Research that involves human-beings depends on the data collection. As technology solutions become popular in the context of healthcare, researchers highlight the need for monitoring and caring patients in situ. Human Activity Recognition (HAR) is a research field that combines two areas: Ubiquitous Computing and Artificial Intelligence. HAR is daily applied in several service sectors including military, security (surveillance), health and entertainment. A HAR system aims to identify and recognize the activities and actions a user performs, in real time or not. Ambient sensors (e.g. cameras) and wearable devices (e.g. smartwatches) collect information about users and their context (e.g. localization, time, companions). This data is processed by machine learning algorithms that extract information and classify the corresponding activity. Although there are several works in the literature related to HAR systems, most studies focusing on elderly users are limited and do not use, as ground truth, data collected from elder volunteers. Databases and sensors reported in the literature are geared towards a generic audience, which leads to loss in accuracy and robustness when targeted at a specific audience. Considering this gap, this work presents a Human Activity Recognition system and corresponding database focusing on the elderly, raising requirements and guidelines for supportive HAR system and the selection of sensor devices. The system evaluation was carried out checking the accuracy of the activity recognition process, defining the best statistical features and classification algorithms for the Elderly Activity Recognition System (EARS). The results suggest that EARS is a promising supportive technology for the elderly, having an accuracy of 98.37% with KNN (k = 1). / Pesquisas e serviços no campo da saúde se valem da coleta, em tempo real ou não, de dados de ordem física, psicológica, sentimental, comportamental, entre outras, de pacientes ou participantes em experimentos: o objetivo é melhorar tratamentos e procedimentos. As soluções tecnológicas estão se tornando populares no contexto da saúde, pesquisadores da área de saúde destacam a necessidade de monitoramento e cuidado dos pacientes in situ. O campo de pesquisa de Reconhecimento de Atividade Humana (sigla em inglês HAR, Human Activity Recognition) envolve as áreas de computação ubíqua e de inteligência artificial, sendo aplicado nos mais diversos domínios. Com o uso de sensores como câmeras, microfones e acelerômetros, entre outros, um sistema HAR tem por tarefa identificar as atividades que uma pessoa realiza em um determinado momento. As informações coletadas pelos sensores e os dados do usuário são processados por algoritmos de aprendizado de máquina para identificar a atividade humana realizada. Apesar de existirem vários trabalhos na literatura de sistemas HAR, poucos são voltados para o público ancião. Bases de dados e sensores reportados em trabalhos relacionados são voltadas para um público genérico, perdendo precisão e robustez quando se trata de um público específico. Diante dessa lacuna, este trabalho propõe um sistema de Reconhecimento de Atividade Humana voltado para o idoso, levantando requisitos para o sistema HAR assistido e selecionando os dispositivos sensores. Um banco de dados HAR com dados coletados de voluntários mais velhos também é fornecido e disponibilizado. A avaliação do sistema foi realizada verificando a acurácia do processo de reconhecimento da atividade, definindo as melhores características estatísticas e algoritmos de classificação para o sistema de reconhecimento de atividades do idoso. Os resultados sugerem que esse sistema é uma tecnologia de suporte promissora para idosos, tendo uma acurácia de 98.37% com KNN (k = 1).

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Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The availability of low cost sensors and mobile devices allowed many advances in research of ubiquitous and pervasive computing area. With the capture of contextual data provided by the sensors attached to these devices it is possible to obtain user state information and the environment, and thus map the relationship between them. One approach to map these relationships are the activities performed by the user, which also are part of the context itself. However, even that human activities could cause injuries, there is not much discussion in the academy of how ubiquitous computing could assess the risk related to them. In this sense, the Activity Project aims to determine the risk situations related to activities performed by people in a context aware environment, through a middleware that considers the risk in the actions that composes an activity and the user performance while performing an activity. This thesis aims to specify the Activity Manager middleware layer proposed for the Activity Project, whose goal is to address issues relating to the prediction of actions and activities and the detection of risk situation in the actions performed by an user. The model developed to address the composition and prediction of activities is based on the Activity Theory, while the risk in actions is determined by changes in the physiological context of the user caused by the actions performed by itself, modeled through the model named Hyperspace Analogous to Context. Tests were conducted and developed models outperformed proposals found for action prediction, with an accuracy of 78.69%, as well as for risk situations detection, with an accuracy of 98.94%, showing the efficiency of the proposed solution. / A popularização de sensores de baixo custo e de dispositivos móveis permitiu diversos avanços nas pesquisas da área de computação ubíqua e pervasiva. Com a captura dos dados contextuais providos pelos sensores acoplados a estes dispositivos é possível obter informações do estado do usuário e do ambiente, e dessa forma mapear a relação entre ambos. Uma das possíveis abordagens para mapear essas relações são as atividades executadas pelo usuário, que inclusive são parte constituinte do próprio contexto. Entretanto, mesmo que as atividades humanas possam causar danos físicos, não há muita discussão na academia de como a computação ubíqua poderia avaliar esse risco relacionado a elas. Neste sentido, o projeto Activity Project objetiva determinar situações de risco no momento da realização de atividades desempenhadas por pessoas em um ambiente sensível ao contexto, através de um middleware sensível ao contexto que considera o risco nas ações que compõe uma atividade e o desempenho do usuário enquanto executa uma atividade. Esta dissertação tem por objetivo especificar a camada Gerência de Atividades do middleware proposto para o Activity Project, cujo objetivo é tratar as questões referentes à predição de ações e atividades e a detecção de situações de risco em ações. O modelo desenvolvido para tratar a composição das atividades e a predição das mesmas baseia-se na Teoria da Atividade, enquanto que o risco em ações é determinado pelas mudanças no contexto fisiológico do usuário, modeladas através do modelo Hiperespaço Análogo ao Contexto. Nos testes realizados os modelos desenvolvidos superaram as propostas encontradas até o momento para a predição de ações com uma a precisão de 78,69%, bem como para a determinação de situações de risco com uma precisão de 98,94%, demonstrando a eficácia da solução proposta.

Orientador: Alexandre César Rodrigues da Silva / Resumo: O reconhecimento de atividades humanas abrange diversas técnicas de classificação que permitem identificar padrões específicos do comportamento humano no momento da ocorrência. A identificação é realizada analisando dados gerados por diversos sensores corporais, entre os quais destaca-se o acelerômetro, pois responde tanto à frequência como à intensidade dos movimentos. A identificação de atividades é uma área bastante explorada. Porém, existem desafios que necessitam ser superados, podendo-se mencionar a necessidade de sistemas leves, de fácil uso e aceitação por parte dos usuários e que cumpram com requerimentos de consumo de energia e de processamento de grandes quantidades de dados. Neste trabalho apresenta-se o desenvolvimento do Sistema de Reconhecimento de atividades Humanas e Avaliação do Equilíbrio Postural, denominado SIRAH. O sistema está baseado no uso de um acelerômetro localizado na cintura do usuário. As duas fases do reconhecimento de atividades são apresentadas, fase Offline e fase Online. A fase Offline trata do treinamento de uma rede neural artificial do tipo perceptron de três camadas. No treinamento foram avaliados três estudos de caso com conjuntos de atributos diferentes, visando medir o desempenho do classificador na diferenciação de 3 posturas e 4 atividades. No primeiro caso o treinamento foi realizado com 15 atributos, gerados no domínio do tempo, com os que a rede neural artificial alcançou uma precisão de 94,40%. No segundo caso foram gerados 34 ... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Doutor