TWI579021B

TWI579021B - 以無線訊號強度評估卡路里消耗量之分析系統及分析方法

Info

Publication number: TWI579021B
Application number: TW105103768A
Authority: TW
Inventors: 莊宜達; 柯佳良; 曾煜棋
Original assignee: 財團法人工業技術研究院
Priority date: 2016-02-04
Filing date: 2016-02-04
Publication date: 2017-04-21
Also published as: TW201728361A; US20170224254A1

Description

以無線訊號強度評估卡路里消耗量之分析系統及分析方法

本發明是有關於一種以無線訊號強度評估卡路里消耗量之分析系統及分析方法。

目前計算卡路里消耗量時都需要藉由監測運動量的裝置偵測移動步數、運動時間、運動類型等運動資訊來進行估算。而習知監測運動量的裝置，通常都需要搭配一慣性感測元件，例如加速度計、陀螺儀等來偵測使用者的瞬時運動以得到移動步數等資訊，又或者需要搭配GPS定位技術得知使用者運動的區域及移動速率。然而，這種監測運動量的裝置，通常都必須要在使用者運動時隨身攜帶於使用者身上。然而目前穿戴式裝置之電量仍有其限制，若以慣性感測元件搭配GPS定位技術來偵測使用者的運動資訊需要消耗相當大的耗電量，難以進行較長時間的運動紀錄。並且，GPS定位技術對於較短距離的移動容易有誤差產生。因此，有必要提供一種新的監測運動量及計算卡路里消耗量的裝置和方法。

本發明之目的在於偵測所接收之無線訊號的強度來取得運動資訊，據以計算卡路里消耗量，並記錄使用者的運動資訊以分析使用者的運動習慣，例如運動區域、運動時間及移動步數等。

本發明另一目的建立無線訊號之無線訊號強度狀態與移動步數之一轉換模型，並依據不同使用者調整轉換模型，以更精確的計算卡路里消耗量。

根據本發明的一實施例，提供一種以無線訊號強度評估卡路里消耗量之分析系統。此分析系統包括一無線接收裝置、一處理裝置及一卡路里消耗量計算裝置。無線接收裝置接收一第一無線發射裝置發射之一第一無線訊號。無線接收裝置於一第一時間偵測第一無線訊號的一第一強度，並於一第二時間偵測第一無線訊號的一第二強度。處理裝置根據第一無線訊號的第一強度及第二強度得到對應第一時間到第二時間之一運動資訊。卡路里消耗量計算裝置根據運動資訊產生一卡路里消耗量。

根據本發明的另一實施例，提供一種以無線訊號強度評估卡路里消耗量之分析方法。此分析方法包含以下步驟。首先，接收一第一無線發射裝置發射之一第一無線訊號。接著，於一第一時間偵測第一無線訊號的一第一強度。再於一第二時間偵測第一無線訊號的一第二強度。之後，根據第一無線訊號的第一強度及第二強度得到對應第一時間到第二時間之一運動資訊。最後，根據運動資訊產生一卡路里消耗量。

本發明以無線訊號強度評估卡路里消耗量，藉由偵測環境中的無線訊號的於第一時間及於第二時間的強度，而得到對應第一時間到第二時間之一運動資訊，並且可依據此運動資訊計算對應的卡路里消耗量。本發明透過接收無線訊號偵測運動資訊相較於使用GPS定位技術或者使用慣性感測器偵測加速度，具有較低的耗電量。並且，不需要持續偵測運動的瞬時加速度，可於一段時間偵測無線訊號的強度的變化而得知運動資訊，相較於習知技術需要在每個運動瞬間偵測加速度，可大幅減低耗電量。

另外，本發明更可針對個人的運動習慣或者特定運動區域建立對應的轉換模型，可更精確的計算卡路里消耗量。

為了對本發明之上述及其他方面有更佳的瞭解，下文特舉較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：

S110~S150‧‧‧流程步驟

100、200‧‧‧分析系統

110‧‧‧無線接收裝置

120‧‧‧處理裝置

130‧‧‧卡路里消耗量計算裝置

S1‧‧‧第一無線訊號

M1‧‧‧第一強度

M2‧‧‧第二強度

EI‧‧‧運動資訊

C1‧‧‧卡路里消耗量

A1、A2、A3‧‧‧運動區域

W1、W2、W3‧‧‧無線發射裝置

r₁、r₂、r₃、r₄‧‧‧位置

140‧‧‧儲存裝置

150‧‧‧模型建立裝置

DI‧‧‧運動紀錄

MT‧‧‧轉換模型

第1圖繪示本發明以無線訊號強度評估卡路里消耗量之分析方法的流程圖。

第2圖繪示本發明一實施例的以無線訊號強度評估卡路里消耗量之分析系統的方塊圖。

第3圖繪示本發明以無線訊號強度評估卡路里消耗量之分析方法的示意圖。

第4圖繪示依據本發明一使用者於一段時間的運動資訊的示意圖。

第5圖繪示本發明另一實施例的以無線訊號強度評估卡路里消耗量之分析系統的方塊圖。

第1圖繪示本發明以無線訊號強度評估卡路里消耗量之分析方法的流程圖。此分析方法包含以下步驟。首先，於步驟S110，接收一第一無線發射裝置發射之一第一無線訊號。接著，執行步驟S120，無線接收裝置於一第一時間偵測第一無線訊號的一第一強度。再執行步驟S130，無線接收裝置於一第二時間偵測第一無線訊號的一第二強度。在步驟S130之後，執行步驟S140，根據第一無線訊號的第一強度及第二強度得到對應第一時間到第二時間之一運動資訊。最後，執行步驟S150，根據運動資訊產生一卡路里消耗量。

詳細的說，此分析方法可應用於如第2圖所示之分析系統。第2圖繪示本發明一實施例的以無線訊號強度評估卡路里消耗量之分析系統100的方塊圖。以無線訊號強度評估卡路里消耗量之分析系統100包括一無線接收裝置110、一處理裝置120及一卡路里消耗量計算裝置130。無線接收裝置110接收一無線發射裝置發射之一第一無線訊號S1。無線接收裝置110於一第一時間偵測第一無線訊號S1的一第一強度M1，並於一第二時間偵測第一無線訊號S1的一第二強度M2。處理裝置120根據第一無線訊號S1的第一強度M1及第二強度M2得到對應第一時間到第二時間之一運動資訊EI。卡路里消耗量計算裝置130根據運動資訊EI產生一卡路里消耗量C1。

在一實施例中，無線接收裝置110及處理裝置120可包含於一穿戴式電子裝置之內，例如一手機、一智慧型手錶、一智慧型眼鏡等。無線接收裝置110可接收到環境中的第一無線發射裝置發射的第一無線訊號S1。並且，隨著使用者的移動，無線接收裝置110所接收到的第一無線訊號S1的強度會改變。本領域具有通常知識者皆知，無線訊號的強度與距離平方成反比。因此，根據使用者移動前及移動後的無線訊號的強度變化，即可得知使用者移動的距離。在本發明中，使用者移動的距離可轉換為移動步數。可由接收到的多個無線訊號中強度較強的無線訊號得知使用者運動的區域。並且，同時在接收無線訊號的同時紀錄使用者運動的時間。因此，處理裝置120可根據第一無線訊號S1於第一時間的第一強度M1和於第二時間的第二強度M2得到對應第一時間到第二時間之一運動資訊EI。運動資訊EI包含一運動時間、一運動區域及一移動步數。之後，卡路里消耗量計算裝置130根據這些運動資訊產生一卡路里消耗量C1。處理裝置可為微處理器或中央處理單元(CPU)、或各種應用電路實現，或者也可以軟體實現。

在一實施例中，卡路里消耗量計算裝置130可包含在同一穿戴式電子裝置之內。在另一實施例中，卡路里消耗量計算裝置130可包含於另一裝置，例如一遠端伺服器。而處理裝置120可將運動資訊傳送到位於遠端伺服器的卡路里消耗量計算裝置130。在此實施例中，第一無線發射裝置與無線接收裝置110可以無線技術傳輸，例如但不限於藍牙、Wi-Fi、ZigBee等。

以下茲舉一例以詳細說明本發明以無線訊號強度評估卡路里消耗量之分析方法。請參照第3圖，第3圖繪示本發明以無線訊號強度評估卡路里消耗量之分析方法的示意圖。在此例中，可在使用者運動的區域裝設多個無線發射裝置。如第3圖所示，例如將使用者運動的區域分為三個運動區域A1、A2及A3，並且分別在這三個運動區域分別裝設一無線發射裝置W1、W2、W3。而使用者在第一時間位於運動區域A1的位置r₁，之後於第二時間使用者移動到運動區域A2的位置r₂，於第三時間使用者移動到運動區域A2的位置r₃，於第四時間使用者移動到運動區域A3的位置 r₄。

在一實施例中，無線接收裝置110可於第一時間在位置r₁接收第一無線發射裝置W1、第二無線發射裝置W2及第三無線發射裝置W3發射的三個無線訊號的強度，並於第二時間在位置r₂接收第一無線發射裝置W1、第二無線發射裝置W2及第三無線發射裝置W3發射的三個無線訊號的強度。處理裝置120根據這些無線訊號於第一時間的強度及於第二時間的強度得到對應第一時間到第二時間之運動資訊EI。如上所述，根據使用者移動前及移動後第一無線發射裝置W1、第二無線發射裝置W2及第三無線發射裝置W3發射的無線訊號的強度變化，即可得知使用者移動的距離。在本發明中，使用者移動的距離可轉換為移動步數。可由接收到的多個無線訊號中強度較強的無線訊號得知使用者運動的區域。並且，同時在接收無線訊號的同時紀錄使用者運動的時間。根據使用者移動前及移動後的無線訊號的強度變化，即可得知使用者移動的距離(移動步數)、使用者運動的區域，以及使用者運動的時間。同樣的，無線接收裝置110可於第二時間在位置r₂接收第一、第二、第三無線發射裝置W1、W2及W3發射的三個無線訊號的強度，並於第三時間在位置r₃接收無線發射裝置W1、W2及W3發射的三個無線訊號的強度。處理裝置120根據這些無線訊號於第二時間的強度及於第三時間的強度得到對應第二時間到第三時間之運動資訊EI。

在此例中，第一時間到第二時間的時間間隔可與第二時間到第三時間的間隔相同。然而，本發明不以此為限，第一時間到第二時間的時間間隔可與第二時間到第三時間的間隔也可為不相同。也就是說，本領域具有通常知識者可視實際使用需要，決定於一固定時間間隔偵測無線訊號的強度。

在此實施例中，處理裝置120根據一轉換模型將所偵測到的無線訊號強度轉換為對應的移動步數。此轉換模型為無線訊號之無線訊號強度狀態與移動步數之一對應關係，例如為一多項式模型、一對照表等。此轉換模型可內建於此分析系統100內，或者可根據不同使用者或不同環境而調整更新。此轉換模型可由機械學習技術，例如一支援向量機(support vector machine,SVM)學習而得。學習的步驟如下。在環境中佈有n個無線發射裝置，而使用者所配戴之無線接收裝置中可接收環境中的無線發射裝置發射的無線訊號而得到一筆維度為n的訊號強度向量。而在運動過程中，可紀錄每次行走過程中起點至終點間偵測過程的移動步數與過程中偵測到的訊號向量個數，則每一筆的運動資料可表示為<r _s ,r _d ,p,step>，其中r _s為起點偵測到的訊號強度向量、r _d為終點偵測到的訊號強度向量、p為過程中所偵測到的訊號強度向量個數、step為r _s與r _d間的移動步數。在學習過程中可收集多筆運動資訊以及對應的無線訊號強度向量，並將這些資訊輸入支援向量機以產生轉換模型。另外，參考文獻：R.-E.Fan,P.-H.Chen,and C.-J.Lin.“Working set selection using the second order information for training SVM.”Journal of Machine Learning Research 6,1889-1918,2005.提供了詳細的訓練支援向量機的方法及數學模型。

舉例來說，表一列出了處理裝置120根據無線接收裝置110所偵測到的第一無線訊號強度參照轉換模型而轉換出對應的移動步數。

如表一第一列所示，於第一時間，無線接收裝置110在位置r₁接收第一無線發射裝置W1、第二無線發射裝置W2及第三無線發射裝置W3發射的三個無線訊號的強度分別為-60(dB)、-80(dB)及-150(dB)。於第二時間，無線接收裝置110在位置r₂接收無線發射裝置W1、W2及W3發射的三個無線訊號的強度分別為-70(dB)、-65(dB)及-100(dB)。據此，處理裝置120可根據於第一時間的無線訊號強度(-60,-80,-150)及於第二時間的無線訊號強度(-70,-65,-100)得到從第一時間到第二時間對應的移動步數為3步。同樣的，如表一第二列所示，於第二時間，無線接收裝置110在位置r₂接收無線發射裝置W1、W2及W3發射的三個無線訊號的強度分別為(-70,-65,-100)，而無線接收裝置110於第三時間在位置r₃接收的三個無線訊號的強度分別為(-100,-60,-70)，據此處理裝置120得到從第二時間到第三時間對應的移動步數為2步。又如表一第三列所示，於第三時間，無線接收裝置110在位置r₃接收的三個無線訊號的強度分別為(-100,-60,-70)，而於第四時間在位置r₄接收的三個無線訊號的強度分別為(-150,-75,-50)，據此處理裝置120得到從第三時間到第四時間對應的移動步數為4步。在此例中，若偵測不到無線發射裝置發射的無線訊號，可將無線訊號強度設為-150(dB)。

在得到移動步數之後，卡路里消耗量計算裝置130即可計算對應的卡路里消耗量C1。例如，卡路里消耗量C1(kcal)=體重x步數x 0.78/1000 x 1.036。假設此使用者體重為80kg，於上述由第一時間到第四時間的卡路里消耗量C1=80 x(3+2+4)x 0.78/1000 x 1.036=0.58(kcal)。然而，本發明不限於此，卡路里消耗量計算裝置130更可根據不同使用者的性別、年齡、步速計算於第一時間到第四時間的卡路里消耗量C1。

在一實施例中，處理裝置120可根據無線接收裝置110於第一時間接收之無線發射裝置W1發射的無線訊號強度及無線發射裝置W2發射的無線訊號強度及無線發射裝置W3發射的無線訊號強度判斷使用者於第一時間的運動區域。例如，於第一時間從無線發射裝置W1接收之無線訊號強度為-60(dB)大於從無線發射裝置W2接收之無線訊號強度-80(dB)又大於從無線發射裝置W3接收之無線訊號強度-150(dB)，處理裝置120可判斷使用者於第一時間的運動區域為A1。同理，因為於第二時間從無線發射裝置W2接收之無線訊號強度為-65(dB)大於從無線發射裝置W1接收之無線訊號強度-70(dB)又大於從無線發射裝置W3接收之無線訊號強度-100(dB)，故處理裝置120可判斷使用者於第二時間的運動區域為A2。於第三時間從無線發射裝置W2接收之無線訊號強度為-60(dB)大於從無線發射裝置W1接收之無線訊號強度-100(dB)又大於從無線發射裝置W3接收之無線訊號強度-70(dB)，故處理裝置120可判斷使用者於第三時間的運動區域為A2。然而，在此例中，由於位置r₃靠近運動區域A2與運動區域A3的邊界，若從無線發射裝置W3接收之無線訊號強度大於從無線發射裝置W2接收之無線訊號強度，處理裝置120則會判斷使用者於第三時間的運動區域為A3。在另一實施例中，無線接收裝置110更於一固定時間間隔偵測每一無線發射裝置的平均接收訊號強度指數(Received signal strength indication，RSSI)，並根據訊號最強的無線發射裝置即可得知使用者目前所在之運動區域。

因此，處理裝置120，可根據多個無線訊號的多個強度得到對應之運動資訊EI。運動資訊EI包含一運動時間、一運動區域及一移動步數。請參照第4圖，第4圖繪示依據本發明一使用者於一段時間的運動資訊的示意圖。如第4圖所示，使用者的第一個運動資訊位於運動區域A1，走了3步，接下來仍然在運動區域A1走了3步到運動區域A2，接著在運動區域A2內走了10步。使用者又接著在運動區域A2內走了8步再走8步之後又走了28步到運動區域A3。最後，使用者又在運動區域A3內走了25步。因此，分析系統100可根據這些運動資訊得知使用者的運動時間，例如是早上、中午、下午或晚上，以及每次運動的持續時間、運動區域、步數、及卡路里。分析系統100可累計多天的運動資訊而得知使用者的運動量變化。因此，分析系統100可方便使用者紀錄及分析個人運動習慣。

請參照第5圖，第5圖繪示本發明另一實施例的以無線訊號強度評估卡路里消耗量之分析系統200的方塊圖。第5圖的分析系統200與第2圖的分析系統100的區別在於，分析系統200更包含一儲存裝置140及一模型建立裝置150。

在此實施例中，儲存裝置140儲存多個運動紀錄DI。每一運動紀錄DI例如為一段時間內使用者於一區域內走路。每一運動紀錄DI 包含至少一無線訊號之一無線訊號強度狀態與至少一移動步數。使用者可建立多個運動紀錄DI。在每一運動紀錄DI中，紀錄每次運動前後的無線接收裝置110所偵測到的無線訊號強度及對應此運動紀錄DI的移動步數。在一實施例中，由一使用者輸入此運動紀錄DI所對應之移動步數。舉例來說，使用者在每一次運動紀錄DI中，走了20步並偵測移動前及移動後之無線訊號強度。又例如，使用者可固定每走10步就偵測移動前及移動後之無線訊號強度以累積多筆紀錄。又或者，使用者可固定每走10秒就偵測移動前及移動後之無線訊號強度以累積多筆紀錄。

在另一實施例中，使用一慣性感測元件偵測對應此運動紀錄DI之移動步數。舉例來說，使用者在每一次運動紀錄DI中，使用慣性感測元件偵測移動步數並使用無線接收裝置同時偵測移動前及移動後之無線訊號強度。又或者，在每一次運動紀錄中，使用慣性感測元件偵測移動步數並使用無線接收裝置同時偵測每一步之無線訊號強度變化以累積多筆紀錄。

在累積多個運動紀錄DI之後，模型建立裝置150根據這些運動紀錄DI建立一轉換模型MT。如上所述，無線訊號之無線訊號強度狀態與移動步數存在一對應關係，例如為一多項式模型、一對照表等。且本領域具有通常知識者，可依各種統計學方法或各種數學計算方法，例如迴歸分析，依據多個運動紀錄DI建立此轉換模型MT，並且也可依據無線發射裝置的類型、不同使用者的步距等參數來調整此轉換模型。因此，處理裝置120可根據此轉換模型MT及無線訊號的強度狀態變化而可產生對應的移動步數。例如，此轉換模型MT可以一多項式表示無線訊號的強度與移動步數之一對應關係，處理裝置120可將第一無線訊號的第一強度M1及第二強度M2帶入此多項式而得到對應第一時間到第二時間之一移動步數。之後，卡路里消耗量計算裝置便可依據轉換模型MT得到的移動步數產生卡路里消耗量C1。

根據上述實施例，提供了多種以無線訊號強度評估卡路里消耗量之分析系統及分析方法，藉由偵測環境中的無線訊號的於第一時間及於第二時間的強度，而得到對應第一時間到第二時間之一運動資訊，並且可依據此運動資訊計算對應的卡路里消耗量。本領域具有通常知識者可知，接收無線訊號的耗電量相較於使用GPS定位技術或者使用慣性感測器偵測加速度都較低。並且，在本發明中，不需要偵測運動的瞬時加速度而不需要長時間的操作，可於一段時間偵測無線訊號的強度的變化而得知運動資訊，相較於習知技術需要在每個運動瞬間偵測加速度，可大大減低耗電量。因此，本發明以無線訊號強度評估卡路里消耗量之分析系統及分析方法可提供一種低耗電量之裝置及方法以偵測個人之運動資訊並可計算對應之卡路里消耗量。

另外，本發明的分析系統更可預先建立無線訊號之無線訊號強度狀態與移動步數之一轉換模型，更可依據不同使用者調整轉換模型。本發明之以無線訊號強度評估卡路里消耗量之分析系統及分析方法還可分析個人之運動資訊，以方便使用者紀錄及分析個人運動習慣。

綜上所述，雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明。本發明所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾。因此，本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

S110~S150‧‧‧流程步驟

Claims

一種以無線訊號強度評估卡路里消耗量之分析系統，包括：一無線接收裝置，用以接收一第一無線發射裝置發射之一第一無線訊號，該無線接收裝置於一第一時間偵測該第一無線訊號的一第一強度，並於一第二時間偵測該第一無線訊號的一第二強度；一處理裝置，用以根據該第一無線訊號的該第一強度及該第二強度得到對應該第一時間到該第二時間之一運動資訊；以及一卡路里消耗量計算裝置，根據該運動資訊產生一卡路里消耗量；其中該運動資訊包含一運動時間、一運動區域及一移動步數；其中該無線接收裝置更接收一第二無線發射裝置發射之一第二無線訊號，該無線接收裝置於該第一時間偵測該第二無線訊號的一第三強度，並於該第二時間偵測該第二無線訊號的一第四強度；其中該處理裝置更根據該第一強度、該第二強度、該第三強度及該第四強度得到對應該第一時間到該第二時間之該移動步數；其中該處理裝置根據該第一強度及該第三強度判斷於該第一時間的該運動區域，該處理裝置根據該第二強度及該第四強度判斷於該第二時間的該運動區域。
如申請專利範圍第1項所述之分析系統，其中該第一無線發射裝置位於一第一區域，該第二無線發射裝置位於一第二區域，該處理裝置根據該第一強度及該第三強度判斷於該第一時間的該運動區域位於該第一區域或該第二區域，該處理裝置根據該第二強度及該第四強度判斷於該第二時間的該運動區域位於該第一區域或該第二區域。
如申請專利範圍第1項所述之分析系統，更包括：一儲存裝置，用以儲存多個運動紀錄，各該運動紀錄包含該第一無線訊號之一無線訊號強度狀態與一步數；一模型建立裝置，用以根據該些運動紀錄建立一轉換模型；其中該處理裝置根據該轉換模型及該第一無線訊號的該第一強度及該第二強度產生對應該第一時間到該第二時間之該移動步數。
如申請專利範圍第3項所述之分析系統，更包含一慣性感測元件，用以偵測該些運動紀錄之該些步數。
如申請專利範圍第3項所述之分析系統，其中該些運動紀錄之該些步數由一使用者輸入。
一種以無線訊號強度評估卡路里消耗量之分析方法，包括：接收一第一無線發射裝置發射之一第一無線訊號；於一第一時間偵測該第一無線訊號的一第一強度；於一第二時間偵測該第一無線訊號的一第二強度；根據該第一無線訊號的該第一強度及該第二強度得到對應該第一時間到該第二時間之一運動資訊；根據該運動資訊產生一卡路里消耗量，其中該運動資訊包含一運動時間、一運動區域及一移動步數；接收一第二無線發射裝置發射之一第二無線訊號；於該第一時間偵測該第二無線訊號的一第三強度；於該第二時間偵測該第二無線訊號的一第四強度；根據該第二無線訊號的該第一強度、該第二強度、該第三強度及該第四強度得到對應該第一時間到該第二時間之該移動步數；根據該第一強度及該第三強度判斷於該第一時間的該運動區域；以及根據該第二強度及該第四強度判斷於該第二時間的該運動區域。
如申請專利範圍第6項所述之分析方法，其中該第一無線發射裝置位於一第一區域，該第二無線發射裝置位於一第二區域，該分析方法更包含：根據該第一強度及該第三強度判斷於該第一時間的該運動區域位於該第一區域或該第二區域；以及根據該第二強度及該第四強度判斷於該第二時間的該運動區域位於該第一區域或該第二區域。
如申請專利範圍第6項所述之分析方法，更包含：儲存多個運動紀錄，各該運動紀錄包含該第一無線訊號之一無線訊號強度狀態與一步數；根據該些運動紀錄建立一轉換模型；以及根據該轉換模型及該第一無線訊號的該第一強度及該第二強度產生對應該第一時間到該第二時間之該移動步數。
如申請專利範圍第8項所述之分析方法，更包含：使用一慣性感測元件偵測該些運動紀錄之該些步數。
如申請專利範圍第8項所述之分析方法，更包含：由一使用者輸入該些運動紀錄之該些步數。