高齢者のための先回り型ケアを実現するエッジ-クラウド協調アーキテクチャ：リアルタイムのリスク評価と3段階の緊急対応

Abstract

世界的な人口の高齢化が急速に進む中、独居で生活する高齢者の安全を確保するために、知的なヘルスケア監視システムが緊急に必要とされています。既存のクラウド中心のプラットフォームには、緊急対応に不向きな高い遅延、機微なデータの継続送信に起因するプライバシーリスク、そしてスケーラビリティや状況認識に欠ける限定的な単一チャネルのアラート機構といった重大な制約があります。本論文は、リアルタイムのマルチモーダル・センサ融合、4次元リスク評価モデル、3段階の緊急対応システムによってこれらの課題に対処する、エッジとクラウドの協調アーキテクチャを提案します。この枠組みは5層設計（デバイス、エッジ、サービス、データ、アプリケーション）を採用し、3秒未満のエンドツーエンド・アラート遅延でリアルタイムのリスク評価を可能にします。エッジでは、重み付きマルチモーダル融合アルゴリズムにより、5種類のセンサから得たデータを信頼度伝播とともに統合します。統一されたリスクスコアは、転倒確率、生理指標、行動パターン、センサ異常の指標を組み合わせることで生成されます。動的なしきい値に基づき、3段階の通知システムが、家族メンバー、地域の医師、近隣ボランティア間での対応を調整します。CASAS、MIMIC-III、SisFall のデータセットでの実験により、本手法は単一センサ手法を上回り、活動認識精度が91%、異常検出のF1スコアが84%であることが示されます。Raspberry Pi 4のゲートウェイへのデプロイでは、生データをローカルに保持することでプライバシーを維持しつつ、推論遅延が100ms未満であることを確認しました。本アーキテクチャは、実用的でプライバシー保護を備えた、そして迅速に対応できる高齢者ケアシステムの発展に寄与します。