WO2010012402A1 - Vorrichtung und verfahren zur dokumentation einer durch ortsveränderung charakterisierbaren körperertüchtigung einer person - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zur dokumentation einer durch ortsveränderung charakterisierbaren körperertüchtigung einer person Download PDF

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WO2010012402A1
WO2010012402A1 PCT/EP2009/005283 EP2009005283W WO2010012402A1 WO 2010012402 A1 WO2010012402 A1 WO 2010012402A1 EP 2009005283 W EP2009005283 W EP 2009005283W WO 2010012402 A1 WO2010012402 A1 WO 2010012402A1
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vital
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PCT/EP2009/005283
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Florian Rothfuss
Karola Rath
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Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V.
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    • A63B2220/803—Motion sensors

Definitions

  • the invention relates to a device for documenting a physical training of a person characterizable by change of location with a mobile receiving unit for signals for geographical location determination, which generates location data, a sensor unit for detecting at least one person-specific vital parameter for generating vital data, a data recording and storage unit and a data processing unit for processing the location and vital data. Furthermore, a method for documenting and verifying a body characterization of a person that can be characterized by change of location is explained.
  • Heart rate monitors with memory function which are used by endurance athletes, for example, joggers or long-distance runners, on the one hand to obtain current pulse information during sports practice, on the other hand by subsequent evaluation of recorded during the period of exercise sports pulse information therapeutic and / or to gain training-optimizing insights.
  • Such heart rate monitors have a pulse sensor to be attached directly to the body, which usually transmits wirelessly sensor signals for purposes of recording and storage and for visual presentation to a wrist watch.
  • GNSS global navigation satellite systems
  • Earth such as the American Navstar Global Positioning System, in short GPS, the Russian Glonass and the planned European Galileo system.
  • GNSS receivers for recording so-called track logs are known - this is a distance traveled within a recording period as a time sequence of coordinate points with respect to the geographic length, the latitude and the height - where when reading the track logs from the receiving device via a software installed on an external computer unit generates a so-called hash value, which is assigned to the read data to detect subsequent manipulations in this way to do.
  • Such systems with precautions against manipulation are used in the context of cross-country flying competitions, especially in gliders or paragliders to documented distances and test flights can.
  • These are special GNSS flight data recorders that are protected against manipulation attacks and actually store flown flight path coordinates in a memory unit for the purpose of retrieval protected reading.
  • the problem persists that, for example, a manipulation of the data is not detected when, for example, data of a fictitious and manipulated tracklogs are loaded onto the device and subsequently made available for reading.
  • GNSS loggers concern devices which already generate at least one hash value via the recorded GNSS track log. Some of these devices also have a barometric altimeter and a microphone for detecting engine noise, for example. To determine whether any auxiliary engines have been activated during a route gliding flight. Such specially developed for aviation receivers offer relatively good protection against manipulation. Comparable systems for a secure documentation of sports activities, which are primarily characterized by a route management, are currently not available. Thus, for example, a manipulation in cycling can be done by, for example, using a cyclist to manage a route sections of motor assistance to complete the route faster. Another possibility for manipulation would be that an unauthorized transfer of the corresponding recording unit from one person to another, so that ultimately several athletes successively complete a track to be overcome, which was intended only for a single athlete.
  • the object of the invention is to develop a device and a method for documenting a physical fitness of a person that can be characterized by a change in location in such a way that the manipulation possibilities described above can be fully revealed or prevented from the outset.
  • it is a tamper-free documentary help for both the sports and the therapeutic medical field, in particular to document a correct implementation of physical rehabilitation measures specify.
  • a device for documenting a physical training of a person characterized by a change in location which generates location data, a sensor unit for recording at least one person-specific vital parameter for generating vital data, a data recording and storage unit and one Data processing unit for processing the location and vital data in that an inertial sensor system is additionally provided which detects acceleration forces and / or acceleration moments of the person and generates acceleration data that can be fed to the data recording and storage unit and to the data processing unit.
  • the data processing unit also has an encoding unit which encodes the location, vital and / or acceleration data, preferably all recorded data.
  • the movement pattern or movement pattern of the person continuously recorded and evaluated.
  • vital and acceleration data during recording z. B. at intervals, for example. Every five seconds, or provided after completion of the recording with a backup or coding, advantageously by forming a checksum by hash value formation by means of a hash or scatter value function.
  • the checksum obtained on the basis of the acquired data is stored together with the data and serves for the subsequent verification of the authenticity of the stored data.
  • hash value formation it is also possible to generate a digital watermark based on the digital data structure of the stored data, which can be used in a similar manner as a hash value for a subsequent authenticity check of the data.
  • the respective hash value or the watermark on the acquired data is formed either quasi continuously during recording in time intervals or calculated after completion of the recording, either automatically or manually initiated by the user, over the entire record.
  • the data record which is read from the data memory for subsequent data evaluation be it by means of a transmission cable to an external computer unit or by means of a wireless data transfer eg. Via a mobile network, provided with the respective code, so that a subsequent manipulation can be recognized on the record.
  • the detection of the manipulation is determined by the record to be evaluated is again hashed or watermarked.
  • a comparison of the respectively read hash value or watermark with the respectively subsequently calculated permits an authenticity check. Such a validity or authenticity check ensures detection of manipulation attempts and also ensures that only records in a further evaluation that have not been subsequently manipulated.
  • the plausibility check uses all the data collected by the sensors to check whether a track has been completed with a prescribed sports equipment and to verify that the athlete admitted to the respective competition actually completed the course.
  • reference data is collected in a learning process, on the one hand for the type of physical exercise, for example, depending on the respective sports discipline and the sports equipment used in each case for each individual athlete itself.
  • both location data, vital signs and acceleration data are recorded, which in their overall view represent a kind of fingerprint or "fingerprint" of the respective exercise or sports equipment
  • vital parameters such as the heart rate
  • the acceleration and speed values to conclusions on whether the respective athletes in the exercise of the sport, for example, has received external support, it can, for example, be recognized whether a cyclist was occasionally pulled by a car or motorcycle.
  • reference data relevant to the respective athlete or the respective person For the collection of reference data relevant to the respective athlete or the respective person, data relating to the geographical position, for example in the form of a track log traveled by the athlete, and the vital parameters of the person that can be detected during the course of a course are essential.
  • the relevant data collection should be carried out with the inclusion of the respective sports equipment, which is to be used for the completion of the respective predetermined route.
  • the reference data which also correspond to a fingerprint of the respective athlete, it becomes visible which vital parameters are associated with the speed and acceleration data of the respective sports equipment.
  • a characteristic fingerprint arises from the course of the data and taking into account the route profile, which in all likelihood suggests an individual athlete.
  • the quality of recognition increases as the number of available data increases, taking into account the training progress the athlete experiences over time.
  • the evaluation and verification of the recorded during sports practice data is preferably carried out on a conventional computer or a portable minicomputer unit, which has an input interface, preferably via wireless data transmission, eg. Bluetooht technology, the data is read.
  • the evaluation unit furthermore has a verification unit which contains the at least one read-in, coded data set containing the location, vital and / or acceleration data and at least one hash value or one Watermark, checked for authenticity.
  • a hash value generator or watermark generator is provided, which generates a hash value or a watermark on the basis of the read data, which is compared with the aid of a comparator with the transmitted hash value or watermark.
  • a reference data record memory is provided, from which reference data that characterize the respective sport or the sports equipment used and the person can be read, which are compared with the transmitted location, vitality and / or acceleration data in terms of plausibility.
  • Fig. 1 embodiment of a device for detection
  • FIG. 2 embodiment with external inertial sensor Documentation of the implementation of a physical training, FIG. 2 embodiment with external inertial sensor, FIG.
  • Fig. 5 embodiment with combinable display unit.
  • FIG. 1 shows a basic diagram of a device according to the invention for the documentation of a physical fitness of a person that can be characterized by a change of position and that is designed as a mobile unit for portable entrainment by the person.
  • a receiving unit 2 for signals for geographical location determination are preferably in the form of a GNSS receiving system, at least one sensor 3 for determining the movement, preferably in the form of an inertial or acceleration sensor and a data recording and storage unit 4, in the same time Also, a processor for processing the corresponding data is integrated.
  • a sensor for recording vital signs 5 is provided, for example. To record the pulse or heart activity, the blood pressure, the Core body temperature, respiratory rate, perspiration, and / or blood levels.
  • the vital sensor can be applied in a manner known per se to suitable body sites, the sensor signals detected by the sensor being transmitted by wire, but preferably wirelessly to the data recording and storage unit 4.
  • this can be attached to the extremities of the respective person P, comparable to the above-described vital sensor separately from the housing, see FIG. 2, whereby in this case also the part of the inertial or Acceleration sensor 3 detected data, preferably transmitted by wireless data transmission to the data recording and storage unit 4.
  • FIG. 3 shows, compared to the exemplary embodiment according to FIG. 1, an extension with respect to a display 6 permanently mounted on the device 1, at which the acquired location, vitality and / or acceleration data can be visually displayed for illustration to the user. For example, it is of great interest for cycling to know about the route, the remaining distance to be traveled, the current speed and average speed, etc.
  • FIG. 4 shows a further embodiment with an external display unit 7, to which the acquired data is transmitted wirelessly during or after the data recording.
  • an external display unit 7 is particularly advantageous in those cases in which the housing 1, in which, inter alia, the motion sensor 3 is integrated for detecting acceleration forces, to be applied to a point on the person at the a characteristic movement pattern for a Sport can best be detected by the sensor, but it should still be possible for the person to have the mobile display unit 7 in view.
  • the display unit 7 can be mounted on the handlebar of a bicycle, whereas the device 1 is worn on the body of the person.
  • FIG. 5 shows an exemplary embodiment which permits a modular adaptation of a display unit 7 to the housing 1.
  • the autonomous and separate mobile display unit 7 for example, always be housed in the field of vision of the person, for example.
  • the data transfer between the display unit 7 and the recording and storage unit 2 integrated in the housing 1 preferably takes place wirelessly, for example by means of Bluetooth technology or the like. If the respective person does not conduct a competition, then both modules 7 and 1 can be put together accordingly.
  • sensors can be integrated in the device 1 or adapted to the device by means of wireless or wired communication technology. It would be conceivable, for example, a barometer for detecting the height, a thermometer for temperature measurement or a cadence sensor for detecting the cadence of cyclists.

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Abstract

Beschrieben wird eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zur Dokumentation einer durch Ortsveränderung charakterisierbaren Körperertüchtigung einer Person mit einer mobilen Empfangseinheit (2) für Signale zur geographischen Ortsbestimmung, die Ortsdaten erzeugt, einer Sensoreinheit (5) zur Erfassung wenigstens eines personenspezifischen Vitalparameters zur Erzeugung von Vitaldaten, einer Datenaufzeichnungs- und -Speichereinheit (4) sowie einer Datenverarbeitungseinheit zur Verarbeitung der Orts- und Vitaldaten. Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass ein Inertialsensorsystem (3) vorgesehen ist, das Beschleunigungskräfte und/oder Beschleunigungsmomente der Person erfasst und Beschleunigungsdaten erzeugt, die der Datenaufzeichnungs- und - Speichereinheit (4) sowie der Datenverarbeitungseinheit zuführbar sind, und dass die Datenverarbeitungseinheit (4) eine Codiereinheit aufweist, die die Orts-, Vital- und/oder Beschleunigungsdaten codiert.

Description

Vorrichtung und Verfahren zur Dokumentation einer durch Ortsveränderung charakterisierbaren Körperertüchtigung einer Person
Technisches Gebiet
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Dokumentation einer durch Ortsveränderung charakterisierbaren Körperertüchtigung einer Person mit einer mobilen Empfangseinheit für Signale zur geographischen Ortsbestimmung, die Ortsdaten erzeugt, einer Sensoreinheit zur Erfassung wenigstens eines personenspezifischen Vitalparameters zur Erzeugung von Vitaldaten, einer Datenaufzeichnungs- und -Speichereinheit sowie einer Datenverarbeitungseinheit zur Verarbeitung der Orts- und Vitaldaten. Femer wird ein Verfahren zum Dokumentieren und Überprüfen einer durch Ortsveränderung charakterisierbaren Körperertüchtigung einer Person erläutert.
Stand der Technik
Aufzeichnungsgeräte zu Zwecken der Dokumentation körperlicher Ertüchtigungen, insbesondere in Form sportlicher Aktivitäten, sind in Abhängigkeit der jeweiligen Sport- oder Bewegungsart in vielfältigen Ausgestaltungsformen bekannt. Weit verbreitet sind bspw. Pulsuhren mit Speicherfunktion, die von Ausdauersportlern, bspw. Jogger oder Langstreckenläufer genutzt werden, um einerseits eine aktuelle Pulsinformation während der Sportausübung zu erhalten, zum anderen um anhand nachträglicher Auswertung der während der Dauer der Sportausübung aufgezeichneten Pulsinformationen therapeutische und/oder trainingsoptimierende Erkenntnisse zu gewinnen. Derartige Pulsuhren verfügen über einen unmittelbar am Körper anzubringenden Pulssensor, der üblicherweise drahtlos Sensorsignale zu Zwecken der Aufzeichnung und Abspeicherung und zur visuellen Darstellung an eine am Handgelenk zu tragende Uhr übermittelt. Ferner sind weiter entwickelte Systeme zur Erfassung, Aufzeichnung und Abspeicherung von einer Vielzahl unterschiedlicher Messparameter bekannt, so bspw. im Radsportbereich einsetzbare Minicomputer, die vorzugsweise am Fahrradlenker montierbar und im Wege einer Multikanalaufzeichnung verschiedenste Sensorsignale in Form separater Zeitfunktionen aufzuzeichnen und über eine Displayeinheit dem jeweiligen Sportler visuell zur Darstellung zu bringen in der Lage sind. Neben der bei Pulsuhren beschriebenen Sensorik zur Pulserfassung verfügen derartige Minicomputersysteme über eine Vielzahl weiterer Sensoreinheiten, so bspw. Sensoren zur Erfassung der Fahrradtrittfrequenz, der Umdrehungsgeschwindigkeit eines Rades, des aktuellen Luftdruckes, etc..
Desweiteren sind Systeme zur Erfassung der aktuellen geographischen Position bekannt, die den Empfang und die Auswertung satellitengestützter Navigationssignale nützen, die von globalen Navigationssatellitensystemen, im Folgenden GNSS genannt, zur Erde ausgesandt werden, wie bspw. das amerikanische Navstar-Global-Positioning-System, kurz GPS, das russische Glonass und das in Planung befindliche europäische Galileo-System.
Mittlerweile sind unter der Vielzahl kommerziell erhältlicher Satellitensignalempfangsgeräte zur Ortsbestimmung und Navigation auch Geräte erhältlich, die neben der Fähigkeit einer hochgenauen geographischen Ortsbestimmung über Aufzeichnungskanäle für Vitalparameter verfügen bspw. zum Erfassen und Aufzeichnen der Puls- oder Herzfrequenz eines jeweiligen Nutzers. Beispielsweise sei in diesem Zusammenhang auf Geräte der Firma Garmin verwiesen, der Geräteserie Edge (eingetragene Marke).
Allen bisher auf dem Markt befindlichen Geräten zur Aufzeichnung und letztlich zur Dokumentation sportlicher Aktivitäten von Personen haftet der Nachteil an, dass eine nachträgliche Manipulation der aufgezeichneten Daten nicht ausgeschlossen werden kann. So ist es möglich, den jeweiligen Datensatz auszulesen und nachträglich an einem Computer mit entsprechender Software in einer Art und Weise zu manipulieren, so dass die vorgenommene Manipulation nicht oder nur mit sehr großem Aufwand erkennbar ist. Bspw. könnte die gemessene und erfasste Zeit für die Absolvierung einer Trainingseinheit reduziert werden, wodurch letztlich die Leistungsfähigkeit des jeweiligen Sportlers in täuschender Weise verbessert dargestellt werden kann.
Zur Begegnung von Manipulationen an vergelichbaren Datensätzen, die im Wege einer Software unterstützen Nachbearbeitung in missbräuchlicher Weise durchgeführt werden können, sind GNSS-Empfangsgeräte zur Aufzeichnung so genannter Tracklogs bekannt - dies ist jeweils eine innerhalb eines Aufzeichnungszeitraumes zurückgelegte Wegstrecke als zeitliche Abfolge von Koordinatenpunkten bzgl. der geographischen Länge, der geographischen Breite sowie der Höhe - bei denen beim Auslesen der Tracklogs aus dem Empfangsgerät über eine mittels auf einer externen Rechnereinheit installierten Software ein sog. Hash-Wert erzeugt, der den ausgelesenen Daten zugeordnet wird, um auf diese Weise nachträgliche Manipulationen erkennbar zu machen werden.
Derartige Systeme mit Vorkehrungen gegen Manipulationen werden im Rahmen von Streckenflugwettbewerben eingesetzt, vor allem bei Segelflugzeugen oder Gleitschirmen, um zurückgelegte Flugstrecken dokumentieren und testieren zu können. Dies sind spezielle GNSS-Flugdatenrekorder, die vor Manipulationangriffen geschützt sind und tatsächlich geflogene Flugstreckenkoordinaten in einer Speichereinheit zum Zwecke eines nachträglich geschützten Auslesens abspeichern.
Dennoch bleibt das Problem bestehen, dass bspw. eine Manipulation an den Daten nicht erkannt wird, wenn bspw. Daten eines fingierten und manipulierten Tracklogs auf das Gerät aufgespielt werden und nachträglich zum Auslesen zur Verfügung gestellt werden.
Eine Weiterentwicklung derartiger GNSS-Logger betreffen Geräte, die bereits geräteintern wenigstens einen Hash-Wert über den aufgezeichneten GNSS-Tracklog erzeugen. Diese Geräte verfügen zum Teil zusätzlich über einen barometrischen Höhenmesser sowie ein Mikrofon zur Detektion von Motorgeräuschen, um bspw. feststellen zu können, ob etwaige Hilfsmotoren während eines Streckensegelfluges aktiviert worden sind. Derartige speziell für den Flugsport entwickelte Empfangsgeräte bieten einen relativ guten Schutz vor Manipulationen. Vergleichbare Systeme für eine gesicherte Dokumentation von sportlichen Aktivitäten, die sich in erster Linie durch eine Streckenbewältigung auszeichnen, sind nach derzeitiger Kenntnis nicht verfügbar. So kann bspw. eine Manipulation im Radsport dadurch erfolgen, dass sich bspw. ein Radrennfahrer zur Bewältigung einer Strecke abschnittsweise motorischer Hilfe bedient, um die Strecke schneller zu absolvieren. Eine weitere Manipulationsmöglichkeit bestünde darin, dass eine unerlaubte Übergabe der entsprechenden Aufzeichnungseinheit von einer Person an eine weitere Person erfolgt, so dass letztlich mehrere Sportler nacheinander eine zu bewältigende Strecke absolvieren, die lediglich für einen Einzelsportler vorgesehen war.
Darstellung der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zum Dokumentieren einer durch Ortsveränderung charakterisierbaren Körperertüchtigung einer Person derart weiterzubilden, dass die vorstehend beschriebenen Manipulationsmöglichkeiten vollumfänglich aufgedeckt werden können bzw. von vornherein vereitelt werden sollen. Insbesondere gilt es eine manipulationsfreie Dokumentierhilfe sowohl für den Sport- als auch für den therapeutischen Medizinbereich, insbesondere zur Dokumentation einer korrekten Durchführung körperlicher Rehabilitationsmaßnahmen, anzugeben.
Die Lösung der der Erfindung zugrunde liegenden Aufgabe ist im Anspruch 1 angegeben. Gegenstand des Anspruches 16 ist ein lösungsgemäßes Verfahren zum Dokumentieren sowie auch zum Überprüfen einer durch Ortsveränderung charakterisierbaren Körperertüchtigung einer Person. Den Lösungsgedanken vorteilhaft weiterbildende Merkmale sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der weiteren Beschreibung insbesondere unter Bezugnahme auf die Ausführungsbeispiele zu entnehmen. So zeichnet sich lösungsgemäß eine Vorrichtung zur Dokumentation einer durch Ortsveränderung charakterisierbaren Körperertüchtigung einer Person mit einer mobilen Empfangseinheit für Signale zur geographischen Ortsbestimmung, die Ortsdaten erzeugt, einer Sensoreinheit zur Erfassung wenigstens eines personenspezifischen Vitalparameters zur Erzeugung von Vitaldaten, einer Datenaufzeichnungs- und -Speichereinheit sowie einer Datenverarbeitungseinheit zur Verarbeitung der Orts- und Vitaldaten dadurch aus, dass zusätzlich ein Inertialsensorsystem vorgesehen ist, das Beschleunigungskräfte und/oder Beschleunigungsmomente der Person erfasst und Beschleunigungsdaten erzeugt, die der Datenaufzeichnungs- und -Speichereinheit sowie der Datenverarbeitungseinheit zuführbar sind. Die Datenverarbeitungseinheit verfügt darüber hinaus über eine Codiereinheit, die die Orts-, Vital- und/oder Beschleunigungsdaten, vorzugsweise sämtliche erfassten Daten codiert.
So können zusätzlich zu der Erfassung und Bestimmung der geographischen Position der Person sowie der Erfassung wenigstens eines Vitalparameters der Person, so insbesondere die Herz- bzw. Pulsfrequenz, auch mit Hilfe der Inertial- bzw. Beschleunigungssensors, der an einer geeigneten Stelle am Körper der Person anzubringen ist, kontinuierlich das Bewegungsbild bzw. Bewegungsmuster der Person erfasst und ausgewertet werden.
Erst durch die Integration bzw. Kombination der drei vorstehend genannten Sensorarten wird die Voraussetzung für eine fälschungssichere Evaluierung der erfassten Daten geschaffen, um sichere Aussagen zu den folgenden Fragen treffen geben zu können:
Ist eine vorgeschriebene Strecke seitens der Person absolviert worden?
Ist die vorgeschriebene Strecke tatsächlich mit dem jeweils vorgeschriebenen Sportgerät bzw. in einer vorgeschriebenen Bewegungsweise bzw. mit einem vorgegebenen Bewegungsmuster absolviert worden?
Wurde die vorgegebene Strecke von der jeweils betreffenden Person absolviert? Mit welcher körperlichen Verfassung bzw. Performance in Bezug auf Geschwindigkeit, Beschleunigungen und körperliche Belastung wurde die vorgeschriebene Strecke von der jeweiligen Person absolviert?
Wann wurde die jeweils vorgeschriebene Strecke von der Person absolviert?
Zur Begegnung einer Datenmanipulation werden die seitens der Sensoren erfassten Orts-, Vital- sowie auch Beschleunigungsdaten während der Aufzeichnung, z. B. in zeitlichen Intervallen, bspw. alle fünf Sekunden, oder nach Abschluss der Aufzeichnung mit einer Sicherung bzw. Codierung versehen, in vorteilhafter weise durch Bilden einer Prüfsumme durch Hash-Wert-Bildung mittels einer Hash- oder auch Streuwert-Funktion. Die auf Basis der erfassten Daten erhaltene Prüfsumme wird zusammen mit den Daten abgespeichert und dient der nachträglichen Überprüfung der Authentizität der abgespeicherten Daten. Alternativ zur Hash- Wertbildung ist es gleichfalls möglich aufgrund der digitalen Datenstruktur der abgespeicherten Daten ein digitales Wasserzeichen zu generieren, das in ähnlicher Weise wie ein Hash-Wert für eine nachträgliche Authentizitätsüberprüfung der Daten herangezogen werden kann. Hierzu wird der jeweilige Hash-Wert bzw. das Wasserzeichen über die erfassten Daten entweder quasi kontinuierlich während der Aufzeichnung in zeitlichen Interwallen gebildet oder nach Abschluss der Aufzeichnung, entweder automatisch oder vom Nutzer manuell initiiert, über den gesamten Datensatz errechnet. In beiden Fällen ist der Datensatz, der aus dem Datenspeicher für eine nachträgliche Datenauswertung ausgelesen wird, sei es mittels eines Übertragungskabels auf eine externe Rechnereinheit oder im Wege eines drahtlosen Datentransfers bspw. über ein Mobilfunknetz, mit dem jeweiligen Code versehen, so dass eine nachträgliche Manipulation am Datensatz erkannt werden kann. Die Erkennung der Manipulation wird festgestellt, indem der auszuwertende Datensatz erneut einer Hash-Wert- bzw. Wasserzeichenbildung unterzogen wird. Ein Vergleich des jeweils ausgelesenen Hash-Wertes oder Wasserzeichens mit dem jeweils nachträglich Berechneten lässt eine Authentizitätsüberprüfung zu. Eine derartige Validitäts- bzw. Authentizitätsprüfung sichert eine Erkennung von Manipulationsversuchen und stellt zudem sicher, dass lediglich Datensätze in eine weitere Auswertung eingehen, die nicht nachträglich manipuliert worden sind.
Dennoch vermag eine Validitätsprüfung im vorstehend beschriebenen Sinne in Alleinstellung jedoch nur die nachträgliche Manipulation eines Datensatzes erkennen lassen. Wurde der Datensatz hingegen regelwidrig erzeugt, bspw. indem eine vorgeschriebene Strecke mit einem anderen Sportgerät zurückgelegt wurde als es vorgeschrieben war, oder von mehreren Sportlern in einer Art Staffellauf absolviert worden ist, kann dies die Validitätsprüfung nicht aufdecken. Hierzu dient vielmehr eine nachgeschaltete Plausibilitätsprüfung der sensorisch erfassten Daten.
Im Rahmen der Plausibilitätsprüfung werden sämtliche von den Sensoren erhobenen Daten herangezogen, um einerseits zu überprüfen, ob eine Strecke mit einem vorgeschriebenen Sportgerät absolviert wurde, und zum anderen zu verifizieren, dass der für den jeweiligen Wettbewerb zugelassene Sportler die Strecke auch tatsächlich absolviert hat. Hierzu werden in einem Lemprozess Referenzdaten erhoben, einerseits für die Art der jeweiligen Körperertüchtigung, bspw. in Abhängigkeit der jeweiligen Sportdisziplin und des jeweils eingesetzten Sportgerätes andererseits für jeden einzelnen Sportler selbst.
Zur Erfassung der die sportliche Disziplin bzw. das verwendete Sportgerät betreffende Referenzdaten werden sowohl Ortsdaten, Vital- und Beschleunigungsdaten erfasst, die in ihrer Gesamtbetrachtung eine Art Fingerabdruck oder „Fingerprint" der jeweiligen Körperertüchtigung bzw. des Sportgerätes darstellen. Sinnvollerweise können Sportarten-spezifisch ergänzende Sensoren mitberücksichtig werden, wie zum Beispiel die Daten eines Trittfrequenzsensors bei der Ausübung des Radsportes. Aus der Empfangseinheit zur Bestimmung der geographischen Position werden insbesondere die Beschleunigungs- und Geschwindigkeitswerte eines Sportgerätes in Abhängigkeit des jeweiligen Streckenprofils extrahiert. Aus dem Bewegungssensor bzw. Beschleunigungssensor werden typische Bewegungsmuster, die bei der Ausübung bzw. Bedienung eines jeweiligen Sportgerätes typischerweise auftreten, extrahiert. Die zusätzliche Berücksichtigung von Vitalparametern, wie bspw. die Herzfrequenz, lassen bei einer kombinierten Betrachtung mit den Beschleunigungs- und Geschwindigkeitswerten Rückschlüsse darauf zu, ob der jeweilige Sportler bei der Ausübung der Sportart bspw. eine externe Unterstützung erfahren hat, so kann bspw. erkannt werden, ob sich ein Fahrradfahrer streckenweise von einem Auto oder Motorrad ziehen ließ.
Zur Erhebung von den jeweiligen Sportler bzw. die jeweilige Person betreffenden Referenzdaten sind maßgeblich Daten hinsichtlich der geographischen Position, bspw. in Form eines vom Sportler zurückgelegten Tracklogs, sowie die während der Bewältigung einer Strecke erfassbaren Vitalparametern der Person notwendig. Die diesbezügliche Datenerhebung sollte unter Einbezug des jeweiligen Sportgerätes erfolgen, das für die Absolvierung der jeweiligen, vorgegebenen Strecke einzusetzen ist. Anhand der Referenzdaten, die gleichfalls einem Fingerabdruck des jeweiligen Sportlers entsprechen, wird sichtbar, welche Vitalparameter mit dem Geschwindigkeits- und Beschleunigungsdaten des jeweiligen Sportgerätes verbunden sind. Zwar kann aus einer Momentaufnahme aufgezeichneter Pulswerte sowie der aktuellen Geschwindigkeit des Sportgerätes kaum auf einen individuellen Sportler geschlossen werden, jedoch entsteht aus dem Verlauf der Daten und unter Berücksichtigung des Streckenprofils ein charakteristischer Fingerabdruck, der mit einer großen Wahrscheinlichkeit auf einen individuellen Sportler schließen lässt. Die Güte der Erkennung steigt mit zunehmender Anzahl verfügbarer Daten, wobei der Trainingsfortschritt zu berücksichtigen ist, den der Sportler über den Zeitverlauf erfährt.
Die Auswertung und Verifizierung der während der Sportausübung aufgezeichneten Daten erfolgt vorzugsweise auf einem üblichen Rechner oder einer portablen Minicomputereinheit, die über ein Eingabeinterface verfügt, über das vorzugsweise per drahtloser Datenübertragung, bspw. Bluetooht-Technik, die Daten eingelesen werden. Die Auswerteinheit verfügt ferner über eine Verifikationseinheit, die den wenigstens einen eingelesnen, codierten Datensatz, enthaltend die Ort-, Vital- und/oder Beschleunigungsdaten sowie wenigstens einen Hash-Wert oder ein Wasserzeichen, auf Authentizität überprüft. Hierzu ist ein Hash-Wert-Generator oder Wasserzeichengenerator vorgesehen, der auf der Grundlage der eingelesenen Daten einen Hash-Wert oder ein Wasserzeichen generiert, der bzw. das mit Hilfe eines Komparators mit dem übertragenen Hash-Wert- oder Wasserzeichen verglichen wird. Stimmen die Codierungen überein so wurden keinerlei Manipulationen an den Daten durchgeführt, so dass die Daten einer weiteren Untersuchung unterzogen werden können. Im Rahmen der Verifikationseinheit ist ein Referenzdatensatzspeicher vorgesehen, aus dem Referenzdaten, die die jeweilige Sportart bzw. das eingesetzte Sportgerät sowie die Person charakterisieren, auslesbar sind, die mit den übertragenen Orts-, Vital- und/oder Beschleunigungsdaten in Bezug auf Plausibilität verglichen werden.
Treten hierbei starke Abweichungen von den Referenzdaten auf, so besteht Anlass zur Annahme, dass mit unlauteren Mitteln gearbeitet worden ist. Diesbezügliche Datensätze können entsprechend erfasst und ausgesondert oder einer speziellen manuellen Auswertung unterzogen werden.
Zusätzlich ist es möglich einen Vergleich der Daten eines jeweiligen Sportlers mit den Daten anderer Sportler vorzunehmen, die an dem Wettbewerb teilgenommen haben. Stellen sich sehr starke Abweichungen von vorgebbaren Toleranzgrenzen von Messwerten innerhalb einzelner Datensätze heraus, so können diese Datensätze aus der Wertung ausgeschlossen oder einer detaillierten manuellen Begutachtung zugeführt werden.
Auf der Grundlage der mit den Mittel üblicher Datenverarbeitungstechniken automatisch durchführbaren Validitäts- und Plausibilitätsprüfung der jeweils ausgelesenen Datensätze steht einer Bewertungskommission ein System zur Verfügung, das sowohl die nachträgliche Manipulation an einem Datensatz erkennen lässt, als auch die Manipulation während der Aufzeichnung des Datensatzes offen legt. Damit ist die Grundlage geschaffen, dezentrale, sportliche Wettkämpfe zu veranstalten, bei denen keine Ordner oder Streckenposten zur Überwachung erforderlich sind. Darüber hinaus ermöglicht das lösungsgemäße Datenerfassung- und Überprüfungssystem eine Überwachung sowie Dokumentation und einen Nachweis über die korrekte Durchführung einer therapeutischen Maßnahme zu Zwecken der medizinischen Rehabilitation von Patienten. Derartige Dokumentationen können als Nachweis und Beleg für eine zielführende Therapie für die Einreichung und Abrechnung bei Krankenkassen dienen.
Kurze Beschreibung der Erfindung
Die Erfindung wird nachstehend ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen exemplarisch beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 Ausführungsbeispiel für eine Vorrichtung zur Erfassung und
Dokumentation der Durchführung einer Körperertüchtigung, Fig. 2 Ausführungsbeispiel mit externem Inertialsensor,
Fig. 3 Ausführungsbeispiel mit integrierter Displayeinheit,
Fig. 4 Ausführungsbeispiel mit externer Displayeinheit sowie
Fig. 5 Ausführungsbeispiel mit kombinierbarer Displayeinheit.
Wege zur Ausführung der Erfindung, gewerbliche Verwendbarkeit
Figur 1 zeigt ein Grundschema einer lösungsgemäßen Vorrichtung zur Dokumentation einer durch Ortsveränderung charakterisierbaren Körperertüchtigung einer Person, die als mobile Einheit zur portablen Mitführung durch die Person ausgebildet ist.
Innerhalb eines Gehäuses 1 befinden sich eine Empfangseinheit 2 für Signale zur geographischen Ortsbestimmung vorzugsweise in Form eine GNSS- Empfangssystems, wenigstens ein Sensor 3 zur Bestimmung der Bewegung, vorzugsweise in Form eine Inertial- oder Beschleunigungssensors sowie eine Datenaufzeichnungs- und Speicherungseinheit 4, in der zugleich auch ein Prozessor zur Verarbeitung der entsprechenden Daten integriert ist. Nicht notwendigerweise innerhalb des Gehäuses 1 ist ein Sensor zur Aufnahme von Vitalparametern 5 vorgesehen, bspw. zur Aufnahme der Puls- oder Herzaktivität, des Blutdrucks, der Körperkerntemperatur, Atemfrequenz, Transpiration und/oder von Blutwerten. Der Vitalsensor kann in an sich bekannter Weise an geeigneten Körperstellen appliziert werden, wobei die von dem Sensor erfassten Sensorsignale drahtgebunden aber vorzugsweise drahtlos zur Datenaufzeichnungs- und Speicherungseinheit 4 übertragen werden.
Alternativ zur gehäuseinternen Integration des Inertial- bzw. Bewegungssensors 3 kann dieser vergleichbar mit den vorstehen beschriebenen Vitalsensor getrennt vom Gehäuse, vorzugsweise an den Extremitäten der jeweiligen Person P befestigt werden, siehe Figur 2, wobei auch in diesem Fall die seitens des Inertial- bzw. Beschleunigungssensors 3 erfassten Daten, vorzugsweise per drahtloser Datenübertragung zur Datenaufzeichnungs- und Speicherungseinheit 4 übertragen werden.
Figur 3 zeigt gegenüber dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 1 eine Erweiterung hinsichtlich eines am Gerät 1 fest angebrachten Displays 6, an dem die erfassten Orts-, Vital- und/oder Beschleunigungsdaten zur Illustration für den Nutzer visuell dargestellt werden können. Beispielsweise ist es für den Radsport von großem Interesse Kenntnis über den Streckenverlauf, die zu verbleibende Reststrecke, die aktuelle Geschwindigkeit sowie Durchschnittsgeschwindigkeit etc. zu erhalten.
In Figur 4 ist eine weitere Ausführungsform mit einer externen Displayeinheit 7 dargestellt, an die während oder nach der Datenaufzeichnung die erfassten Daten drahtlos übertragen werden. Eine derartig getrennte Ausführungsform ist insbesondere auch in jenen Fällen von Vorteil, in denen das Gehäuse 1 , in dem unter anderem der Bewegungssensor 3 zur Erfassung von Beschleunigungskräften integriert ist, an eine Stelle an der Person zu applizieren ist, an der ein charakteristisches Bewegungsmuster für eine Sportart am Besten sensoriell erfasst werden kann, es aber für die Person dennoch möglich sein soll die mobile Displayeinheit 7 im Blickfeld zu haben. Bspw. kann die Displayeinheit 7 am Lenker eines Fahrrades montiert werden, wohingegen das Gerät 1 am Körper der Person getragen wird. In Figur 5 ist ein Ausführungsbeispiel gezeigt, das eine modulartige Adaption einer Displayeinheit 7 mit dem Gehäuse 1 ermöglicht. Hierdurch kann die autonome und separate mobile Displayeinheit 7 bspw. stets im Blickfeld der Person untergebracht werden, bspw. durch Anbringen am Lenker eines Fahrrades oder am Handgelenk mit Hilfe eines geeigneten Armbandes. Der Datentransfer zwischen der Displayeinheit 7 und der in dem Gehäuse 1 integrierten Aufzeichnungs- und Speichereinheit 2 erfolgt vorzugsweise drahtlos bspw. mittels Bluetooth-Technik o.a.. Führt die jeweilige Person keinen Wettbewerb aus, so können beide Module 7 und 1 entsprechend zusammengesteckt werden.
Selbstverständlich können neben den genannten Sensortypen auch weitere Sensoren in das Gerät 1 integriert oder an das Gerät mittels drahtloser oder drahtgebundener Kommunikationstechnik adaptiert werden. Denkbar wäre bspw. ein Barometer zur Erfassung der Höhe, ein Thermometer zur Temperaturmessung oder ein Trittfrequenzsensor zur Detektion der Trittfrequenz bei Fahrradfahrern.
Bezugszeichenliste
Gehäuse Sensor zur Bestimmung der geographischen Position, GNSS- Empfangseinheit Inertialsensor, Beschleunigungssensor Datenaufzeichnungs- und -speicherungseinheit Vitalparametersensor Displayeinheit Mobile Displayeinheit

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung zur Dokumentation einer durch Ortsveränderung charakterisierbaren Körperertüchtigung einer Person mit einer mobilen Empfangseinheit für Signale zur geographischen Ortsbestimmung, die Ortsdaten erzeugt, einer Sensoreinheit zur Erfassung wenigstens eines personenspezifischen Vitalparameters zur Erzeugung von Vitaldaten, einer Datenaufzeichnungs- und -Speichereinheit sowie einer Datenverarbeitungseinheit zur Verarbeitung der Ortsund Vitaldaten, dadurch gekennzeichnet, dass ein Inertialsensorsystem vorgesehen ist, das Beschleunigungskräfte und/oder Beschleunigungsmomente der Person erfasst und Beschleunigungsdaten erzeugt, die der Datenaufzeichnungs- und -Speichereinheit sowie der Datenverarbeitungseinheit zuführbar sind, und dass die Datenverarbeitungseinheit eine Codiereinheit aufweist, die die Orts-, Vital- und/oder Beschleunigungsdaten codiert.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Codiereinheit ein Hashwert- oder ein Wasserzeichen-Generator ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Datenaufzeichnungs- und -Speichereinheit sowie die Datenverarbeitungseinheit in einem portablen Gehäuse integriert sind.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Inertialsensorsystem innerhalb des Gehäuses untergebracht ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Inertialsensorsystem in Form wenigstens eines Beschleunigungssensors als mobile Einheit getrennt zum Gehäuse ausgebildet ist, dass die mobile Einheit ein Befestigungsmittel zur Anbringung am Körper der Person, vorzugsweise im Bereich der Extremitäten der Person, vorsieht, und dass eine drahtgebundene oder drahtlose Schnittstelle an der mobilen Einheit vorgesehen ist zur Übertragung der Beschleunigungsdaten zur Datenaufzeichnungs- und -Speichereinheit.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinheit zur Erfassung des wenigstens einen Vitalparameters innerhalb des Gehäuses untergebracht ist.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinheit zur Erfassung des wenigstens einen Vitalparameters als mobile Einheit getrennt zum Gehäuse ausgebildet ist, dass die mobile Einheit ein Befestigungsmittel zur Anbringung am Körper der Person vorsieht, und dass eine drahtgebundene oder drahtlose Schnittstelle an der mobilen Einheit vorgesehen ist zur Übertragung der Vitaldaten an die Aufzeichnungs- und
-Speichereinheit.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinheit zur Erfassung wenigstens eines Vitalparameters zur Erfassung wenigstens eines der nachfolgenden Vitalparameter ausgebildet ist: Puls, Herzaktivität, Blutdruck, Körperkerntemperatur, Atemfrequenz, Transpiration, Blutwert.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Gehäuse verbunden oder mit dem Gehäuse abnehmbar verbindbar eine Displayeinheit zur graphischen Darstellung von Orts-, Vital- und/oder Beschleunigungsdaten vorgesehen ist.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass am Gehäuse eine drahtgebundene oder drahtlose Schnittstelle vorgesehen ist zur Übertragung der Ort-, Vital- und/oder Beschleunigungsdaten an eine externe Auswerte- und/oder Displayeinheit.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Hashwert-Generator zu den in der Speichereinheit abgespeicherten Daten wenigstens einen Hashwert bildet, der neben den Daten auf der Speichereinheit abspeicherbar ist, oder dass der Wasserzeichen-Generator zu den in der Speichereinheit abgespeicherten Daten wenigstens ein Wasserzeichen bildet, das neben den Daten auf der Speichereinheit abspeicherbar ist,
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass die mobile Empfangseinheit für Signale zur geographischen Ortsbestimmung ein Empfangssystem zur Empfang von satellitengestützten Navigationssignalen ist.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die externe Auswerteeinheit eine Verifikationseinheit aufweist, die den wenigstens einen codierten Datensatz, enthaltend die Ort-, Vital- und/oder Beschleunigungsdaten sowie wenigstens einen Hash-Wert oder ein Wasserzeichen, auf Authentizität überprüft.
14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Verifikationseinheit einen Hash-Wert-Generator oder Wasserzeichengenerator aufweist sowie einen Komparator, der einen Hash- Wert- oder Wasserzeichenvergleich durchführt.
15. Vorrichtung nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Verifikationseinheit einen Referenzdatensatzspeicher vorsieht, aus dem Referenzdaten auslesbar sind, die mit den übertragenen Ort-, Vital- und/oder Beschleunigungsdaten verglichen werden.
16. Verfahren zum Dokumentieren und Überprüfen einer durch Ortsveränderung charakterisierbaren Körperertüchtigung einer Person, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:
Erfassen, Aufzeichnen und Abspeichern folgender Parameter während der von der Person durchgeführten Körperertüchtigung: a) Ort der Person, b) wenigstens ein Vitalparameter der Person sowie c) Beschleunigungen, denen die Person ausgesetzt ist, Codieren der abzuspeichernden oder abgespeicherten Parameter zum Erhalt wenigstens eines codierten Datensatzes,
Auslesen des abgespeicherten, codierten Datensatzes und Überprüfen des abgespeicherten, codierten Datensatzes bezüglich Originalität sowie
Überprüfen des auf Originalität überprüften Datensatzes auf Plausibilität unter Zugrundelegung wenigstens zweier Plausibilitätskriterien, eines die Art der Körperertüchtigung und ein anderes die Person, die die Körperertüchtigung ausübt, betreffend.
17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die erfassten Parameter digitalisiert werden und das Codieren der abzuspeichernden oder abgespeicherten digitalisierten Parameter mittels Prüfsummenbildung oder Wasserzeichenbildung erfolgt, und dass die Prüfsumme oder das Wasserzeichen gemeinsam mit den digitalisierten Parametern abgespeichert wird.
18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Prüfsummenbildung mittels Hashwertbildung erfolgt.
19. Verfahren nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Originalitätsüberprüfung durch Prüfsummenbildung oder Wasserzeichenbildung an dem ausgelesenen Datensatz und durch Vergleichen der gewonnenen Prüfsumme oder des gewonnenen Wasserzeichens mit der abgespeicherten und ausgelesenen Prüfsumme oder dem abgespeicherten und ausgelesenen Wasserzeichen erfolgt.
20. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass als Plausibilitätskriterium für die Art der Körperertüchtigung wenigstens ein Referenzdatensatz verwendet wird, umfassend Daten den Ort der Person, wenigstens einen Vitalparameter der Person sowie Beschleunigungen, denen die Person ausgesetzt ist, betreffend, die eine korrekte Ausübung der Körperertüchtigung widerspiegeln.
21. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass als Plausibilitätskriterium für die Person, die die Körperertüchtigung ausübt, wenigstens ein Referenzdatensatz verwendet wird, umfassend Daten den Ort der Person sowie wenigstens einen Vitalparameter der Person, betreffend, die repräsentativ für die Person bei der korrekten Ausübung der Körperertüchtigung sind.
22. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 21 , dadurch gekennzeichnet, dass das Auslesen der codierten Daten in eine Auswerteeinheit online während der Datenaufzeichnung mittels drahtloser Datenübertragungstechnik oder nach erfolgter Körperertüchtigung erfolgt.
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