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문제 정의
- 본 연구에서는 넘어짐은 한쪽 방향으로의 운동이 주로 발생하기 때문에 가속도 벡터의 성분을 분석하는 방법을 제안하였다. 제안한 방법은 1개의 센서를 사용하여 판단하기 때문에 여러 개의 센서를 사용 방법 보다 쉽게 적용할 수 있는 장점이 있다.
제안 방법
- • 전후 넘어짐 판단 전후 넘어짐을 판단된 경우 전후의 판단은 X축의 가속도 벡터 성분 중 양수인 것과 음수인 것을 구별 하여 판단하는 방법을 사용하였다. 즉, 전후 넘어짐의 판단은 X축의 고정인 상태에서 Y축과 Z축이 움 직이는 형태의 벡터의 형태의 영향을 받는다.
- 가속도 벡터의 크기의 변화를 분석하는 방법은 몸무게나 신장（키）에 영향을 받지만 가속도 벡터의 성분을 이용하게 되면 일반적으로 적용가능한 방법이다. 또한 스마트폰은 일반적으로 몸에 부착 하지 않기 때문에 일반적으로 소지한 상태에서 스마트폰이 움직임을 지구좌표계와 일치시키는 정규화 과정을 적용하여 스마트폰의 방향에 영향을 받지 않는 방법을 제안하였다.
- 본 연구에서 제안한 방법은 넘어지는 것이 일정한 방향으로 발생하는 행동이기 때문에 가속도의 성분 이 특정 축에 많이 발생 한다는 현상을 반영한 것이다. 1개의 센서로 넘어지는 방향을 판단 할 수 있는 장점이 있다.
- 스마트폰은 앞, 뒤주머니, 손, 가방 등 소지방법이 다양할 수 있다. 본 연구에서는 일반적으로 많이 소 지하는 방법으로 앞주머니에 자연스럽게 넣은 방법을 사용하였다. 스마트폰이 지구좌표계와 정확이 일 치하지 않지만 스마트폰의 방향센서를 사용하여 지 구좌표계와 일치시키는 정규화 과정을 거쳤다.
- 주머니 속에 있는 스마트폰은 사람의 움직임에 따라 방향이 변하게 되며, 특히 넘어지는 경우 넘어지 는 사람과 같이 스마트폰 역시 움직이며 최초의 위치 와 넘어진 후에 스마트폰이 향한 방향은 전혀 다른 방향을 향하게 된다. 스마트폰의 회전방향은 스마트 폰에 내장된 방향센서에 의해 추출되기 때문에 스마 트폰의 방향센서를 사용하여 가속도 벡터를 지구좌표계와 일치 시키는 정규화 과정을 거쳤다. 안드로이 드는 스마트폰의 회 전을 roll(Y축회 전), pitch(X축회 전), a应nuth 또는 yaw(Z축 회전)값을 제공하고 있다.
- 주머니 속에 있는 스마트폰은 사람의 움직임에 따라 방향이 변하게 되며, 특히 넘어지는 경우 넘어지 는 사람과 같이 스마트폰 역시 움직이며 최초의 위치 와 넘어진 후에 스마트폰이 향한 방향은 전혀 다른 방향을 향하게 된다. 스마트폰의 회전방향은 스마트 폰에 내장된 방향센서에 의해 추출되기 때문에 스마 트폰의 방향센서를 사용하여 가속도 벡터를 지구좌표계와 일치 시키는 정규화 과정을 거쳤다. 안드로이 드는 스마트폰의 회 전을 roll(Y축회 전), pitch(X축회 전), a应nuth 또는 yaw(Z축 회전)값을 제공하고 있다.
- 스마트폰이 아래로 향한 경우 회전변환은 丫축을 중심으로 180도 회전 후 Y축, X축, Z축순으로 회전변환 하는 과정으로 회전변환을 실시하였다.
- 스마트폰이 위 로 향 한경우의 회 전변환은 Y축, X 축, Z축 순으로 회전변환 하는 과정으로 회전변환을 실시하였다
- 실험을 위해 MIT에서 개발한 안드로이드기반 앱 인벤터를 사용하여 가속도 벡터와 방향센서를 값을 추출 하였으며 추출된 값은 웹DB인 퓨전 테이블에 저장하였다. 인터넷 접속과 퓨전테이블간의 실시간 데이터 전송의 오류를 방지하기 위해서 내장메모리 에 일정 값을 저장한 후 퓨전테이블로 전송하였다.
- 실험을 위해 MIT에서 개발한 안드로이드기반 앱 인벤터를 사용하여 가속도 벡터와 방향센서를 값을 추출 하였으며 추출된 값은 웹DB인 퓨전 테이블에 저장하였다. 인터넷 접속과 퓨전테이블간의 실시간 데이터 전송의 오류를 방지하기 위해서 내장메모리 에 일정 값을 저장한 후 퓨전테이블로 전송하였다. 넘어짐의 경우 1내외의 짧은 순간에 발생하기 때문에 측정주기를 100ms로 하여 넘어지는 경우의 가속도 벡터 값을 저장하여 사용하였다.
- [13] 은 가속센서와 압력 센서를 사용하여 넘어짐 을 판단하는 방법을 제안 하였으며, 2개의 센서를 사용하여 판단하는 방법이 우수함을 보였다. 정규화와 넘어짐의 각도를 이용하여 넘어짐의 방향을 판단하는 방법을 제안하였다.
대상 데이터
- 각 축에 $&X는 X축 방향의 가속도 벡터 성분의 표준 편차이고 sdY는 yY 방향의 가속도 벡터 성분의 표준 편차이다. 가속도 벡터는 100ms 간격으로 추출 하였으며 넘어지는 경우 가속도 벡터 를 30개를 추출하여 사용하였다
- 발 및 측정에 사용된 기기는 Galaxy S3이며, 여 기에 탑재된 가속센서를 사용하였다. 총5명의 피 실 험자가 참여하여 각 넘어짐 방향으로 넘어지는 실험을 실시하였다.
- 발 및 측정에 사용된 기기는 Galaxy S3이며, 여 기에 탑재된 가속센서를 사용하였다. 총5명의 피 실 험자가 참여하여 각 넘어짐 방향으로 넘어지는 실험을 실시하였다. 앞뒤와 옆으로 넘어지는 경우의 판단 은 100%넘어짐 방향을 판단하였다.
이론/모형
- 본 연구에서 사용한 앱인벤터(App Inventor)의 경우 roll(—90~+90) Pitch(—90~+90), Azitmuth(0- +359)까지 범위를 갖고 있으며 증가방향은 Table 2 와 같다. 가속도 벡터의 값을 정규화 시키기 위해서 3차원 회전공식을 적용하였다. 스마트폰이 위로향한 경우와 아래로 향한 경우로 나누워 지기 때문에 일반적인 오일러 공식 (Euler formula)을 적용하여 정규화 과정을 실행하였다.
- 스마 트폰의 회전정보를 사용하여 가속도 벡터의 값을 정 규화 시켜 주머니 속에서 약간의 움직임이 있거나 넘어지는 과정과 넘어진 후에 스마트폰이 향한 방향 이 다르더라도 일정한 방향의 가속도 벡터 값을 추출 할 수 있었다. 가속도 벡터추출을 위해 MIT에서 개 발한 안드로이드 기반의 앱인벤터(App Inventor) [16] 버전 2를 사용하였으며, 추출된 가속도 벡터는 인터넷을 통해 구글의 퓨전테이블(Google fusion table)[l기로 저장하는 하는 방법을 사용하였다. 개발 시스템 구조는 Fig.
- 가속도 벡터의 값을 정규화 시키기 위해서 3차원 회전공식을 적용하였다. 스마트폰이 위로향한 경우와 아래로 향한 경우로 나누워 지기 때문에 일반적인 오일러 공식 (Euler formula)을 적용하여 정규화 과정을 실행하였다. Fig.
성능/효과
- [16]는 가속센서와 자이로스 코프를 탐재된 두 개의 기기를 사용한 방법으로 넘어 짐 방향 성공률은 100%를 보였다. 2개의 센서를 사용한 [기에 비해 성공률은 높지 않지만 1개만을 사용한 [8,9] 에 비해 우수하거나 비슷한 성공률을 보였다.
- 스마트폰이 지구좌표계와 정확이 일 치하지 않지만 스마트폰의 방향센서를 사용하여 지 구좌표계와 일치시키는 정규화 과정을 거쳤다. 스마 트폰의 회전정보를 사용하여 가속도 벡터의 값을 정 규화 시켜 주머니 속에서 약간의 움직임이 있거나 넘어지는 과정과 넘어진 후에 스마트폰이 향한 방향 이 다르더라도 일정한 방향의 가속도 벡터 값을 추출 할 수 있었다. 가속도 벡터추출을 위해 MIT에서 개 발한 안드로이드 기반의 앱인벤터(App Inventor) [16] 버전 2를 사용하였으며, 추출된 가속도 벡터는 인터넷을 통해 구글의 퓨전테이블(Google fusion table)[l기로 저장하는 하는 방법을 사용하였다.
- 제안한 방법으로 넘어짐의 방향을 전후와 측면 넘 어짐으로 분류한다면 100% 성공적으로 판단함을 보였다. 좌우판단의 경우 좌측을 우측으로 판단한 경우가 2번 우측을 좌측으로 판단한 경우가 1번 발생하여 총 20번의 실험 중 3번(15%)이 잘 못 판단되어 총 85%의 정확성을 보였다.
후속연구
- 가속도벡터의 크기의 표준편차를 분석하여 인간의 행동을 분석하는 방법이 주로 사용되는 방법이지만 특정한 방향의 운동을 예측하는 것은 가속벡터의 성분벡터를 사용하는 것이 효과적인 방법이다. 가속도벡터의 성분을 이용한 방법은 현재까지 제시되지 않은 방법으로 많은 분야에서 적용 가능할 것으로 기대된다.
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