KR102235926B1 - Gait Analysis System Using Smart Insole - Google Patents

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KR102235926B1 KR1020190112810A KR20190112810A KR102235926B1 KR 102235926 B1 KR102235926 B1 KR 102235926B1 KR 1020190112810 A KR1020190112810 A KR 1020190112810A KR 20190112810 A KR20190112810 A KR 20190112810A KR 102235926 B1 KR102235926 B1 KR 102235926B1
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Abstract

본 발명에 따른 스마트 인솔을 통한 보행 데이터 분석 시스템은, 보행자의 걸음에 따라 발바닥에 의해 눌리는 압력을 측정하는 복수개의 압력센서를 포함한 스마트 인솔; 상기 압력센서에서 측정된 압력정보를 수신하는 압력수신모듈과, 상기 보행자에 대한 보행 영상을 입력받는 보행영상입력모듈 및, 상기 보행 영상에 가상 기준선을 표시 처리한 합성 영상을 생성하는 기준선합성부를 포함하는 영상합성모듈 및, 복수개의 상기 압력정보를 분석 처리하여 상기 보행자의 보행에 대한 평가데이터를 산출하는 데이터연산모듈과, 상기 보행 시간별 상기 스마트 인솔 내의 압력 분포를 나타내는 압력 영상을 생성하는 압력영상생성모듈 및, 상기 압력 영상과 상기 합성 영상 및 상기 평가데이터가 통합 처리된 보행분석자료를 생성하는 자료생성모듈을 포함하는 컨트롤러; 상기 보행분석자료를 전송받아 표시하는 보행자단말;을 포함하는 것을 특징으로 한다.Walking data analysis system through a smart insole according to the present invention, a smart insole including a plurality of pressure sensors for measuring the pressure pressed by the foot of the foot according to the foot of the pedestrian; A pressure receiving module receiving pressure information measured by the pressure sensor, a walking image input module receiving a walking image of the pedestrian, and a reference line combining unit generating a composite image obtained by displaying and processing a virtual reference line on the walking image. An image synthesizing module that analyzes and processes a plurality of the pressure information to calculate evaluation data for the pedestrian's walking, and a pressure image generation that generates a pressure image representing the pressure distribution in the smart insole for each walking time. A controller including a module and a data generation module for generating gait analysis data in which the pressure image, the composite image, and the evaluation data are integrated and processed; And a pedestrian terminal that receives and displays the walking analysis data.

Description

스마트 인솔을 통한 보행 데이터 분석 시스템{Gait Analysis System Using Smart Insole} Gait Analysis System Using Smart Insole}

본 발명은 스마트 인솔을 통한 보행 데이터 분석 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게 설명하면 인솔에 압력을 감지할 수 있는 센서를 장착하고, 이 센서를 통해 보행자의 보행 데이터를 분석하여 보행자의 보행특성에 대해 안내할 뿐 아니라, 바른 보행을 수행하고 있는지를 영상으로 즉각적으로 파악할 수 있도록 한 스마트 인솔을 통한 보행 데이터 분석 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a walking data analysis system through a smart insole, and in more detail, a sensor capable of detecting pressure is mounted on the insole, and the walking characteristics of the pedestrian are analyzed by analyzing the walking data of the pedestrian through the sensor. In addition to guiding, it is related to a walking data analysis system through a smart guide that allows you to immediately grasp whether you are performing the correct walking through an image.

인간은 건강한 상태를 유지하고 웰빙(well-being)을 위한 잠재력을 극대화하기 위하여 체계적인 노력을 계속해 왔다. 국내의 경우 90년대 초반까지 개인들 대부분은 질병이 발생하면 비로소 병원에 가는 등 수동적인 헬스케어(건강관리)를 해왔으며, 주로 의료기관이나 의료기기 제조업체 등이 헬스케어 시장을 주도함에 따라서 개인들은 헬스케어 제품의 단순한 소비자(consumer)일 뿐이었다. Humans have continued systematic efforts to stay healthy and maximize their potential for well-being. In the case of Korea, until the early 1990s, most individuals had been passive healthcare (health management) such as going to hospitals only when a disease occurred, and as medical institutions and medical device manufacturers led the healthcare market, individuals were It was just a consumer of care products.

2000년대 이후에는 소득 증대와 여러 복지정책에 따른 의료 혜택의 증가로 헬스케어에 대한 개인들의 관심이 증가하였으며, 헬스케어 제품들이 폭발적으로 증가하였다. 또한, 개인들은 소비자로써 제품을 사용하는 단순한 고객 차원을 벗어나 제품개발 및 유통과정에까지 직접 참여하는 '생산적소비자(Prosumer)'로 거듭나기 시작했다. 최근에는 일상생활에서 자주 사용하는 가구, 의류, 신발 등과 같은 생활 제품을 헬스케어가 가능한 형태로 사용하고자하는 요구가 증가하고 있다.Since the 2000s, personal interest in healthcare has increased due to an increase in income and medical benefits due to various welfare policies, and healthcare products have exploded. In addition, individuals are beginning to be reborn as'productive consumers' who directly participate in product development and distribution processes beyond the level of simple customers who use products as consumers. In recent years, there is an increasing demand to use household products such as furniture, clothes, shoes, etc. frequently used in daily life in a form capable of healthcare.

한편, 신발은 일반적으로 운동화, 패션화, 및 실내화 등이 있다. 이와 같은 신발류 중 운동화는 운동 종목에 따라 그 종목에 적합한 구조를 갖는 각각의 운동화가 개발되어 있으며, 특히 이들 운동화는 밑창 구조에 특징을 갖고 있는 것이 대부분이고, 패션화는 외출 또는 일상 생활에서 보편적으로 싣는 신발이며, 실내화는 가정의 실내 또는 뜰 및 주택 주변 등에서 신을 수 있는 가볍고 간편한 신발이다. 이러한 신발에서 가장 중요한 부분이 사용자의 발바닥이 닿는 인솔이다.Meanwhile, shoes generally include sports shoes, fashion shoes, and indoor shoes. Among these footwear, sneakers have been developed with a structure suitable for the sport depending on the sporting sport, and most of these sneakers have features of the sole structure, and fashion shoes are commonly worn out or in everyday life. Shoes, and indoor shoes are lightweight and convenient shoes that can be worn indoors or in the yard and around houses. The most important part of these shoes is the insole that the user's soles touch.

개개인에 따라 차이는 있지만 사람은 평생 동안 수십만 Km를 걸으며, 1Km를 걸을 때 마다 대략 10 ~ 20톤 가량의 압력을 받는다. 또한, 선천적인 발 질환 또는 현대인들의 건강 생활 환경(비만, 운동 부족, 보행 습관, 관리 소홀 등)으로 발과 관련된 후천성 질환들이 속속 나타나고 있다. 또한, 보행이라 하더라도 누구나 똑같이 보행하는 것은 아니며, 보행 시에도 좌/우 발에 가해지는 충격이 다르거나 비정상적으로 충격이 클 수 있고, 이는 보행자의 건강에 나쁜 영향을 미칠 수 있다.Although it differs for each individual, a person walks hundreds of thousands of kilometers throughout his life, and every 1Km walk is subject to approximately 10 to 20 tons of pressure. In addition, acquired diseases related to feet are appearing one after another due to congenital foot diseases or the healthy living environment of modern people (obesity, lack of exercise, walking habits, neglect of management, etc.). In addition, even if it is walking, not everyone walks the same, and even when walking, the impact applied to the left/right foot may be different or abnormally large, which may adversely affect the health of the pedestrian.

이를 방지하는 차원인 보행을 교정하기 위한 것으로서, 다음의 기술이 공개되어있다.To correct gait, which is a dimension of preventing this, the following technology has been disclosed.

먼저, 대한민국 등록특허 제10-1263216호에 "스마트 신발 및 그 동작 방법"이 개시되어 있으며, 사용자의 발에 의해 가해지는 힘의 변화를 저항값으로 측정하는 필름형 인솔 센서; 상기 사용자의 발의 움직임 변화에 따른 가속도값을 측정하는 가속도 센서; 및 상기 저항값 및 상기 가속도값을 이용하여 상기 사용자의 현재 상태 및 운동량을 예측하고, 상기 사용자의 상태 정보 및 운동량 정보를 생성하는 마이크로 컨트롤러를 포함하는 스마트 신발에 관한 것이다.First, Korean Patent Registration No. 10-1263216 discloses "smart shoes and its operation method", and includes a film-type insole sensor measuring a change in force applied by the user's foot as a resistance value; An acceleration sensor that measures an acceleration value according to a change in movement of the user's foot; And a microcontroller configured to predict the current state and amount of exercise of the user using the resistance value and the acceleration value, and generate state information and exercise amount information of the user.

이러한 장치는 운동시설, 휴게시설 등과 같은 일상생활 속에서 노인들의 활동성 및 사교성을 측정할 수 있다는 장점이 있으나, 이러한 스마트신발은 단순하게 사용자의 상태와 운동량의 예측만 가능할 뿐, 보다 상세한 발의 압력분포나 기울기 등을 확인할 수 없어 다소 불편함이 있다.These devices have the advantage of being able to measure the activity and sociability of the elderly in daily life such as exercise facilities and rest facilities, but these smart shoes can only predict the user's condition and amount of exercise, and more detailed foot pressure distribution. It is somewhat inconvenient because you cannot check the slope or the like.

다른 선행기술로서 대한민국 공개특허 제 10-2014-0062541호 "스마트 인솔을 이용한 헬스케어 모니터링 시스템"에 따르면, 별도의 센서로 발바닥 각 부위를 자극하지 않고 민감하게 신발 내의 온도, 습도, 압력을 감지하고 이를 이용하여 사용자의 좌/우 발의 상태와 좌/우 신발의 상태를 모니터링 할 수 있는 모니터링 시스템을 제공하는 스마트 인솔에 대하여 서술하고 있다.As another prior art, according to Korean Patent Laid-Open No. 10-2014-0062541 "Healthcare Monitoring System Using Smart Insole", a separate sensor sensitively senses the temperature, humidity, and pressure in the shoe without stimulating each part of the sole. Using this, it describes a smart insole that provides a monitoring system that can monitor the state of the user's left/right foot and the state of the left/right shoe.

다만, 이 모니터링 시스템의 경우, 좌/우 발에 대하여 압력, 온도, 습도를 감지하는 기능을 갖지만, 실제 걷는 동작은 두 발을 모두 사용하면서 두 발의 밸런스가 중요한 것인데, 이러한 밸런스를 측정하는 기능이 없어 실제 걷기 동작에 활용하기에는 다소 문제점이 있다.However, this monitoring system has the function of detecting pressure, temperature, and humidity for the left and right feet, but the actual walking motion requires the balance of both feet while using both feet. There are some problems to use for actual walking movements.

따라서, 인솔에 압력을 감지할 수 있는 센서를 장착하고, 이 센서를 통해 보행자의 보행 데이터를 분석하여 보행자의 보행특성에 대해 안내할 뿐 아니라, 바른 보행을 수행하고 있는지를 영상으로 즉각적으로 파악할 수 있도록 한 스마트 인솔을 통한 보행 데이터 분석 시스템의 개발이 필요하다.Therefore, a sensor capable of detecting pressure is installed on the insole, and through this sensor, it not only guides the pedestrian's walking characteristics by analyzing the pedestrian's walking data, but also can immediately grasp whether or not the correct walking is being performed with an image. It is necessary to develop a walking data analysis system through smart guides.

본 발명은 상기 기술의 문제점을 극복하기 위해 안출된 것으로, 인솔에 압력을 감지할 수 있는 센서를 장착하고, 이 센서를 통해 보행자의 보행 데이터를 분석하여 보행자의 보행특성에 대해 안내할 뿐 아니라, 바른 보행을 수행하고 있는지를 영상으로 즉각적으로 파악할 수 있도록 한 스마트 인솔을 통핸 보행 데이터 분석 시스템을 제공하는 것을 주요 목적으로 한다.The present invention was conceived to overcome the problems of the above technology, and equipped with a sensor capable of detecting pressure on the insole, and by analyzing the pedestrian's walking data through this sensor, as well as guiding the pedestrian's walking characteristics, Its main purpose is to provide a walking data analysis system through a smart guide that allows you to immediately grasp whether you are walking properly through video.

본 발명의 다른 목적은 압력정보를 통해 사용자의 보행에 있어 좌우 편중 여부, 보행 일관성, 정상걸음비율, 보행속도 등을 판단할 수 있도록 하는 구성을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.Another object of the present invention is to provide a configuration capable of determining whether or not left-right bias, walking consistency, normal walking ratio, walking speed, etc. in a user's walking through pressure information.

본 발명의 또 다른 목적은 이러한 보행 분석 데이터를 사용자의 보행영상과 함께 제공하여 즉각적으로 보행문제를 파악할 수 있도록 하는 구성을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.Another object of the present invention is to provide a configuration for immediately grasping a gait problem by providing such gait analysis data together with a gait image of a user.

본 발명의 또 다른 목적은 좌우 편중 여부, 보행 일관성, 정상걸음비율, 보행속도 등의 분석에 있어서 새로운 분석 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.Another object of the present invention is to provide a new analysis method in the analysis of left and right bias, walking consistency, normal walking ratio, walking speed, and the like.

본 발명의 또 다른 목적은, 걸음 데이터 분석 시 발생할 수 있는 노이즈를 제거할 수 있는 추가 보정 구성을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.Another object of the present invention is to provide an additional correction configuration capable of removing noise that may occur when analyzing step data.

상기 목적을 달성하기 위하여, 스마트 인솔을 통한 보행 데이터 분석 시스템으로서, 보행자의 걸음에 따라 발바닥에 의해 눌리는 압력을 측정하는 복수개의 압력센서를 포함한 스마트 인솔; 상기 압력센서에서 측정된 압력정보를 수신하는 압력수신모듈과, 상기 보행자에 대한 보행 영상을 입력받는 보행영상입력모듈 및, 상기 보행 영상에 가상 기준선을 표시 처리한 합성 영상을 생성하는 기준선합성부를 포함하는 영상합성모듈 및, 복수개의 상기 압력정보를 분석 처리하여 상기 보행자의 보행에 대한 평가데이터를 산출하는 데이터연산모듈과, 보행 시간별 상기 스마트 인솔 내의 압력 분포를 나타내는 압력 영상을 생성하는 압력영상생성모듈 및, 상기 압력 영상과 상기 합성 영상 및 상기 평가데이터가 통합 처리된 보행분석자료를 생성하는 자료생성모듈을 포함하는 컨트롤러; 상기 보행분석자료를 전송받아 표시하는 보행자단말;을 포함하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, as a walking data analysis system through a smart insole, smart insole including a plurality of pressure sensors for measuring the pressure pressed by the foot of the foot of the pedestrian; A pressure receiving module receiving pressure information measured by the pressure sensor, a walking image input module receiving a walking image of the pedestrian, and a reference line combining unit generating a composite image obtained by displaying and processing a virtual reference line on the walking image. An image synthesizing module that analyzes and processes a plurality of the pressure information to calculate evaluation data for the pedestrian's walking, and a pressure image generation module that generates a pressure image representing the pressure distribution in the smart insole for each walking time. And a data generation module for generating gait analysis data in which the pressure image, the composite image, and the evaluation data are integrated and processed. And a pedestrian terminal that receives and displays the walking analysis data.

나아가, 상기 데이터연산모듈은, 측정된 상기 압력정보를 기반으로 상기 보행자의 보행 좌우밸런스 수치를 분석하는 밸런스분석부 및, 측정된 상기 압력정보를 기반으로 상기 보행자의 보행 일관성 수치를 분석하는 일관성분석부 및, 측정된 상기 압력정보를 기반으로 상기 보행자의 보행비율수치를 산출하는 비율분석부 및, 측정된 상기 압력정보를 기반으로 상기 보행자의 정상걸음비율을 분석하는 정상걸음분석부 및, 상기 보행자의 보행속도를 기반으로 보행속도수치를 산출하는 속도기반분석부 및, 상기 보행 좌우밸런스, 상기 보행 일관성, 상기 입각기비율, 상기 정상걸음비율, 상기 보행속도수치를 포함하는 평가데이터를 산출하는 데이터산출부를 포함하는 것을 특징으로 한다.Furthermore, the data calculation module includes a balance analysis unit that analyzes the pedestrian's walking balance value based on the measured pressure information, and a consistency analysis that analyzes the pedestrian's walking consistency value based on the measured pressure information. And, a ratio analysis unit that calculates the pedestrian's walking ratio value based on the measured pressure information, and a normal walk analysis unit that analyzes the normal walking ratio of the pedestrian based on the measured pressure information, and the pedestrian A speed-based analysis unit that calculates a walking speed value based on the walking speed of, and data for calculating evaluation data including the walking left and right balance, the walking consistency, the stance ratio, the normal walking ratio, and the walking speed value It characterized in that it includes a calculation unit.

더하여, 상기 압력영상생성모듈은, 상기 스마트 인솔의 인솔이미지를 생성하는 이미지생성부, 상기 인솔이미지 상에 상기 압력센서의 위치를 표시하는 센서위치표시부 및, 각각의 상기 압력센서마다 측정된 상기 압력정보 값의 고저에 따라 상기 인솔이미지를 차등 변색 처리하는 변색처리부 및, 생성된 복수개의 상기 인솔이미지를 기반으로 압력 영상을 생성하는 영상생성부를 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the pressure image generation module, an image generation unit that generates an insole image of the smart insole, a sensor position display unit that displays the position of the pressure sensor on the insole image, and the pressure measured for each of the pressure sensors And a color change processing unit for differentially discoloring the insole image according to the height of the information value, and an image generation unit for generating a pressure image based on the plurality of generated insole images.

본 발명에 따른 스마트 인솔을 통한 보행 데이터 분석 시스템에 의하면,According to the walking data analysis system through a smart insole according to the present invention,

1) 인솔에 압력을 감지할 수 있는 센서를 장착하고, 이 센서를 통해 보행자의 보행 데이터를 분석하여 보행자의 보행특성에 대해 안내할 뿐 아니라, 바른 보행을 수행하고 있는지를 영상으로 즉각적으로 파악할 수 있도록 하였으며,1) A sensor that can sense pressure is installed on the insole, and through this sensor, it not only guides the pedestrian's walking characteristics by analyzing the pedestrian's walking data, but also provides an instant grasp of whether the person is walking properly with an image. And

2) 측정된 압력정보를 통해 사용자의 보행에 있어 좌우 편중 여부, 보행 일관성, 정상걸음비율, 보행속도 등을 판단할 수 있도록 하였고,2) Through the measured pressure information, it is possible to determine whether the user's walking is biased, walking consistency, normal walking ratio, walking speed, etc.

3) 좌우 편중 여부, 보행 일관성, 정상걸음비율, 보행속도 등의 분석에 있어서 새로운 분석 방법을 제공할 뿐 아니라,3) In addition to providing a new analysis method for analysis of left and right bias, walking consistency, normal walking ratio, walking speed, etc.,

4) 걸음 데이터 분석 시 발생할 수 있는 노이즈를 제거하여 분석 데이터의 신뢰도를 높일 수 있도록 하였다.4) The reliability of the analysis data was improved by removing noise that may occur when analyzing the step data.

도 1은 본 발명의 스마트 인솔의 기본구성을 도시한 개념도.
도 2는 본 발명의 스마트 인솔의 상세구성을 도시한 개념도.
도 3은 본 발명의 스마트 인솔을 통해 사용자에게 정보를 안내하는 보행자단말의 표시 예시도.
도 4는 본 발명의 컨트롤러의 구성을 도시한 블록도.
1 is a conceptual diagram showing the basic configuration of the smart insole of the present invention.
Figure 2 is a conceptual diagram showing a detailed configuration of the smart insole of the present invention.
Figure 3 is an exemplary display of a pedestrian terminal guiding information to the user through the smart insole of the present invention.
Figure 4 is a block diagram showing the configuration of the controller of the present invention.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하도록 한다. 첨부된 도면은 축척에 의하여 도시되지 않았으며, 각 도면의 동일한 참조 번호는 동일한 구성 요소를 지칭한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The accompanying drawings are not drawn to scale, and the same reference numerals in each drawing refer to the same components.

도 1은 본 발명의 스마트 인솔의 기본구성을 도시한 개념도이고, 도 2는 본 발명의 스마트 인솔의 상세구성을 도시한 개념도이며, 도 3은 본 발명의 스마트 인솔을 통해 사용자에게 정보를 안내하는 보행자단말의 표시 예시도이다.Figure 1 is a conceptual diagram showing the basic configuration of the smart insole of the present invention, Figure 2 is a conceptual diagram showing the detailed configuration of the smart insole of the present invention, Figure 3 is to guide information to the user through the smart insole of the present invention This is an exemplary display of a pedestrian terminal.

도 1 내지 도 3에서 확인할 수 있듯이, 본 발명의 보행 데이터 분석 시스템은 신발 내부에 위치하는 것으로서, 보행자의 걸음에 따라 발바닥에 의해 눌리는 압력을 측정하는 복수개의 압력센서(11)를 포함하는 스마트 인솔(10)과, 이 스마트 인솔(10)에 포함된 압력센서(11)로부터 측정된 압력정보를 수신하고 이를 분석하여 발바닥의 밸런스를 측정하는 컨트롤러(20)와, 압력센서(11)가 포함된 스마트 인솔(10)을 포함한 신발을 착용한 보행자가 스마트 인솔(10)에 의해 측정된 정보를 확인할 수 있도록 컨트롤러(20)와 통신하여 정보를 표시하는 보행자단말(40)의 구성을 기본으로 한다.As can be seen in Figures 1 to 3, as the walking data analysis system of the present invention is located inside the shoe, smart insole including a plurality of pressure sensors 11 for measuring the pressure pressed by the foot of the foot of the pedestrian (10) And, a controller 20 that receives the measured pressure information from the pressure sensor 11 included in the smart insole 10 and analyzes it to measure the balance of the sole, and the pressure sensor 11 is included. It is based on the configuration of the pedestrian terminal 40 that displays information by communicating with the controller 20 so that the pedestrian wearing the shoes including the smart insole 10 can check the information measured by the smart insole 10.

여기에서 보행자단말(40)의 경우, 스마트폰이나 PDA, 태블릿PC, 노트북PC, 데스크탑컴퓨터 등 유/무선 통신망을 통해 컨트롤로부터 데이터를 전송받은 정보를 표시할 수 있는 디스플레이장치가 포함된 단말 혹은 유/무선 통신망을 통해 컨트롤러(20)로부터 데이터를 전송받은 상태에서 정보를 소리로 안내할 수 있는 스피커장치가 포함된 단말 등이 활용될 수 있음은 물론이다.Here, in the case of the pedestrian terminal 40, a terminal or electronic device including a display device capable of displaying information received from the control through wired/wireless communication networks such as a smart phone, PDA, tablet PC, notebook PC, and desktop computer. Of course, a terminal including a speaker device capable of guiding information by sound while receiving data from the controller 20 through a wireless communication network may be used.

이 때, 인솔(insole)은 신발의 밑창(깔창)을 의미하는 것으로서, 일반적으로 신발을 신었을 때, 이 인솔에 의해 발바닥에 쿠션감을 주어 오랜 시간 걷더라도 피로감을 완화시킬 수 있는 역할을 하는 것이다. 본 발명의 스마트 인솔(10)은 이러한 인솔에 복수의 압력센서(11)가 포함되어 걸음을 걷는 동작에 따라 발바닥이 스마트 인솔(10)의 표면을 누르게 되는데, 스마트 인솔(10)에 포함된 각각의 압력센서(11)가 이 누르는 힘을 인식하여 압력정보를 생성하게 된다. At this time, the insole (insole) refers to the sole (insole) of a shoe, and generally, when a shoe is worn, the insole provides a cushioning feeling to the sole of the foot and plays a role in relieving fatigue even when walking for a long time. The smart insole 10 of the present invention includes a plurality of pressure sensors 11 in this insole so that the sole of the foot presses the surface of the smart insole 10 according to the walking motion, each included in the smart insole 10 The pressure sensor 11 recognizes this pressing force and generates pressure information.

더불어, 스마트 인솔(10)은 통신 수단을 구비하여 이 통신 수단을 통해 주로 무선 방식으로 압력정보를 역시 통신 수단을 구비한 컨트롤러(20)에 전송한다. In addition, the smart insole 10 is provided with a communication means and transmits pressure information to the controller 20 which also has a communication means through the communication means, mainly in a wireless manner.

이러한 스마트 인솔(10)에 포함된 압력센서(11)를 통해 압력정보를 제공받아 컨트롤러(20)가 이를 분석하게 되고, 이렇게 분석된 보행 데이터 및 이를 시각화한 압력 영상, 보행자가 보행할 때에 촬영된 보행 영상 보행자가 보행자단말(40)을 확인할 수 있도록 하는 것을 통해 기본 구성을 갖추게 되는 것이다. 더불어 컨트롤러(20)는 보행자단말(40)과 통신 기능을 겸비할 수 있어야 하므로, 별도의 유무선 통신 기능을 기본적으로 포함하게 된다.The pressure information is received through the pressure sensor 11 included in the smart insole 10, and the controller 20 analyzes it, and the analyzed walking data and a pressure image visualizing this, taken when a pedestrian walks. It is to be equipped with a basic configuration through the walking image to allow the pedestrian to check the pedestrian terminal (40). In addition, since the controller 20 must be able to combine the communication function with the pedestrian terminal 40, it basically includes a separate wired/wireless communication function.

더불어 본 발명의 보행 데이터 분석 시스템은 압력 영상, 즉 도 1의 예시에서 도시되어 있듯이 스마트 인솔(10)의 현재 압력 상태를 시각화한 영상(이를 압력 영상이라 한다)을 실시간으로 보행자가 보행자단말(40)을 통해 확인할 수 있도록 한다. 이때 본인의 보행을 실시간으로 촬영한 보행 영상을 압력 영상과 동시 출력하므로, 본인의 보행 특성 뿐 아니라 올바른 보행을 위한 걸음 교정의 역할까지 동시에 수행하게 된다. 더불어 보행자단말(40)을 의사와 같은 의료종사인 등이 확인할 수 있는 경우, 분석된 보행 데이터, 그리고 보행 영상과 압력 영상을 확인함으로써 보다 정확한 환자(보행자)의 상태를 진단 가능함은 물론이다. In addition, the walking data analysis system of the present invention provides a pressure image, that is, an image visualizing the current pressure state of the smart insole 10 (this is referred to as a pressure image) as shown in the example of FIG. ) To confirm. At this time, since the walking image captured in real time of the person's walking is simultaneously outputted with the pressure image, not only the walking characteristics but also the role of gait correction for correct walking is performed at the same time. In addition, when the pedestrian terminal 40 can be confirmed by a medical worker such as a doctor, it is of course possible to diagnose a more accurate patient (pedestrian) condition by checking the analyzed walking data, and the walking image and pressure image.

도 3은 본 발명의 컨트롤러(20)의 구성을 도시한 블록도이이다.3 is a block diagram showing the configuration of the controller 20 of the present invention.

상술한 도 1 내지 도 3, 그리고 도 4를 통해 본 발명의 스마트인솔에 포함된 컨트롤러(20)의 구성을 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.The configuration of the controller 20 included in the smart insole of the present invention will be described in more detail with reference to FIGS. 1 to 3 and 4 described above.

먼저 컨트롤러(20)는 기본 구성으로서, 압력수신모듈(100), 보행영상입력모듈(200), 영상합성모듈(300), 데이터연산모듈(400), 압력영상생성모듈(500), 자료생성모듈(600)을 기본적으로 포함한다.First, the controller 20 is a basic configuration, a pressure receiving module 100, a walking image input module 200, an image synthesis module 300, a data calculation module 400, a pressure image generation module 500, a data generation module It basically includes (600).

압력수신모듈(100)은 상술한 통신 수단을 매개로 스마트 인솔(10)에 포함된 복수개의 압력센서(11)로부터 측정된 압력정보를 수신하는 기능을 수행하게 된다. 이때 압력수신모듈(100)은 각각의 압력센서(11)의 압력정보를 실시간으로 수신하여 데이터 트래킹의 기능을 기본으로 하게 된다.The pressure receiving module 100 performs a function of receiving pressure information measured from the plurality of pressure sensors 11 included in the smart insole 10 through the above-described communication means. At this time, the pressure receiving module 100 receives the pressure information of each pressure sensor 11 in real time, and has a function of data tracking as a basis.

보행영상입력모듈(200)은 nfc, wifi, 블루투스 등의 무선 통신 또는 유선 통신을 통해 상기 보행자에 대한 보행 영상을 입력받는 기능을 수행한다. 이 때 보행 영상은 보행자가 1인칭 시점으로 본인의 보행 영상을 입력하는 것일 수도 있으며, 타인이 보행자의 보행 영상을 촬영한 것일 수도 있다. 이 때 바람직하게 1인칭 촬영의 경우 보행자단말(40)을 통해 보행자 본인이 본인의 보행 영상을 촬영하고, 이를 스마트 인솔(10)과 연동 처리된 어플리케이션 등을 통해 컨트롤러(20)에 전송할 수 있도록 함이 바람직하다.The walking image input module 200 performs a function of receiving a walking image for the pedestrian through wireless communication or wired communication such as nfc, wifi, and Bluetooth. In this case, the walking image may be that the pedestrian inputs his or her walking image from a first-person view, or another person may have captured the pedestrian's walking image. In this case, preferably, in the case of first-person shooting, the pedestrian himself/herself photographs his/her walking image through the pedestrian terminal 40 and transmits it to the controller 20 through an application interlocked with the smart insole 10. This is desirable.

영상합성모듈(300)은 상기 보행 영상에 보행의 기준이 되는 가상 기준선(60)을 표시 처리하여 이를 합성한 합성 영상을 생성하게 된다. 이 때 보행 영상에 가상 기준선(60)을 합성하기 위한 영상합성모듈(300)의 세부 구성으로서, 영상합성모듈(300)은 바닥면검출부(310), 기준선설정부(320), 기준선표시부(330)를 더 포함할 수 있다.The image synthesizing module 300 displays and processes a virtual reference line 60, which is a reference for walking, on the walking image and generates a synthesized image obtained by synthesizing the virtual reference line 60 as a reference for walking. At this time, as a detailed configuration of the image synthesizing module 300 for synthesizing the virtual reference line 60 to the walking image, the image synthesizing module 300 includes a floor surface detection unit 310, a reference line setting unit 320, and a reference line display unit 330. ) May be further included.

바닥면검출부(310)는 촬영된 보행 영상에서 보행자가 보행을 수행하고 있는 기준면인 바닥면을 검출해낸다. 그 후 기준선설정부(320)를 통해 상기 바닥면 상에 가장 기준선을 설정하고, 기준선표시부(330)를 통해 설정된 가상 기준선(60)을 보행 영상 상에 표시 처리 및 합성하여 가상 기준선(60)이 표시 처리된 합성 영상을 생성하게 되는 것이다.The floor surface detection unit 310 detects a floor surface, which is a reference surface on which a pedestrian is walking, from the photographed walking image. After that, the most reference line is set on the floor through the reference line setting unit 320, and the virtual reference line 60 set through the reference line display unit 330 is displayed and synthesized on the walking image, so that the virtual reference line 60 is The displayed composite image is generated.

이 때 가상 기준선(60)의 설정 방법에 대해서는 별도의 제한을 두지 않으며, 보행자의 보행 방향, 그리고 검출된 바닥면의 커브 여부 등을 통해 가상 기준선(60)의 길이 및 형태가 달라질 수 있다.In this case, there is no separate limitation on the method of setting the virtual reference line 60, and the length and shape of the virtual reference line 60 may be changed based on the pedestrian's walking direction and whether the detected floor surface is curved.

데이터연산모듈(400)은 복수개의 상기 압력정보를 분석 처리하여 상기 보행자의 보행에 대한 평가데이터를 산출하는 기능을 수행한다. 이 때 데이터연산모듈(400)은 보행 좌우밸런스에 대한 분석을 수행하는 밸런스분석부(410)와, 보행 일관성에 대한 분석을 수행하는 일관성분석부(420), 상기 보행자의 입각기비율을 이용한 분석을 수행하는 비율분석부(430), 보행자의 정상걸음여부를 통한 분석을 수행하는 정상걸음분석부(440), 그리고 보행속도를 기반으로 한 분석을 수행하는 속도기반분석부(450)를 포함하며, 나아가 상술한 데이터들을 통합하여 평가데이터를 산출하는 데이터산출부(460)의 세부 구성을 포함한다.The data calculation module 400 analyzes and processes a plurality of the pressure information to calculate evaluation data for the pedestrian's walking. At this time, the data calculation module 400 includes a balance analysis unit 410 for analyzing the left and right balance for walking, a consistency analysis unit 420 for performing an analysis on walking consistency, and an analysis using the stance ratio of the pedestrian. A ratio analysis unit 430 for performing, a normal step analysis unit 440 for performing an analysis through whether or not a pedestrian is walking normally, and a speed-based analysis unit 450 for performing an analysis based on walking speed, and Further, it includes a detailed configuration of the data calculation unit 460 for calculating evaluation data by integrating the above-described data.

밸런스분석부(410)는 각각의 압력센서(11)로부터 측정된 압력정보를 기반으로 하여 상기 보행자의 보행 좌우밸런스 수치를 분석하는 기능을 수행한다. 이 때 좌우밸런스 분석이라 함은 두 개의 발바닥 중에서 어느 쪽으로 압력분포가 쏠려있는지에 대한 분석이라 할 수 있으며, 좌우밸런스 수치는 왼쪽 발바닥 및 오른쪽 발바닥에 고르게 압력이 분산된 상태, 즉 좌우 압력 비율이 5:5에 가까울수록 높은 점수를 부여하여 단순 데이터 분석 뿐 아니라 보행자로 하여금 올바른 걸음걸이를 수행하게 하는 기능을 수행하게 된다.The balance analysis unit 410 performs a function of analyzing the left and right balance values of the pedestrian based on the pressure information measured from each of the pressure sensors 11. At this time, the left and right balance analysis can be referred to as an analysis of which side of the two soles the pressure distribution is focused, and the left and right balance is a state in which the pressure is evenly distributed over the left and right soles, that is, the left and right pressure ratio is 5 The closer to :5, the higher score is given to perform not only simple data analysis but also the function of allowing pedestrians to perform the correct gait.

이 때 밸런스분석부(410)는 세부 구성인 좌우압력측정파트(411)를 통해 상기 보행자의 왼쪽 발바닥에서 측정된 전체 압력정보의 평균값인 좌측압력값과, 상기 보행자의 오른쪽 발바닥에서 측정된 전체 압력정보의 평균값인 우측압력값을 연산하고, 다른 세부 구성인 인풋결정파트(412)를 통해 상기 좌측압력값과 상기 우측압력값을 비교 처리하여 수치 산출을 위한 인풋값을 결정한다. 이 때 바람직하게는 좌측압력값과 우측압력값을 비율로써 비교 처리하고(예를 들어 33:67, 45:55. 60:40 등 좌측압력값과 우측압력값의 상대 비율을 구한다), 그 후 그 중 작은 값을 인풋값으로 결정하게 된다.At this time, the balance analysis unit 410 includes a left pressure value, which is an average value of the total pressure information measured on the left foot of the pedestrian through the left and right pressure measurement part 411, which is a detailed configuration, and the total pressure measured at the right foot of the pedestrian. The right pressure value, which is the average value of the information, is calculated, and the left pressure value and the right pressure value are compared and processed through the input determination part 412, which is another detailed configuration, to determine an input value for numerical calculation. At this time, preferably, the left pressure value and the right pressure value are compared as a ratio (for example, 33:67, 45:55, 60:40, etc.), and then the relative ratio between the left pressure value and the right pressure value is obtained. Among them, the smaller value is determined as the input value.

밸런스분석부(410)의 마지막 세부 구성인 수치연산파트(413)는 상기 보정값을 기반으로 보행 좌우밸런스 수치를 산출하게 되는데, 이 때 보행 좌우밸런스 수치는 다음의 수학식 1을 통해 산출되는 것을 특징으로 한다.The numerical calculation part 413, which is the last detailed configuration of the balance analysis unit 410, calculates a walking left and right balance value based on the correction value, in which case the walking left and right balance value is calculated through Equation 1 below. It is characterized.

수학식 1,

Figure 112019093642648-pat00001
Equation 1,
Figure 112019093642648-pat00001

여기서,

Figure 112019093642648-pat00002
는 보행 좌우밸런스 수치,
Figure 112019093642648-pat00003
는 인풋값을 의미한다.here,
Figure 112019093642648-pat00002
Is the gait left and right balance value,
Figure 112019093642648-pat00003
Means the input value.

따라서 결정된 인풋값이 로그스케일로써 환산되어 수치화되는데, 이 때 보행 좌우밸런스 수치의 경우 바람직하게는 인풋값이 50에 가까울수록 100점에 가까운 점수를, 인풋값이 50에서 멀어질수록 낮은 점수가 주어지게 된다.Therefore, the determined input value is converted into a logarithmic scale and converted into a numerical value.In this case, in the case of the walking balance value, a score close to 100 points is given as the input value is closer to 50, and a lower score is given as the input value is further away from 50. You lose.

더불어 이 때 인풋값은 50이라는 값으로 나눠지게 되는데, 이 때 인풋값 보정은 결정된 인풋값을 이상적인 좌우 밸런스 비율, 즉 50:50의 비율에 있어서의 인풋값이라 할 수 있는 50으로 나눔으로써 보행자의 수치와 이상 수치를 비교 처리할 수 있도록 하는 것이다.In addition, at this time, the input value is divided by a value of 50. In this case, the input value correction is performed by dividing the determined input value by 50, which is the input value in the ratio of 50:50. It is to be able to process the comparison between the numerical value and the abnormal value.

일관성분석부(420)는 측정된 상기 압력정보를 기반으로 상기 보행자의 보행 일관성을 수치화한 보행 일관성 수치를 분석하는 기능을 수행한다. 이러한 보행 일관성은 매 걸음마다 가해지는 압력정보를 저장하고, 저장된 압력정보의 분산을 구한 뒤 분산이 작을수록 일관성 있는 걸음을 걷는 것으로 판정하고, 분산이 클수록 일관성이 없는 걸음을 걷는 것으로 판정하게 되는 것이다. 이를 위해 일관성분석부(420)는 압력값연산파트(421)를 통해 측정된 상기 압력정보를 기반으로 상기 보행자의 매 걸음에 대한 압력정보 값의 합이라 할 수 있는 전체압력값을 연산하고, 수치분석파트(422)를 통해 상기 전체압력값을 기반으로 보행 일관성 수치를 분석하게 된다. 이 때 상기 수치분석파트(422)는, 다음의 수학식 2를 통해 상기 보행 일관성 수치를 산출하게 된다.The consistency analysis unit 420 performs a function of analyzing a walking consistency value obtained by converting the walking consistency of the pedestrian based on the measured pressure information. This walking consistency is to store the pressure information applied to each step, obtain the variance of the stored pressure information, and determine that the smaller the variance is, the more consistent walking is, and the larger the variance, the more inconsistent walking is determined. . To this end, the consistency analysis unit 420 calculates a total pressure value, which can be referred to as the sum of the pressure information values for each step of the pedestrian, based on the pressure information measured through the pressure value calculation part 421, and The gait consistency value is analyzed based on the total pressure value through the analysis part 422. At this time, the numerical analysis part 422 calculates the walking consistency value through Equation 2 below.

수학식 2,

Figure 112019093642648-pat00004
Equation 2,
Figure 112019093642648-pat00004

여기서,

Figure 112019093642648-pat00005
는 보행 일관성 수치,
Figure 112019093642648-pat00006
은 산출된 전체압력값의 개수,
Figure 112019093642648-pat00007
Figure 112019093642648-pat00008
번째 전체압력값,
Figure 112019093642648-pat00009
는 산출된 모든 전체압력값의 평균을 의미한다.here,
Figure 112019093642648-pat00005
Is the gait consistency figure,
Figure 112019093642648-pat00006
Is the number of calculated total pressure values,
Figure 112019093642648-pat00007
Is
Figure 112019093642648-pat00008
Total pressure value,
Figure 112019093642648-pat00009
Means the average of all calculated total pressure values.

이러한 전체압력값은 전체압력값의 분산을 구하고 이를 지수화 한 뒤 이를 기반으로 하여 수치를 산출해내는 역할을 수행한다. 분산이 작을수록 보행 일관성 수치가 커지므로 높은 점수, 즉 높은 보행 일관성으로 판정 받게 되고, 분산이 커질수록 보행 일관성 수치가 작아져 낮은 점수, 즉 보행 일관성이 낮은 것으로 판정받게 된다.This total pressure value plays a role of calculating a numerical value based on the variance of the total pressure value and indexing it. The smaller the variance, the higher the gait consistency value, so the higher the score, that is, the higher gait consistency, and the larger the variance, the lower the gait consistency value, and the lower the score, that is, the low gait consistency.

비율분석부(430)는 측정된 상기 압력정보를 기반으로 상기 보행자의 전체 걸음 중 입각기(발이 땅에 닿아 있는 시점으로서 압력정보가 측정되는 시기)의 비율을 판별해내고, 이를 이상적인 입각기 비율과 비교 처리하여 보행비율수치를 산출해낸다. 이러한 비율분석부(430)는 비율산출파트(431) 및 수치산출파트(432)를 포함한다,Based on the measured pressure information, the ratio analysis unit 430 determines the ratio of the stance phase (the time when the foot touches the ground, when the pressure information is measured) among the total steps of the pedestrian, and this is the ideal stance phase ratio. It compares with and calculates the walking ratio value. This ratio analysis unit 430 includes a ratio calculation part 431 and a numerical calculation part 432,

비율산출파트(431)는 측정된 상기 압력정보를 기반으로 보행자가 보행을 수행한 시간, 즉 보행 시간 동안의 입각기비율을 산출해낸다. 이는 전체 보행 시간 중 압력정보가 측정된 시간을 비교 처리함으로써 산출해낼 수 있는데, 바람직하게는 입각기비율의 값을 % 값으로 산출하게 된다.The ratio calculation part 431 calculates the stance ratio during the walking time, that is, the time the pedestrian walked based on the measured pressure information. This can be calculated by comparing and processing the time at which the pressure information is measured among the total walking time, and preferably, the value of the stance ratio is calculated as a% value.

수치산출파트(432)는 산출된 상기 입각기비율을 기반으로 상기 보행자의 보행비율수치를 산출하는데, 이 때 보행비율수치 산출을 위해 다음의 수학식 3이 이용된다.The numerical calculation part 432 calculates the walking ratio value of the pedestrian based on the calculated stance ratio. In this case, the following Equation 3 is used to calculate the walking ratio value.

수학식 3,

Figure 112019093642648-pat00010
Equation 3,
Figure 112019093642648-pat00010

여기서,

Figure 112019093642648-pat00011
는 보행비율수치,
Figure 112019093642648-pat00012
는 입각기비율이다.here,
Figure 112019093642648-pat00011
Is the walking ratio value,
Figure 112019093642648-pat00012
Is the stance ratio.

따라서 산출된 입각기비율이 로그스케일로써 환산되어 수치화되는데, 이 때 보행비율수치의 경우 바람직하게는 입각기비율이 60에 가까울수록 100점에 가까운 점수를, 60에서 멀어질수록 낮은 점수가 주어지게 된다. 이 때 입각기비율을 60이라는 값으로 나누는 이유는 이상적인 입각기비율이 60%이기 때문이며, 따라서 보행비율수치는 보행자의 입각기비율을 이상적인 입각기비율과 비교 처리하고 이를 로그스케일로써 환산하는 것이라 할 수 있다.Therefore, the calculated stance ratio is converted to a log scale and converted into a numerical value. In this case, the walking ratio value is preferably a score close to 100 points as the stance ratio is closer to 60, and a lower score as the distance from 60 is given. do. At this time, the reason for dividing the stance ratio by the value of 60 is that the ideal stance ratio is 60%, and therefore the walking ratio value is to compare and process the stance ratio of pedestrians with the ideal stance ratio and convert it into a log scale. I can.

또 다른 데이터연산모듈(400)의 구성인 정상걸음분석부(440)는 측정된 상기 압력정보를 기반으로 상기 보행자의 정상걸음비율을 분석하는 기능을 수행하는데, 이 때 정상걸음이라 함은 걸음마다 압력정보를 측정하되, 측정된 압력정보의 시퀀스에 이상 발생 시 해당 걸음을 비정상 걸음으로 판정하여, 전체 걸음 수를 기준으로 하여 정상 걸음수의 비율을 환산해 얼마나 정상적으로 걷고 있는지를 판정해내는 것이다. 이 때 정상걸음비율은 % 값으로 환산되는 것이 바람직하다.The normal step analysis unit 440, which is a configuration of another data calculation module 400, performs a function of analyzing the normal walking ratio of the pedestrian based on the measured pressure information. The pressure information is measured, but when an abnormality occurs in the measured sequence of pressure information, the step is determined as an abnormal step, and the ratio of the number of normal steps is converted based on the total number of steps to determine how long you are walking normally. At this time, it is desirable to convert the normal walking ratio into a% value.

마지막으로 속도기반분석부(450)는 상기 보행자의 보행속도를 기반으로 보행속도수치를 산출하는 기능을 수행한다. Finally, the speed-based analysis unit 450 performs a function of calculating a walking speed value based on the walking speed of the pedestrian.

우선, 보행자와 기설정된 거리, 즉 기준 거리 이격된 지점에서 보행 영상을 촬영하였다는 가정 하에서 보행 영상에서는 보행자의 키와 보폭을 파악할 수 있는 x-y 좌표를 기반으로 한 눈금이 표시되어 있는바, 속도기반분석부(450)는 이 눈금을 통해 보행자가 이동한 거리를 파악할 수 있고 이와 동시에 타이머를 통해 보행자가 이동하는 과정의 시간을 체크할 수 있어 이를 통해 보행 속도를 구할 수 있는 것이다.First, under the assumption that the walking image was taken at a point separated from the pedestrian at a preset distance, that is, the reference distance, the walking image displays a scale based on xy coordinates that can identify the height and stride of the pedestrian. The analysis unit 450 can determine the distance the pedestrian has moved through this scale, and at the same time, can check the time of the process of the pedestrian's movement through a timer, thereby obtaining the walking speed.

더 나아가, 보행속도수치는 수학식 4를 통해 산출되는 것을 특징으로 한다. 여기서 보행속도는 m/s를 기준으로 한다.Furthermore, the walking speed value is characterized in that it is calculated through Equation 4. Here, the walking speed is based on m/s.

수학식 4,

Figure 112019093642648-pat00013
Equation 4,
Figure 112019093642648-pat00013

여기서,

Figure 112019093642648-pat00014
는 보행속도수치,
Figure 112019093642648-pat00015
는 보행속도를 의미한다.here,
Figure 112019093642648-pat00014
Is the walking speed value,
Figure 112019093642648-pat00015
Means walking speed.

여기서 이상적인 보행 속도가 1.6m/s인 것을 감안하여, 보행속도가 1.6m/s 이상인 경우 100점이라는 결과값을 얻게 되며, 보행속도가 1.6m/s 미만인 경우 추가적인 점수 환산을 필요로 하게 된다. 보행속도가 1.6보다 작아지면 작아질수록 보행속도수치에서 낮은 점수가 환산되고, 1.6 미만의 값에서 1.6에 가까워질수록 상대적으로 높은 값을 얻으며, 1.6 이상의 경우 100점이라는 수치를 얻게 된다.Here, considering that the ideal walking speed is 1.6m/s, if the walking speed is 1.6m/s or more, you get a result value of 100 points, and if the walking speed is less than 1.6m/s, additional score conversion is required. If the walking speed is smaller than 1.6, the lower score is converted from the walking speed value, and the closer to 1.6 from a value less than 1.6, a relatively high value is obtained, and a value of 100 points is obtained when the walking speed is 1.6 or more.

마지막으로 데이터연산모듈(400)의 데이터산출부(460)가 상기 보행 좌우밸런스, 상기 보행 일관성, 상기 입각기비율, 상기 정상걸음비율, 상기 보행속도수치를 모두 종합하여 이를 포함한 평가데이터를 산출하게 되고, 생성된 평가데이터는 후술할 보행분석자료 생성 시 이용된다.Finally, the data calculation unit 460 of the data calculation module 400 synthesizes all of the walking balance, the walking consistency, the stance ratio, the normal walking ratio, and the walking speed value to calculate evaluation data including the same. And, the generated evaluation data is used when generating gait analysis data, which will be described later.

나아가, 상술한 일관성분석부(420)는 전체압력값을 구하고 이를 통해 보행의 일관성을 판별한다. 따라서 개별 걸음이 아닌 전체 걸음을 분석 처리한다는 특성이 있는데, 이 때 보다 많은 양의 압력정보 데이터를 이용하여 값을 산출하게 된다. 이 때 측정된 압력정보 값으로부터 전체압력값을 산출할 때, 예를 들어 보행자의 발 밑에 작은 장애물이 있었을 경우, 혹은 압력센서(11)의 오류가 발생했을 경우 보행자의 보행특성과는 상관없이 높은 압력정보 값이 검출되어 이는 보행 일관성 분석의 신뢰성을 떨어뜨릴 수 있다. 이러한 데이터 상의 노이즈를 제거할 수 있는 경우 데이터의 신뢰도를 보다 높일 수 있는데, 이를 위해 일관성분석부(420)는 피크검출파트(423), 기준산출파트(424), 보정값산출파트(425)를 더 포함할 수 있다.Furthermore, the above-described consistency analysis unit 420 obtains the total pressure value and determines the consistency of walking through it. Therefore, there is a characteristic of analyzing and processing the entire step, not individual steps, and in this case, a value is calculated using a larger amount of pressure information data. At this time, when calculating the total pressure value from the measured pressure information value, for example, when there is a small obstacle under the foot of a pedestrian, or when an error of the pressure sensor 11 occurs, it is high regardless of the pedestrian's walking characteristics. The pressure information value is detected, which may lower the reliability of the gait consistency analysis. When the noise on the data can be removed, the reliability of the data can be further increased.To this end, the consistency analysis unit 420 includes a peak detection part 423, a reference calculation part 424, and a correction value calculation part 425. It may contain more.

피크검출파트(423)는 특정 걸음에 대해 측정된 상기 압력정보의 값으로부터 피크값을 검출하는 기능을 수행한다. 즉 매 걸음마다 압력정보 값을 수집하고, 수집된 압력정보 값으로부터 피크값을 검출해내는 것이다. 이 때

Figure 112019093642648-pat00016
번째 걸음을 가정했을 때
Figure 112019093642648-pat00017
번째 걸음에 피크값이 검출되는 경우 해당 걸음 시 압력정보 값의 특이점이 발견되었으므로 해당 압력정보 값의 경우 보정을 거치게 되고, 피크값이 검출되지 않는 경우 보정을 하지 않고 바로 전체압력값을 연산할 수 있게 된다.The peak detection part 423 performs a function of detecting a peak value from the value of the pressure information measured for a specific step. That is, the pressure information value is collected at each step and the peak value is detected from the collected pressure information value. At this time
Figure 112019093642648-pat00016
Assuming the first step
Figure 112019093642648-pat00017
If a peak value is detected at the first step, since a singular point of the pressure information value was found at the time of the step, the corresponding pressure information value undergoes correction. If the peak value is not detected, the total pressure value can be calculated immediately without correction. There will be.

기준산출파트(424)는 검출된 상기 피크값을 기준으로 하여 불필요하고 환산에 혼선을 주는 데이터인 노이즈의 범위를 정의할 수 있는 보정기준값을 산출하는 기능을 수행한다. 이 때 보정기준값은 다음의 수학식 5를 기반으로 산출된다.The reference calculation part 424 performs a function of calculating a correction reference value capable of defining a range of noise, which is unnecessary and causes confusion in conversion, based on the detected peak value. At this time, the correction reference value is calculated based on Equation 5 below.

수학식 5,

Figure 112019093642648-pat00018
Equation 5,
Figure 112019093642648-pat00018

여기서,

Figure 112019093642648-pat00019
Figure 112019093642648-pat00020
번째 걸음에 대한 보정 기준값,
Figure 112019093642648-pat00021
Figure 112019093642648-pat00022
번째 걸음에 대해 측정된 피크 값을 의미한다.here,
Figure 112019093642648-pat00019
Is
Figure 112019093642648-pat00020
Calibration reference value for the first step,
Figure 112019093642648-pat00021
Is
Figure 112019093642648-pat00022
It means the peak value measured for the first step.

수학식 5는 상술한 피크검출파트(423)에 의해 검출된 피크값에 따라 보정기준값을 산출하는 것으로서, 이때 보정기준값은 노이즈의 범위를 정의하는 것이고, 피크값이 곧 노이즈가 될 수 있으므로, 피크값이 클수록 노이즈라고 판단되는 기준인 보정기준값이 커질 수 있음을 알 수 있다. Equation 5 is to calculate the correction reference value according to the peak value detected by the peak detection part 423 described above. At this time, the correction reference value defines a range of noise, and since the peak value can immediately become noise, the peak It can be seen that the larger the value, the larger the correction reference value, which is a criterion for determining noise.

보정값산출파트(425)는 상기 보정기준값을 기반으로 상기 입력된 상기 압력정보의 값으로부터 노이즈를 제거한 보정 압력값을 연산하는데, 이 때 연산은 다음의 수학식 6을 통해 이루어지게 된다.The correction value calculation part 425 calculates a correction pressure value by removing noise from the input value of the pressure information based on the correction reference value. In this case, the operation is performed through Equation 6 below.

수학식 6.

Figure 112019093642648-pat00023
Equation 6.
Figure 112019093642648-pat00023

여기서,

Figure 112019093642648-pat00024
Figure 112019093642648-pat00025
번째 걸음에 대한 보정 압력값,
Figure 112019093642648-pat00026
Figure 112019093642648-pat00027
번째 걸음 시에 측정된 상기 압력정보 중
Figure 112019093642648-pat00028
번째 압력정보의 압력값,
Figure 112019093642648-pat00029
Figure 112019093642648-pat00030
번째 걸음에 대한 보정 기준값,
Figure 112019093642648-pat00031
Figure 112019093642648-pat00032
번째 걸음 시에 측정된 압력정보의 총 개수를 의미한다.here,
Figure 112019093642648-pat00024
Is
Figure 112019093642648-pat00025
Corrected pressure value for the first step,
Figure 112019093642648-pat00026
Is
Figure 112019093642648-pat00027
Among the pressure information measured at the time of the first step
Figure 112019093642648-pat00028
Pressure value of the second pressure information,
Figure 112019093642648-pat00029
Is
Figure 112019093642648-pat00030
Calibration reference value for the first step,
Figure 112019093642648-pat00031
silver
Figure 112019093642648-pat00032
It means the total number of pressure information measured at the time of the first step.

수학식 6은 입력된 압력정보의 압력값으로부터 노이즈를 제거하여 보정 압력값을 산출하는 것으로서, 이때 보정 압력값은 입력된 압력정보의 압력값에서 보정 기준값을 뺀 결과로부터 산출될 수 있으며, 보정 압력값은 결국 매 걸음마다 산출된 복수개의 압력정보의 압력값으로부터 노이즈를 제거한 값을 의미하는 것이다.Equation 6 is to calculate the corrected pressure value by removing noise from the pressure value of the input pressure information, and at this time, the corrected pressure value can be calculated from the result of subtracting the correction reference value from the pressure value of the input pressure information. The value means a value in which noise is removed from the pressure values of a plurality of pressure information calculated for each step.

따라서 이렇게 보정 압력값이 산출되는 경우, 상기 압력값연산파트(421)는 노이즈가 제거된 상기 보정 압력값을 기반으로 상기 보행자의 매 걸음에 대한 전체압력값을 연산하게 되므로 보행 일관성 산출에 있어 신뢰도를 보다 높일 수 있게 된다.Therefore, when the corrected pressure value is calculated in this way, the pressure value calculation part 421 calculates the total pressure value for each step of the pedestrian based on the corrected pressure value from which noise has been removed. Can be higher.

또한 컨트롤러(20)의 또 다른 구성인 압력영상생성모듈(500)을 통해 스마트 인솔(10)의 압력 상태를 실시간으로 시각화한 압력 영상이 생성된다. 이러한 압력 영상의 예시는 도 1 또는 도 3을 통해 확인할 수 있다. 압력영상생성모듈(500)은 기본적으로 이미지생성부(510), 센서위치표시부(520), 변색처리부(530), 영상생성부(540)를 포함한다.In addition, a pressure image visualizing the pressure state of the smart insole 10 in real time is generated through the pressure image generation module 500, which is another component of the controller 20. An example of such a pressure image can be confirmed through FIG. 1 or FIG. 3. The pressure image generation module 500 basically includes an image generation unit 510, a sensor location display unit 520, a color change processing unit 530, and an image generation unit 540.

이미지생성부(510)는 상기 스마트 인솔(10)의 인솔이미지를 생성하는 기능을 포함한다. 이는 스마트 인솔(10)의 형태를 이미지화하여 압력 상태를 보여주기 위한 준비를 수행하는 것이다.The image generation unit 510 includes a function of generating an insole image of the smart insole 10. This is to perform preparations to show the pressure state by imaging the shape of the smart insole 10.

센서위치표시부(520)는 상술한 도 1과 같이 상기 인솔이미지 상에 상기 압력센서(11)의 위치를 표시하게 된다. 이 때 압력센서(11)의 위치 뿐 아니라 좌표정보 파악이 함께 이루어질 수도 있다.The sensor position display unit 520 displays the position of the pressure sensor 11 on the insole image as shown in FIG. 1 described above. At this time, not only the position of the pressure sensor 11 but also the coordinate information may be grasped together.

변색처리부(530)는 각각의 상기 압력센서(11)마다 측정된 상기 압력정보 값의 고저에 따라 상기 인솔이미지를 차등 변색 처리하는 기능을 수행한다. 이 때 인솔 이미지의 차등 변색 처리라 함은 도 1 또는 도 3에서의 예시와 같이 인솔이미지 상에서 좌표마다의, 즉 인솔이미지 내에서 압력센서(11) 위치마다의 압력정보 값의 고저에 따라 인솔이미지를 차등 변색 처리하여 바람직하게는 압력정보 값이 큰 곳이 붉은 색으로, 압력정보 값이 작거나 압력정보가 측정되지 않는 곳은 파란색으로 변색 처리하여 한눈에 스마트 인솔(10)의 압력 상태를 파악할 수 있도록 하는 것이다.The color change processing unit 530 performs a function of differentially discoloring the insole image according to the level of the pressure information measured for each of the pressure sensors 11. At this time, the differential discoloration processing of the insole image refers to the insole image according to the height of the pressure information value for each coordinate on the insole image, that is, for each position of the pressure sensor 11 within the insole image, as illustrated in FIG. 1 or 3. The pressure information of the smart insole 10 can be identified at a glance by processing the differential color change in red color for places where the pressure information value is large, and blue for places where the pressure information value is small or where no pressure information is measured. To be able to.

영상생성부(540)는 생성된 복수개의 상기 인솔이미지를 기반으로 압력 영상을 생성하는 기능을 수행한다. 이는 걸음걸음마다 생성된 복수개의 인솔이미지를 하나의 영상으로써 이어주는 역할을 수행하는 것이다.The image generator 540 performs a function of generating a pressure image based on the plurality of generated insole images. This is to play a role of connecting a plurality of insole images generated for each step as a single image.

마지막 컨트롤러(20)의 구성인 자료생성모듈(600)은 상기 압력 영상과 상기 합성 영상 및 상기 평가데이터가 통합 처리된 보행분석자료를 생성하는 역할을 수행한다. 이 때 압력 영상과 합성 영상은 보행자의 보행에 맞추어 동시 출력되어야 하는데, 이를 위해 템플릿생성부(610), 영상자료생성부(620), 통합자료생성부(630)를 포함한다.The data generation module 600, which is a component of the last controller 20, serves to generate gait analysis data in which the pressure image, the composite image, and the evaluation data are integrated and processed. At this time, the pressure image and the synthesized image must be simultaneously output according to the pedestrian's walking, and for this purpose, a template generation unit 610, an image data generation unit 620, and an integrated data generation unit 630 are included.

템플릿생성부(610)는 도 3의 예시를 통해 보이는 것과 같이 상기 보행자단말(40)에 출력되는 것으로서, 제 1 영역(51) 및 제 2 영역(52)을 포함하는 영상템플릿(50)을 생성하는 기능을 수행한다. 이는 일종의 화면 분할 구성이라 할 수 있다.The template generation unit 610 is output to the pedestrian terminal 40 as shown through the example of FIG. 3 and generates an image template 50 including a first area 51 and a second area 52 Performs the function of This can be referred to as a sort of screen division configuration.

영상자료생성부(620)는 상기 제 1 영역(51)에 상기 합성 영상을 배치 및 출력 처리하고, 상기 제 2 영역(52)에 상기 압력 영상을 배치하고 상기 합성 영상과 동시 출력 처리하여 영상자료를 생성하는 기능을 수행한다. 따라서 도 3에서와 같이 보행자의 걸음에 따른 스마트 인솔(10)의 압력 분포를 실시간으로 확인할 수 있게 된다.The image data generation unit 620 arranges and outputs the synthesized image in the first region 51, arranges the pressure image in the second region 52, and outputs the image data simultaneously with the synthesized image. It performs the function of creating. Therefore, as shown in FIG. 3, it is possible to check the pressure distribution of the smart insole 10 according to the pedestrian's step in real time.

마지막으로 통합자료생성부(630)는 상기 영상자료에 상기 평가데이터를 통합 처리하여 보행분석자료를 생성하게 된다. 이와 같이 생성된 보행분석자료는 보행자단말(40)에 전송처리 되어 보행자가 실시간으로 본인의 걸음걸이를 확인할 수 있으며, 나아가 치료용으로도 이용될 수 있게 되는 것이다.Finally, the integrated data generation unit 630 generates gait analysis data by integrating the evaluation data into the image data. The generated gait analysis data is transmitted to the pedestrian terminal 40 so that the pedestrian can check his or her gait in real time, and further, can be used for treatment.

지금까지 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 스마트 인솔을 통한 보행 데이터 분석 시스템을 상기 설명 및 도면에 표현하였지만 이는 예를 들어 설명한 것에 불과하여 본 발명의 사상이 상기 설명 및 도면에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화 및 변경이 가능함은 물론이다.As described so far, the walking data analysis system through the smart insole according to the present invention is expressed in the above description and drawings, but this is only described as an example, and the spirit of the present invention is not limited to the above description and drawings, and the present invention Of course, various changes and changes are possible within the scope of not departing from the technical idea of

10 : 스마트 인솔 11 : 압력센서
20 : 컨트롤러 40 : 보행자단말
50 : 영상템플릿 51 : 제 1 영역
52 : 제 2 영역 60 : 가상 기준선
100 : 압력수신모듈 200 : 보행영상입력모듈
300 : 영상합성모듈 310 : 바닥면검출부
320 : 기준선설정부 330 : 기준선표시부
400 : 데이터연산모듈 410 : 밸런스분석부
411 : 좌우압력측정파트 412 : 인풋결정파트
413 : 수치연산파트
420 : 일관성분석부 421 : 압력값연산파트
422 : 수치분석파트 423 : 피크검출파트
424 : 기준산출파트 425 : 보정값산출파트
430 : 비율분석부 431 : 비율산출파트
432 : 수치산출파트 440 : 정상걸음분석부
450 : 속도기반분석부 460 : 데이터산출부
500 : 압력영상생성모듈 510 : 이미지생성부
520 : 센서위치표시부 530 : 변색처리부
540 : 영상생성부 600 : 자료생성모듈
610 : 템플릿생성부 620 : 영상자료생성부
630 : 통합자료생성부
10: smart insole 11: pressure sensor
20: controller 40: pedestrian terminal
50: image template 51: first area
52: second area 60: virtual baseline
100: pressure receiving module 200: walking image input module
300: image synthesis module 310: bottom surface detection unit
320: reference line setting unit 330: reference line display unit
400: data calculation module 410: balance analysis unit
411: left and right pressure measurement part 412: input determination part
413: Numerical calculation part
420: consistency analysis unit 421: pressure value calculation part
422: numerical analysis part 423: peak detection part
424: reference calculation part 425: correction value calculation part
430: ratio analysis unit 431: ratio calculation part
432: Numerical calculation part 440: Normal step analysis unit
450: speed-based analysis unit 460: data calculation unit
500: pressure image generation module 510: image generation unit
520: sensor location display unit 530: discoloration processing unit
540: image generation unit 600: data generation module
610: template generation unit 620: image data generation unit
630: Integrated data generation unit

Claims (15)

스마트 인솔을 통한 보행 데이터 분석 시스템으로서,
보행자의 걸음에 따라 발바닥에 의해 눌리는 압력을 측정하는 복수개의 압력센서를 포함한 스마트 인솔;
상기 압력센서에서 측정된 압력정보를 수신하는 압력수신모듈과,
상기 보행자에 대한 보행 영상을 입력받는 보행영상입력모듈 및,
상기 보행 영상에 가상 기준선을 표시 처리한 합성 영상을 생성하는 기준선합성부를 포함하는 영상합성모듈 및,
복수개의 상기 압력정보를 분석 처리하여 상기 보행자의 보행에 대한 평가데이터를 산출하는 데이터연산모듈과,
보행 시간별 상기 스마트 인솔 내의 압력 분포를 나타내는 압력 영상을 생성하는 압력영상생성모듈 및,
상기 압력 영상과 상기 합성 영상 및 상기 평가데이터가 통합 처리된 보행분석자료를 생성하는 자료생성모듈을 포함하는 컨트롤러;
상기 보행분석자료를 전송받아 표시하는 보행자단말;을 포함하되,
상기 데이터연산모듈은,
측정된 상기 압력정보를 기반으로 상기 보행자의 보행 좌우밸런스 수치를 분석하는 밸런스분석부 및, 측정된 상기 압력정보를 기반으로 상기 보행자의 보행 일관성 수치를 분석하는 일관성분석부와, 측정된 상기 압력정보를 기반으로 상기 보행자의 보행비율수치를 산출하는 비율분석부 및, 측정된 상기 압력정보를 기반으로 상기 보행자의 정상걸음비율을 분석하는 정상걸음분석부와, 상기 보행자의 보행속도를 기반으로 보행속도수치를 산출하는 속도기반분석부 및, 상기 보행 좌우밸런스 수치, 상기 보행 일관성 수치, 상기 보행비율수치, 상기 정상걸음비율, 상기 보행속도수치를 포함하는 평가데이터를 산출하는 데이터산출부를 포함하고,
상기 비율분석부는,
측정된 상기 압력정보를 기반으로 상기 보행 시간 동안의 입각기비율을 산출하는 비율산출파트 및, 상기 입각기비율을 기반으로 상기 보행자의 보행비율수치를 산출하는 수치산출파트를 포함하며,
상기 수치산출파트는,
다음의 수학식 1을 통해 상기 보행비율수치를 산출하는 것을 특징으로 하는, 스마트 인솔을 통한 보행 데이터 분석 시스템.
수학식 1,
Figure 112021002739075-pat00067

(여기서,
Figure 112021002739075-pat00068
는 보행비율수치(점수),
Figure 112021002739075-pat00069
는 입각기비율(%))
As a walking data analysis system through smart guide,
Smart insole including a plurality of pressure sensors for measuring the pressure pressed by the foot of the foot of the pedestrian;
A pressure receiving module for receiving pressure information measured by the pressure sensor,
A walking image input module for receiving a walking image for the pedestrian, and
An image synthesizing module including a reference line synthesizing unit for generating a synthesized image obtained by displaying and processing a virtual reference line on the walking image, and
A data calculation module that analyzes and processes a plurality of the pressure information to calculate evaluation data for the pedestrian's walking;
A pressure image generation module for generating a pressure image representing a pressure distribution in the smart insole for each walking time, and
A controller including a data generation module generating gait analysis data in which the pressure image, the composite image, and the evaluation data are integrated and processed;
Including; a pedestrian terminal for receiving and displaying the pedestrian analysis data,
The data calculation module,
A balance analysis unit that analyzes the pedestrian's left and right balance value based on the measured pressure information, and a consistency analysis unit that analyzes the pedestrian's walking consistency value based on the measured pressure information, and the measured pressure information A ratio analysis unit that calculates the pedestrian's walking ratio value based on, and a normal walk analysis unit that analyzes the normal walking ratio of the pedestrian based on the measured pressure information, and the walking speed based on the walking speed of the pedestrian. A speed-based analysis unit for calculating a numerical value, and a data calculation unit for calculating evaluation data including the walking left and right balance value, the walking consistency value, the walking ratio value, the normal walking ratio, and the walking speed value,
The ratio analysis unit,
A ratio calculation part that calculates the stance phase ratio during the walking time based on the measured pressure information, and a numerical calculation part that calculates the walking ratio value of the pedestrian based on the stance phase phase ratio,
The above numerical calculation parts are:
A walking data analysis system through a smart insole, characterized in that calculating the walking ratio value through Equation 1 below.
Equation 1,
Figure 112021002739075-pat00067

(here,
Figure 112021002739075-pat00068
Is the walking ratio value (score),
Figure 112021002739075-pat00069
Is the stance ratio (%))
삭제delete 제 1항에 있어서,
상기 압력영상생성모듈은,
상기 스마트 인솔의 인솔이미지를 생성하는 이미지생성부,
상기 인솔이미지 상에 상기 압력센서의 위치를 표시하는 센서위치표시부 및,
각각의 상기 압력센서마다 측정된 상기 압력정보의 고저에 따라 상기 인솔이미지를 차등 변색 처리하는 변색처리부 및,
생성된 복수개의 상기 인솔이미지를 기반으로 압력 영상을 생성하는 영상생성부를 포함하는 것을 특징으로 하는, 스마트 인솔을 통한 보행 데이터 분석 시스템.
The method of claim 1,
The pressure image generation module,
An image generation unit that generates an insole image of the smart insole,
A sensor position display unit for displaying the position of the pressure sensor on the insole image, and
A color change processing unit for differentially discoloring the insole image according to the level of the pressure information measured for each of the pressure sensors, and
A system for analyzing walking data through a smart insole, comprising: an image generator for generating a pressure image based on the generated plurality of insole images.
제 1항에 있어서,
상기 자료생성모듈은,
상기 보행자단말에 출력되는 것으로서, 제 1 영역 및 제 2 영역을 포함하는 영상템플릿을 생성하는 템플릿생성부 및,
상기 제 1 영역에 상기 합성 영상을 출력 처리하고, 상기 제 2 영역에 상기 압력 영상을 동시 출력 처리하여 영상자료를 생성하는 영상자료생성부 및,
상기 영상자료에 상기 평가데이터를 통합 처리하여 보행분석자료를 생성하는 통합자료생성부를 포함하는 것을 특징으로 하는, 스마트 인솔을 통한 보행 데이터 분석 시스템.
The method of claim 1,
The data generation module,
A template generation unit that is output to the pedestrian terminal and generates an image template including a first area and a second area, and
An image data generator configured to output and process the composite image to the first region and simultaneously output and process the pressure image to the second region to generate image data, and
A walking data analysis system through a smart guide, characterized in that it comprises an integrated data generation unit for generating walking analysis data by integrating the evaluation data in the image data.
제 1항에 있어서,
상기 영상합성모듈은,
상기 보행 영상에서 바닥면을 검출하는 바닥면검출부 및,
상기 바닥면 상에 가상 기준선을 설정하는 기준선설정부 및,
상기 가상 기준선을 상기 보행 영상 상에 표시 처리하여 합성 영상을 생성하는 기준선표시부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 스마트 인솔을 통한 보행 데이터 분석 시스템.
The method of claim 1,
The image synthesis module,
A floor surface detection unit that detects a floor surface in the walking image, and
A reference line setting unit for setting a virtual reference line on the floor surface, and
A system for analyzing walking data through a smart insole, further comprising a reference line display unit configured to display and process the virtual reference line on the walking image to generate a synthesized image.
제 1항에 있어서,
상기 일관성분석부는,
측정된 상기 압력정보를 기반으로 상기 보행자의 매 걸음에 대한 전체압력값을 연산하는 압력값연산파트 및,
상기 전체압력값을 기반으로 보행 일관성 수치를 분석하는 수치분석파트를 포함하는 것을 특징으로 하는, 스마트 인솔을 통한 보행 데이터 분석 시스템.
The method of claim 1,
The consistency analysis unit,
A pressure value calculation part that calculates a total pressure value for every step of the pedestrian based on the measured pressure information, and
A walking data analysis system through a smart insole, characterized in that it comprises a numerical analysis part for analyzing the walking consistency value based on the total pressure value.
제 1항에 있어서,
상기 속도기반분석부는,
다음의 수학식 2를 통해 상기 보행속도수치를 산출하는 것을 특징으로 하는, 스마트 인솔을 통한 보행 데이터 분석 시스템.
수학식 2,
Figure 112021002739075-pat00045

(여기서,
Figure 112021002739075-pat00046
는 보행속도수치(점수),
Figure 112021002739075-pat00047
는 보행속도(m/s))
The method of claim 1,
The speed-based analysis unit,
A walking data analysis system through a smart insole, characterized in that calculating the walking speed value through Equation 2 below.
Equation 2,
Figure 112021002739075-pat00045

(here,
Figure 112021002739075-pat00046
Is the walking speed value (score),
Figure 112021002739075-pat00047
Is the walking speed (m/s))
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