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문제 정의
- 가속센서를 사용하여 사람의 행동을 분석하고자 하는 연구는 오래전부터 활발히 연구되는 분야이며 다양한 시도가 있었다. 본 장에서는 신체부착형 센서와 스마트폰 센서를 이용하여 넘어짐을 판단하는 기존 연구를 소개한다. 신체부착형 가속센서와 압력센서를 사용하여 넘어짐의 방향을 판단하는 방법을 제시하였다.
- 속도 벡터는 물체의 움직이는 방향의 접선방향으로 나타나기 때문에 본 연구에서는 넘어지는 방향을 속도 벡터의 방향을 고려하는 방법을 제시하였다. 넘어짐의 방향을 판단하는데 방법으로 속도벡터를 사용하는 방법은 제시된 적이 없는 방법이며, 향후 다양한 분야에 적용 가능한 방법으로 판단된다.
제안 방법
- 넘어짐의 판단은 가속센서의 크기를 이용한 표준편차를 사용하였으며 넘어지는 방향을 판단하는 것은 가속센서의 크기와 Z축의 방향코사인을 사용하여 넘어지는 방향을 구한 것이 특징이다[6]. 넘어지는 방향을 앞뒤와 옆 측으로 구별하는 방법을 제시하였다.
- 넘어지는 방향을 판단하기 위해서 속도벡터가 X,Y 평면상에서 어떻게 변화 하는지 속도벡터의 방향을 추적하였다. 속도벡터의 X,Y성분이 이루는 각을 arctan함수 식(6)를 사용하여 구하였다.
- 개발 환경은 이클립스(Eclipse) 기반으로 구글에서 제공하는 안드로이드 개발 툴 킷을 사용하였다. 넘어짐은 1초 내외의 빠른 시간에 일어나기 때문에 가속센서의 추출 주기를 100ms로 하여 가속센서의 값을 추출 하였다.
- 한 개의 센서만 있는 경우에도 적용가능하다. 두 번째는 물리적인 현상을 고려한 방향 판단 기법을 제시하였다. 가속도 벡터의 변화를 분석하는 경우 실험 환경이나 대상에 따라 종속적인 방법일 수 있지만 속도벡터의 경우 움직이는 방향으로 항상 발생하기 때문에 적용분야가 다양하다.
- 그러나 스마트폰의 경우 특정한 위치나 방향으로 고정할 수 없기 때문에 같은 행동의 경우라도 스마트폰의 위치나 방향에 따라 가속센서에서 추출 되는 가속도 값이 다르게 추출된다. 따라서 스마트폰을 지구좌표계와 일치시키는 정규화 과정을 거쳐 스마트폰을 소지한 방향이 다르더라도 일정한 가속도 벡터를 추출 할 수 있는 방법을 사용하였다.
- 몸에 부착다리와 가슴에 두 개의 센서를 부착하는 방법을 사용하여 두 개의 센서 간의 차이를 이용한 방법을 사용하였으며, 가속센서와 회전하는 향을 구하여 일반적인 행동과 넘어지는 행동을 구하였다. 넘어짐의 판단은 방향을 고려하지 않고 단순 넘어짐만 판단하는 방법을 사용하였다[1].
- 넘어짐과 같은 이상행동을 가속도벡터의 변화의 크기를 분석하여 판단할 수 있지만 넘어지는 방향을 판단하기 곤란하다. 물체가 사람이 움직이는 방향을 판단하기 위해서 가속도 벡터와 각 가속도를 사용하여 판단한다. 그러나 두 개의 센서를 사용해야 하는 방법이다.
- 본 논문에서는 2명의 실험자가 전후좌우방향으로 넘어지는 실험을 수행하였다. 전후로 넘어지는 경우로 분류하였을 경우는 100% 넘어지는 방향을 판단 할 수 있었다.
- 가속도 벡터의 변화를 분석하는 경우 실험 환경이나 대상에 따라 종속적인 방법일 수 있지만 속도벡터의 경우 움직이는 방향으로 항상 발생하기 때문에 적용분야가 다양하다. 세 번째는 스마트폰의 소지 방향이 다르더라도 정규화 과정을 거쳐 가속도벡터의 값을 일정한 방향으로 보정하는 방법을 적용하였다. 신체부착형 센서와 같이 특정 위치에 고정되어 있지 않더라도 일정한 값을 추출 할 수 있는 방법을 적용하였다.
- 속도벡터는 일반적으로 물체가 움직이는 방향으로 나타나기 때문에 속도벡터를 사용하여 넘어지는 방향을 판단하는 방법을 제안하였다. 속도벡터는 가속도 벡터를 한번 적분하게 생성되며, 넘어짐의 방향 판단을 위해 속도벡터를 XY평면으로 투영한 각도의 움직임을 통해 넘어지는 방향을 판단하는 방법을 제안하였다.
- 가속도 벡터의 패턴을 분석하여 넘어지는 방향을 판단하는 경우 물리적인 현상을 고려하지 않은 방법으로 일반적인 환경에 적용하는데 한계가 있다. 속도벡터는 일반적으로 물체가 움직이는 방향으로 나타나기 때문에 속도벡터를 사용하여 넘어지는 방향을 판단하는 방법을 제안하였다. 속도벡터는 가속도 벡터를 한번 적분하게 생성되며, 넘어짐의 방향 판단을 위해 속도벡터를 XY평면으로 투영한 각도의 움직임을 통해 넘어지는 방향을 판단하는 방법을 제안하였다.
- 스마트폰을 이용한 넘어짐 판단 방법을 제시하였으며, 넘어짐 판단은 가속도 벡터의 크기를 사용하여 판단하였고 넘어진 방향은 스마트폰이 넘어진 후에 놓인 방향으로 추출 하는 방법을 제시하였다[8].
- 본 장에서는 신체부착형 센서와 스마트폰 센서를 이용하여 넘어짐을 판단하는 기존 연구를 소개한다. 신체부착형 가속센서와 압력센서를 사용하여 넘어짐의 방향을 판단하는 방법을 제시하였다. 넘어짐의 판단은 가속센서의 크기를 이용한 표준편차를 사용하였으며 넘어지는 방향을 판단하는 것은 가속센서의 크기와 Z축의 방향코사인을 사용하여 넘어지는 방향을 구한 것이 특징이다[6].
- 신체부착형 가속센서와 자이로스코프 센서에서 추출되는 값의 패턴을 분석하여 일반적인 행동인 걷기 뛰기를 분석하였고 넘어지는 경우를 판단하는 방법을 제시하였다. 넘어지는 경우 방향을 판단하지 않고 단순 넘어짐으로 분류하여 판단하는 방법을 제시하였다[5].
- 세 번째는 스마트폰의 소지 방향이 다르더라도 정규화 과정을 거쳐 가속도벡터의 값을 일정한 방향으로 보정하는 방법을 적용하였다. 신체부착형 센서와 같이 특정 위치에 고정되어 있지 않더라도 일정한 값을 추출 할 수 있는 방법을 적용하였다.
- 본 연구에서 제안한 방법의 장점은 다음과 같다. 첫 번째는 하나의 가속센서를 사용한 넘어짐 방향 판단 기법을 제시하였다. 여러개의 센서를 사용하는 경우보다 분석과 적용이 쉬운 장점이 있다.
대상 데이터
- 본 논문에서는 전후방 측방 판단을 위해서 넘어지는 순간의 30개의 샘플의 평균값을 활용하였다. 전방으로 판단되는 경우에는 -20 ~ 53범위에 들어가는 값으로 판단하고, 후방의 경우에는 100 ~ 180범위에 들어가는 값으로 설정하였고, 나머지는 모두 측방으로 판단을 하였다.
- 실험에 사용된 기기는 갤럭시 S3에 내장된 가속센서를 사용하였으며, 안드로이드 버전 4.4.2를 사용하였다. 개발 환경은 이클립스(Eclipse) 기반으로 구글에서 제공하는 안드로이드 개발 툴 킷을 사용하였다.
이론/모형
- 2를 사용하였다. 개발 환경은 이클립스(Eclipse) 기반으로 구글에서 제공하는 안드로이드 개발 툴 킷을 사용하였다. 넘어짐은 1초 내외의 빠른 시간에 일어나기 때문에 가속센서의 추출 주기를 100ms로 하여 가속센서의 값을 추출 하였다.
- 안드로이드의 경우 연속적인 값이 아니며 설정한 시간 간격으로 가속도벡터가 추출된다. 연속이 아닌 값을 사용하기 때문에 수치해석학에서 사용하는 적분방법을 사용하여 속도벡터를 추출하였다.
성능/효과
- 제안기법과 기존 연구의 실험 및 방법이 달라 직접 비교하기 곤란하지만 표3과 4와 같이 유사하거나 약간 높은 성공률을 보였다. 2개의 가속도벡터를 사용하여 넘어짐과 넘어지는 방향을 판단한 [1]의 경우 평균 91.4%의 판단 성공률을 보였으며, 넘어진 후의 스마트폰의 방향으로 판단한 [8]의 경우 94% 인식 성공률로 제안기법보다 약간 높은 성공률을 보였다. 가속도 벡터의 Z성분의 방향으로 판단한 [6]의 경우 83.
- 전방으로 판단되는 경우에는 -20 ~ 53범위에 들어가는 값으로 판단하고, 후방의 경우에는 100 ~ 180범위에 들어가는 값으로 설정하였고, 나머지는 모두 측방으로 판단을 하였다. 제안기법과 기존 연구의 실험 및 방법이 달라 직접 비교하기 곤란하지만 표3과 4와 같이 유사하거나 약간 높은 성공률을 보였다. 2개의 가속도벡터를 사용하여 넘어짐과 넘어지는 방향을 판단한 [1]의 경우 평균 91.
후속연구
- 넘어짐의 방향을 판단하는데 방법으로 속도벡터를 사용하는 방법은 제시된 적이 없는 방법이며, 향후 다양한 분야에 적용 가능한 방법으로 판단된다. 넘어짐 방향을 속도벡터의 방향을 이용함으로써 물리적인 현상을 고려하였지만 완벽하게 판단하는 방법을 개발하고, 일반적인 환경에 적용하기 위해서는 향후 지속적으로 연구 되어야할 것으로 생각된다.
- 속도 벡터는 물체의 움직이는 방향의 접선방향으로 나타나기 때문에 본 연구에서는 넘어지는 방향을 속도 벡터의 방향을 고려하는 방법을 제시하였다. 넘어짐의 방향을 판단하는데 방법으로 속도벡터를 사용하는 방법은 제시된 적이 없는 방법이며, 향후 다양한 분야에 적용 가능한 방법으로 판단된다. 넘어짐 방향을 속도벡터의 방향을 이용함으로써 물리적인 현상을 고려하였지만 완벽하게 판단하는 방법을 개발하고, 일반적인 환경에 적용하기 위해서는 향후 지속적으로 연구 되어야할 것으로 생각된다.
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