بخشی از مقاله
چکیده
تلفنهای همراه، بسیار پیشرفته میشوند و آخرین نسل تلفنهای همراه اکنون، از سنسورهای نیرومند و متنوع زیادی، برخوردار هستند. این سنسورها، شامل سنسورهای GPS، سنسورهای تصویری، - مانند دوربینها - ، سنسورهای صوتی - مانند میکروفنها - ، سنسورهای نور، سنسورهای حرارتی، سنسورهای جهت یابی، - مثل قطبنمای مغناطیسی - و سنسورهای حرکت و شتاب - مثل شتاب سنجها - میباشند. وجود این سنسورها در وسایل ارتباطی با تولد انبوه، فرصتهای جدید جالبی را برای برنامههای کاربردی کاوش اطلاعات و جستجوی دادهها، به وجود میآورد. در این مقاله، ما سیستمی را توصیف و ارزیابی میکنیم که شتاب سنجهای تلفن همراه، را به کار میبرد تا فرآیند شناخت - تشخیص - فعالیت را شکل دهد.
فرآیندی که در بردارنده شناخت و تشخیص فعالیت فیزیکی است که یک کاربر، انجام میدهد. برای اجرای این سیستم، ما، اطلاعات شتاب سنج از 29 کاربر، را جمع آوری کردیم، در هنگامی که آنها، فعالیتهای روزانه ازقبیل راه رفتن، آهسته دویدن، بالا رفتن از پلّهها، نشستن و ایستادن را انجام میدادند، و سپس، این اطلاعات دوره زمانی را در قالب مثالهایی جمع آوری کردیم که فعالیت یک کاربر را در فواصل زمانی 10 ثانیهای، خلاصه میکند. سپس، اطلاعات آموزشی به دست آمده را به کار بردیم تا یک مدل قابل پیش بینی را برای تشخیص نوع فعالیت، به وجود آوریم. اهمیت این کار این است که مدل تشخیص فعالیت، ما را قادر میسازد تا آگاهی و دانش مفیدی را دربارهی عادات میلیونها کاربر به دست آوریم، به این صورت که از آنها میخواهیم تا تلفن همراه در جیب خود داشته باشند. کارمان، شاخه وسیعی از برنامههای کاربردی را دارد.
1-1 مقدمه
ابزارهای تلفن همراه مانند تلفنهای بیسیم و موزیک پلیرها، در مثالهای اخیر، از حسگرهای نیرومند و متنوع تشکیل میشوند. این حسگرها شامل حسگرهای جی پی اس، حسگرهای صوتی، مثل میکروفنها، حسگرهای تصویری - مثل دوربین - ، حسگرهای نور، حسگرهای حرارتی، حسگرهای جهت یابی - مثل قطب نما - ، و حسگرهای شتاب حرکت - مثل شتاب سنجها - میباشند.
این ابزارها و وسایل، به خاطر اندازه کوچک تلفنهای همراه هوشمند، قدرت ارتباطی ذاتیشان، توانایی فرستادن و دریافت اطلاعات، و کاربرد دائمیشان در جامعهمان، حوزههای وسیعی از تحقیق و کاوش اطلاعات و برنامههای کاربردی کاوش اطلاعات را به روی ما میگشاید هدف ما از پروژه - کاوش اطلاعات حسگرهای بی سیم - جستجو کردن موضوعات تحقیق مربوط به کاوش اطلاعات حسگر از این ابزارهای نیرومند موبایل، و ساختن برنامههای کاربردی مفید میباشد. در این فصل، کاربرد یکی از این حسگرها، یعنی حسگر شتاب سنج را مورد بررسی قرار میدهیم، تا فعالیتی که یک کاربر، انجام میدهد، را مشخص نماییم. فعالیتی که از بعد به تحت عنوان »تشخیص قعالیت« به آن اشاره میکنیم.
ما برای پروژهمان تلفنهای بیسیم اندروید را انتخاب کردهایم. زیرا سیستم پردازش اندروید، رایگان، منبع باز و برنامهریزی آسان دارد و انتظار میرود که در بازار فروش تلفن همراه، رواج پایدار داشته باشد - چیزی که در حال حاضر شاهد آن هستیم - .
تمام این تلفنهای اندروید، و همچنین تمام تلفنهای هوشند جدید و موزیک پلیرهای هوشمند، دارای شتاب سنجهای سه محوری هستند که حرکت و شتاب را در تمام ابعاد، اندازهگیری میکنند. این شتاب سنجها، همچنین قادر به تعیین جهت وسیله هستند که در واقع به این صورت کمک میکنند که می توانند جهت جاذبه زمین را تعیین کنند. که اطلاعات مفیدی درباره تشخیص فعالیت را فراهم میآورند. شتاب سنجها، در ابتدا، شامل این ابزارها میشدند ه بازیهای رایانهای پیشرفته را پشتیبانی میکنند و حرکت چرخشی صفحه نمایش به صورت اتوماتیک، را قادر میسازند، امّا آنها، به طور واضح، برنامههای کاربردی زیاد دیگری نیز دارند.
در حقیقت برنامههای کاربردی مفید زیادی وجود دارند در صورتی که ساخته میشوند که شتاب سجها بتوانند به کار برده شوند تا فعالیت یک کاربر را تشخیص دهند. به عنوان مثال، ما می توانیم، فعالیت یک کاربر را به صورت اتوماتیک، نمایش دهیم و گزارشات فعالیت کاربر را به صورت روزانه، هفتگی و ماهیانه، سطح بندی نماییم. که به صورت اتوماتیک به کاربر، ارسال میشود. این گزارشات بر میزان کل یک فعالیت، دلالت خواهد کرد که به کار برده میشود تا این موضوع را اندازهگیری کند که آیا کاربر میزان مناسبی از تمرین را انجام میدهد یا نه، و میزان کالری که در روز مصرف میشود را اندازهگیری کند.
این گزارشات برای تشویق به تمرینات سالم، به کار برده میشوند. و برخی کاربران را آگاه می سازند که آنها و یا بچههایشان، در اقع چقدر بدون تحرک هستند. اطلاعات مربوط به فعالیت، همچنین به کار برده میشوند تا به طور اتوماتیک عملکرد تلفن همراه را ثبت کند. به عنوان مثال، وقتی کاربر در حال دویدن است، موسیقی شاد پیشنهاد می کند. یا وقتی کاربر در حال تمرین است به او پیشنهاد یک نوشیدنی خنک میشود. بدون شک، نمونههای فراوان دیگری وجود دارند که در آنها مفید خواهد بود. سیستم پیشنهاددهنده بر اساس فعالیت کاربر و حسگرهای موبایل اصلاح شود.
برای نشان دادن تشخیص فعالیت، با استفاده از آموزش تحت نظارت در ابتدا اطلاعات شتاب سنج را از تعدادی کاربر، جمع آوری می کنیم، در هنگامی که آنها، فعالیتهایی نظیر قدم زدن، آهسته دویدن، بالا رفتن از پلهها، پایین آمدن از پلهها، نشستن، ایستادن، را انجام دادند. سپس این اطلاعات خام شتاب سنج به مجموعه زمانی را به مثالهایی تبدیل می کنیم. که هر مثال یا نمونه با فعالیتی که روی میدهد، با برچسب مشخص می شود، در حالی که آن اطلاعات جمع آوری میگردد، سپس، با استفاده از الگوریتم طبقه بندی نمونههایی قابل پیش بینی را برای تشخیص فعالیت ایجاد می کنیم.
ما یک ابزار ویژه را به کار میبریم که به طور مناسب در جیب کاربر، نگهداری میشود. و به کار اضافی دیگری که از سوی کاربر دیگری انجام شود نیازی نداریم. همچنین با استفاده از کاربران زیادی مدلمان را تولید کرده و آن را مورد آزمایش قرار می دهیم. و با توجه به این که به جمع آوری داده ها، ادامه میدهیم، انتظار داریم تا این تعداد به طور اساسی رشد یابند، مطالعات اندکی که دربردارندهی ابزراهای تجاری هستند مانند تلفنهای هوشمند، هم بر روی مجموعه کوچکی از کاربران متمرکز گردیدهاند و هم مدلهایی را برای کاربران ویژه آموزش دادهاند، علاوه بر این که یک مدل جهانی را خلق میکنند که برای هر کاربر می تواند به کار برده شوند.
این اطلاعات به عنوان منبعی برای محققان دیگر می تواند به کار برده شود. در حالی که در حال حاضر ما قادر نیستیم تا یک چنین اطلاعاتی را که به صورت عمومی در دسترس باشد، پیدا کنیم. همچنین ما این موضوع را بررسی میکنیم که اطلاعات شتاب سنج با مجموعه زمانی مورد نظر، چگونه به نمونههایی تبدیل شوند که این نمونهها، با الگوریتمهای طبقهبندی موسوم، بتوانند مورد استفاده قرار گیرند. این موضوع، مورد بررسی قرار میگیرد که ممکن است تشخیص فعالیت را با ابزار موجود به کار برد و هنوز هم بتوان به نتایج بی نهایت درست و دقیق دست پیدا کرد. در نهایت ما بر این باوریم که کارمان، کمک میکند تا به فرصت های موجود برای کاوش اطلاعات حسگر وایرلس، توجه کرد.
1-2 کار تشخیص یا شناخت فعالیت:
1-1-2 جمع آوری اطلاعات:
برای جمع آوری اطلاعات مربوط به آموزش تحت نظارت، برخورداری از تعداد وسیعی از کاربران که یک تلفن همراه هوشمند اندروید، را حمل میکنند و فعالیتهای روزانه معینی را انجام میدهند ضرورت دارد. ما تعدادی از داوطلبان را انتخاب می کنیم که در هنگام مجموعه ویژهای از فعالیتها یک تلفن همراه هوشمند را با خود حمل میکنند، این افراد تلفن همراه اندروید را در جیب جلوی شلوار خود حمل میکنند و از آنها درخواست میشود تا راه بروند، آهسته بدوند، از پلهها بالا روند، از پلهها پایین بیاییند، بنشینند، که برای مدت زمان خاصی این فعالیتها را انجام دهند.
شکل :1-3 تشخیص حرکت با استفاده از محورهای شتاب سنج
جمع آوری اطلاعات توسط یک برنامهی کاربردی کنترل میشود که ما آن را ایجاد می کنیم به گونهای که بر روی تلفن همراه اجرا مشود. این برنامه کابردی از طریق یک واسطه گرافیکی کاربر، ما را قادر میسازد تا نام کاربر، شروع و توقف جمع آوری اطلاعات را ثبت کنیم و فعالیتی را که انجام میشود، با برچسب مشخص نماییم. این برنامه کاربردی ما را قادر میسازد تا این موضوع را کنترل کنیم که چه اطلاعات حسگری - به عنوان مثال حسگر GPS، یا حسگر شتاب سنج - جمع آوری میشود، و به چه ترتیبی جمع آوری میگردد.
2-1-2 فعالیتها:
در این مطالعه، ماشش نوع فعالیت از قبیل راه رفتن، آهسته دویدن، بالا رفتن از پلهها، پایین آمدن از پلهها، نشستن و بلند شدن، را مورد توجه قرار میدهیم. ما این فعالیتها را انتخاب می کنیم، زیرا آنها توسط افراد زیادی در برنامه روزانهشان، انجام میشوند. همچنین این فعالیتها، دربردارندهی حرکاتی است که اغلب برای دورههای زمانی خاصّ روی میدهند. به علاوه، اکثر این فعالیتها، متضمّن حرکات پی در پی می باشند و ما بر این باوریم که این نیز باعث آسانتر شدن تشخیص فعالیتها میشود. هنگامی که اطلاعات را برای هر یک از این فعالیتها، ثبت میکنیم، سرعت و شتاب را در سه محور ثبت میکنیم. به خاطر رسیدن به اهدافمان، محور z، حرکت رو به جلوی پاها و محور y، حرکت بالا و پایین پا، را به دست آورد. محور x، حرکت افقی پای کاربر، را به دست میآورد. شکل یک، این محورها را نسبت به یک کاربر، به صورت تصویری شرح میدهد.
شکل2-3 ، اطلاعات مربوط به شتاب سنج را برای هر یک کاربر خاص، طرح میکند. که برای تمام سه محور و برای هر یک از فعالیتهای محور، ترسیم میشود. واضح است که نشستن و برخاستن - شکل - 2-3 رفتار دورهای؛ را نمایش نمیدهد، امّا الگوهای خاص و مجزایی بر اساس مغناطیسهای نسبیx,y,z ، دارند، در حالی که چهار فعالیت دیگر - شکل - 3-3 که در بردارنده حرکات پی در پی است، رفتار دورهای را نمایش نمیدهد. با توجه به این که، برای اکثر فعالیتها، میزان y، طولانیترین شتاب را دارند. این نتیجهای از کشش جاذبه زمین است که باعث میشود تا شتاب سنج، میزان 9,8m/s2 ، را در جهت مرکز زمین برآورد کند. برای تمام این فعالیتها به جز نشستن، این جهت، با محور y، مطابقت دارد. - شکل 1-3 را ببینید - .
طرحهای دورهای برای راه رفتن، آهشته دویدن، بالا رفتن از پلهها، و پایین آمدن از پلهها، - شکل - 2a-d به واسطه زمان بین حداکثرها - peak - و به واسطه مغناطیسهای نسبی مقدار شتاب، توضیح داده میشود
