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Technisches Gebiet
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bereitstellen eines Ermittlungsverfahrens für eine Anzahl von Schritten einer Person.
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Die Erfindung betrifft weiter eine Vorrichtung zum Ermitteln einer Anzahl von Schritten einer Person.
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Stand der Technik
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Bekannte Verfahren zur Ermittlung einer Anzahl von Schritten einer Person, auch kurz Schrittzähler genannt, benutzen einen Bewegungssensor, beispielsweise einen Beschleunigungssensor oder ein Gyroskop, um allgemein eine Bewegung einer Person festzustellen, genauer um anhand der gemessenen Daten festzustellen, ob die Person einen Schritt gemacht hat oder nicht. Zur Auswertung der Sensordaten sind verschiedene Algorithmen und Verfahren je nach Anwendung bekanntgeworden, die die Sensorsignale analysieren. Auf Basis der Analyse wird dann ermittelt, ob ein Schritt vorliegt oder nicht. Je nachdem wo diese Sensoren an oder bei einer Person angeordnet sind, also in welchem Umfeld diese eingesetzt werden, variiert die Genauigkeit der Ermittlung von Schritten. So liefert beispielsweise ein Beschleunigungssensor genauere Daten zur Detektion von Schritten, wenn dieser am Kopf befestigt ist verglichen mit einer Befestigung desselben an einem Arm einer Person.
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Offenbarung der Erfindung
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In einer Ausführungsform stellt die Erfindung ein Verfahren zum Bereitstellen eines Ermittlungsverfahrens für eine Anzahl von Schritten einer Person bereit, umfassend die Schritte
- - Ermitteln von Sensordaten anhand zumindest zweier Sensoreinrichtungen, welche unterschiedliche Arten von Sensoren aufweisen,
- - Ermitteln eines Bewegungszustands einer Person durch Auswerten der ermittelten Sensordaten, und
- - Auswahl eines Ermittlungsverfahrens für eine Anzahl von Schritten aus zumindest zwei Verfahren zur Schrittzählung basierend auf dem ermittelten Bewegungszustand der Person.
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In einer weiteren Ausführungsform stellt die Erfindung eine Vorrichtung zum Ermitteln einer Anzahl von Schritten einer Person bereit, umfassend zumindest zwei Sensoreinrichtungen zum Ermitteln von Sensordaten, welche unterschiedliche Arten von Sensoren aufweisen, und eine Recheneinheit zum Ermitteln eines Bewegungszustands einer Person anhand ausgewerteten Sensordaten, und zum Auswählen eines Verfahrens zum Ermitteln einer Anzahl von Schritten aus zumindest zwei Verfahren zur Schrittzählung basierend auf dem ermittelten Bewegungszustand der Person.
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Einer der damit erzielten Vorteile ist, dass damit die Genauigkeit bei der Ermittlung der Anzahl von Schritten wesentlich erhöht werden kann, da unterschiedliche Verfahren zur Ermittlung von Schritten für unterschiedliche Situationen beziehungsweise äußere Bedingungen entsprechend geeignet ausgewählt werden können. Insoweit wird die Anzahl nicht detektierter Schritte beziehungsweise die Anzahl von fälschlicherweise detektierten Schritten reduziert. Ein weiterer Vorteil ist die einfache und kostengünstige Implementierung.
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Weitere Merkmale, Vorteile und weitere Ausführungsformen der Erfindung sind im Folgenden beschrieben oder werden dadurch offenbar.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung werden die Sensordaten in Form von Beschleunigungs- und Gyroskopdaten bereitgestellt. Vorteil hiervon ist, dass auf kostengünstige und zuverlässige Weise Sensordaten bereitgestellt werden, auf deren Basis ein Bewegungszustand der Person ermittelt und damit ein geeignetes Verfahren für die Ermittlung einer Anzahl von Schritten ausgewählt werden kann.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung werden als Ergebnis des Auswertens der Sensordaten ein oder mehrere Kenngrößen bereitgestellt. Anhand von einer oder mehreren Kenngrößen kann auf einfache und zuverlässige Weise eine Auswahl eines Ermittlungsverfahrens für eine Anzahl von Schritten ausgewählt werden. Gleichzeitig können einer Person oder dergleichen auch das Ergebnis in einfach verständlicher Form anhand der Kenngrößen angezeigt werden.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung umfassen die eine oder mehrere Kenngrößen zumindest eine der folgenden Größen: Mittelwert, Varianz, Rate von Mittelwertdurchgängen, Periodizität, Extremwerte, insbesondere Maximalwerte, von den ermittelten Sensordaten. Dies ermöglicht eine effiziente und schnelle Berechnung beziehungsweise Bereitstellung von Kenngrößen. Unter einer Rate von Mittelwertdurchgängen ist allgemein die Frequenz zu verstehen, mit der ein Signal den Mittelwert des Signals passiert.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung erfolgt das Auswerten der ermittelten Sensordaten für zumindest zwei Raumrichtungen, insbesondere für alle drei Raumrichtungen, getrennt. Damit wird die Zuverlässigkeit für die Auswahl des Ermittlungsverfahrens für eine Anzahl von Schritten weiter verbessert.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung wird ein Bewegungszustand anhand von zumindest zwei, insbesondere zumindest vier verschiedenen vorgebbaren Zuständen bereitgestellt. Damit lässt sich auf hinreichend genaue und gleichzeitig effiziente Weise ein Bewegungszustand für eine Vorrichtung angeben, mit welchem dann ein Ermittlungsverfahren für eine Anzahl von Schritten ausgewählt werden kann.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung umfasst ein erstes der zumindest zwei Verfahren zur Schrittzählung ein Ermitteln von Maximalwerten in Gyroskopdaten und ein zweites der zumindest zwei Verfahren zur Schrittzählung ein Filtern von Beschleunigungsdaten mittels eines Attack/Release-Filters und ein Vergleichen mit Schwellwerten. Unter einem Attack/Release Filter ist ein Glättungsfilter für Daten oder einem Signal zu verstehen, der in Abhängigkeit einer Veränderung der Daten/des Signals oder einer abgeleiteten Größe aus den Daten/dem Signal die Daten/das Signal glättet. Dies ermöglicht eine einfache und effiziente Bereitstellung von Verfahren zur Schrittzählung, wobei insbesondere mit einem Attack/Release-Filter ein Ansteigen der Beschleunigung zuverlässig auch bei Vorhandensein von Rauschen detektiert werden kann
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Vorrichtung umfasst die erste der Sensoreinrichtungen zumindest einen Beschleunigungssensor und die zweite der Sensoreinrichtungen zumindest ein Gyroskop. Vorteil hiervon ist, dass kostengünstige, geeignete Sensoreinrichtungen zur Verfügung gestellt werden, um anhand deren Sensordaten eine Schrittanzahl einer Person zuverlässig ermitteln zu können.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Vorrichtung ist die Recheneinheit ausgebildet, auf Basis des ausgewählten Verfahrens und der ermittelten Sensordaten eine Anzahl von Schritten einer Person zu berechnen. Damit kann direkt nicht nur ein geeignetes Verfahren zur Ermittlung der Schrittanzahl ausgewählt und bereitgestellt werden, sondern ebenfalls auch anhand der Sensordaten die Anzahl der Schritte ermittelt werden. Eine aufwändige separate Ermittlung der Schritte wird damit vermieden.
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Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen, und aus dazugehöriger Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
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Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Bevorzugte Ausführungen und Ausführungsformen der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Bauteile oder Elemente beziehen.
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Figurenliste
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- 1 zeigt eine Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
- 2 zeigt Sensordaten verschiedener Sensoren gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
- 3 zeigt Schritte eines Verfahrens gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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Ausführungsformen der Erfindung
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1 zeigt eine Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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Im Detail ist in 1 eine Vorrichtung 1 gezeigt. Die Vorrichtung 1 umfasst zwei Sensoren in Form eines Beschleunigungssensors 2 und eines Gyroskops 3. Beide Sensoren 2, 3 stellen entsprechende Messdaten einer Recheneinheit 50 zur Verfügung. Die Recheneinheit 50 umfasst dabei eingangsseitig eine Filtereinrichtung 4, die die jeweils von den Sensoren 2, 3 erhaltenen Daten mittels entsprechender separater Tiefpassfilter 4a, 4b filtert. Mittels des Tiefpassfilters 4a, 4b werden hochfrequente Signale gefiltert, die als Rauschen gewertet werden, wohingegen niedrigfrequente Signale basierend auf Schritten den Filter passieren können. Damit wird die Zuverlässigkeit bei der Detektion von Schritten verbessert.
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Anhand der gefilterten Daten werden durch eine Kenngrößenermittlungseinheit 5 ein oder mehrere Kenngrößen ermittelt, beispielsweise ein Durchschnitt, eine Varianz, eine Periodizität oder eine Detektion von Maximalwerten in zumindest einem Teil der gefilterten Sensordaten. Diese Kenngrößen werden dann jeweils unabhängig für drei Raumrichtungen, also entlang der x-, y-und der z-Achse bestimmt, insbesondere jeweils separat für die Daten des Beschleunigungssensors 2 und die Daten des Gyroskops 3. Darüber hinaus ist es möglich, weitere Sensoren anzuordnen und die Daten analog zu den Daten des Beschleunigungssensors 2 und des Gyroskops 3 der Recheneinheit 50 zur Verfügung zu stellen.
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Die ermittelte Kenngröße beziehungsweise Kenngrößen werden dann an eine Bewegungszustandseinheit 6 der Rechnereinheit 50 übermittelt, die auf der Basis der berechneten Kenngröße oder Kenngrößen einen aktuellen Bewegungszustand der Person ermittelt. Verschiedene Bewegungszustände, hier vier mit Bezugszeichen 100, 101, 102, 103 bezeichnet, sind hierbei vorab definiert und in der Bewegungszustandseinheit 6 gespeichert. Neben der Entscheidung, in welchem Bewegungszustand sich die Person befindet, stellt die Bewegungszustandseinheit 6 auch entsprechende Daten für die nachfolgende Auswahl eines Ermittlungsverfahrens für die Anzahl von Schritten bereit und/oder kann zusätzlich Informationen zur Identifikation von falsch identifizierten Schritten, insbesondere auf Basis von Periodizitätsanalysen, bereitstellen.
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Im Detail ist die Bewegungszustandseinheit 6 nicht nur zur Ermittlung eines Bewegungszustands im allgemeinen, beispielsweise „Laufen“ oder „Rennen“ im engeren Sinn ausgebildet, sondern ebenfalls allgemein, um bestimmte Posen oder ein bestimmtes Verhalten einer Person während des Laufens oder Rennens zu ermitteln. Dies umfasst beispielsweise einen Bewegungszustand „Hören einer Audioausgabe eines Mobiltelefons“, oder „Betrachten eines Bildschirms eines Mobiltelefons während des Laufens“, etc. Diese Informationen werden hier insbesondere nicht nur zur Auswahl eines bestimmten Schrittzählverfahrens genutzt, sondern können auch durch weitere Komponenten genutzt werden, beispielsweise von einem Navigationssystem oder zur Aktivitätserkennung einer Person oder dergleichen.
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Um zu entscheiden, welcher Bewegungszustand vorliegt, kann eine Baumstruktur benutzt werden. Hierzu können insbesondere bestimmte Kenngrößen verwendet werden, um zu entscheiden, welchem Ast des „Entscheidungsbaums“ gefolgt wird. Entscheidungen können dabei beispielsweise auf Vergleich mit Schwellwerten mittels binärer Logik getroffen werden.
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In der Ausführungsform der 1 sind in der Bewegungszustandseinheit 6 vier Zustände gespeichert. Im Einzelnen sind dies die Zustände
- a) „ruhend“, d. h. keine signifikante Bewegung wird detektiert.
- b) „Bewegen der Arme“, entweder während des Rennens oder während des Laufens einer Person. Hierbei werden insbesondere Gyroskopdaten zum Ermitteln der Schritte verwendet.
- c) „Kein Bewegen der Arme“. Hierbei werden insbesondere Daten des Beschleunigungssensors zur Ermittlung der Anzahl der Schritte benutzt.
- d) „unbekannte Bewegung“. Dieser Zustand wird einerseits zur Initialisierung der Vorrichtung festgelegt oder bei einer unklaren Auswertung der Sensordaten oder ungenügenden Sensordaten.
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Im Fall des Zustands a) wird dann keine Ermittlung von Schritten vorgenommen. Der Zustand d) wird immer dann benutzt, wenn eine Bewegung der Person nicht in einen der hinterlegten Zustände eingeordnet werden kann. Damit kann die Anzahl der falsch positiven Schritte reduziert werden. Abhängig vom Anwendungsfall kann im Zustand d) eine Ermittlung von Schritten vorgenommen werden, oder auch nicht.
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Ist der Bewegungszustand durch die Bewegungszustandseinheit 6 ermittelt, wird diese Information an die Ermittlungsverfahrensauswahleinheit 8 einer Navigationseinheit 7 übermittelt. Die Ermittlungsverfahrensauswahleinheit 8 wählt anhand verschiedener Verfahren 20, 21 für die Ermittlung der Schrittanzahl auf Basis des ermittelten Bewegungszustands ein entsprechendes Verfahren 20, 21 aus, welches dann zur Ermittlung der Anzahl von Schritten mittels eines Schrittzählers 10 dient. Orientierungsinformationen 9 und die mittels des Schrittzählers 10 ermittelte Anzahl der durchgeführten Schritte werden an ein Fußgänger-Koppelnavigationssystem 11 der Navigationseinheit 7 übermittelt, mit dessen Hilfe die Position eines Fußgängers nachverfolgt werden kann.
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Im Einzelnen können, wie vorstehend beschrieben, Schritte einer Person basierend auf Daten des Gyrometers 3 ermittelt werden. So können beispielsweise während eines gewöhnlichen Laufens oder Rennens die Arme der jeweiligen Person hin und her schwingen. Dieses Schwingen resultiert in einem klaren und verlässlichen Gyrometersignal: Jedem Schwingen eines Arms kann ein Schritt zugeordnet werden. Dies lässt sich in den Sensordaten des Gyrometers anhand entsprechender Maximalwerte/Peaks beziehungsweise Umkehrpunkte/Extremwerte erkennen, auf deren Basis dann auf die Anzahl der Schritte ermittelt werden kann.
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Alternativ können auch im Fall, dass die Arme der Person nicht frei schwingen, beispielsweise wenn die Person eine Tasche trägt oder ein Telefon bedient, auf Basis von Beschleunigungswerten des Beschleunigungssensors 2 Schritte ermittelt werden.
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In der folgenden 2 ist der erste Fall, also Daten von einem Laufen oder Rennen mit Armbewegung gezeigt, wobei die jeweiligen Sensorwerte des Gyroskops und des Beschleunigungssensors über der Zeit aufgetragen sind.
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2 zeigt Sensordaten verschiedener Sensoren gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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In 2 ist in der oberen Hälfte die Amplitude/Stärke eines Beschleunigungssignals durch den Beschleunigungssensor 2 während des Laufens einer Person gezeigt, wohingegen in der unteren Hälfte der 2 die Amplitude/Stärke eines Gyroskopsignals für die z-Achse über der Zeit während des Laufens gezeigt ist, wobei die z-Achse hier senkrecht zur Ebene einer Armbewegung der Person orientiert ist. In der 2 ist zu erkennen, dass das Signal des Gyroskops 3 einen klaren beziehungsweise deutlicheren Verlauf in Bezug auf Umkehrpunkte aufweist als das des Beschleunigungssensors. Anhand einer Analyse der Maximalwerte/peaks oder Umkehrpunkte in der Amplitude des Gyroskopsignals können dann besonders einfach und zuverlässig Schritte gezählt werden.
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3 zeigt Schritte eines Verfahrens gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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In 3 ist ein Verfahren zum Bereitstellen eines Ermittlungsverfahrens für eine Anzahl von Schritten einer Person gezeigt.
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In einem ersten Schritt S1 erfolgt ein Ermitteln von Sensordaten anhand zumindest zweier Sensoreinrichtungen 2, 3, welche unterschiedliche Arten von Sensoren aufweisen.
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In einem zweiten Schritt S2 erfolgt ein Ermitteln eines Bewegungszustands einer Person durch Auswerten der ermittelten Sensordaten.
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In einem dritten Schritt S3 erfolgt eine Auswahl eines Ermittlungsverfahrens für eine Anzahl von Schritten aus zumindest zwei Verfahren zur Schrittzählung basierend auf dem ermittelten Bewegungszustand der Person.
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Zusammenfassend weist zumindest eine der Ausführungsformen der Erfindung zumindest einen der folgenden Vorteile auf.
- • Hohe Genauigkeit.
- • Einfache Ermittlung der Anzahl von Schritten.
- • Einfache Implementierung.
- • Hohe Energieeffizienz, niedriger Ressourcenverbrauch.
- • Hohe Zuverlässigkeit.
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Obwohl die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, ist sie nicht darauf beschränkt, sondern auf vielfältige Weise modifizierbar.
