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음성과 활동량을 이용한 에너지 소모량 측정기기 개발
Development of energy expenditure measurement device based on voice and body activity 원문보기

한국인터넷방송통신학회 논문지 = The journal of the Institute of Internet Broadcasting and Communication, v.12 no.6, 2012년, pp.303 - 309  

임재중 (전북대학교 전자공학과)

초록
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본 연구는 인체의 활동량과 음성 신호를 기반으로 에너지 소모량을 추정하고자 수행하였으며, 3축 가속도 센서와 PVDF(polyvinylidene fluoride) 필름을 이용하여 활동량과 음성 신호를 검출하였다. 인체의 움직임과 음성 신호, 그리고 실제 에너지 소모량 값은 MP-150 시스템과 호흡가스 분석기를 이용하여 수집하였다. 음성신호의 전력 값과 피험자의 체중을 독립 변수로 활용하였을 때 0.918의 R 제곱 값을 보였으며, 활동량 분석에 있어서는 SVM(signal vector magnitude), BMI(body mass index), 키, 그리고 나이를 독립 변수로 활용하였을 때 가장 높은 상관성을 나타냈다. 음성과 활동량을 토대로 하는 에너지 소모량 추정은 활동량만을 이용하여 추정하는 기존의 기기보다 정확한 결과값을 제공할 수 있음을 확인하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Energy expenditure values were estimated based on the voice signals and body activities. Voice signals and body activities were obtained using PVDF contact vibration sensor and 3-axis accelerometer, respectively. Vibration caused by voices, activity signals, and actual energy consumption were acquir...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 연구는 가속도 센서와 진동 센서를 사용해 사용자의 움직임 정보와 음성 정보를 검출하고, 이를 바탕으로 소모 칼로리를 예측하고자 수행하였다. 우선 3축 가속도센서를 이용하여 활동량을 검출할 수 있는 센싱 모듈을 개발하였고, PVDF(polyvinylidene fluoride) 필름을 이용하는 접촉형 진동 센서를 개발함으로써 음성 신호 발생 시 뼈를 따라 전달되는 진동을 검출하였다.
  • 본 연구에서는 3축 가속도 센서와 PVDF 진동 센서를 이용한 멀티센서기반 에너지 소모량 측정기기를 개발하였다. 개발된 기기를 이용하여 가속도 센서로부터 인체의 움직임에 의한 활동량 정보와 진동 센서로부터 음성에 의해 발생되는 진동을 획득하여, 이를 분석한 후 호흡가스 분석기의 결과와 상관관계를 비교함으로써 에너지 소모량 추정 알고리즘을 수립하였다.
  • 검출된 활동량 및 음성 신호로부터 에너지 소모량을 산출하기 위하여 호흡가스 분석기를 이용하여 실제 에너지 소모량을 측정하였다. 이렇게 검출된 활동량 및 음성 정보에 대한 데이터와 호흡가스 분석기에서 제공하는 에너지 소모량값 간의 상관관계를 분석하여 활동 및 음성에 의한 에너지 소모량을 예측 할 수 있는 알고리즘을 수립하고자 하였다.
  • 또한 활동에 의한 소모 에너지 추정에 있어서도 남자와 여자를 구분하여 분석하였고 가속도 센서의 SVM, BMI, 키, 나이를 고려하여 분석한 결과 가장 높은 상관 관계와 통계적으로 유의한 결과를 얻을 수 있었다. 최종적으로 활동량 및 음성신호를 바탕으로 에너지 소모량을 추정하는 알고리즘을 수립함으로써 기존의 활동량만을 이용하여 에너지 소모량을 계산하는 기기의 부족한 점을 보완하고자 하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
비만이 방치해두어서는 안될 중요한 생활습관병으로 여겨지는 이유는 무엇인가? 비만은 당뇨병, 고혈압, 이상지질혈증 등 성인병의 원인이 될 수 있으며, 이로 인해 야기될 수 있는 심혈관 및 뇌혈관질환의 유병률과 사망률이 심각한 지경에 이르고 있어 비만은 방치해두어서는 안될 중요한 생활습관병으로 여겨지고 있다. 또한 질병 예방에 대한 중요성의 인식 및 건강에 대한 관심이 증가함에 따라 자신의 건강을 지키기 위해 운동하는 인구가 점차 증가하고 있다.
3축 가속도 센서를 주로 이용하는 활동량 측정 기기는 어떤 단점을 가지고 있는가? 그러나 현재 개발되어 있는 3축 가속도 센서를 주로 이용하는 활동량 측정 기기는 소모 에너지 계산을 단순히 사용자의 몸 움직임에 대해서만 적용한다는 것이다[7],[]8],[9]. 또한 각 기기들에서 적용하는 소모 에너지 추정 알고리즘이 통일되어 있지 않아서, 결과 값에 차이가 있다는 단점이 있다[10][11]. 더구나 우리 몸의 에너지는 몸 움직임뿐만 아니라 음성에 의해서도 소모되고 있으며, 예를 들어 노래 한 곡을 부를 경우의 소모 에너지는 100m 달리기를했을 때와 비슷한 에너지가 소모되며, 10분간 전화통화를 할 경우 10분간 산책을 할 때와 비슷한 에너지가 소모된다.
3축 가속도 센서를 주로 이용하는 활동량 측정 기기의 한계점은 무엇인가? 이러한 기기들은 주로 사용자의 움직임에 의한 활동량을 근거로 에너지 소모량을 추정하는 방식이다[4],[5],[6]. 그러나 현재 개발되어 있는 3축 가속도 센서를 주로 이용하는 활동량 측정 기기는 소모 에너지 계산을 단순히 사용자의 몸 움직임에 대해서만 적용한다는 것이다[7],[]8],[9]. 또한 각 기기들에서 적용하는 소모 에너지 추정 알고리즘이 통일되어 있지 않아서, 결과 값에 차이가 있다는 단점이 있다[10][11].
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참고문헌 (13)

  1. D.P. Heil, "Predicting activity energy expenditure using the Actical activity monitor", Research Quarterly for Exercise and Sport, Vol. 77, pp. 60-80, 2006. 

  2. S.S. Edward, F. George, H. James, S. Yves, B. Raymond, "Monitoring of Posture Allocations and Activities by a Shoe-Based Wearable Sensor", IEEE Trans. Biomed., Vol. 58, no. 4, pp. 983-990, 2011. 

  3. P. Juha, E. Miikka, K. Panu, M. Jani, K. Johannes, "Activity Classification Using Realistic Data From Wearable Sensors", IEEE Trans. Biomed., Vol. 10, no. 1, pp. 119-128, 2006. 

  4. C.V.C. Bouten, K.T.M. Koekkoek, M. Verduin, R. Kodde, J.D. Janssen, "A Triaxial Accelerometer and Portable Data Processing Unit for the Assessment of Daily Physical Activity", IEEE Trans. Biomed., Vol. 44, no. 3, pp. 136-147, 1997. 

  5. S.E. Crouter, J.R. Churilla, D.R. Bassett, "Estimating energy expenditure using accelerometers", Springer-Verlag, Vol. 98, pp. 601-612, 2006. 

  6. S.E. Crouter, K.G. Clowers, D.R. Bassett, "A novel method for using accelerometer data to predict energy expenditure", Journal of Applied Physiology, Vol. 100, pp. 1324-1331, 2006. 

  7. D.U. Jeong, W.Y. Chung, "Posture and activity monitoring using a 3-axis accelerometer", Journal of the Korean Sensors Society, Vol. 16, no. 6, pp. 467-474, 2007. 

  8. Y.M. Song, H.J. Ku, M.C. Lee, S.B. Lee, "Method of Estimation of Physical Activity and Energy Expenditure", International Journal of Coaching Science, Vol. 7, no. 3,pp. 159-168, 2005. 

  9. S.W. Su, L. Wang, B.G. Celler, E. Ambikairajah, A.V. Savkin, "Estimation of walking Energy expenditure by using support vector regression", Engineering in Medicine and Biology Society, pp. 3526-3529, 2005. 

  10. Y.K. Kim, H.S. Lho, W.D. Cho, "Step Count Detection Algorithm and Activity Monitoring System Using a Accelerometer", The Institute of Electronics Engineers of Korea, Vol. 48, no. 2, pp. 127-137, 2011. 

  11. Y.H. Noh, S.Y. Ye, D.U. Jeong, "System Implementation and Algorithm Development for Classification of the Activity State Using 3Axial Accelerometer", Journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers, Vol. 24, no. 1, pp. 81-88, 2011. 

  12. H.S. Kim, "21C Sports Nutrition", Kyomunsa, 2001. 

  13. B.H. Kang, "Well-being Diet Diary", Beautiful community, 2005. 

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