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    基于慣性傳感器的人體行為數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

    2023-01-09 01:58:16龍霄漢常興治
    關(guān)鍵詞:開發(fā)板服務(wù)器人體

    龍霄漢 常興治 花 健

    (常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院 江蘇常州 213164)

    0 引言

    近年來,隨著人機(jī)交互手段的飛速發(fā)展,通信技術(shù)的日趨多樣,傳感器技術(shù)的不斷更新,基于傳感器實現(xiàn)的人體行為識別技術(shù)(Human Activity Recognition,HAR)不但廣泛應(yīng)用于軍事、反恐、國家安全等領(lǐng)域,也越來越多地滲透老年醫(yī)療監(jiān)護(hù)、運動健康監(jiān)測、康復(fù)醫(yī)療等醫(yī)療場景的各個環(huán)節(jié)[1]。新興技術(shù)時代中,利用人工智能技術(shù)和云計算技術(shù)實現(xiàn)人體行為分析已經(jīng)成為熱點話題[2]。隨著智能穿戴設(shè)備出現(xiàn)在市場上,人體行為數(shù)據(jù)有了大量的數(shù)據(jù)來源,基于多傳感器采集人體行為的實時數(shù)據(jù),并結(jié)合智能穿戴設(shè)備采集的心率、步數(shù)等不同的人體行為數(shù)據(jù),對人的整體狀態(tài)進(jìn)行研究分析[3],不僅適用于負(fù)重步態(tài)的分析[4],更能融入智能家居、VR游戲[5]、健康監(jiān)護(hù)[6]等眾多領(lǐng)域。

    本文設(shè)計并實現(xiàn)了基于慣性傳感器的人體行為數(shù)據(jù)采集系統(tǒng),通過將可穿戴傳感器綁定在人體關(guān)鍵部位上,獲取使用者行為數(shù)據(jù),根據(jù)不同的采集需要,可以有針對性地挑選綁定的部位。本系統(tǒng)設(shè)備簡單易用,方便獲取和穿戴,成本低廉,同時有效降低了對人的隱私權(quán)侵入性,采集的數(shù)據(jù)信息還具有針對性,極大地利于后期的數(shù)據(jù)分析工作。

    1 研究現(xiàn)狀

    在國際研究領(lǐng)域中,HAR的主要目的在于通過傳感器獲取對應(yīng)的數(shù)據(jù)并識別、分析人類的活動[7],現(xiàn)在前沿HAR技術(shù)包括三種模式:基于視覺、基于信號和基于傳感器的分析模式[8]。其中,雖然基于視覺的模式顯有成效,分析精準(zhǔn)度高,但是缺陷很大,易被遮擋、對光照敏感,且容易泄露人員的隱私;而基于信號的分析模式雖然能很好地保護(hù)隱私,但對環(huán)境噪聲極其敏感,不適合人員密集的場景[9];相較于以上兩種模式,基于傳感器的分析模式有著諸多優(yōu)勢,適應(yīng)面更廣。隨著近十年微電子領(lǐng)域的攻堅克難,目前的傳感器設(shè)備具有體積小、成本低、高度靈活、資源消耗少等特性[10],常應(yīng)用于手機(jī)、汽車等行業(yè),但也普遍存在著缺陷,如識別精準(zhǔn)度低、穩(wěn)定性和容錯性不高等問題,而且大部分的研究方案都是基于理想環(huán)境下運行的,并沒有考慮方案在實際中的應(yīng)用情況。

    2 系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

    2.1 系統(tǒng)分析

    本文的基于慣性傳感器的人體行為數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集平臺和數(shù)據(jù)分析平臺構(gòu)成,整體系統(tǒng)分為四大塊功能,即數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)發(fā)送、數(shù)據(jù)展示以及數(shù)據(jù)分析。其中數(shù)據(jù)采集功能為本系統(tǒng)核心部分,用戶可以采集三軸加速度、三軸角速度等人體行為信息;數(shù)據(jù)發(fā)送功能指系統(tǒng)把采集的行為數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到服務(wù)器,供后續(xù)的提取分析;數(shù)據(jù)展示是將采集的行為數(shù)據(jù)以圖表化或者數(shù)字化的形式直觀地展示給用戶;不論人體進(jìn)行平緩運動(如走路、上下樓、站立、坐下等行為活動),還是進(jìn)行劇烈運動(如跑步、跳舞),本系統(tǒng)都能準(zhǔn)確采集過程中的行為數(shù)據(jù),并在這些數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上獲取所需的步態(tài)數(shù)據(jù)樣本進(jìn)行分析。

    2.2 系統(tǒng)設(shè)計

    2.2.1 整體架構(gòu)

    本系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集平臺分為傳感器端、服務(wù)器端和數(shù)據(jù)庫端三大部分,其結(jié)構(gòu)如圖1所示。用戶將傳感器綁定到身體特定關(guān)節(jié)點上,打開開關(guān)進(jìn)行運動時的數(shù)據(jù)采集;傳感器端通過無線網(wǎng)絡(luò)將采集的數(shù)據(jù)發(fā)送到服務(wù)器(測試時使用本地搭建的私有云服務(wù)器);本地私有云服務(wù)器接收傳感器端發(fā)送的數(shù)據(jù),先轉(zhuǎn)發(fā)到服務(wù)端的緩存數(shù)據(jù)庫中,再存入持久化數(shù)據(jù)庫中,最后通過網(wǎng)頁進(jìn)行數(shù)據(jù)展示。

    圖1 系統(tǒng)整體架構(gòu)

    2.2.2 服務(wù)器

    服務(wù)器的硬件性能越高,系統(tǒng)運行越流暢。結(jié)合期望的功能、需求和已有物理設(shè)備,選擇一臺型號為FX86FE8300-1C8AXHA4X10的華碩牌筆記本電腦作為本系統(tǒng)的本地服務(wù)器:處理器型號為Intel(R) Core(TM) i5-8300H CPU;基準(zhǔn)速度為 2.30 GHz;內(nèi)核為4個;機(jī)帶RAM為8 GB;有線網(wǎng)卡采用1 000 Mbps以太網(wǎng)卡。測試時使用本地服務(wù)器,實際部署時可以通過本地服務(wù)器、云服務(wù)器等作為系統(tǒng)服務(wù)器。

    2.2.3 姿態(tài)傳感器

    姿態(tài)傳感器通過內(nèi)嵌的低消耗ARM處理器得到經(jīng)過溫度補償?shù)娜S姿態(tài)和方位等數(shù)據(jù),目前市場上常見的姿態(tài)檢測傳感器有MPU6050和MPU9250,兩者參數(shù)對比如表1所示。

    表1 姿態(tài)傳感器對比

    從表1中可以看出,MPU9250的供能電壓相對較低,通信速率、輸出速率比MPU6050高,模板尺寸比MPU6050小。經(jīng)過對比,本系統(tǒng)選擇姿態(tài)傳感器MPU9250作為9軸運動姿態(tài)檢測傳感器,該傳感器尺寸較小,解決了一般多傳感器組合間軸間差的問題,同時在一定程度上降低了系統(tǒng)的能耗。從傳輸速率上,其通過集成電路總線接口I2C和單片機(jī)交互數(shù)據(jù),傳輸速率高達(dá)400 kHZ/s。從測量準(zhǔn)度上,陀螺儀的角速度測量范圍高達(dá)±2 000°/s,動態(tài)測量精度高;加速度計的范圍測量范圍達(dá)±16 g(g為重力加速度),靜態(tài)測量精度高。同時,該傳感器帶有三軸磁場數(shù)據(jù),不需要額外連接磁力計即可夠獲得九軸運動數(shù)據(jù)。

    應(yīng)當(dāng)指出,即使姿態(tài)傳感器的尺寸較小,物理設(shè)備固定在身體上總會對相關(guān)人員的運動造成一定的影響。同時,姿態(tài)傳感器本身有一定的大小,因此,在小微動作(如采集用戶敲擊鍵盤時的手指動作)的場景下,使用姿態(tài)傳感器進(jìn)行行為數(shù)據(jù)采集會帶來一定的誤差,在這些場景下,使用其他無接觸的采集方式(如視頻采集)可以避免物理設(shè)備對相關(guān)人員的影響。

    2.2.4 采集開發(fā)板

    采集開發(fā)板選用ESP32嵌入式開發(fā)板及ESP32-WROVER-B模組,姿態(tài)傳感器連接在采集開發(fā)板上,接收傳感器采集的人體行為數(shù)據(jù),通過采集開發(fā)板進(jìn)行數(shù)據(jù)格式化、數(shù)據(jù)上傳等操作。從集成度上,ESP32-WROVER-B模組集成了多IO接口、低功耗藍(lán)牙和Wi-Fi,具有更廣泛的用途;從性能上,該模組具有雙核處理器,數(shù)據(jù)發(fā)送頻率高達(dá)240 MHZ、運算能力可達(dá)600 MIPS,足夠適配系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集的需求;從Wi-Fi覆蓋范圍上,ESP32內(nèi)置Wi-Fi模組支持的數(shù)據(jù)傳輸率高達(dá)150 Mbps,天線輸出率達(dá)20 dBm,可以實現(xiàn)最大范圍的無線通信;從靈活性上,ESP32內(nèi)置芯片的睡眠電流接近10 μA,對人體無傷害,適用于可穿戴的電子設(shè)備;從自適應(yīng)性上,ESP32芯片集成了先進(jìn)的自校準(zhǔn)電路,實現(xiàn)了動態(tài)自動調(diào)整,可以消除外部電路的缺陷,更好地適應(yīng)外部環(huán)境的變化。因此ESP32在高集成度、無線傳輸距離、功耗及可穿戴性等方面都適合本系統(tǒng)。

    2.2.5 軟件設(shè)計方案

    基于上述的硬件設(shè)計方案,結(jié)合系統(tǒng)需求,設(shè)計軟件方案如圖2所示,本系統(tǒng)軟件設(shè)計方案包括系統(tǒng)環(huán)境、語言、協(xié)議三大方面。

    圖2 軟件設(shè)計方案

    系統(tǒng)環(huán)境選擇基于Linux的Ubuntu發(fā)行版作為底層操作系統(tǒng),相對于Windows系統(tǒng),Linux系統(tǒng)更具拓展性、操作性和可開發(fā)性,便于系統(tǒng)的開發(fā)、調(diào)試和服務(wù)搭建。同時,使用Docker技術(shù),通過編寫腳本及配置文件實現(xiàn)服務(wù)的快速部署。

    為實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的持久化存儲,使用MySQL作為持久化數(shù)據(jù)庫服務(wù),MySQL具有運行速度快、使用成本低、部署和使用較簡單等優(yōu)點,適合中小型場景中的數(shù)據(jù)存儲,相比SQL Server、Oracle等數(shù)據(jù)庫系統(tǒng),MySQL更適合應(yīng)用在本系統(tǒng)中。

    另外,由于人體行為數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)量較大,對數(shù)據(jù)庫的高并發(fā)請求會造成數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的不穩(wěn)定,甚至導(dǎo)致數(shù)據(jù)庫服務(wù)的崩潰,所以添加緩存數(shù)據(jù)庫增加MySQL數(shù)據(jù)庫的讀寫能力,其結(jié)構(gòu)如圖3所示,傳感器的數(shù)據(jù)先發(fā)送到緩存數(shù)據(jù)庫進(jìn)行暫存,再由緩存數(shù)據(jù)庫同步到MySQL中;數(shù)據(jù)展示、分析程序也是先從緩存數(shù)據(jù)庫中查詢想要的數(shù)據(jù),如果沒有找到,則再從MySQL中讀取,并將數(shù)據(jù)寫入緩存數(shù)據(jù)庫中。通過在應(yīng)用程序與MySQL數(shù)據(jù)庫之間增加一個緩存層,提升系統(tǒng)的數(shù)據(jù)吞吐量,增強(qiáng)系統(tǒng)應(yīng)對高并發(fā)場景的能力。

    圖3 緩存層設(shè)計

    為保證數(shù)據(jù)安全,提高服務(wù)的高可用性,使用RAID技術(shù)提供底層的數(shù)據(jù)存儲,使用數(shù)據(jù)庫集群提供數(shù)據(jù)庫服務(wù),數(shù)據(jù)庫的存儲結(jié)構(gòu)如圖4所示,為保證數(shù)據(jù)安全,數(shù)據(jù)庫容器中的數(shù)據(jù)保存在容器所在的宿主機(jī)中,通過綁定掛載映射到容器中供數(shù)據(jù)庫服務(wù)使用。宿主機(jī)上的數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)存儲在RAID磁盤陣列(級別5)中,使用3塊磁盤組成RAID 5陣列,磁盤分為數(shù)據(jù)盤1、數(shù)據(jù)盤2、校驗盤,數(shù)據(jù)以塊的形式存儲在數(shù)據(jù)盤1、數(shù)據(jù)盤2上,同時以數(shù)據(jù)盤1、數(shù)據(jù)盤2上的數(shù)據(jù)進(jìn)行異或(XOR)運算,運算結(jié)果寫入校驗盤,3塊磁盤輪流作為校驗盤。當(dāng)一塊磁盤出現(xiàn)問題,替換新磁盤后,通過另外兩塊磁盤中的數(shù)據(jù)可以重建問題磁盤的數(shù)據(jù),有效保證數(shù)據(jù)安全。

    圖4 數(shù)據(jù)存儲結(jié)構(gòu)

    同時,數(shù)據(jù)庫服務(wù)通過MyCAT、MySQL服務(wù)實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫的主從同步和讀寫分離,每個節(jié)點都是一個運行的容器。來自數(shù)據(jù)庫客戶端的數(shù)據(jù)庫請求發(fā)送至MyCAT服務(wù),如果是讀請求,則請求被轉(zhuǎn)發(fā)至從節(jié)點;寫請求則轉(zhuǎn)發(fā)至主節(jié)點,主節(jié)點與從節(jié)點之間進(jìn)行數(shù)據(jù)的同步,保證數(shù)據(jù)的一致性。當(dāng)某一個數(shù)據(jù)庫節(jié)點出現(xiàn)問題,MyCAT會將數(shù)據(jù)庫請求轉(zhuǎn)發(fā)至其他正常的節(jié)點,容器服務(wù)會嘗試自動重啟出現(xiàn)問題的數(shù)據(jù)庫節(jié)點,并將數(shù)據(jù)綁定掛載到新啟動的數(shù)據(jù)庫節(jié)點中。

    同時,為Docker服務(wù)創(chuàng)建一個守護(hù)進(jìn)程,該進(jìn)程會周期性檢查Docker服務(wù)的狀態(tài),如果檢測到Docker服務(wù)異常中止,則嘗試重新啟動Docker服務(wù),如果多次啟動仍不成功,則以短信、郵件等形式告知系統(tǒng)管理員。

    2.3 系統(tǒng)實現(xiàn)

    2.3.1 邊緣端實現(xiàn)

    邊緣端由硬件和軟件兩部分組成,其架構(gòu)如圖5所示,邊緣端硬件分為MPU9250姿態(tài)傳感器、ESP32嵌入式開發(fā)板、18650鋰電池和杜邦線四部分,姿態(tài)傳感器MPU9250通過10~15 cm的杜邦線進(jìn)行連接,VCC、GND、SCL、SDA四個接口依次與ESP32嵌入式開發(fā)板的3 V3、GND、22、21接口相焊接,以實現(xiàn)傳感器和開發(fā)板間的物理通信。

    圖5 邊緣端架構(gòu)

    ESP32-WROVER-B嵌入式開發(fā)板接收姿態(tài)傳感器MPU9250采集并發(fā)送的人體行為數(shù)據(jù),通過內(nèi)置Wi-Fi模塊再將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)至服務(wù)器。

    2.3.2 服務(wù)器

    系統(tǒng)的服務(wù)整體運行在Ubuntu系統(tǒng)內(nèi)搭建的Docker容器中,通過打開特定的端口對外映射服務(wù),開發(fā)板通過請求端口與對應(yīng)的服務(wù)通信。系統(tǒng)的服務(wù)通過Docker Compose配置文件定義,在配置好Docker環(huán)境和Docker Compose環(huán)境后,通過docker-compose up-d即可啟動服務(wù)。

    服務(wù)器中主要運行兩個后端程序,程序一的功能是讀取緩存數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)并將之存入MySQL數(shù)據(jù)庫中;程序二的功能是啟動一個Web服務(wù),用戶可以通過瀏覽器訪問該Web服務(wù)對應(yīng)端口,可視化查看人體行為數(shù)據(jù)。

    2.3.3 數(shù)據(jù)庫端

    本系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫運行在Docker容器中,數(shù)據(jù)庫容器通過3306端口映射至服務(wù)器。使用Redis作為緩存數(shù)據(jù)庫,通過拉取Redis鏡像進(jìn)行搭建,并映射6379端口進(jìn)行數(shù)據(jù)接收。

    此外,本系統(tǒng)選用的ESP32開發(fā)板的主頻是240 MHZ,其中一組數(shù)據(jù)中包含9個采樣數(shù)據(jù)(即ax、ay、az、gx、gy、gz、mx、my、mz),由于網(wǎng)絡(luò)傳輸速率的限制,采集一組數(shù)據(jù)后立即發(fā)送是不可行的,所以本系統(tǒng)每隔20組發(fā)送一次數(shù)據(jù);同時,為了保證數(shù)據(jù)的時序性,在每一組發(fā)送的數(shù)據(jù)里插入一個時間戳數(shù)據(jù)。

    傳輸?shù)臄?shù)據(jù)以20個采樣信息為一組,每個采樣信息包括9個采樣數(shù)據(jù)和采樣時的時間戳,使用JSON語法進(jìn)行格式化,在數(shù)據(jù)傳輸過程中,考慮數(shù)據(jù)傳輸性能,使用gzip壓縮算法對數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮,數(shù)據(jù)的一個示例如下,示例中僅展示第一個和最后一個采樣信息:

    '[{"ax":-0.019019, "ay": 0.085654, "az":-1.03575, "gx":-15.5659, "gy":-36.1782, "gz":-12.3673, "mx":-36.5582, "my": 103.521, "mz":-45.0309, "timestamp": 1635290692130}, …, {"ax": 0.352081, "ay":-0.30842, "az":-1.04983, "gx": 10.0613, "gy": 38.1485, "gz": 22.4548, "mx":-19.1749, "my": 93.1781, "mz":-55.3897, "timestamp": 1635290694030}]'

    在創(chuàng)建使用Redis容器時要考慮,Redis不僅可作為緩存服務(wù)器,還可用于消息隊列,因為其本身的列表使用雙向鏈表實現(xiàn)的,保存了頭尾節(jié)點,因此在列表頭尾插入元素的效率較高,可以直接作為消息隊列。同時,Redis還提供了發(fā)布/訂閱的指令,可以實現(xiàn)消息傳輸和進(jìn)程間的通信。因此,當(dāng)系統(tǒng)需要查詢數(shù)據(jù)時,先到Redis緩存中查看,如果數(shù)據(jù)未找到,再到MySQL中查看,同時將查到的數(shù)據(jù)更新到Redis緩存中。

    在接收人體行為數(shù)據(jù)時,系統(tǒng)會以一定的速率將格式化后的數(shù)據(jù)并行插入數(shù)據(jù)庫中,只要保證數(shù)據(jù)庫服務(wù)的穩(wěn)定性和本地私有云服務(wù)器的硬件性能達(dá)到標(biāo)準(zhǔn),就不會出現(xiàn)數(shù)據(jù)堵塞。

    2.3.4 數(shù)據(jù)可視化

    數(shù)據(jù)展示是動態(tài)的過程,系統(tǒng)使用數(shù)據(jù)隊列模式維護(hù)需要展示的數(shù)據(jù),當(dāng)有新的數(shù)據(jù)發(fā)來時,如果數(shù)據(jù)隊列已滿,則舊的數(shù)據(jù)會被丟棄,新的數(shù)據(jù)填充在隊列中,用來實現(xiàn)數(shù)據(jù)的動態(tài)變化。本系統(tǒng)采用HTML、CSS、JavaScript編寫前端界面,同時,使用Echarts進(jìn)行數(shù)據(jù)的可視化,其遵循Apache-2.0開源協(xié)議,免費使用,且兼容當(dāng)前絕大部分瀏覽器,能滿足數(shù)據(jù)展示的功能需求,從官網(wǎng)下載安裝完成之后,通過標(biāo)簽的方式直接引入構(gòu)建好的Echarts文件中。

    3 系統(tǒng)運行效果與測試

    3.1 系統(tǒng)運行

    首先將系統(tǒng)各端全部啟動,然后將一個傳感器穿戴在身體關(guān)節(jié)點上,打開傳感器的開關(guān),進(jìn)行實際運動實驗,在Ubuntu系統(tǒng)中運行對應(yīng)的程序文件,連接登入MySQL數(shù)據(jù)庫,查看數(shù)據(jù)庫中確實插入了多條人體行為的數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)庫的信息如圖6所示。

    圖6 數(shù)據(jù)庫信息

    然后打開數(shù)據(jù)可視化儀表盤,可以查看對應(yīng)的人體行為數(shù)據(jù),證明數(shù)據(jù)從傳感器端到私有云服務(wù)器最后到數(shù)據(jù)庫端成功傳輸,系統(tǒng)已完整運行,數(shù)據(jù)可視化儀表盤的頁面如圖7所示。

    圖7 數(shù)據(jù)可視化儀表盤頁面

    3.2 可靠性測試

    假如在實際采集行為數(shù)據(jù)時,發(fā)生斷電、斷網(wǎng)的意外情況,能否將已經(jīng)采集的人體行為數(shù)據(jù)進(jìn)行發(fā)送,是衡量本系統(tǒng)可靠性的重要指標(biāo)。針對這一指標(biāo)開展性能測試,受試者在右小腿部位正常穿戴一個慣性傳感器,進(jìn)行走路的行為模式,運行腳本文件,系統(tǒng)正常啟動,在數(shù)據(jù)可視化界面中發(fā)現(xiàn)可以正常采集和發(fā)送數(shù)據(jù),等待10秒鐘后,將路由器電源斷開,傳感器已將10秒鐘內(nèi)采集的數(shù)據(jù)全部發(fā)送至數(shù)據(jù)庫中,但由于沒有網(wǎng)絡(luò),不再采集數(shù)據(jù)也無法發(fā)送數(shù)據(jù),隨后將路由器接入電源,在數(shù)據(jù)可視化界面又能看到正常采集和發(fā)送數(shù)據(jù),則說明本采集系統(tǒng)的可靠性高。

    3.3 采集頻率測試

    如果不進(jìn)行通信,每個傳感器自身可以每秒采集300組數(shù)據(jù)。如果一邊采集一邊發(fā)送,經(jīng)過行走測試發(fā)現(xiàn):如果只穿戴一個傳感器,發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫中1秒大約接收105條數(shù)據(jù)、5秒約接收550條、10秒約接收1 100條、50秒約接收5 600條,因此一個傳感器可以大約采集并發(fā)送120組數(shù)據(jù);如果穿戴兩個傳感器進(jìn)行活動,5秒內(nèi)共采集并發(fā)送大約580組數(shù)據(jù),因此穿戴兩個傳感器一秒鐘采集的頻率為115組/s;同理,穿戴三個傳感器進(jìn)行活動,采集頻率約為110組/s;穿戴四個傳感器進(jìn)行活動,采集頻率約為103組/s;穿戴五個傳感器進(jìn)行活動,采集頻率約為100組/s;穿戴六個傳感器進(jìn)行活動,此時采集頻率約為80組/s,頻率降低,因此本系統(tǒng)最多只能穿戴5個傳感器,否則將會導(dǎo)致數(shù)據(jù)通信的堵塞。

    3.4 采集系統(tǒng)續(xù)航測試

    本系統(tǒng)所選擇的電源為18 650鋰電池,為測試系統(tǒng)續(xù)航情況,通過模擬走路、跳舞等活動,使系統(tǒng)不間斷采集并發(fā)送數(shù)據(jù)。測試結(jié)果發(fā)現(xiàn),一節(jié)18 650鋰電池可以為本采集系統(tǒng)連續(xù)供電約70小時,能滿足基本的采集需求。

    3.5 壓縮性能測試

    以一組數(shù)據(jù)(20次采樣信息)為樣本,測試壓縮算法的性能,壓縮前后的數(shù)據(jù)對比如圖8 所示,經(jīng)過測試,數(shù)據(jù)壓縮前大小為3 504 bytes,壓縮后,數(shù)據(jù)的大小為1 066 bytes,壓縮時間耗時0.012 49 秒,壓縮率為30.42%。

    圖8 一組數(shù)據(jù)壓縮對比

    4 結(jié)束語

    本文對基于傳感器的人體行為采數(shù)據(jù)集技術(shù)進(jìn)行研究,同時搭建獨特的基于慣性傳感器的人體行為數(shù)據(jù)采集系統(tǒng),該系統(tǒng)可以完成對人體行為數(shù)據(jù)的采集、發(fā)送、存儲和展示。本系統(tǒng)使用低成本設(shè)備,減小采集設(shè)備體積和重量,提高采集精度,使用服務(wù)端存儲和處理方式,降低硬件成本,提高采集性能,使用應(yīng)用層與數(shù)據(jù)庫之間增加緩存層的設(shè)計,提高系統(tǒng)的吞吐量,減輕服務(wù)器的負(fù)載。通過測試,本系統(tǒng)可以連續(xù)采集人體行為數(shù)據(jù)并實時顯示,系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性較高,可以為醫(yī)療監(jiān)護(hù)、運動健康監(jiān)測、康復(fù)醫(yī)療等應(yīng)用場景提供數(shù)據(jù)支撐。

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