Акселерометр в смарт часах: Умные часы: как устроены и какие бывают

10 различных датчиков, которые вы найдете в своих умных часах • Оки Доки

Умные часы стали незаменимыми гаджетами с точки зрения безопасности, стиля и комфорта. Кроме того, они могут выступать в качестве фитнес-трекера и помогать вам следить за своим здоровьем.

Они имеют массу полезных функций, которые делают их больше, чем просто часами. Например, различные датчики в ваших умных часах могут помочь вам лучше понять свои цели в области здоровья и фитнеса и собрать дополнительную информацию, которая поможет вам принимать обоснованные решения.

Давайте подробнее рассмотрим различные типы датчиков, используемых в умных часах, и то, как они работают.

1. Акселерометр

Программы для Windows, мобильные приложения, игры — ВСЁ БЕСПЛАТНО, в нашем закрытом телеграмм канале — Подписывайтесь:)

С умными часами вы сможете взять с собой в дорогу свой фитнес-режим.

Акселерометр — полезный датчик в фитнес-трекерах, пульсометрах, смарт-часах и смартфонах. Как правило, это может быть удобно, когда вы пытаетесь перемещаться с помощью Google Maps или аналогичного, или изменить ориентацию экрана и т. Д., При использовании в сочетании с другими датчиками.

Акселерометр может отслеживать уровень вашей активности и предлагать информацию, основанную на ваших целях в отношении здоровья. Он сообщает вам больше о движениях вашего тела и предоставляет вам меру количества шагов и уровней активности, обнаруживая сопротивление небольшим потокам электрических токов, передаваемых вашими часами.

Он также может измерять качество вашего сна — независимо от того, спите ли вы спокойно или постоянно прерываетесь из-за ваших движений во время циклов сна.

2. GPS

GPS — это система спутникового позиционирования, которая предоставляет информацию о местоположении. Наиболее распространенным применением технологии GPS является отслеживание вашего местоположения и предоставление пошаговых инструкций для удобной навигации.

Благодаря GPS в смарт-часах, смартфоне или фитнес-трекере ваши часы могут определить точное местоположение с помощью триангуляции. Он работает, вычисляя расхождение между сигналами — когда спутниковый сигнал был отправлен на ваши часы и когда он был получен.

GPS-приемники могут предоставлять вам показатели физической подготовки в режиме реального времени, находить вас на карте и измерять вашу скорость, расстояние и время во время бега или езды на велосипеде (наряду с другими датчиками, такими как акселерометр и гироскоп). Вы можете получить представление о том, сколько времени вам потребуется, чтобы передвигаться, по каким маршрутам вы хотите идти, когда едете на велосипеде, бегаете трусцой или ходите пешком, и многое другое.

3. Гироскоп

Гироскопы являются ключевым компонентом любого носимого устройства. Эти датчики измеряют угловые скорости или скорость и сообщают вам больше о направлении и скорости движения, обнаруживая изменения ориентации.

С помощью этих датчиков вы можете получить информацию о вашем текущем местоположении и скорости. Таким образом, он может определить, бегаете ли вы, ходите, бегаете трусцой или занимаетесь какой-либо другой формой физической активности.

Кроме того, ваши умные часы постоянно проверяют изменения своей ориентации. Если вы двигаете запястьем, он уведомит вас в режиме реального времени и активирует дисплей. По сути, это помогает обнаруживать движение, отслеживать действия и жесты и улучшать общую функциональность ваших умных часов.

4. Датчики SPO2/оксиметрии

В умных часах датчики оксиметрии являются жизненно важными диагностическими устройствами, которые измеряют периферическое насыщение кислородом или уровень кислорода в крови. Большинство смарт-часов используют технологию пульсоксиметрии отражения для измерения количества инфракрасного света, отраженного на вашей коже.

Умные часы излучают видимый инфракрасный свет через кожу на запястье (область, где находится пульс). Затем датчики определят количество красного света, отраженного насыщенным и ненасыщенным гемоглобином в вашем теле, и соответствующим образом обеспечат уровни SPO2.

Обычно балл 95 и выше указывает на нормальный уровень кислорода.

5. Датчики биоимпеданса

Датчики биоимпеданса могут измерять количество электрического тока, протекающего через ваше тело. Они измеряют изменения импеданса, сопротивления или электропроводности живых тканей.

Он может легко определить вашу активность в отношении здоровья и самочувствие, измеряя изменения проводимости. Функция состава тела Samsung Galaxy Watch 4 использует технологию BIA для отображения информации о сожженных калориях, уровне жира, массе скелетных мышц и многом другом.

Эти датчики могут определить, насколько вы были активны. Чаще всего вы, возможно, замечали, что ваши умные часы предлагают вам начать ходить, если вы какое-то время не были активны. Устройства для фитнеса используют эту функцию, чтобы напомнить вам о том, что нужно начать двигаться, чтобы заняться спортом, и это может помочь вам регулировать обмен веществ и вести более здоровый образ жизни.

Датчики биоимпеданса обычно используются спортсменами, которые хотят знать, насколько хорошо их силовые тренировки и упражнения на выносливость работают на них.

6. Магнитометр

Магнитометр (или датчик компаса) — это тип датчика движения на ваших умных часах, который определяет наличие и силу магнитных полей по трем вертикальным осям X, Y и Z, чтобы определить, насколько сильным является магнитное поле устройства. затем используется для определения его ориентации.

В умных часах и других носимых устройствах магнитометр позволяет обнаруживать движение, отслеживать его и определять направление. Акселерометр умных часов также измеряет движение — при использовании в сочетании с магнитометром он позволяет получить представление о скорости, направлении и ускорении.

7. Монитор сердечного ритма

Датчик сердечного ритма является жизненно важным компонентом, который отслеживает ваши сердечные сокращения в минуту (BPM) и проверяет наличие отклонений, помогая вам следить за своим здоровьем в режиме реального времени.

В большинстве смарт-часов и фитнес-трекеров используется технология PPG (фотоплетизмография) — высокоточные датчики света, которые используют источник света на задней панели часов для измерения количества красного и зеленого света, отраженного от кожи вашего запястья.

При нормальном кровотоке от вашей кожи отражается большее количество красного света, а поглощается больше зеленого света, в то время как между ударами сердца зеленый свет поглощается относительно меньше.

Таким образом, эти датчики определяют объем кровотока и могут использоваться для определения того, является ли ваш пульс нормальным или неустойчивым, путем определения количества света, отраженного от вашей кожи. В умных часах высокого класса они дают почти точные результаты.

Мониторы сердечного ритма также могут обнаруживать нарушения пульса. Если у вас аномально высокая или низкая частота сердечных сокращений, ваши смарт-часы обнаружат это и отправят экстренный сигнал вашему контактному лицу (контактам).

8. Датчики температуры кожи

С ростом популярности умных часов и устройств для отслеживания физической активности все больше и больше людей ищут способы отслеживать и максимально эффективно использовать показатели своего здоровья.

Умные часы, такие как Fitbit Versa 3 и Samsung Galaxy Watch 5, оснащены датчиками температуры кожи или тела, которые могут измерять вашу «периферийную» температуру тела после напряженной физической активности, такой как тренировки, и даже могут помочь контролировать уровень стресса.

Они могут быть полезны для мониторинга действий, повышающих температуру тела, таких как ходьба, бег, бег трусцой, плавание и многое другое. Это может дать полезную информацию — оценку внутренней температуры тела, определение режима сна и начало менструального цикла у женщин.

9. Датчики жестов

Датчики жестов — отличный способ сделать ваши смарт-часы более полезными и интуитивно понятными. Например, они позволяют разбудить дисплей или отключить вызов одним движением запястья. Это соответствует использованию элементов управления жестами на вашем смартфоне, которые можно использовать для быстрого доступа к ярлыкам приложений или настроек или выполнения определенных действий.

Это имеет большое значение для улучшения взаимодействия с пользователем и персонализации вашего взаимодействия со смартфонами или носимыми устройствами. Датчики жестов особенно полезны для людей, у которых есть проблемы с ловкостью.

10. УФ-датчики

Солнечный свет является одним из важнейших источников витамина D, необходимого для поддержания здоровья организма. Однако чрезмерное воздействие УФ-излучения может вызвать рак кожи или меланому в долгосрочной перспективе. Вы можете использовать эти дерматологические приложения для оценки состояния кожи и выявления ранних признаков потенциальных кожных заболеваний.

Ультрафиолетовые датчики являются одной из наиболее важных функций смарт-часов, потому что они помогают вам оставаться в безопасности, предупреждая вас до того, как воздействие солнца станет опасным, чтобы вы могли принять надлежащие меры предосторожности и избежать негативных последствий.

Узнайте больше о своих умных часах

Если вы еще не знаете о преимуществах умных часов, надеюсь, мы смогли пролить свет на то, что происходит за кулисами, чтобы сделать их такими полезными.

Программы для Windows, мобильные приложения, игры — ВСЁ БЕСПЛАТНО, в нашем закрытом телеграмм канале — Подписывайтесь:)

как выбрать, основные характеристики, популярные модели

Фитнес-трекеры созданы для того, чтобы помогать больше двигаться, лучше спать и улучшать здоровье в целом. Статья поможет выбрать умный браслет, который подойдет именно вам.

• Для чего нужны фитнес-браслеты
• Что умеют фитнес-браслеты
• Можно ли плавать с фитнес-браслетом
• Какие материалы используются для браслетов и ремешков
• Xiaomi Mi Band 2
• Huawei Band 2 Pro
• Xiaomi Mi Band 3
• Honor Band 4
• Samsung Gear Fit2 Pro
• На что обратить внимание перед покупкой

Для чего нужны фитнес-браслеты

Фитнес-браслеты созданы для контроля спортивной активности и здоровья человека. Это микрокомпьютер в связке с ремешком, который крепится на запястье. Блок с электроникой в большинстве случаев вынимается из браслета, так можно использовать ремешки разного цвета и материала.

Вместо кнопок для переключения между информацией на экране с подсветкой обычно используется сенсорное управление. Количество информации, возможность управления и разнообразия функций – вот что отличает фитнес-браслеты от «умных» часов. Если смарт-часы уже способны заменить смартфоны, то фитнес-трекеры как отдельное устройство работать не могут: у них отсутствует полноценная операционная система с поддержкой необходимых приложений.

Диапазон цен на фитнес-браслеты широкий: в продаже можно найти как недорогие модели, в основном от китайских производителей, так и устройства подороже от известных брендов. С выпуском улучшенных версий, вторых и даже третьих поколений, цены на существующие модели заметно падают.

Что умеют фитнес-браслеты

Большинство трекеров умеют отслеживать:

• количество шагов;
• пройденное расстояние;
• скорость передвижения;
• расход калорий;
• сердечный пульс;
• наличие уведомлений со смартфона (сообщения, звонки, будильник).

Также фитнес-трекеры ведут учет вашей физической активности, и дадут знать, если вы слишком долго засиделись на одном месте. При получении уведомления устройство вибрирует,  гаджет легкой вибрацией также будит пользователя. Дополнительно для индикации применяют светодиоды и звуковой сигнал.

Мониторинг показателей фитнес-браслет осуществляет при помощи встроенных датчиков: акселерометр, пульсометр, гироскоп и GPS.

Акселерометр – это основной датчик, он присутствует во всех «умных» браслетах. Его основная функция отслеживать шаги, определять скорость передвижения и положение в пространстве.

Наличие гироскопа помогает фитнес-браслету определить тип ваших перемещений. С помощью этого датчика можно, например, регистрировать прыжки.

Для точной навигации предусмотрено наличие GPS-датчиков: они также помогают более точно определить скорость движения и оценить расстояние.

При помощи светодиодов датчик пульсометра высчитывает количество рассеянного кровотоком света и способен дать более-менее точные данные о сердечном пульсе пользователя в состоянии покоя.

Каждый из датчиков регистрирует несколько показателей, и они часто работают в связке. Например, вычислив скорость движения, частоту пульса и продолжительность физической активности, гаджет рассчитывает затраченные калории или длительность сна.

Для синхронизации со смартфоном и смарт-браслетом используется Bluetooth-соединение. Все полученные за день данные сохраняются и анализируются, и их можно наблюдать в виде шкал и графиков в приложении от производителя браслета. Важно при выборе уточнить наличие официального приложения именно для вашего смартфона и возможность подключения фитнес-браслета к телефону на iOS и Android.

Так, при помощи приложений, работают дополнительные функции фитнес-браслетов, например «умный» будильник. Смарт-трекер умеет распознавать фазы глубокого и быстрого сна, опираясь на ваши движения, пульс и окружающие звуки. Это дает возможность тонкой настройки будильника – браслет будит вас в заданном промежутке времени с учетом фаз. Можно рассчитывать на комфортное пробуждение в фазе быстрого сна.

Можно ли плавать с фитнес-браслетом

Большинство моделей смарт-браслетов снабжены влагозащитным корпусом. Перед покупкой стоит лишь учесть класс водонепроницаемости конкретной модели. От него зависит, выдержит ли браслет брызги в душе, или с ним можно погружаться на глубину. Для плавания в бассейне выбирайте устройство, которое способно выдержать давление в 10 бар.

Только не забывайте, при использовании даже самых водонепроницаемых устройств, проверять, все ли заглушки портов на месте и закрыты.

Какие материалы используются для браслетов и ремешков

Большинство корпусов и ремешков фитнес-браслетов изготавливают из легковесных, но прочных материалов – пластика и силикона. Они не вызывают раздражений на коже, не боятся воды или другой жидкости, а также не утяжеляют руку, что важно для спортивных занятий. Очень редко для фитнес-трекеров и ремешков применяют в производстве металл или кожу – использование этих материалов характерно для смарт-часов.

Перед покупкой обратите внимание на возможность регулировки ремешка – наличие нескольких вариантов позволит комфортно пользоваться устройством многие годы.

Рассмотрим несколько популярных моделей фитнес-браслетов из нашего каталога:

Xiaomi Mi Band 2

Устройство предлагает широкий функционал за небольшие деньги: есть шагомер, пульсометр и акселерометр. Простоту, производительность и долгое время работы оценят даже требовательные пользователи. Из минусов «народного» браслета от Xiaomi стоит отметить ограниченность функций приложения и слабый датчик пульсометра.

Huawei Band 2 Pro

Фитнес-браслет от Huawei по функциям близок к профессиональным трекерам. Это не простой браслет с шагомером и будильником, а гаджет с GPS, мониторингом пульса и возможностью погружения до 50 метров. Для управления здесь используется сенсорный дисплей на 0,91 дюйма и одна кнопка, но можно настроить и распознавание жестов.

Xiaomi Mi Band 3

Обновленная версия браслета от Xiaomi получила увеличенный почти вдвое дисплей: 0,78 дюйма против 0,42 дюйма у Mi Band 2. В дополнение сам дисплей из-за использования нового типа стекла более обтекаемый и округлый по краям. В модели улучшена точность пульсометра, обновлена версия Bluetooth до 4.2 и увеличен класс водонепроницаемости.  

Honor Band 4

Полноправный конкурент устройства от Xiaomi – он также может измерять пульс, анализировать качество сна, работать в различных спортивных режимах и соединяться со смартфоном для уведомлений. Автономность здесь также на одинаковом уровне: браслет на одной зарядке «живет» порядка 2 недель.

Samsung Gear Fit2 Pro

Отличительной особенностью трекера от Samsung является Super AMOLED дисплей на, довольно большие для браслетов, 1,5 дюйма. В дополнение фитнес-трекер оснастили гироскопом – так он лучше распознает различные активности. Приставка «Pro» в названии означает, что вместо стандартного затяжного ремешка здесь используется пряжка и фиксатор, как у часов. Это добавляет толщины и веса устройству.

На что обратить внимание перед покупкой

Не стоит переплачивать за ненужные функции, даже у такого незатейливого устройства как фитнес-браслет.

• Для ежедневного контроля достаточно простой модели с акселерометром, шагомером и защитой от брызг.
• Обратите внимание на автономность – хорошо, если о заряде такого устройства можно забыть на несколько недель.
• Не забывайте про важность синхронизации уведомлений между трекером и смартфоном.
• Функция «умный» будильник программная, о ее наличии в ПО желательно узнать заранее, если вас заботит контроль сна.
• Для любителей спорта будет важно наличие пульсометра и умение вычислять расход калорий.
• Не оставляйте без внимания и возможности софта от производителя в плане анализа тренировок и данных вашей физической активности: графики, календари, возможность планирования и учета.
• Если браслет вам нужен в бассейне, уточните параметр водонепроницаемости смарт-трекера.

Фитнес-браслеты пришли на замену классическим пульсометрам и шагомерам, и стали очень популярны у людей, которым важно их здоровье. Такое устройство становится незаменимым помощником при активном образе жизни: стимулирует подвижность, помогает комфортно спать и не упустить важные уведомления. А еще они стильно и современно выглядят и могут стать классным аксессуаром в дополнение к вашему повседневному и спортивному гардеробу.

10 различных датчиков, которые вы найдете в своих умных часах

Умные часы

стали незаменимыми гаджетами с точки зрения безопасности, стиля и комфорта. Кроме того, они могут выступать в качестве фитнес-трекера и помогать вам следить за своим здоровьем.

Они оснащены множеством полезных функций, которые делают их больше, чем просто часами. Например, различные датчики в ваших умных часах могут помочь вам лучше понять свои цели в области здоровья и фитнеса и собрать дополнительную информацию, которая поможет вам принимать обоснованные решения.

Давайте подробнее рассмотрим различные типы датчиков, используемых в смарт-часах, и то, как они работают.

1. Акселерометр

С умными часами вы сможете взять с собой фитнес-режим в дорогу.

Акселерометр — полезный датчик в фитнес-трекерах, пульсометрах, смарт-часах и смартфонах. Как правило, это может быть удобно, когда вы пытаетесь перемещаться с помощью Google Maps или аналогичного, или изменить ориентацию экрана и т. Д., При использовании в сочетании с другими датчиками.

Акселерометр может отслеживать уровни вашей активности и предлагать информацию в зависимости от ваших целей в отношении здоровья. Он сообщает вам больше о движениях вашего тела и предоставляет вам меру количества шагов и уровней активности, определяя сопротивление небольшим потокам электрических токов, передаваемых вашими часами.

Он также может измерять качество вашего сна — независимо от того, спите ли вы спокойно или постоянно прерываетесь из-за ваших движений во время циклов сна.

2. GPS

GPS — это спутниковая система позиционирования, предоставляющая информацию о местоположении. Наиболее распространенным применением технологии GPS является отслеживание вашего местоположения и предоставление пошаговых инструкций для удобной навигации.

С GPS в смарт-часах, смартфоне или фитнес-трекере ваши часы могут определять точное местоположение с помощью триангуляции. Он работает, вычисляя расхождение между сигналами — когда спутниковый сигнал был отправлен на ваши часы и когда он был получен.

GPS-приемники

могут предоставлять вам показатели физической подготовки в режиме реального времени, находить вас на карте и измерять вашу скорость, расстояние и время во время бега или езды на велосипеде (наряду с другими датчиками, такими как акселерометр и гироскоп). Вы можете получить представление о том, сколько времени вам потребуется, чтобы передвигаться, по каким маршрутам вы хотите идти, когда едете на велосипеде, бегаете трусцой или ходите пешком, и многое другое.

3. Гироскоп

Гироскопы являются ключевым компонентом любого носимого устройства. Эти датчики измеряют угловые скорости или скорость и сообщают вам больше о направлении и скорости движения, обнаруживая изменения ориентации.

С помощью этих датчиков вы можете получить информацию о вашем текущем местоположении и скорости. Таким образом, он может определить, бегаете ли вы, ходите, бегаете трусцой или занимаетесь какой-либо другой формой физической активности.

Кроме того, ваши умные часы постоянно проверяют изменение своей ориентации. Если вы двигаете запястьем, он уведомит вас в режиме реального времени и активирует дисплей. По сути, это помогает обнаруживать движение, отслеживать действия и жесты и улучшать общую функциональность ваших умных часов.

4. Датчики SPO2/оксиметрии

В умных часах датчики оксиметрии являются жизненно важными диагностическими устройствами, которые измеряют периферическое насыщение кислородом или уровни кислорода в крови. Большинство смарт-часов используют технологию пульсоксиметрии отражения для измерения количества инфракрасного света, отраженного на вашей коже.

Умные часы излучают видимый инфракрасный свет через кожу на запястье (область, где находится пульс). Затем датчики определят количество красного света, отраженного насыщенным и ненасыщенным гемоглобином в вашем теле, и соответствующим образом обеспечат уровни SPO2.

Обычно 95 баллов и выше указывают на нормальный уровень кислорода.

5. Датчики биоимпеданса

Датчики биоимпеданса

могут измерять количество электрического тока, протекающего через ваше тело. Они измеряют изменения импеданса, сопротивления или электропроводности живых тканей.

Он может легко определить вашу активность и самочувствие, измеряя изменения проводимости. Функция состава тела Samsung Galaxy Watch 4 использует технологию BIA для отображения информации о сожженных калориях, уровне жира, массе скелетных мышц и многом другом.

Эти датчики могут определять вашу активность. Чаще всего вы, возможно, замечали, что ваши умные часы предлагают вам начать ходить, если вы какое-то время не были активны. Устройства для фитнеса используют эту функцию, чтобы напомнить вам о том, что нужно начать двигаться, чтобы заняться спортом, и это может помочь вам регулировать обмен веществ и вести более здоровый образ жизни.

Датчики биоимпеданса

обычно используются спортсменами, которые хотят знать, насколько хорошо их силовые тренировки и упражнения на выносливость работают на них.

6. Магнитометр

Магнитометр (или датчик компаса) — это тип датчика движения на смарт-часах, который определяет наличие и силу магнитных полей по трем вертикальным осям X, Y и Z, чтобы определить, насколько сильным является магнитное поле устройства. затем используется для определения его ориентации.

В смарт-часах и других носимых устройствах магнитометр позволяет обнаруживать движение, отслеживать его и определять направление. Акселерометр умных часов также измеряет движение — при использовании в сочетании с магнитометром он позволяет получить представление о скорости, направлении и ускорении.

7. Монитор сердечного ритма

Датчик сердечного ритма — это жизненно важный компонент, который отслеживает ваши сердечные сокращения в минуту (BPM) и проверяет наличие отклонений, помогая вам следить за своим здоровьем в режиме реального времени.

В большинстве смарт-часов и фитнес-трекеров используется технология PPG (фотоплетизмография) — высокоточные датчики света, которые используют источник света на задней панели часов для измерения количества красного и зеленого света, отраженного от кожи вашего запястья.

При нормальном кровотоке от вашей кожи отражается большее количество красного света, и поглощается больше зеленого света, в то время как поглощение зеленого света между ударами сердца относительно меньше.

Таким образом, эти датчики определяют объем кровотока и могут использоваться для определения того, является ли ваш пульс нормальным или неустойчивым, определяя количество света, отраженного от вашей кожи. В умных часах высокого класса они дают почти точные результаты.

Мониторы сердечного ритма

также могут обнаруживать неравномерность пульса. Если у вас аномально высокая или низкая частота сердечных сокращений, ваши смарт-часы обнаружат это и отправят экстренный сигнал вашему контактному лицу (контактам).

8. Датчики температуры кожи

С ростом популярности смарт-часов и устройств для отслеживания физической активности все больше и больше людей ищут способы отслеживать и максимально эффективно использовать показатели своего здоровья.

Умные часы

, такие как Fitbit Versa 3 и Samsung Galaxy Watch 5, оснащены датчиками температуры кожи или тела, которые могут измерять «периферическую» температуру тела после напряженной физической активности, такой как тренировки, и даже могут помочь контролировать уровень стресса.

Они могут быть полезны для мониторинга действий, повышающих температуру тела, таких как ходьба, бег, бег трусцой, плавание и т. д. Это может дать полезную информацию — оценку внутренней температуры тела, определение режима сна и начало менструального цикла у женщин.

9. Датчики жестов

Датчики жестов — отличный способ сделать ваши смарт-часы более полезными и интуитивно понятными. Например, они позволяют разбудить дисплей или отключить вызов одним движением запястья. Это соответствует использованию элементов управления жестами на вашем смартфоне, которые можно использовать для быстрого доступа к ярлыкам приложений или настроек или выполнения определенных действий.

Это имеет большое значение для улучшения взаимодействия с пользователем и персонализации вашего взаимодействия со смартфонами или носимыми устройствами. Датчики жестов особенно полезны для людей, у которых есть проблемы с ловкостью.

10. УФ-датчики

Солнечный свет является одним из наиболее важных источников витамина D, необходимого для поддержания здоровья организма. Однако чрезмерное воздействие УФ-излучения может вызвать рак кожи или меланому в долгосрочной перспективе. Вы можете использовать эти дерматологические приложения для оценки состояния кожи и выявления ранних признаков потенциальных кожных заболеваний.

УФ-датчики

— одна из самых важных функций смарт-часов, потому что они помогают вам оставаться в безопасности, предупреждая вас до того, как воздействие солнца станет опасным, чтобы вы могли принять надлежащие меры предосторожности и избежать негативных последствий.

Узнайте больше о своих умных часах

Если вы еще не знаете о преимуществах умных часов, надеюсь, мы смогли пролить свет на то, что происходит за кулисами, чтобы сделать их такими полезными.

Как ваши умные часы узнают, что вы стоите? | Дави Лирио

Использование простого метода статистического прогнозирования, чтобы открыть черный ящик фитнес-функций смарт-часов/смартфонов.

За последние пару лет мы наблюдаем внезапный всплеск продаж смарт-часов во главе с печально известными Apple Watch. Наблюдаемый непрерывный рост на этом нишевом рынке, по-видимому, соответствует также растущей озабоченности здоровьем / фитнесом в современном обществе (как видно из этой статьи IDTechEx), по этой причине мы видим, что к этим продуктам добавляется все больше функций, связанных со здоровьем. продуктов каждую итерацию программного обеспечения или каждый новый запуск.

Photo by Solen Feyissa on Unsplash

Поскольку большинство функций часов кажутся магическим трюком, выполняемым перед вашими глазами (откуда эта маленькая штука узнает, когда я лежу или когда я иду?), они кажутся отличное упражнение по науке о данных, позволяющее глубже изучить проблему и увидеть, как работают хотя бы некоторые из этих функций.

Как осуществляется сбор информации для этой цели?

Чтобы лучше разобраться в этой проблеме, необходимо знать, что можно использовать для этой цели. Чтобы носимое устройство «понимало» текущее состояние своего пользователя, оно использует датчики. Датчики угловой скорости (гироскопы) и ускорения (акселерометры) являются наиболее распространенными для определения движения и положения. Давайте попробуем воссоздать предсказатель положения тела, используя простые методы!

Набор данных

Данные для этого предоставлены в репозитории машинного обучения UCI, в частности, в наборе данных распознавания человеческой деятельности с использованием смартфонов, который был создан с участием 30 добровольцев, которые выполнили 6 действий (ходьба, ходьба вверх по лестнице, ходьба вниз, сидя, стоя и лежа) с помощью прикрепленного к ним смартфона для сбора информации с помощью акселерометра и гироскопа. Набор данных содержит следующие атрибуты:

• Трехосное ускорение от акселерометра (общее ускорение) и расчетное ускорение тела.
• Трехосная угловая скорость от гироскопа.
• Вектор из 561 объекта с переменными во временной и частотной областях.
• Ярлык активности.
• Идентификатор субъекта, проводившего эксперимент.

Давайте посмотрим, как упорядочиваются данные.

Загрузка данных проста через репозиторий, но приходит уже в обработанном виде. В папке набора данных уже есть подкаталоги, содержащие train (x_train имеет форму [7352, 561], а y_train имеет форму [7352, 1]) и тестовые разбиения для данных, отдельный файл .txt с индексированные значения для меток и файл .txt с индексированными значениями для столбцов в разбиениях поезд/тест. Для этой статьи и последующего анализа мы объединяем всю размещенную информацию, в результате чего получается DataFrame формы [10299, 562] и это выглядит так:

Результирующий фрейм данных. Автор

Обратите внимание, что функции уже подготовлены для диапазона [-1,1], как показано на следующем изображении:

Максимальные и минимальные значения для столбцов функций. Автор

Зная эти диапазоны значений, мы можем посмотреть, как ведут себя столбцы функций (по крайней мере, некоторые из 562). Чтобы понять это, мы взглянем на распределения для 8 случайно выбранных столбцов наших данных, построив их оценки плотности ядра (KDE).

Распределение ядра для 8 случайно выбранных столбцов. Автор

Глядя на график KDE, можно увидеть, что в этой случайной выборке переменные ведут себя по-разному. Некоторые распределены в гауссовой форме, а некоторые ближе к распределению Парето, это кажется хорошим для модели прогнозирования. Теперь мы проверяем существующие корреляции внутри случайных столбцов, что совершенно естественно, учитывая создание этого набора данных.

Матрица корреляции столбцов. Автор

Глядя на эту корреляционную матрицу, состоящую из 10 случайно выбранных столбцов, мы отмечаем, что большая часть информации, аннотируемой гироскопом и акселерометром, кажется, имеет сильные отношения, для обеспечения этого была батарея из 15 случайных корреляций из 10 столбцов. сюжеты, которые в конечном итоге выглядели примерно так, как представлено выше. По этим соотношениям можно заметить, что хороший алгоритм прогнозирования можно разработать даже для систем, которые не выдерживают сверхсложных вычислений (настолько, что эта функция есть даже у нижней части рынка умных часов).

Моделирование

Для этого типа предсказания мы должны использовать алгоритм классификации, который не требует высокой вычислительной мощности. Этого можно достичь, используя обобщенный метод линейной регрессии, называемый логистической регрессией. Этот метод моделирования ограничивает наши выходные данные диапазоном [0,1], давая тем, кто интерпретирует этот результат, по этой причине вероятностный подход к результатам функции. Факт размещения выходов между 0 и 1 является прямым результатом прохождения выходов через любимые Сигмовидная функция , показанная ниже:

Сигмовидный график с примерным порогом. От автора

Обратите внимание, что все значения по оси x «втиснуты» в диапазон [0,1] по оси y. Использование этого для метода регрессии позволяет нам сказать, что значение прогноза, установленное между этими диапазонами, является вероятностью того, что оно относится к определенному классу.

Зная, какая модель нам подходит, мы разделили данные на обучающую и проверочную выборки в соотношении 66/33, оставив обучающую выборку с 6900 примеров из 561 функции (информация о гироскопе и акселерометре) для обучающего набора и 3399 примеров такого же количества экзогенных переменных для проверочного набора. Поскольку классы кажутся немного несбалансированными, мы используем стратифицированный метод разделения, который учитывает распределение классов при разделении наших данных. Пример кода, используемого для разделения, приведен ниже.

 strat_shuf_split = StratifiedShuffleSplit(n_splits=1, 
 test_size=0,33, 
 random_state=19)feature_cols = data.columns[:-2] 
 train_idx, test_idx = next(strat_shuf_split.split(data[feature_cols], data.Activity))x_train = data.iloc[train_idx][feature_cols] 
 y_train = data. iloc[ train_idx]['Activity']x_test = data.iloc[test_idx][feature_cols] 
 y_test = data.iloc[test_idx]['Activity'] 

Fitting

. функции, поскольку они уже кажутся подходящими для предсказания. Любой дополнительный объем вычислений, используемый на этапе подготовки данных, может привести к более медленному прогнозированию при имплантации в носимое устройство. Зная это, следующим шагом является подгонка модели логистической регрессии с использованием решателя LibLinear, выбор решателя объясняется тем фактом, что LibLinear имеет только сложность O (n), в то время как другие варианты, такие как решатель LinearSVC в sklearn, имеют сложность O (n²). , нуждающихся по этой причине в использовании вычислительных ресурсов. Подгонка выполняется с помощью трех простых строк кода.

 logistic = LogisticRegression(solver='liblinear') 
 fit_lgstc = logistic.fit(x_train, y_train)preds = fit_lgstc.predict(x_test) 

Оценка

Результат прогнозирования представляет собой массив длиной 3999 для каждого значения внутри массив представляет собой закодированную меткой прогнозируемую активность для функций, прошедших через модель.

Для проверки качества модели мы используем F1 Score и матрицу путаницы (визуальный способ понимания прогнозов).

Оценка F1

Оценка F1 — это среднее гармоническое между точностью и полнотой, двумя наиболее важными показателями для классификатора.

Точность TP/(FP+TP) — это то, что измеряет, сколько предсказанных значений для одного класса действительно относится к этому классу (не настолько надежно, как если бы модель предсказывала только один пример для класса, и метрика была бы правильной). оценивается в 1).

Точность для модели прогнозирования положения. Автор

Напомним, что TP/(TP + FN) — это мера, которая говорит нам, какая часть фактических истинных значений была предсказана как истинная, а также не столь надежная из-за того, что открывает ворота для предвзятых моделей, когда модель предсказывает все значения для одного класса, мы получаем значение отзыва, равное единице.

Вызов модели прогнозирования местоположения. Автор

F1 Score дает нам математический способ объединить обе метрики, не опираясь на предвзятость каждой из них. По этой причине мы смотрим на нашу оценку для модели.

Очки F1. От автора

Обратите внимание, что для такого простого метода получена отличная оценка, показывающая, что из всех истинных положительных результатов для метода моделирования мы правильно предсказали действительно хорошее количество, не склоняясь к предсказанию всего или очень малого для этого класса.

Матрица путаницы

Матрица путаницы прогнозов. Автор

Матрица путаницы визуально подтверждает то, что уже было известно по метрике очков f1. Модель правильно понимает все классы большую часть времени, с небольшой путаницей при работе с классами 3 и 4, которые сидят и лежат

Заключение

Говоря краткими техническими терминами, это в основном то, как ваши часы или телефон узнают ваше должность. Использование датчиков гироскопа и акселерометра для создания функций и передачи этих функций в предварительно обученную модель положения, похожую на простую, обсуждаемую в этой статье. Выполнение этого прогноза каждые несколько мгновений дает возможность разработать таймеры положения, которые можно использовать для напоминания пользователю о том, что нужно немного двигаться каждые несколько минут, для подсчета шагов и многих других широко используемых функций здоровья/движения в современных носимых устройствах.

Код

Полный код, использованный в этом анализе, доступен здесь . Эта область расширилась…

www.iotforall.com

Носимые датчики 2021-2031

В этом отчете представлен всесторонний обзор всех типов сенсорных технологий, используемых сегодня в носимых устройствах. На основе…

www.idtechex.com

https://archive.ics.uci.edu/ml/datasets/Human+Activity+Recognition+Using+Smartphones

https://machinelearningmastery.com/how-to-model -человеческая-деятельность-из-данных-смартфона/

Цитаты

Давиде Ангита, Алессандро Гио, Лука Онето, Ксавье Парра и Хорхе Л.