晰的照片辅助用户和他们的生活环境的状态之前有效hard-deploying AAL定制的解决方案。结果是一个现实的模拟一个家,设计师可以设置设备根据居民和他们的环境发生变化。啦,虚拟现实和语义Web的组合生成一个集成和聚合相关知识观与家庭环境有关。这种耦合允许物理和虚拟对象共存和实时交互,从而提高设备的配置业务也在现实场景。此外,语义Web技术可以提供一个正式的方法来表示和模型相对应的数字对应的真实物理世界的国内环境。

3.5。系统的架构

二手烟是一个应用程序依赖于一个集成的面向服务的平台[45]。这个平台的主要目的是管理知识和用户的域,同时允许它们之间的各种设备交换数据。这个框架被称为虚拟家庭框架和基于四大支柱:(我)第一个是语义层,命名为“知识家”(KBHome),这是一组本体描述上述领域的相关知识(KBHome,进一步描述的部分3)。(2)第二个支柱由国内环境的虚拟表示:这个特性允许几乎代表电器和传感器(如部分所述4和5)。(3)集成服务保证数据集成系统的物理和虚拟组件之间的同步。这种方法是在钻研46),在这种情况下,应用程序可以很容易地进行互操作,数据集成、共享,派遣,和聚合机制对客户透明。因此,集成服务能够促进之间的语义集成各种家用电器和传感器提供的数据(真实与虚拟)和为提高实时同步:(1)它们使获取信息从任何设备(设备或传感器和真实或虚拟)。(2)他们允许存储、解释和管理收到的信息。(3)他们分享和调度信息当设备要求或必要的信息可用时。(iv)真正的家,它真正的电器、代表的部署解决方案确定,由于合作框架的三大支柱之一。

她就像一个用户友好的、语义和虚拟现实界面允许设计人员配置和测试(虚拟或真实的电器)AAL解决方案定制特定用户(图2)。

4所示。的知识基础

知识库包含用户的信息和他/她的健康和身体状况和生活环境组合电器部署或部署的房子,它是模仿一组名为“KBHome的本体。“霓虹后的本体建模方法47),一个本体工程方法允许关注现有资源本体的重用。知识库是利用软件开发的门徒(48),而资源描述框架(RDF) (49和Web本体语言(OWL)50),使用语义Web规则语言(SWRL) [51),被选中的实现语言;颗粒(52)是用于执行本体推理活动中寻欢。KBHome由四个主要本体,每解决一个特定的领域。

4.1。用户的健康状况和心肺健身本体

这个领域本体描述了关于用户的域的概念,从他的注册记录(出生日期和地点、当前地址,性别,和电话号码)。最相关的特征,这种本体的描述用户的健康状况使用规范和限定符包括在ICF中。这个目的,本体的上可用ICF-publicly BioPortal-was部分再造工程:ICF的具体规范,最初模仿作为个体,被转换成数据类型属性,为了使模型可能几个健康状况ICF使用相同的代码。每个用户与他/她的健康状况(模拟作为一个个体),通过描述数据类型属性组合ICF(图3)。

每个健康状况可以分为“视力受损的健康状况”,“运动健康状况受损,”“听力受损的健康状况,”和“认知健康状况受损。”对于每一个类,有一个进一步的子分类对于相关的损伤等级,根据限定符分配给每个数据类型属性;例如,类“视力健康状况受损”可以深化为“轻度视力损害,”“中度视力损害,”“严重的视力损害,”和“完整的视觉缺陷。“根据类型学的障碍与他/她的健康状况有关,一个用户可以推断属于一个特定类的用户(“视力受损的用户,”“汽车受损的用户,”“认知受损的用户,”或“听障用户”)。

遵循同样的本体设计模式,用户与他/她的CRF(表示),这是评估在临床人员的监督下进行测试。根据检测到的值存储在这个本体,可以将用户的CRF,多亏了推理过程到子类(“严重CRF有限,”“减少CRF,”“足够的CRF,”“好CRF,”“优秀的CRF,”和“多优秀的CRF,”根据百分位(53符合用户的价值)。

用户的值可以用来评估一个练习的定制工作负载(在本例中进行cycle-ergometer),如以下所述方程(54]:

角系数米和拦截问user-dependent和插值的计算获得的数据在测试期间执行。选择65%的训练强度与ACMS系统协议,确定它的最低强度能产生增加用户的CRF (55]。方程(1)可以很容易地转换成SWRL,从而确定运动负荷应用于cycle-ergometer:设备(周期)、用户(简),TrainingIntensity (? trInt), hasTrIntValue (?trInt, TrIntValue), hasCardiorespFitness(简,cf), isCharacterizedByLinearRelationship (?cf, lr)、hasMValue (?lr, mvalue)、hasQValue (?lr, qvalue)、hasVO2maxValue (?cf,心肺功能),乘以(?年代tep1, ?VO2max, ?TrIntValue), subtract(?step2, ?step1, ?qvalue), divide(?WLcycle, ?step2, ?mvalue), → setsWLonCycleErg(?cycle, ?WLcycle)

通过这种方式,它可以代表相关知识关于他/她的用户和一些功能的生理状态在一个简单的方法,总结在图4。

4.2。电器和国内环境本体

这个本体旨在提供一个描述的电器和链接部署他们的房间。此外,它可以提供一个列表的每个设备可以执行测量。本体是由三个主要模块:第一次提供了一个简单的表示的一个通用的国内环境,模拟类和个人。每个代表一个用户的房子的房间和描述数据类型属性说明每个房间的尺寸。

第二个模块是电器模块,收集设备的列表(包括白色和棕色商品)和传感器,为每个人提供了一个描述;这个描述是实现利用HicMO“语法”56),一组XML属性可以描述任何设备的特性。根据氖方法提供的指导方针,HicMo属性转化为数据类型和对象属性创建一个XML描述符的语义模型。通过这种方式,可以提供一种“身份证”,每个设备部署或部署在房子里。智能对象的描述与子模块集成描述为每个设备可用的项目列表;每个程序被描述为一个个人和与一个或多个电器。

因为每个设备可以产生一个或多个测量,第三个模块允许提供的描述这些测量。后者可以分为“环境测量,”“生命迹象,”和“设备测量”;例如,一个数字温度计位于房间的客厅可以检测温度,而温度计位于用户衡量他/她的内部温度。测量描述用户的生理状态利用本体(部分再造工程的重要标志57),而测量有关电器和国内环境利用本体的单位(58提供一个良好的描述。图5描述一个例子,一个传感器进行测量用户的温度。

4.3。舒适指标和国内环境模型

这个本体描述舒适维度在国内环境中,考虑到测量建模等类”公司₂浓度”、“DomesticHumidityRate”、“DomesticLuminance,”和“DomesticTemperature。DomesticTemperature“特别是类分为“WinterDomesticTemperature”和“SummerDomesticTemperature。“每个类分为“可接受”及其补充“NotAcceptable。“每个人”环境测量”然后根据这些类分类。例如,测量检测有限公司₂浓度等于1147 ppm是“NotAcceptableCO推断出来的₂浓度”,因为“AcceptableCO₂“需要环境浓度测量值小于或等于1000 ppm。

舒适的类描述维度描述的限制转化为几个标准(如ASHRAE这样[59)的温度和湿度舒适,uni - 2004 (60亮度的建议),和uni - 2008 (61年空气质量在国内环境中)。

4.4。编排的服务

这个本体描述的事件由一个或多个条件发生在环境或给用户。使用SWRL规则,可以描述一个特定操作的条件被激活。例如,设置合适的空调系统在夏季的计划,必须持有下列条件:EnvironmentalMeasurement (?), NotAcceptableSummerDomesticTemperature (?), hasMeasurementValue (?米,价值),greaterThanOrEqual (?价值,27),EnvironmentalMeasurement (? n), NotAcceptableDomesticHumidityRate (? n), hasMeasurementValue (?n, value2)、greaterThanOrEqual (?value2, 60),设备(air_conditioning_system) AirConditioningSystemProgram (SummerBreeze) - > hasProgram (air_conditioning_system SummerBreeze)

数情况下,类似上面描述,描述了在这个本体,提供设备的条件下能够反应提供合适的服务。更复杂的情况包括定制服务被部署为特定类别的受损的用户。

4.5。生活环境的配置

这种本体允许分类电器(如上所描述的部分3所示。2)到其他类;根据他们的特点和程序,设备可以为用户提供有用的服务,帮助他们应对障碍在执行日常生活活动。因此,房子的家电也分类根据其是否适合特定类别的受损的用户,使用类“认知损伤设备,”“听力障碍设备”,“运动损伤设备,”和“视力损害设备。”

利用这些特性,可以模型配置项目。每个项目都是模仿作为一个个体的ID号,并允许选择电器连同他们的程序。此外,它可以指定用户的项目设计(图6)。这种本体还允许自动推断如果一个设备适用于一个特定类别的受损的用户根据项目可用的应用程序。这样,设计师可以选择从设备列表中推断出足够应对用户的障碍,和来自这个本体的推理过程的输出是可利用的作为一个决策支持系统(62年设计阶段的生活环境。

5。定制的智能家居服务

为了设计一个智能家居能够为其居民提供合适的工具和服务,提高他们的福利和ADL的自主权,提供定制的解决方案是必要的。这一步通过收集受试者的需要通过特殊的评估他们的健康状况的设计定制的解决方案能够帮助用户在应对障碍或以某种方式来提高他们的生活质量。

5.1。用户描述

为国内居民的健康状况的评估,临床医生的介入需要填写ICF-based模块。临床人员必须通过标准测试和评估所有用户的障碍临床量表专门负责调查一个精确的域(视觉,听觉63年),电机或认知缺陷)或幸运的总体健康状况64年,65年]。

CRF的评估发生在第二阶段,可以以不同的方式执行。黄金标准的测量方法包括氧气和二氧化碳通过肺量测定法在体育锻炼的增量。这导致最大氧uptakedefined的决心——代表一个人的能力占用和使用了氧气22]。替代技术预见CRF的间接估计从测量受试者的心率(HR)。这些技术都是基于线性关系的假设用户的人力资源和工作负载;此外,他们假设所有同龄的人确实最大心脏频率相同。尽管这些假设通常适用于健康受试者,这些假设通常不站在幸运的情况下或残疾的人23]。因此,第一个methodology-based过期的直接测量气体总是首选。需要考虑另一个重要方面是测试个人在CRF的安全评估测试。美国胸科学会发现周期测力计为设备首选对跑步机的病人,因为它不介绍下跌的风险并允许并发测量气体和工作效率,作为交换,达到高水平的能力降低 ,这应该不是一个问题的脆弱的人。

在定义设备和其他辅助工具血液脉搏血氧计,心电图(ECG),和一个血压(BP)监测在最不需要确保在测试期间的安全主题,智能家居的CRF居民多级锻炼后可以确定协议(22]。选择协议预计初步热身阶段和常数负载较低的其次是增加工作负载稳态后的20 W 3分钟。所有的条件触发工作负载的增加细节表中报告1。

在测试期间,专家临床人员必须不断监视个人的条件执行心肺运动:这是必要的,因为最终的目标是确定主题的最大努力达到他/她的生理极限。因此,如果表中列出的条件2发生时,运动必须立即终止。此外,在运动中断的情况下,主题必须由医生协助,直到恢复正常的价值观和病情稳定。

已完成这两个阶段的评价,每个主题提供一个完整的记录,他/她的健康地位的全球标准ICF-accurate关于他/她的CRF的信息,因此他/她的身体功能。从后者,定制的日常体育锻炼对每个人来说可以解决(如部分所述6.3)。循环测力计维护培训设备还在智能家居环境中配置,因为它更高的安全的跑步机,这是唯一的其他健身器材能够提供一个直接控制的工作量。当然,测力计的使用周期是兼容的人患有严重的运动限制或没有障碍的姿势控制。这些严重的情况是在第一次识别的临床评估,通过ICF正式完成,应该解决定制的解决方案,例如,一个胳膊测力计。

5.2。配置和测试用户的智能家居

从收集的信息在用户的评价阶段,智能家居设计师,能够解释这些数据,可以建立一个混合现实环境能够响应用户的需求提供最合适的解决方案。在这种情况下,使用混合或虚拟现实导致几个优势;首先,正如前面提到的,是测试的可能性不同设备之间的通信。第二由最终用户直接体验的可能性大,与熟悉的双重目的他/她的新配置的智能家居和给予建议的设计师可以改善最终的家居设计。最后,虚拟现实的就业,加上部分中描述的语义模型3,让智能家居设计师/最终用户测试传感器的功能或设备不需要由于在现实世界中,从而节约时间和成本。

5.2.1。定制的智能家居的配置

在这个阶段,设计师收到蓝图的最终用户的当前的房子;他/她因此能够模型使用创作工具,重建的数字模型居住的房间。这个模型在智能家居的模拟器,可以导入D4All项目中开发的基于pc的应用程序使用统一的3 d。在这个应用程序中,设计师可以添加设备和家电数码模型,选择他们的模仿中描述的语义“目录”部分3所示。2。实时更新目录内已经使用SPARQL查询语义库,用户的需求和特点被储存。

设计师也可能实际设备或传感器集成智能家居的数字表示,由于部分中描述的架构3所示。5,它允许真实和虚拟世界之间的数据交换。当定制环境的设计和设备之间的通信,完成了传感器、和验证了人类用户,设计师可以保存项目并将其存储为进一步修改。

5.2.2。测试设计的解决方案

最终设计阶段,智能家居模拟器提供最终用户测试解决方案的可能性特别发达根据他/她的特点和需求。解决方案可以部署在不同的平台上,根据目标用户的特征或类型(虚拟现实或混合)的环境。当然,身临其境的(例如,头戴显示器和洞穴)或semi-immersive(例如,半圆柱形投影屏幕)经验是最有前途的手段来验证不同的场景和了解智能家居服务工作,因为它们会引发强烈的现场感和更自然的交互他们经常提供(66年]。然而,当选择了VR技术,必须特别注意在目标用户:脆弱的幸运或严重的认知障碍,不良事件的风险和疾病在使用头盔显示器是毋庸置疑65年]。因此,其他的解决方案应该是首选,即使在交换一个减少强烈的现场感。nonimmersive环境的使用也应该首选的实际设备或设备包含在最终的解决方案,因为如果没有很好地重建在虚拟世界交互(即可能变得非常复杂,甚至危险。,用户可以访问)。

验证后在复杂的现实环境中,设计者可以确定实现的解决方案能够帮助用户在应对他/她限制在日常生活的活动,在仿真期间观察到他/她的行为。此外,他/她可以从最终用户获取直接信息,面试他/她,询问他们在未来的房子会变化。这些修改是可以实现的配置和测试,直到达到最优的解决方案,最终用户将实现在他/她自己的地方。

6。验证与实际用例

采用框架的合成是通过两个真实的用例进行验证。第一个预见厨房为视障用户的配置,而第二个地址的问题积极老龄化和预见一位上了年纪的用户执行国内体育活动。

6.1。配置一个真正的环境:厨房

这个用例包括一个厨房设计师设计一个厨房使用合成为最终用户选择最合适的电器:一个人受到中度视力损害(ICF指定代码:b21022.2——“中度损伤的对比敏感度”)和嗅觉减退(b255.2 -嗅觉功能”中的“温和障碍)。设计师获得用户的厨房设计图和阐述了厨房的虚拟模型。在这个模型中,他/她的地方最适合的设备和传感器来应对用户的障碍(s)从列表中选择他们,提供的KBHome(见部分3所示。5)。

这个用户,KBHome检索(我)两个感应炉灶面:一个能够产生一个高对比度的表面(黑色面板)与表面纹理按钮;另为黑色表面提供高对比度控制和数字和背光显示;(2)两个模型对流烤箱的数字和背光显示和一组控制灯;(3)洗碗机的四个模型与高对比度和背光数字显示;(iv)冰箱与数字和背光接口的两个模型,说明当前的内部温度和内部光。

根据用户的喜好,设计师选择了电器和集厨房的虚拟模型,如图7- - - - - -10。

6.2。验证应用程序的

配置的验证部分进行形成性评价方法后,如[67年,68年]。这种类型的验证预测的观察和经验评估代表用户的交互类型的基于任务的场景:在这种情况下,厨房的设计描述的部分6.1。这种类型的评估的目的是确定可用性问题和评估用户的学习曲线和他/她的工作性能,通过定性和定量的结果。要做到这一点,五个设计师将参加这项研究;他们将场景和智能家居模拟器应用程序在第一次约15分钟的训练阶段。缓解,加快他们的工作,空厨房的数字模型也将作为起点提供。在配置阶段,任务时间、错误潜在的软件缺陷,将注册用户的评论。在审判结束,系统可用性得分(SUS)调查问卷69年将管理每个参与者。自由言论也会收集并考虑提高软件根据最终用户的(设计师)的需求。

6.3。配置为体育活动的生活环境

第一个用例描述了一个为老年人常见的情况,一个72岁的虚弱的女人必须执行日常的体育锻炼cycle-ergometer放置在她的卧室。她的健康状况是ICF描述以下代码:b7353.2(“中度损伤肌肉的语气低一半的身体”),b4550.2(“温和的障碍一般身体忍耐力”),和s75002.181(“轻微损伤的肌肉紧(损伤的本质不是指定)),而她的CRF评估为18.3。因此,她一直在规定的一个适当的体育活动,监视她的结果和执行条件。数据源于她锻炼会话必须提供照顾者或临床人员,以定期评估改进或恶化的能力和条件。用例预见用户的智能家居是配备了自行车测力计,心率监测器,呼吸速率监控和血压监测。用户接收的信息通过平板电脑性能。完成日常身体活动,她请求进入卧室,那里存在传感器检测到用户的存在。她是那么需要准备的卧室为了执行运动,通过通风的房间,等待,直到达到适当的温度(20°C)。一旦空气质量和温度达到适当的值,用户可以穿传感器和开始锻炼,其工作量设置基于她特定的卫生条件。在执行活动,她的生理状态监控。 At the end of the physical exercise, the data regarding the exercise session and the physiological measurements detected are stored and remain available for the caregivers. All the instructions are given to the user via a virtual tablet, through which she can also check her performance in real time and potentially receive different types of alerts based on the sensors’ measurements.

设计师,使用合成功能,装备环境与实际传感器(心率监测器,监测呼吸率,和血压仪),并提供生活环境的虚拟表示形式与致动器启用的自动开启和关闭窗口。该虚拟环境还包括一个传感器,可以探测用户的出现在房间里,一个环境温度计,和一个空气质量传感器,能够测量有限公司₂集中在房间里。数据对用户的健康状况和CRF KBHome存储。

通过导航虚拟场景,用户水龙头上的虚拟平板运动图标和接收指令如何设置环境的活动。起初,她被要求进入卧室,周期测力计所在地。存在传感器是能够发现她的存在和触发器的空气质量传感器安装在房间里。它测量有限公司₂集中在房间里获得数据并存储到KBHome,这个信息处理。因此,在注册一个不可接受的公司₂集中在房间里,平板电脑上的用户收到警报警告她,由于当前的有限公司₂浓度,她是不允许执行练习:用户接收建议打开窗户。然后,她打开窗口,利用适当的选择在虚拟平板电脑。当空气质量和温度达到一个合适的水平进行锻炼,在平板电脑上的用户收到一个通知。最后,她可以开始体育锻炼的持续时间和程度的困难由KBHome自动选择基于她的健康状况和CRF评估(如部分所示4.1和5.1)。在这种情况下,工作负载计算部分中给出的方程4.1,和锻炼的持续时间设置为20分钟(或用户请求)。用户接收指令如何以及在哪里穿传感器。表演练习的时候,用户的血压、呼吸率、和脉搏率是由这些可穿戴设备监控,而且,如果出现任何生理异常,警告用户立即修改通过平板电脑报警或停止运动。的锻炼,身体和生理数据关于性能(血压、脉搏和身体活动的持续时间)都存储在语义库,它们在护理人员的处理。

6.4。验证的发展老年人体育活动的配置环境

幸运的验证为厨房设计场景描述遵循相同的方法。一个小样本(n= 5)目标用户将进入第一个试点试验专用的评估潜在的软件或方法论的问题在发达的场景。

招收对象必须满足以下入选标准:年龄≥65岁,他们在一般应该有轻度到中度损伤身体耐力,他们应由临床医生判断受试者将受益于一个光日常体育锻炼。排除标准是严重的认知障碍或视力问题的存在并不能表达知情同意。每个主题,一旦注册,应该进行CRF评估在临床设置,如部分所述5.1。在完成测试后,他/她的CRF值将被用来评估目标工作负载被设定在运动的开始。

场景的设置用于验证致力于幸运试图尽可能地模拟部分中描述的情况6.3。因此,整个房间是完全致力于描述场景的娱乐;它将提供一个周期测力计(真正的),脉搏血氧计(真正的),一个血压仪(真正的),平板电脑(真实),存在传感器(真正的),自动窗(虚拟),一个空气质量传感器(虚拟)和一个温度计(虚拟)。所有的虚拟对象将提交给目标用户使用投影仪。

专业人员将指导每个主题系统的目标和功能,提供每个组件的概述。就有信心的设置中,受试者将左免费不断监督临床和技术人员与系统交互指令后,通过平板电脑。每个主题将执行20分钟的自行车,后开启和关闭(虚拟)窗口,与工作量根据他/她的CRF组。为了保证,在每个瞬间,的安全培训、监控参数值不得超过表3。

这个场景的验证将通过客观的量化数据的收集(错误,任务时间,需要建议,和一般性能)的采访对象使用一个特别发达的问卷。由于人口的特点,事实上,半结构式访谈被选为首选方法收集定性的信息评估的可接受性和可用性设计系统(72年]。

7所示。结论和进一步的工作

介绍了智能家居的模拟器,一个光芒四射的应用程序,利用虚拟现实和语义Web技术来解决国内的配置环境。居民的健康状况,定期评估临床人员,模仿成语义知识库(KBHome),允许自动推断出一组设备能够帮助居民自主执行几个日常生活活动。的本体也提供一个正式的描述用户的健康状况和他们的心肺适能,环境舒适指标,和电器和他们的行为使居民的可能性提供量身定制的服务。事实上,推理过程允许的结果,从一方面,确定一组设备,可以支持居民在日常生活活动,从而帮助他们应对障碍和生活在一个自治的方式;另一方面,KBHome可以为居民提供了参数建立日常身体活动。最相关的一个方面的智能家居模拟依赖于开发的国际分类功能,残疾和健康,一个健康相关领域的国际标准作为一种通用的语言在临床人员和临床前的专业人士。

结果来自美联储推理过程是一个虚拟的以现实为基础的应用程序,能够提供一个真正的国内环境中繁殖智能家居设计师或建筑师可以选择和部署的设备来研究他们的行为和他们如何应对用户的障碍。这个虚拟配置过程的优点是完全围绕用户的真实需求和限制(模仿到本体与ICF),大大减少了成本和时间建立一个智能家居通过测试设备(和他们的行为)在一个虚拟环境。

部署两个用例验证智能家居模拟功能和可用性测试的可能性来配置一个特定的环境进行体育锻炼根据特定的标准。

在接下来的几个月,节中描述的验证阶段6将涉及不同的医疗和工业合作伙伴。验证过程包括实验活动与病人(表现为轻度和中度障碍),他们将被要求深入描述的虚拟环境和执行任务中提供的用例部分6.3。通过这种方式,可以验证方法论的方法和所选的技术。

验证阶段的另一个目标是优化框架,以确保舒适水平老年人在他们的家园和延长测量和描述的方法在国内舒适的评估指标。

进一步有效预见发展的其他场景涉及不同类型的用户,以多样化的障碍和不同的国内环境。KBHome本体将浓缩到包含更多的舒适指标和模型规则提供定制舒适指标具体类别的居民。这些发展有望缓解了标量架构已经执行和将允许不同用户的需要,提供合适的答案中预见到“D4All”项目。

另一个改进的方法也将在未来解决该问题。为了部分自动化的过程从语义信息检索模型和随后利用这些数据和机器学习(ML)技术将被执行。毫升技术的使用应该被集成到语义的方法,允许修改知识库。在这种情况下,应该开发一些应用程序,以确保适当的建模数据的获得通过ML技术;否则,原始本体存在腐败的可能性。此外,使用毫升方法,专家的监督(例如,一个设计师或临床医生),今天强烈是必要的,可能只至关重要的任务(例如,对用户的健康决策)。事实上,完成自动化的过程仍然是一个开放的挑战,因为敏感的领域,可能会受到错误的决定的影响采取的ML算法。当处理(虚弱)人类用户和他们的健康,事实上,没有错误可以被容忍,,因为现在没有保证自动学习总是非常完美,人类专家的监督是需要道德和法律两方面的原因。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

确认

作者要感谢Progetto MIUR没有。CTN01_00128_297089“设计软件集成环境和先进的人机接口设计辅助生活。”

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