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1 Anwendungsgebiet
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Sie erlaubt dem Sporttreibenden, Kenngrößen von Bewegungssportaktivitäten (Gehen, Laufen usw.) weitgehend fälschungssicher über einen längeren Zeitraum (z. B. 1 Jahr) automatisiert zu messen, speichern und interpretieren, um sie benutzerfreundlich von einer Sportinstanz bewerten (Zertifizierung) oder von einer Krankenversicherung mit einem Bonus ausstatten (Bonifizierung) zu lassen.
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2 Stand der Technik
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Es gibt Entwicklungen zur elektronischen Erfassung von Bewegungen des Menschen im Bereich der mobilen Patientenüberwachung. Ein Beispiel hierfür ist der am Fraunhofer Institut für integrierte Schaltungen (IS) in Erlangen entwickelte Sensor „Life Status Sensor”. Damit kann unter anderem die Pulsfrequenz mit einem Armband erfasst und drahtlos übertragen werden (http://www.iis.fraunhofer.de/EN/bf/med/sensorik/anw/ls/lifestatus.jsp, abgerufen am 31.12.2009).
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Um Kinder und Erwachsene zu mehr Bewegung zu motivieren und für die Begleitung von Bewegungstherapien wurde ebenfalls vom IIS der Bewegungssensor „ActiSENS” entwickelt, der mit Hilfe eines dreiachsigen Beschleunigungssensors die Bewegungen des Trägers misst und seine Aktivitäten in sechs Klassen einteilt (Ruhen, Gehen, Laufen, Fahrradfahren, Treppensteigen auf- und abwärts) (http://www.iis.fraunhofer.de/EN/bf/med/sensorik/actisens.jsp, abgerufen am 06.01.2010).
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Das Geräteprogramm „miCoach” der Firma adidas gibt dem Läufer Rückmeldung über sein Laufverhalten, entweder akustisch oder optisch. Es misst Herzfrequenz, Distanz, Tempo, Schrittrate, Kalorienverbrauch und verstrichene Zeit und erstellt eine Laufanalyse und -statistik (http://www.adidas.com/de/miCoach/#Start/sdf/mdf, abgerufen 15.02.2010).
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In dem System Nike+ IPod Sport wird ein Beschleunigungssensor im Laufschuh verwendet (http://nikerunning.nike.com/nikeos/p/nikeplus/de_DE/what_is_nike_plus, abgerufen am 14.01.2010). Damit lassen sich Geh- und Laufaktivitäten erfassen. Die gemessenen Daten können drahtlos in einen eigenen Speicher oder in ein Mobilfunktelefon oder in einen PC übertragen werden, um sie dem Benutzer in aufbereiteter Form darzustellen.
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Czabke et al. beschreiben ein System für den persönlichen Gebrauch zur Erfassung und Dokumentation von Bewegungsgewohnheiten (Ambient Assisted Living – AAL, 2. Deutscher AAL-Kongress mit Ausstellung, 27.–28. Januar 2009, Berlin, VDE VERLAG GMBH, Berlin; 424–428), das Menschen zu einem gesunden Maß an Bewegung motivieren und Veränderungen über einen längeren Zeitraum erkennbar machen soll.
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EP 1 256 316 A1 beschreibt ein tragbares Gerät zur Berechnung eines Aktivitätsindexes aus dem Signal eines Beschleunigungssensors, der gespeichert und optisch angezeigt wird, um damit zu sportlicher Aktivität anzuregen.
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Der mikromechanische dreiachsige Beschleunigungssensor SMB 380 der Firma R. Bosch GmbH (http://www.bosch.de/start/content/languagel/html/734_4371.htm, abgerufen am 08.01.2010) ermöglicht, Bewegungsprofile zu erstellen und zu klassifizieren.
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3 Nachteile des Stands der Technik
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Die bisher vorgeschlagenen Verfahren sind auf den persönlichen und teilweise ärztlichen Gebrauch der Bewegungsdaten und nicht auf die Zertifizierung und Bonifizierung ausgerichtet. Für die hier vorgeschlagenen Richtungen sind Datensicherheit, Automatisierung und Benutzerfreundlichkeit wesentliche Voraussetzungen. Die bisher bekannten Systeme tragen diesen Kriterien nur unzureichend Rechnung.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die Messung, Speicherung und Interpretation von Bewegungssportdaten nicht nur für den persönlichen Gebrauch, sondern auch für die Bewertung durch Zertifizierung oder Bonifizierung zu ermöglichen.
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Der Schutz vor Missbrauch soll die Korrektheit der Daten gewährleisten, indem die Geltendmachung gefälschter Bewegungssportdaten weitgehend verhindert wird. Die Automatisierung der Behandlung der Bewegungssportdaten soll den Sporttreibenden und die Bewertungsinstanz entlasten, Fehler bei der Datenverarbeitung vermeiden helfen und die Zertifizierung/Bonifizierung mit wirtschaftlich vertretbarem Aufwand gestatten. Die Verwendung von Gestik bei der Mensch-Maschine-Interaktion soll Fehler bei der Benutzung vermeiden helfen, die Kosten reduzieren, die Benutzerfreundlichkeit steigern und somit die Akzeptanz durch den Benutzer erhöhen.
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Der Sporttreibende soll bei der Überschreitung seiner Leistungsgrenzen automatisch gewarnt werden, und Sportaktivitäten außerhalb der Leistungsgrenzen sollen automatisch von der Anerkennung ausgeschlossen werden.
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4 Lösung
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Die Aufgabe der Erfindung wird durch ein Verfahren und eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Zur weitgehend fälschungssicheren, automatisierten und benutzerfreundlichen Messung, Speicherung, Interpretation und Bewertung von Bewegungssportaktivitäten über einen längeren Zeitraum (z. B. 1 Jahr) mit dem Ziel der Zertifizierung/Bonifizierung werden mittels verfügbaren Beschleunigungssensoren, getragen an mindestens einer Stelle des menschlichen Körpers (z. B. am Handgelenk) oder in der Kleidung (z. B. im Schuh), die Beschleunigungssignale vom Körper des Sporttreibenden elektronisch gemessen. Die hierfür in Frage kommenden Bewegungssportarten hängen ab von der Zahl, Achsen, Empfindlichkeit und Auflösung der Beschleunigungssensoren sowie ihrer Position(en) am menschlichen Körper. Die Beschleunigungssignale vom Körper des Sporttreibenden während einer Sportaktivität (im Folgenden als Sportdaten bezeichnet) werden in einer mobilen Datenerfassungseinheit elektronisch gespeichert. Nach dem Ende der Sportaktivität werden die Sportdaten drahtlos oder -gebunden in eine Auswerteeinheit (mobil oder ortsfest) übertragen, wo die Interpretation der Sportdaten stattfindet. Dabei wird anhand vorgegebener Kriterien ermittelt, welche zeitlichen Abschnitte des Beschleunigungssignals als Sportaktivitäten anerkannt und mit Sportpunkten abgegolten werden, um sie dann dem Sportpunkte-Konto gutzuschreiben. Nach Ablauf des gesamten Bewertungszeitraums wird die erreichte Sportpunktezahl als Sportbilanz zur Zertifizierungs-/Bonifzierungsstelle übertragen, wo gegebenenfalls die Ausstellung eines Zertifikats (z. B. in Anlehnung an das Sportabzeichen des Deutschen Olympischen Sportbunds) bzw. die Gewährung eines Bonus veranlasst wird.
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Die Benutzerfreundlichkeit der Vorrichtung wird neben der Automatisierung dadurch erreicht, dass der zur Messung der Bewegungssportaktivitäten vorhandene Beschleunigungssensor auch zur Erfassung von vereinbarten Gestiken dient, die anstelle von Tastatureingaben zur Bedienung der Vorrichtung und zur Verifizierung des Sporttreibenden verwendet werden. Mit solchen Gestiken kann die Datenerfassungseinheit aktiviert und deaktiviert werden und es können handschriftliche Eingaben zur Vermeidung von Missbrauch benutzt werden.
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Der Missbrauch der Bewegungsdaten könnte mit oder ohne Eingriff in die Vorrichtung geschehen. Durch Verplombung der Datenerfassungs- und der Auswerteeinheit oder durch automatische Vernichtung der erfassten Sportdaten und der ermittelten Sportbilanz bei Öffnung der Vorrichtung kann der erstgenannte ausgeschlossen werden. Bei den übrigen Missbrauchsmöglichkeiten ist zwischen dem Missbrauch eigener, fremder und simulierter Sportdaten sowie der Fälschung der Sportbilanz zu unterscheiden.
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Tabelle 1 zeigt grundsätzliche Missbrauchsvarianten und zugehörige Gegenmaßnahmen. Der sporttreibende Erzeuger von Daten wird dabei als Autor bezeichnet. Eine Form des Missbrauchs der Sportdaten kann darin bestehen, eigene Sportdaten eines absolvierten Sportintervalls nicht nur einmal, sondern mehrmals der Auswerteeinheit zuzuführen. Dies kann dadurch verhindert werden, dass die Sportdaten mit einem Datumsstempel versehen und verschlüsselt werden. Daneben ist der Versuch denkbar, fremde Sportdaten auf die eigene Auswerteeinheit zu übertragen. Außerdem ist hier die Ausleihe der eigenen Datenerfassungseinheit an einen anderen Sporttreibenden zu nennen und es könnte versucht werden, mit einem Rechner simulierte Sportdaten auf die Auswerteeinheit zu übertragen. Abhilfe schafft in den drei letztgenannten Fällen die Verifizierung des Sporttreibenden durch individuelle biometrische Daten mit einer vereinbarten Gestik mit dem Körperteil, an dem der Beschleunigungssensor befestigt ist, sowie die Verschlüsselung der Sportdaten. Ferner ist der Missbrauch der Sportbilanz zu nennen, bei dem versucht wird, eine gefälschte Sportbilanz zur Zertifizierungs-/Bonifizierungseinheit zu übertragen. Durch Verfizierung des Sportreibenden und Verschlüsselung des Sportbilanzwerts kann dies ebenfalls verhindert werden.
| Missbrauchsvarianten | Gegenmaßnahmen |
| 1. Missbrauch der Sportdaten |
| 1.1 eigene Sportdaten |
| Übertragung eigener Sportdaten mehrfach auf eigene Auswerteeinheit | Verschlüsselte Datierung der Sportdaten |
| 1.2 fremde Sportdaten |
| Übertragung fremder Sportdaten auf eigene Auswerteeinheit | Verifizierung und autorenspezifische Verschlüsselung der Sportdaten |
| Datenerfassungseinheit wird zur Erfassung fremder Sportdaten ausgeliehen | Verifizierung und autorenspezifische Verschlüsselung der Sportdaten |
| 1.3 simulierte Sportdaten |
| Übertragung simulierter Sportdaten auf eigene Auswerteeinheit | Verifizierung und autorenspezifische Verschlüsselung der Sportdaten |
| 2. Missbrauch der Sportbilanz |
| Übertragung gefälschter Sportbilanz auf Zertifizierungs-/Bonifizierungseinheit | Verifizierung und autorenspezifische Verschlüsselung des Sportbilanzwerts |
Tabelle 1: Grundsätzliche Missbrauchsvarianten und zugehörige Gegenmaßnahmen.
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Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, dass der Sporttreibende automatisch gewarnt wird, wenn er sich durch Überschreitung seiner Leistungsgrenzen überfordert. Die Leistungsgrenzen können beispielsweise anhand der Frequenz und der Intensität des Beschleunigungssignals nach allgemeinen Erkenntnissen der Sportmedizin und der individuellen Leistungsfähigkeit vorgegeben werden. Zusätzlich können Sportaktivitäten außerhalb der Leistungsgrenzen von der Berücksichtigung bei der Sportbilanz automatisch ausgeschlossen werden.
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5 Vorteile der Erfindung
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Mit der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Vorrichtung zur Erfassung von Bewegungssportaktivitäten ergeben sich folgende Vorteile:
- • Der Missbrauch der Bewegungsdaten wird durch Kennzeichnungs-, Verschlüsselungs- und Prüfmaßnahmen weitgehend verhindert.
- • Durch Automatisierung der Messung und Bewertung von Bewegungssportaktivitäten wird der Personalbedarf reduziert, erhöht sich Wirtschaftlichkeit und vermindert sich die Anfälligkeit für menschliche Fehler.
- • Durch Verwendung von Gestiken zur benutzerfreundlichen Bedienung der Vorrichtung kann auf konventionelle Eingabeelemente (z. B. Tasten) weitestgehend verzichtet werden.
- • Durch die Langzeitmessung der Beschleunigung kann eine Überbelastung durch Stöße (überhöhte negative Beschleunigung) erkannt werden.
- • Der Sporttreibende kann bei der Überschreitung seiner Leistungsgrenzen automatisch gewarnt werden.
- • Sportaktivitäten außerhalb der Leistungsgrenzen können automatisch von der Sportbilanz ausgeschlossen werden.
- • Dadurch dass die aktuelle Sportbilanz ständig verfügbar ist und außerdem ein Zertifikat oder Bonus winkt, kann die Motivation für ganzjähriges Sporttreiben im Breitensport erhöht werden.
- • In der Medizin, im Leistungssport und in der Arbeitsgestaltung eröffnen sich Anwendungsmöglichkeiten bei der Analyse, Bewertung, Gestaltung und Verfolgung des Bewegungsverhaltens.
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6 Beschreibung eines Ausführungsbeispiels
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist mit den Zeichnungen dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen
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1: Struktur der Vorrichtung zur langfristigen Messung, Speicherung, Interpretation, Bewertung und Zertifizierung/Bonifizierung des Bewegungssporttreibens.
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2: Schematischer Verlauf des einachsig gemessenen Beschleunigungssignals bei zwei Sportintervallen.
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Die Zeitspanne einer anzuerkennenden sportlichen Bewegung wird im Folgenden als Sportintervall bezeichnet, in dem unterschiedliche Bewegungsformen (z. B. Gehen, Laufen, Gymnastik) ausgeführt werden können. In 2 ist der zeitliche Verlauf des beispielsweise am Fuß einachsig gemessenen Beschleunigungssignals zweier als Lauf absolvierter Sportintervalle schematisch dargestellt. In der Realität verläuft dieses Signal nicht mit solcher Diskontinuität und Regelmäßigkeit von Periodizität und Amplitude.
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Ein Sportintervall ist zeitlich gemäß 2 durch zwei Zeitpunkte gekennzeichnet, den Beginn tA, das Ende tE (Dauer Δt) und durch einen Abstand ΔT vom nachfolgenden Sportintervall. Außerdem kann es durch die auftretenden Beschleunigungswerte charakterisiert werden, beispielsweise durch Maximal-(bmax) und quadratischer Mittelwert sowie durch weitere aus der Signalform und mittels Frequenzanalyse ableitbare Kenngrößen. Aus sportmedizinischer Sicht können für Sportintervalle anhand der Beschleunigungswerte Leistungsgrenzen vorgegeben werden, beispielsweise maximale Intensität und Frequenz, bei deren Überschreitung der Sporttreibende gewarnt wird. Außerdem können Sportintervalle außerhalb der Leistungsgrenzen automatisch von der Bewertung ausgeschlossen werden. Für die Bewertung und Honorierung des regelmäßigen, ganzjährigen Sporttreibens ist für den Sporttreibenden eine Zielgröße zu definieren, die in anschaulicher Weise mit seinen Sportintervallen zusammenhängt, damit er sie zielführend gestalten kann. Als Zielgröße, die über einen längeren Zeitraum, z. B. 1 Jahr, zu verfolgen ist, wird die Sportbilanz SB gewählt. Sie kennzeichnet die sportliche Bewegungsleistung in diesem Zeitraum dadurch, dass die absolvierten Sportintervalle über eine Punkteskala in der Sportbilanz SB zusammengefasst werden. Für die Anerkennung der sportlichen Jahresleistung in Form der Zertifizierung oder Bonifizierung ist das Erreichen einer Mindestzahl von Sportpunkten SBmin erforderlich.
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Im Folgenden wird ein Beispiel für die Definition der Kenngröße SB angegeben, die dem Sporttreibenden eine nachvollziehbare Bewertung seiner Sportaktivitäten ermöglicht. SB wird zunächst als eine Funktion der Zahl der Sportintervalle pro Jahr N und ihrem mittleren zeitlichen Abstand ΔTm definiert. Als Voraussetzung für die Anerkennung der sportlichen Jahresleistung ist zu fordern, dass SB ≥ SBmin. Als weitere Bedingungen ist zu verlangen, dass die Sportintervalle über das Jahr einigermaßen gleich verteilt und nicht auf wenige Wochen oder Tage konzentriert sind.
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Wählt man für die funktionale Abhängigkeit von SB den Quotienten der beiden Parameter, so ergibt sich SB = N/ΔT
m. Tabelle 2 zeigt den Einfluss der beiden Parameter auf eine jährliche Sportbilanz SB bei gleichmäßigem zeitlichem Abstand.
| Sportintervalle pro Jahr N | 104 | 52 | 35 | 17 | 13 |
| Mittlerer Abstand ΔTm = 52/(N + 1) [Wochen] | 0,5 | 1 | 1,5 | 3 | 4 |
| Sportbilanz SB = N/ΔTm [Sportpunkte] | 208 | 52 | 23 | 6 | 3 |
Tabelle 2: Sportbilanz als Funktion der Zahl der Sportintervalle und des mittleren Abstands.
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Der als Minimum SBmin anzustrebende Wert ist nach sportmedizinischen Gesichtspunkten festzulegen, z. B. 52 Sportpunkte bei wöchentlichem Sporttreiben. Räumt man dem Sporttreibenden Ausfallzeiten durch Krankheit, urlaubsbedingte und berufliche Verhinderung ein, so könnte SBmin = 30 Sportpunkte festgelegt werden.
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Die zu berücksichtigenden Sportintervalle müssen eine Mindestdauer (z. B. 30 Minuten) und einen Mindestwert des Effektivwerts der Beschleunigung aufweisen. Die Einflüsse des Alters und Geschlechts können durch Zu- oder Abschläge bei SBmin (z. B. in Tabellenform) berücksichtigt werden.
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Für eine anspruchsvollere Definition der Sportbilanz SB können neben den oben genannten weitere Parameter berücksichtigt werden (maximale Beschleunigung, mehrachsige Beschleunigung, mittlere Beschleunigungsfrequenz, Frequenzspektrum usw.). Dadurch können die in den einzelnen Sportintervallen getriebenen Sportarten unterschieden werden (z. B. Gehen, Laufen, Radfahren, Ballspielen usw.). Beispielsweise ist beim Radfahren der Beschleunigungssensor am Fuß zu befestigen. Aus dem streng periodischen Beschleunigungssignal kann als zusätzlicher Parameter die Trittfrequenz f ermittelt werden, so dass SB = Funktion (f, bmax, N, ΔT) gilt.
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Wie 1 zeigt, bestehen das Verfahren und die Vorrichtung aus zwei Einheiten, über die der Sporttreibende 1 verfügt, nämlich aus einer mobilen Datenerfassungseinheit 2 und einer mobilen oder ortsfesten Auswerteeinheit 3. Hinzu kommt eine ortsfesten Zertifizierungs-/Bonifizierungseinheit 4 bei der Bewertungsinstanz. In Tabellen 3 und 4 sind die Aktivitäten des Sporttreibenden und die informationstechnischen Verarbeitungsschritte gegenüber gestellt. Letztere werden durch die technischen Geräteeinheiten gemäß 1 durchgeführt. Bei Verkleinerung der Bauelemente können Datenerfassungs- und Auswerteeinheit in einer Einheit zusammengefasst werden.
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Bei der Beschreibung der Datenerfassungs- und Auswerteeinheit steht die Missbrauchsverhinderung im Mittelpunkt. Der Sporttreibende kann Beschleunigungssignale nicht nur durch seine Bewegungssportaktivitäten erzeugen, sondern auch durch vereinbarte Gestiken, die erfindungsgemäß in einem biometrischen Verifizierungsverfahren zur Missbrauchsverhinderung (z. B. Unterschrifts-Gestik) herangezogen werden. Daneben dienen solche Gestiken zur benutzerfreundlichen Bedienung der Datenerfassungseinheit (z. B. Start-, Ende-Gestik zur Akti- und Deaktivierung). Um ausschließen zu können, dass ein Bewerber um Zertifi- bzw. Bonifizierung nicht selbst Sport treibt, sondern sich missbräuchlich fremde oder simulierte Sportdaten beschafft, erfolgt die Verifizierung des Sporttreibenden unter Benutzung vorher erfasster Gestik-Merkmale. Bei dieser Ausgestaltung der Erfindung wird die Unterschriftsauswertung gewählt, indem vom Sporttreibenden eine Unterschrifts-Gestik verlangt und der Beschleunigungssensor an seinem Handgelenk befestigt wird. Bei der Unterschrifts-Gestik schreibt der Sporttreibende seine sonst mit einem Stift z. B. auf Papier erstellte Unterschrift mit dem Arm-Hand-Finger-System in die Luft oder auf eine ebene Unterlage. Der so erzeugte zeitliche Verlauf des Beschleunigungssignals enthält Informationen über den geometrischen und zeitlichen Verlauf der Unterschrifts-Gestik. Letzterer ist vom Menschen nur sehr eingeschränkt beobacht- und nachahmbar. Mit den bekannten Methoden der Mustererkennung wird die Unterschrifts-Gestik analysiert und es werden Merkmale definiert.
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Die mobile Datenerfassungseinheit 2 enthält mindestens einen Beschleunigungssensor, der den zeitlichen Verlauf der Beschleunigungen des Arms des Sporttreibenden erfasst. Sie enthält Schnittstellen zur Auswerteeinheit 3 und zum Benutzer, einen Prozessor, Datenspeicher und weitere Komponenten, wie Energieversorgung und Uhr. Die Datenerfassungseinheit hat die Aufgaben, die Beschleunigungssignale des Sporttreibenden zu erfassen, zu speichern sowie zur Verhinderung von Missbrauch beizutragen.
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Die Verwendung einer vereinbarten Gestik wie der Unterschrift bedingt, dass vor der eigentlichen Nutzung der vorgeschlagenen Vorrichtung eine Vorbereitungsphase (siehe Tabelle 3) stattfindet, in der Sporttreibende mehrfach (z. B. dreimal) seine Unterschrifts-Gestik als Referenzen generiert. Deren Beschleunigungssignale werden in der Datenerfassungseinrichtung gespeichert und verschlüsselt auf die Auswerteeinrichtung übertragen, wo nach Entschlüsselung die Referenz-Merkmalsvektoren der Unterschrifts-Gestiken berechnet werden. Nach Verschlüsselung werden sie auf die Datenerfassungseinheit zurückgesendet. (Die Berechnung der Referenz-Merkmalsvektoren geschieht deshalb in der Auswerteeinheit, weil hierfür eine Rechenleistung erforderlich ist, die höher ist als die der Datenerfassungseinheit.) Durch Vergleich des Merkmalvektors einer aktuell generierten Unterschrifts-Gestik mit den Referenz-Unterschrifts-Merkmalsvektoren werden Ähnlichkeitsmaße bestimmt, die mit einem Schwellenwert verglichen werden. Damit wird entschieden, ob die erzeugte Unterschrifts-Gestik anzunehmen oder abzuweisen ist. Dabei können Fehler auftreten, wenn eine Unterschrifts-Gestik fälschlicherweise anerkannt (falsche Anerkennung) oder abgewiesen wird (falsche Rückweisung). Die Rate der falschen Rückweisungen kann dadurch verringert werden, dass Wiederholungen der Unterschrift-Gestik zugelassen werden.
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Nach Abschluss dieser Vorbereitung kann die eigentliche Nutzung der Erfindung beim Absolvieren von Sportintervallen erfolgen (siehe Tabelle 4). Der Sporttreibende aktiviert die Datenerfassungseinheit vor jedem Sportintervall. Danach generiert er seine Unterschrifts-Gestik. Aus dieser wird der zugehörige Merkmalsvektor berechnet und mit den zuvor entschlüsselten Referenz-Merkmalsvektoren verglichen. Daraus ergibt sich die Anerkennung oder Zurückweisung der Unterschrift (1. Verifizierung). Bei der Verifizierung wird geklärt, ob
| Datenerfassungseinheit (mobil) |
| Sporttreibender | Datenerfassung |
| Mehrmalige Generierung von Referenz-Unterschrifts-Gestiken | Erfassung und Verschlüsselung der Referenz-Unterschrifts-Gestiken |
| Auswerteeinheit (mobil oder ortsfest) |
| Sporttreibender | Auswertung |
| Ankopplung der Datenerfassungseinheit | Übernahme und Entschlüsselung der Referenz-Unterschrifts-Gestiken |
| | Berechnung der Referenz-Merkmalsvektoren |
| | Verschlüsselung der Referenz-Merkmalsvektoren |
| | Übertragung der verschlüsselten Referenz-Merkmalsvektoren auf die Datenerfassungseinheit |
| Abkopplung der Datenerfassungseinheit | |
Tabelle 3: Einmalige Vorbereitung der Vorrichtung für die Erfassung von Sportintervallen zur Gewinnung von Referenz-Unterschrifts-Gestiken. es sich bei dem Sporttreibenden, der die Vorrichtung benutzen will, um denjenigen handelt, der dazu berechtigt ist. Im Falle der Anerkennung kann nun ein Sportintervall absolviert werden mit Aufzeichnung und anschließender Verschlüsselung der Sportdaten. Die hierfür erforderliche Speicherkapazität lässt sich mit dem Produkt von mittlerer Dauer des Sportintervalls, Auflösung der Amplitude des Beschleunigungssignals und Abtastfrequenz abschätzen (z. B. 1800 s·1 Byte·20 Hz = 36 kByte). Am Ende des Sportintervalls hat die Deaktivierung der Datenerfassungseinheit zu erfolgen. Zur Datensicherung und Auswertung sowie bei Ausschöpfung der Speicherkapazität der Datenerfassungseinheit ist die Interpretation der Sportdaten auf die Datenauswerteinheit
3 durchzuführen.
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Die Datenauswerteeinheit hat die Aufgaben, die Sportdaten und den Merkmalsvektor der aktuellen Unterschrifts-Gestik von der Datenerfassungseinheit zu empfangen, zu entschlüsseln, zu verifizieren, zu interpretieren und das Ergebnis dem Sportpunkte-Konto gutzuschreiben. Hierzu werden die Datenerfassungseinheit und die Auswerteeinheit verbunden. Nach der 1. Verifizierung in der Datenerfassungseinheit erfolgt hier die 2. Verifizierung anhand
| Datenerfassungseinheit (mobil) |
| Sporttreibender | Datenerfassung |
| Generierung der Unterschrifts-Gestik | Erfassung und Berechnung des Merkmalsvektors der Unterschrifts-Gestik |
| | Entschlüsselung der Referenz-Merkmalsvektoren und Vergleich mit Merkmalsvektor der Unterschrifts-Gestik |
| | Annahme oder Zurückweisung der Unterschrifts-Gestik (1. Verifizierung) |
| Sportintervall absolvieren | Erfassung und Verschlüsselung der Sportdaten |
| Auswerteeinheit (mobil oder ortsfest) |
| Sporttreibender | Auswertung |
| Ankopplung der Datenerfassungseinheit | Übernahme und Entschlüsselung der Sportdaten und des Merkmalsvektors Unterschrifts-Gestik |
| | Entschlüsselung der Referenz-Merkmalsvektoren und Vergleich mit Merkmalsvektor der Unterschrifts-Gestik |
| | Annahme oder Zurückweisung der Unterschrifts-Gestik (2. Verifizierung) |
| | Interpretation der Sportdaten und Gutschrift auf Sportpunkte-Konto |
| | Verschlüsselung der Sportbilanz |
| Abkopplung der Datenerfassungseinheit | |
| Zertifizierungs-/Bonifizierungseinheit |
| Sporttreibender | Zertifizierungs-/Bonifizierung |
| Beantragung des Zertifikats/Bonus | Übernahme und Entschlüsselung der Sportbilanz |
| | Prüfung der Sportbilanz |
| Eventuell Empfang des Zertifikats/Bonus | Eventuell Vergabe des Zertifikats/Bonus |
Tabelle 4: Durchführung, Auswertung und Bewertung von Sportintervallen. der Unterschrifts-Gestik. Im Falle der Anerkennung erfolgt die Interpretation der Sportdaten, bei der im einfachsten Fall Beginn und Ende der sportlich relevanten Zeitabschnitte des 5 jeweiligen Sportintervalls bestimmt werden. Daraus werden die Sportpunkte SP (beispielsweise entsprechend dem oben angegebenen Rechengang) ermittelt und dem Sportpunkte-Konto gutgeschrieben. In der Auswerteeinheit können bei Bedarf die Beschleunigungssignale aller Sportintervalle eines Bewertungszeitraums archiviert werden. Die Auswerteeinheit erfordert Speicherkapazität und Rechenleistung sowie eine Daten- und eine Benutzerschnittstelle. Deshalb kommen hierfür Mobilfunktelefone mit Rechnerfunktionalität und tragbare oder ortsfeste Rechner in Betracht. Nach jeder Auswertung der Sportdaten eines Sportintervalls wird der erreichte Zwischenstand der Sportbilanz zusammen mit dem Merkmalsvektor der Unterschrifts-Gestik verschlüsselt gespeichert.
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Nach Abschluss des Bewertungszeitraums werden die erreichte Sportpunktezahl SP und der mittlere zeitliche Abstand der Sportintervalle als Sportbilanz SB zur Zertifizierungs-/Bonifizierungseinheit 4 bei der Bewertungsinstanz verschlüsselt mittels Internet übertragen. Dort wird über Ausstellung eines Zertifikats bzw. Gewährung eines Bonus entschieden. Die Zertifizierungs-/Bonifizierungseinheit erfordert Speicherkapazität und Rechenleistung sowie Internetpräsenz.
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Eine weitere Maßnahme zur Verhinderung des Missbrauchs fremder Sportdaten besteht darin, dass vom Sporttreibenden eine zusätzliche Unterschrifts-Gestik während der Ausübung eines Sportintervalls verlangt wird. Damit wird das Ausleihen der Datenerfassungseinheit zur Beschaffung zusätzlicher Sportdaten eines fremden Sporttreibenden erkenn- und nachweisbar.
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Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, dass an Stelle der Unterschrifts-Gestik eine Passwort-Gestik verwendet wird. Hier hat der Sporttreibende ein vereinbartes Passwort mit dem Arm-Hand-Finger-System zu schreiben, um damit seine Verifizierung zu ermöglichen.
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Als vereinbarte Gestiken kommen auch einfache Körperbewegungen in Frage, beispielsweise Armkreisen.
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Ferner können mit den Methoden der Mustererkennung gewonnene Merkmale der Beschleunigungssignale der eigentlichen Sportaktivität (Sportdaten) zur Verifizierung des Sporttreibenden dienen. Der Sporttreibende muss in diesem Fall nicht durch eine vereinbarte Gestik identifiziert werden. Vielmehr werden für den einzelnen Sporttreibenden charakteristische Kennwerte durch Signalanalyse des Beschleunigungsverhaltens bei ihrer bewegungssportlicher Aktivität ermittelt, beispielsweise maximale Amplitude und Frequenz der Beschleunigung, spezielle periodische und aperiodische Merkmale des Signalverlaufs, spektrale Kenngrößen usw. In diesem Fall dient die Vorbereitungsphase zur Ermittlung der individuellen Kennwerte des Sporttreibenden.
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Bei Vereinigung der Daten- und der Auswerteeinheit in einem Gerät entfällt die 2. Verifizierung.
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Für Sporttreibende, die nicht über eine eigene Geräteausstattung zur Durchführung der Funktionen der Auswerte- und Bewertungseinheit verfügen, können entsprechende Datenstationen bei Sportvereinen oder Sportgeschäften vorgehalten werden, die allgemein zugänglich sind.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- http://www.iis.fraunhofer.de/EN/bf/med/sensorik/anw/ls/lifestatus.jsp, abgerufen am 31.12.2009 [0002]
- http://www.iis.fraunhofer.de/EN/bf/med/sensorik/actisens.jsp, abgerufen am 06.01.2010). [0003]
- http://www.adidas.com/de/miCoach/#Start/sdf/mdf, abgerufen 15.02.2010 [0004]
- http://nikerunning.nike.com/nikeos/p/nikeplus/de_DE/what_is_nike_plus, abgerufen am 14.01.2010 [0005]
- Czabke et al. beschreiben ein System für den persönlichen Gebrauch zur Erfassung und Dokumentation von Bewegungsgewohnheiten (Ambient Assisted Living – AAL, 2. Deutscher AAL-Kongress mit Ausstellung, 27.–28. Januar 2009, Berlin, VDE VERLAG GMBH, Berlin; 424–428 [0006]
- http://www.bosch.de/start/content/languagel/html/734_4371.htm, abgerufen am 08.01.2010 [0008]
