KR20180106100A - 웹 기반의 비만 관리 시스템 및 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 웹 기반의 비만 관리 시스템 및 방법이 개시되어 있다. 이러한 본 발명에 따르면, 스마트 단말에서 3축 가속도 값과 각속도 값에 대한 신호 처리 결과를 토대로 섭취 횟수 데이터, 섭취 간격 데이터, 및 식사 시간 데이터를 포함하는 음식물 섭취 정보를 도출하고 도출된 음식물 섭취 정보 및 측정된 걸음 수를 포함하는 운동량 정보를 토대로 음식물 섭취 칼로리 및 운동량 소모 칼로리를 도출하며 도출된 음식물 섭취 칼로리 및 운동량 소모 칼로리 및 연산된 기초 대사량을 토대로 비만 관리 목표를 설정하고 설정된 비만 관리 목표에 대응된 비만 관리 메시지를 생성하여 스마트 단말로 전달함에 따라, 비만의 상관도가 높은 음식물 섭취 정보를 반영하여 다이어트 목표를 설정할 수 있도록 동기를 부여 및 의지를 자극함으로써 보다 심층적인 비만 관리가 가능하다.
Description
본 발명은 웹 기반의 비만 관리 시스템 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 스마트 웨어러블 기기를 통해 획득된 3축 가속도 및 3축 각속도 값의 6축 값을 기반으로 한끼의 식사 중 섭취 횟수 데이터, 섭취 간격 데이터, 및 식사 시간 데이터를 포함하는 음식물 섭취 정보를 획득하고 획득된 음식물 섭취 정보 및 걸음 수를 토대로 비만 관리 메시지를 생성하여 사용자에게 전달할 수 있도록 한 기술에 관한 것이다.
스마트폰 보급률과 웰빙(well-being)에 대한 관심이 높아지면서 모바일 헬스케어([0002] health care)에 대한 관심이 높아지고 있다. 특히 스마트 기기의 트렌드가 몸에 착용 가능한 형태의 웨어러블 디바이스(wearable device)로 변화함에 따라 이러한 기기를 활용한 새로운 형태의 가치가 창출되고 있다.
이에 따라 바쁜 현대인들을 위해 손쉽게 착용이 가능한 웨어러블 디바이스를 이용하여 좀 더 편하게 따로 시간을 내지 않아도 생활 속에서 건강관리가 가능하며, 사용자의 생체정보나 활동량 등의 심층적 정보를 수집하여 즉각적이고 다양한 피드백(feedback)을 제공할 수 있는 어플리케이션(application)들이 개발되고 있다.
대한민국공개특허 제10-2013-0087201호에는 일상생활 중 사람의 활동량 정보, 고도 정보, 음성신호를 검출하고 분석함으로써, 사용자의 에너지 소모량을 보다 정확하게 계산하여, 비만 및 다이어트 등을 포함하는 건강관리에 적용할 수 있는 다 센서 기반 착용형 에너지 소모량 측정 장치 및 방법에 대하여 기재되어 있다.
상기 대한민국공개특허 제10-2013-0087201호에 기재된 종래기술은, 활동량을 측정하기 위한 가속도센서, 사용자가 있는 현재 위치의 상대적인 고도를 측정하기 위한 고도센서, 음성신호를 검출하기 위한 PVDF 필름과 같이 진동을 감지할 수 있는 진동센서로 이루어져 있는 센서부, 센서 출력의 처리를 위한 아날로그 신호 처리부, A/D 변환 및 에너지 소모량을 계산하기 위한 디지털 신호처리부를 포함한 제어부, 소모 에너지 데이터의 저장을 위한 메모리부, 저장된 신호를 컴퓨터나 통신 단말기로 전송하기 위하여 USB 단자나 블루투스 프로토콜을 이용하는 인터페이스부, 상기 측정 장치에 전원을 공급하는 전원부, 전송받은 소모 에너지를 디스플레이하고 저장, 관리할 수 있는 어플리케이션부로 구성되어, 사용자에게 시간?장소에 제한 없이 운동량 및 칼로리 소모량을 측정하여 제공함으로써, 자신의 평상시 운동 관리에 효과적이고 실용적으로 활용 가능한 정보를 제공하도록 구성되어 있다.
그러나 상술한 종래기술은, 단순히 운동량 및 칼로리 소모량 등의 신체 활동 정보만을 제공하고 있을 뿐, 그에 따른 건강 관리를 구체적으로 계획하고 진행하는 데에 필요한 식단 및 운동량을 제공하여 다이어트 목표를 달성할 수 있도록 동기를 부여하고 식이 조절 및 운동하고자 하는 의지를 자극함으로써 사용자가 스스로 보다 적극적으로 활용할 수 있는 요소는 제공하지 못하는 단점이 있다.
본 발명의 목적은 음식물 섭취 패턴 및 운동량 변화 패턴 및 기초 대사량을 기반으로 설계된 비만 관리 메시지를 스마트 단말을 통해 사용자에게 제공함에 따라 다이어트 목표를 달성할 수 있도록 동기를 부여 및 의지를 자극함으로써 보다 심층적인 비만 관리가 가능하도록 하는 웹 기반의 비만 관리 시스템 및 방법을 제공하고자 하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 사용자의 음식물 섭취 패턴 및 운동량 변화 패턴을 그래프 형태로 시각화하여 스마트 단말로 전달함에 따라 사용자의 비만 관리 상태를 직관적으로 용이하게 파악할 수 있도록 한 웹 기반의 비만 관리 시스템 및 방법을 제공하고자 하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 기술적 과제는, 사용자의 신체 일부에 착용되며 다수개의 센서를 통해 획득된 3축 가속도 및 각속도 값을 획득하여 전송하는 웨어러블 디바이스; 및 상기 웨어러블 디바이스와 연동하여 사용자의 3축 가속도 및 각속도 값을 토대로 음식물 섭취 정보를 도출하고 도출된 음식물 섭취 정보 및 측정된 걸음 수를 포함하는 운동량 정보를 무선 통신망을 통해 웹 서버로 전송하는 스마트 단말을 포함하는 것을 특징한다.
바람직하게 상기 스마트 단말은, 초당으로 수신되는 3축 가속도 값 중 2/3이상 가속도 값을 포함하는 윈도우 구간 내 3축 가속도 신호의 특징을 추출하는 가속도 신호 처리부; 및 초당으로 수신되는 3축 각속도 값 중 2/3이상 각속도 값을 포함하는 윈도우 구간 내 3축 각속도 신호의 특징을 추출하는 각속도 신호 처리부를 포함할 수 있다.
바람직하게 상기 가속도 신호 처리부는, 상기 윈도우 구간 내 3축 가속도 신호에 포함된 노이즈 성분을 필터링한 후 필터링된 3축 가속도 신호에 대해 SVM(Signal Vector Magnitude) 알고리즘을 적용하여 1축 가속도 신호로 변환하도록 구비될 수 있고, 상기 각속도 신호 처리부는 상기 3축 각속도 신호에 대해 롤(roll), 피치(pitch), 및 요(yaw)로 변환하여 쿼터니언 변환을 적용하고, 쿼터니언 변환된 윈도우 구간 내의 각속도 신호에 포함된 노이즈 성분을 제거한 후 3축 각속도 신호에 대해 SVM(Signal Vector Magnitude) 알고리즘을 적용하여 1축 각속도 신호로 변환하도록 구비될 수 있다.
바람직하게 상기 스마트 단말은, 상기 가속도 신호 처리부 및 각속도 신호 처리부의 가속도 신호 및 각속도 신호를 기반으로 한끼의 식사 중 섭취 횟수 데이터, 1회 음식물 섭취에 의한 섭취 간격 데이터, 및 한 끼의 식사 시간 데이터를 포함하는 음식물 섭취 정보를 도출하는 음식물 섭취 정보 도출부; 및 사용자의 걸음 수를 포함하는 운동량 정보를 획득하는 운동량 정보 도출부를 포함할 수 있고, 여기서, 상기 음식물 섭취 정보 도출부는, 상기 윈도우 구간 내의 가속도 신호의 경사도가 기 정해진 임계치를 넘는 경우 손의 들음으로 판단하고, 이 후 각속도의 경사도 신호가 기 정해진 임계치를 넘는 경우 손의 내림으로 판단하여 상기 섭취 횟수 데이터를 1회 증가하는 섭취 횟수 도출 모듈; 상기 윈도우 구간 내의 가속도의 경사도가 기 정해진 임계치를 넘는 시점과 각속도의 경사도가 기 정해진 임계치를 넘는 시점의 차로부터 1회 섭취 횟수의 섭취 간격을 도출하는 섭취 간격 도출 모듈; 및 상기 섭취 횟수 데이터와 섭취 간격 데이터를 토대로 한 끼의 식사 시간 데이터를 도출하는 식사 시간 도출 모듈을 포함할 수 있다.
바람직하게 상기 임계치(qt)는 섭취 횟수가 증가된 시점의 윈도우 구간 내의 가속도 값 및 각속도 값의 최대값(max)과 최소값(min)의 차를 반영하여 업데이트되고, 다음 식 11을 만족할 수 있다. 여기서 a는 평활화 계수로 임계치 조정에 활용된다.
qt=aqt-1+(1-a)*(max-min) .. 식 11
본 발명의 다른 기술적 과제는, 스마트 단말의 한 끼의 식사 중 음식물의 섭취 횟수 데이터, 섭취 간격 데이터, 및 식사 시간 데이터를 포함하는 음식물 섭취 정보와 걸음 수를 포함하는 운동량 정보를 회원 가입 시 입력된 개인 정보에 대응하여 저장하는 데이터베이스; 상기 음식물 섭취 정보 및 기 정해진 한끼 식사의 섭취 칼로리를 토대로 음식물 섭취 칼로리를 도출하는 음식물 섭취 칼로리 도출부; 및 상기 음식물 섭취 칼로리와 음식물 섭취 정보를 토대로 소정 주기 단위로 개인화된 음식물 섭취 패턴을 생성하는 음식물 섭취 패턴 도출부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게 사용자의 걸음 수 및 기 정해진 한 걸음 당 소모 칼로리를 기반으로 운동량 소모 칼로리를 도출하는 운동량 소모 칼로리 도출부; 및 상기 걸음 수 및 운동량 소모 칼로리를 토대로 소정 주기 단위의 운동량 변화 패턴을 생성하는 운동량 변화 패턴 생성부를 더 포함할 수 있고, 사용자의 생체 정보를 토대로 해리스 베네딕트 공식에 적용하여 기초 대사량을 도출하는 기초 대사량 연산부; 및 상기 음식물 섭취 칼로리와 운동량 소모 칼로리의 차와 개인 별 기초 대사량의 비교 결과를 기반으로 비만 관리 목표를 설정하고 설정된 비만 관리 목표에 대응되어 독출된 비만 관리 메시지를 사용자가 소지한 스마트 단말로 전달하는 비만 관리 메시지 생성부를 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 기술적 과제는, 사용자의 신체 일부에 착용되며 다수개의 센서를 통해 획득된 3축 가속도 및 각속도 값을 획득하여 전송하는 웨어러블 디바이스(wearable device); 상기 웨어러블 디바이스와 연동하여 사용자의 3축 가속도 및 각속도 값을 토대로 음식물 섭취 정보를 도출하고 도출된 음식물 섭취 정보 및 측정된 걸음 수를 포함하는 운동량 정보를 전송하는 스마트 단말; 및 상기 스마트 단말을 통해 제공받은 음식물 섭취 정보와 운동량 정보를 비만 관리 서비스 앱의 회원 가입 시 입력된 개인 정보에 대응하여 저장하고, 수신된 음식물 섭취 정보를 토대로 음식물 섭취 칼로리를 도출하고 운동량 정보를 토대로 운동량 소모 칼로리를 도출하며 도출된 음식물 섭취 칼로리 및 운동량소모 칼로리와 사용자의 생체 정보를 기반으로 연산된 기초 대사량을 기반으로 비만 관리 목표를 설정하고 설정된 비만 관리 목표에 대응되어 독출된 비만 관리 메시지를 독출하여 상기 스마트 단말로 전달하는 비만 관리 웹 서버(web server)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게 상기 스마트 단말은, 초당으로 수신되는 3축 가속도 값 중 2/3이상 가속도 값을 포함하는 윈도우 구간 내 3축 가속도 신호의 특징을 추출하는 가속도 신호 처리부; 및 초당으로 수신되는 3축 각속도 값 중 2/3이상 각속도 값을 포함하는 윈도우 구간 내 3축 각속도 신호의 특징을 추출하는 각속도 신호 처리부를 포함할 수 있고, 여기서, 상기 가속도 신호 처리부는, 상기 윈도우 구간 내 3축 가속도 신호에 포함된 노이즈 성분을 제거한 후 3축 가속도 신호에 대해 SVM(Signal Vector Magnitude) 알고리즘을 이용하여 1축 가속도 신호로 변환하도록 구비될 수 있으며, 상기 각속도 신호 처리부는 상기 3축 각속도 신호에 대해 롤(roll), 피치(pitch), 및 요(yaw)로 변환하여 쿼터니언 변환을 적용하고, 쿼터니언 변환된 윈도우 구간 내의 각속도 신호에 포함된 노이즈 성분을 제거한 후 3축 각속도 신호에 대해 SVM(Signal Vector Magnitude) 알고리즘을 이용하여 1축 각속도 신호로 변환하도록 구비될 수 있다.
바람직하게 상기 스마트 단말은, 상기 가속도 신호 처리부 및 각속도 신호 처리부의 가속도 신호 및 각속도 신호를 기반으로 한끼의 식사 중 섭취 횟수 데이터, 1회 섭취 횟수의 섭취 간격 데이터, 및 식사 시간 데이터를 포함하는 음식물 섭취 정보를 도출하여 상기 웹 서버로 전달하는 음식물 섭취 정보 도출부; 및 사용자의 걸음 수를 획득하여 상기 웹 서버로 전달하는 운동량 정보 도출부를 포함할 수 있고, 상기 음식물 섭취 정보 도출부는, 상기 윈도우 구간 내의 가속도 신호의 경사도가 기 정해진 임계치를 넘는 경우 손의 들음으로 판단하고, 이 후 각속도의 경사도 신호가 기 정해진 임계치를 넘는 경우 손의 내림으로 판단하여 상기 섭취 횟수 데이터를 1회 증가하는 섭취 횟수 도출 모듈; 상기 윈도우 구간 내의 가속도의 경사도가 기 정해진 임계치를 넘는 시점과 각속도의 경사도가 기 정해진 임계치를 넘는 시점의 차로부터 1회 섭취 횟수의 섭취 간격을 도출하는 섭취 간격 도출 모듈; 및 상기 섭취 횟수 데이터와 섭취 간격 데이터를 토대로 한끼의 식사 시간을 도출하는 식사 시간 도출 모듈을 포함할 수 있다.
바람직하게 상기 임계치(qt)는 섭취 횟수가 증가된 시점의 윈도우 구간 내의 가속도 값 및 각속도 값의 최대값(max)과 최소값(min)의 차를 반영하여 업데이트되고, 다음 식 12를 만족할 수 있다. 여기서 a는 평활화 계수로 임계치 조정에 활용된다.
qt=aqt-1+(1-a)*(max-min) .. 식 12
바람직하게 상기 웹 서버는, 상기 스마트 단말의 음식물 섭취 정보와 운동량 정보를 회원 가입 시 입력된 개인 정보에 대응하여 저장하는 데이터베이스; 상기 음식물 섭취 정보 및 기 정해진 한끼의 섭취 칼로리를 토대로 음식물 섭취 칼로리를 도출하는 음식물 섭취 칼로리 도출부; 및 상기 음식물 섭취 칼로리와 음식물 섭취 정보를 토대로 소정 주기 단위의 개인화된 음식물 섭취 패턴을 생성하는 음식물 섭취 패턴 도출부를 포함할 수 있고, 수신된 사용자의 걸음 수 및 한 걸음 당 소모 칼로리를 기반으로 운동량 소모 칼로리를 도출하는 운동량 소모 칼로리 도출부; 및 상기 걸음 수 및 운동량 소모 칼로리를 토대로 소정 주기 단위의 운동량 변화 패턴을 생성하는 운동량 변화 패턴 생성부를 더 포함할 수 있다.
바람직하게 상기 웹 서버는, 사용자의 생체 정보를 해리스 베네딕트 공식에 적용하여 기초 대사량을 도출하는 기초 대사량 연산부; 및 상기 음식물 칼로리와 운동 소모 칼로리의 차와 연산된 기초 대사량의 비교 결과를 기반으로 비만 관리 목표를 설정하고 설정된 비만 관리 목표에 대응되어 독출된 비만 관리 메시지를 상기 스마트 단말로 전달하는 비만 관리 메시지 생성부를 포함할 수 있다.
바람직하게 상기 웹 서버는, 상기 음식물 섭취 패턴과 걸음 수 및 운동량 변화 패턴을 그래프 형태로 변환하여 상기 스마트 단말로 전달하도록 구비되고, 상기 스마트 단말은 상기 음식물 섭취 패턴과 운동량 변화 패턴을 그래픽 형태로 직관적으로 표시하고, 상기 웹 서버의 비만 관리 메시지를 수신 및 표시하도록 구비될 수 있다.
본 발명의 또 다른 기술적 과제는, (a) 신체의 일부에 장착된 웨어러블 디바이스로부터 수집된 3축 가속도 값 및 각속도 값을 스마트 단말로 전달하는 데이터 획득 단계; (b) 상기 스마트 단말에서 윈도우 구간 내 획득된 3축 가속도 값 및 각속도 값에 대해 가속도 신호 및 각속도 신호의 특징을 추출하는 신호 처리 단계; (c) 상기 추출된 가속도 신호와 기 정해진 임계치와의 비교 결과로부터 손의 들음을 인식하고 이 후 각속도 신호와 기 정해진 임계치와의 비교 결과로부터 손의 내림을 인식하여 1회 섭취 횟수 데이터를 생성하고, 상기 윈도우 구간 내의 가속도의 경사도가 기 정해진 임계치를 넘는 시점과 각속도의 경사도가 기 정해진 임계치를 넘는 시점의 차로부터 1회 섭취 횟수의 섭취 간격 데이터를 도출하며, 상기 섭취 횟수 데이터 및 상기 섭취 간격 데이터를 토대로 식사 시간 데이터를 도출하며 도출된 섭취 횟수 데이터, 섭취 간격 데이터, 및 식사 시간 데이터를 포함하는 음식물 섭취 정보를 생성하는 음식물 섭취 정보 생성 단계; (d) 웹 서버에서 스마트 단말로부터 제공된 음식물 섭취 정보와 기 정해진 한 끼 식사의 섭취 칼로리를 토대로 음식물 섭취 칼로리를 도출하고, 측정된 걸음 수 및 기 정해진 한 걸음 당 소모 칼로리를 기반으로 운동량 소모 칼로리를 도출하는 단계; (e) 상기 웹 서버에서 사용자의 생체 정보를 이용하여 기초 대사량을 연산하고 연산된 기초 대사량과 음식물 섭취 칼로리 및 운동량 소모 칼로리를 토대로 비만 관리 목표를 설정하고 설정된 비만 관리 목표에 대응되어 독출된 비만 관리 메시지를 생성하여 상기 스마트 단말로 전달하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게 상기 (e) 단계 이 후에 (f) 상기 웹 서버에서 수신된 상기 음식물 섭취 정보 및 음식물 섭취 칼로리와 걸음 수 및 운동량 소모 칼로리를 토대로 소정 주기 단위로 개인화된 음식물 섭취 패턴과 운동량 변화 패턴을 각각 생성하고, 생성된 음식물 섭취 패턴 및 운동량 변화 패턴을 그래픽형태로 변환하여 상기 스마트 단말로 전달하고 비만 관리 메시지를 전송하는 단계를 더 포함할 수 있고, 상기 (b) 단계는 초당으로 수신된 3축 가속도 값에 대해 2/3 이상의 가속도 값을 포함하는 윈도우 구간 내 3축 각속도 신호 중 기 정해진 소정 주파수 대역의 각속도 신호를 로우패스 필터를 통해 필터링한 후 3축 가속도 신호에 대해 SVM(Signal Vector Magnitude) 알고리즘을 이용하여 1축 가속도 신호로 변환하도록 구비되고, 상기 3축 각속도 신호에 대해 롤(roll), 피치(pitch), 및 요(yaw)로 변환하여 쿼터니언 변환을 적용하고, 쿼터니언 변환된 상기 윈도우 구간 내의 각속도 신호에 대해 로우 패스 필터를 통과하며, 상기 로우 패스 필터를 통과한 3축 각속도 신호에 대해 SVM(Signal Vector Magnitude) 알고리즘을 이용하여 1축 각속도 신호로 변환하도록 구비될 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 웨어러블 디바이스에 의거 획득된 3축 가속도 값 및 각속도 값을 수신한 스마트 단말에서 3축 가속도 값과 각속도 값에 대한 신호 처리 결과를 토대로 섭취 횟수 데이터, 섭취 간격 데이터, 및 식사 시간 데이터를 포함하는 음식물 섭취 정보를 도출하고 도출된 음식물 섭취 정보 및 측정된 걸음 수를 포함하는 운동량 정보를 토대로 음식물 섭취 칼로리 및 운동량 소모 칼로리를 도출하며 도출된 음식물 섭취 칼로리 및 운동량 소모 칼로리 및 연산된 기초 대사량을 토대로 비만 관리 목표를 설정하고 설정된 비만 관리 목표에 대응된 비만 관리 메시지를 생성하여 스마트 단말로 전달함에 따라, 비만의 상관도가 높은 음식물 섭취 정보를 반영하여 다이어트 목표를 설정할 수 있도록 동기를 부여 및 의지를 자극함으로써 보다 심층적인 비만 관리가 가능한 효과를 얻는다.
또한, 웹 서버에서 음식물 섭취 정보 및 음식물 섭취 칼로리와 걸음 수를 포함하는 운동량 정보 및 운동량 소모 칼로리를 기반으로 생성된 소정 주기 단위의 음식물 섭취 패턴 및 운동량 소모 패턴을 그래프 형태로 시각화하여 스마트 단말로 전달함에 따라 사용자의 비만 관리 상태를 직관적으로 용이하게 파악할 수 있는 잇점을 가진다.
한편 수신된 음식물 섭취 칼로리 및 운동 소모 칼로리 및 기초 대사량으로부터 설정된 비만 관리 목표에 도달한 경우 칭찬 메시지를 생성하여 스마트 단말로 전달함에 따라 다이어트에 대한 성공율을 향상시킬 수 있게 된다.
본 명세서에서 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 것이며, 후술하는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니된다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 웹 기반의 비만 관리 시스템의 구성을 보인 도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 웹 기반의 비만 관리 시스템의 스마트 단말의 세부적인 구성을 보인 도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 웹 기반의 비만 관리 시스템의 스마트 단말의 음식물 섭취 정보 도출부의 세부적인 구성을 보인 도이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 웹 기반의 비만 관리 시스템의 스마트 단말에서 추출된 가속도 신호 및 각속도 신호를 보인 예시도이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 웹 기반의 비만 관리 시스템의 웹 서버의 세부적인 구성을 보인 도이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 웹 기반의 비만 관리 시스템의 스마트 단말의 화면 상태를 보인 예시도들이다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 웹 기반의 비만 관리 시스템의 구성을 보인 도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 웹 기반의 비만 관리 시스템의 스마트 단말의 세부적인 구성을 보인 도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 웹 기반의 비만 관리 시스템의 스마트 단말의 음식물 섭취 정보 도출부의 세부적인 구성을 보인 도이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 웹 기반의 비만 관리 시스템의 스마트 단말에서 추출된 가속도 신호 및 각속도 신호를 보인 예시도이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 웹 기반의 비만 관리 시스템의 웹 서버의 세부적인 구성을 보인 도이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 웹 기반의 비만 관리 시스템의 스마트 단말의 화면 상태를 보인 예시도들이다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 보다 상세하게 설명한다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
본 명세서에서 사용되는 용어에 대해 간략히 설명하고, 본 발명에 대해 구체적으로 설명하기로 한다.
본 발명에서 사용되는 용어는 본 발명에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 발명의 설명 부분에서 상세히 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 본 발명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 본 발명의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다.
명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다. 또한, 명세서에서 사용되는 "부"라는 용어는 소프트웨어, FPGA 또는 ASIC과 같은 하드웨어 구성요소를 의미하며, "부"는 어떤 역할들을 수행한다. 그렇지만 "부"는 소프트웨어 또는 하드웨어에 한정되는 의미는 아니다. "부"는 어드레싱할 수 있는 저장 매체에 있도록 구성될 수도 있고 하나 또는 그 이상의 프로세서들을 재생시키도록 구성될 수도 있다.
따라서, 일 예로서 "부"는 소프트웨어 구성요소들, 객체지향 소프트웨어 구성요소들, 클래스 구성요소들 및 태스크 구성요소들과 같은 구성요소들과, 프로세스들, 함수들, 속성들, 프로시저들, 서브루틴들, 프로그램 코드의 세그먼트들, 드라이버들, 펌웨어, 마이크로 코드, 회로, 데이터, 데이터베이스, 데이터 구조들, 테이블들, 어레이들 및 변수들을 포함한다. 구성요소들과 "부"들 안에서 제공되는 기능은 더 작은 수의 구성요소들 및 "부"들로 결합되거나 추가적인 구성요소들과 "부"들로 더 분리될 수 있다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 웹 기반의 비만 관리 시스템을 나타낸 도면이고 도 2는 도 1에 도시된 스마트 단말의 세부적인 구성을 보인 도이며, 도 3은 도 2에 도시된 음식물 섭취 정보 도출부(230)의 세부적인 구성을 보인 도이고 도 4는 도 2의 스마트 단말에서 특징이 추출된 가속도 신호 및 각속도 신호를 보인 예시도이며, 도 5는 도 1에 도시된 웹 서버의 세부적인 구성을 보인 도이고, 도 6은 도 1에 도시된 스마트 단말의 화면을 보인 예시도이다. 도 1 내지 도 6을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 웹 기반의 비만 관리 시스템은 웨어러블 디바이스(wearable device)(100), 스마트 단말(200), 및 웹 서버(300)를 포함할 수 있다.
웨어러블 디바이스(100)는 사용자의 신체 일부에 착용되며 다수개의 센서를 통해 획득된 3축 가속도 값 및 3축 각속도 값을 포함하여 모두 6축의 값을 획득하도록 구비되며, 이에 웨어러블 디바이스(100)는 가속도 센서 및 자이로 센서를 포함할 수 있다. 여기서, 웨어러블 디바이스(100)는 음식물 섭취 정보를 도출하기 위한 실시 예로 본 실시 예와 관련된 구성요소들만이 도시되어 있다. 따라서, 도 1 내지 도 4에 도시된 구성요소들 외에 다른 범용적인 구성요소들이 더 포함될 수 있음을 본 실시 예와 관련된 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 수 있다.
웨어러블 디바이스(100)의 3축 가속도 값 및 각속도 값은 근거리 통신망을 통해 스마트 단말(200)로 전달된다. 웨어러블 디바이스(100)와 스마트 단말(200)의 가속도 및 각속도 값은 Wi-Fi와 UDP(User Datagram Protocol) 소켓을 이용하여 100 Hz대역으로 전송한다.
Wi-Fi는 Node.js를 사용한 Express 서버를 운영하여 Web을 통해 스마트 단말(200)로 전달되며, 여기서, Express는 통상의 웹 어플리케이션 서버로 현재 웹 페이지 형태로 제공하고 있는 데이터 표현으로, 본 발명에서는 이러한 데이터 표현을 그대로 사용될 수 있다. 즉, Wi-Fi에 의거 Node.js에 있어서 Server-Side 플랫폼으로 Open Source의 사용이 가능하다.
또한 본 발명의 설명 상의 편의를 위해 근거리 통신망을 Wi-Fi로 설명하고 있으나, 블루투스, 지그비 프로, IEEE802.15.4 c/d, 또는 IEEE 802.15. NAN 기반의 지그비 통신망과, IEEE 802. 15. 4, 지그비, Z-wave, INSTEON, 또는 Wavents 기반의 저전력 저속의 WPAN과, 자체 솔루션에 센서 네트워크를 이용한 RFID/USN 통합 플랫폼 기반의 통신망을 적용 가능하며, 이에 한정하지 아니한다.
스마트 단말(200)은 가속도 신호 처리부(210), 각속도 신호 처리부(220), 음식물 섭취 정보 도출부(230), 및 걸음 수 획득부(240)를 포함할 수 있다.
여기서, 가속도 신호 처리부(210)는 도 3에 도시된 바와 같이, 초당으로 수신되는 3축 가속도 값 중 2/3이상 가속도 값을 포함하는 윈도우 구간 내 3축 가속도 신호를 처리하도록 구비될 수 있으며, 이에 가속도 신호 처리부(210)는 초당으로 수신된 3축 가속도 값에 대해 2/3 이상의 가속도 값을 포함하는 윈도우 구간 내 3축 각속도 신호 중 기 정해진 소정 주파수 대역의 각속도 신호를 필터링하는 로우 패스 필터를 통과하고 로우 패스 필터를 통과한 3축 가속도 신호에 대해 SVM(Signal Vector Magnitude) 알고리즘을 이용하여 1축 가속도 신호로 변환한다.
그리고, 각속도 신호 처리부(220)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 초당으로 수신되는 3축 각속도 값 중 2/3이상 각속도 값을 포함하는 윈도우 구간 내 3축 각속도 신호의 특징을 도출하도록 구비될 수 있고, 이에 각속도 신호 처리부(220)는, 상기 자이로 센서로부터 공급되는 3축 각속도 신호에 대해 롤(roll), 피치(pitch), 및 요(yaw)로 변환하여 쿼터니언 변환을 적용하고, 쿼터니언 변환된 윈도우 구간 내의 각속도 신호에 대해 로우 패스 필터를 통과하며, 상기 로우 패스 필터를 통과한 3축 각속도 신호에 대해 SVM(Signal Vector Magnitude) 알고리즘을 이용하여 1축 각속도 신호로 변환한다.
이러한 가속도 신호 처리부(210) 및 각속도 신호 처리부(220)의 가속도 신호 및 각속도 신호는 음식물 섭취 정보 도출부(230)로 전달된다.
음식물 섭취 도출부(230)는 섭취 횟수 도출 모듈(231), 섭취 간격 도출 모듈(232), 및 식사 시간 도출 모듈(233)를 포함할 수 있다.
섭취 횟수 도출 모듈(231)은 윈도우 구간 내의 가속도 신호의 경사도가 기 정해진 임계치를 넘는 경우 손의 들음으로 판단하고, 이 후 각속도의 경사도 신호가 기 정해진 임계치를 넘는 경우 손의 내림으로 판단하여 상기 섭취 횟수 데이터를 1회 증가하도록 구비될 수 있다. 이에 가속도 신호 및 각속도 신호에 따라 사용자에 의해 숫가락 또는 젓가락에 음식물을 집어 숫가락 또는 젓가락을 올려 섭취한 후 숫가락 또는 젓가락을 내려 놓은 일련의 팔의 움직임을 감지하고, 이러한 팔의 움직임을 통해 섭취 횟수 데이터가 획득된다.
여기서, 개인 별 음식 섭취 패턴의 차이로 인해 가속도 값 및 가속도 값이 변동되고 이러한 가속도 값 및 각속도 값의 변동에 따라 임계치를 변동할 필요가 있다.
이에 상기 임계치(qt)는 섭취 횟수가 증가된 시점의 윈도우 구간 내의 가속도 값 및 각속도 값의 최대값(max)과 최소값(min)의 차를 반영하여 업데이트되고, 다음 식 1)을 만족하도록 구비될 수 있다.
qt=aqt-1+(1-a)*(max-min) .. 식 1
여기서 a 는 임계치를 조정하기 위한 평활화 계수이다.
또한, 섭취 간격 도출 모듈(232)은 상기 윈도우 구간 내의 가속도의 경사도가 기 정해진 임계치를 넘는 시점과 각속도의 경사도가 기 정해진 임계치를 넘는 시점의 차로부터 1회 섭취 횟수의 섭취 간격을 도출한다.
그리고, 식사 시간 도출 모듈(233)은 상기 섭취 횟수 데이터와 섭취 간격 데이터를 토대로 한 끼의 식사 시간을 도출하도록 구비될 수 있고, 이에 식사 시간 데이터는 섭취 횟수 데이터와 섭취 간격의 곱으로 도출된다.
전술한 섭취 횟수 데이터, 섭취 간격 데이터, 및 식사 시간 데이터를 포함하는 음식물 섭취 정보는 통신망을 통해 웹 서버(300)로 전달된다.
또한 걸음 수 획득부(240)는 기 다운로드된 어플을 이용하여 실시간으로 사용자의 걸음 수를 측정하고 측정된 걸음 수는 통신망을 통해 웹 서버(300)로 전달된다. 예를 들어, 어플은 Step count API 등을 이용할 수 있으나 이에 한정하지 아니한다.
웹 서버(300)는 상기 소정 주기 별, 예를 들어 일별, 월별, 주 단위의 운동량 소모 패턴 및 음식물 섭취 패턴을 그래픽 형태로 생성하고 스마트 단말(200)로 전달하고 이에 따른 비만 관리 메시지를 생성하는 일련의 과정은 다음과 같다.
이에 웹 서버(300)는 데이터 베이스부(310), 음식물 섭취 칼로리 도출부(320), 음식물 섭취 패턴 생성부(330), 운동량 소모 칼로리 도출부(340), 운동량 변화 패턴 생성부(350), 기초 대사량 연산부(360), 및 비만 관리 메시지 생성부(370)를 포함할 수 있다.
데이터 베이스부(310)는 스마트 단말의 섭취 횟수 데이터, 상기 섭취 간격 데이터, 식사 시간 데이터, 및 음식물 섭취 칼로리와 걸음 수 및 운동 소모 칼로리를 비만 관리 서비스 앱의 회원 가입 시 입력된 개인 정보에 매칭하여 저장한다.
한편, 음식물 섭취 칼로리 도출부(320)는 데이터베이스부(310)에 저장된 소정 주기 단위의 상기 섭취 횟수 데이터, 상기 섭취 간격 데이터, 및 상기 식사 시간 데이터를 독출하여 한끼의 식사에서 획득되는 음식물 섭취 칼로리를 연산한다. 즉, 1회 식사 시간에 획득되는 음식물 섭취 칼로리는 섭취 횟수 * 1회 섭취 횟수에 따라 획득된 음식물 섭취 칼로리(통상 30 kcal)의 곱으로 도출된다. 예를 들어, 한끼 식사에서 300 kcal 의 음식물 섭취 칼로리를 가지는 밥한 공기가 섭취된다고 가정하면, 한공기의 밥을 다 먹기 위한 섭취 횟수는 10회임을 알 수 있다. 이에 식사의 종류와 무관하게 한끼의 식사에서 획득되는 칼로리는 일정하다.
음식물 섭취 패턴 생성부(330)는 데이터베이스부(310)에 저장된 소정 주기(일, 주, 또는 월) 단위의 상기 섭취 횟수 데이터, 상기 섭취 간격 데이터, 및 상기 식사 시간 데이터를 포함하는 음식물 섭취 정보와 상기 음식물 섭취 칼로리를 그래픽 형태로 나타내는 개인화된 음식물 섭취 패턴을 생성한다.
한편, 데이터 베이스부(310)로부터 걸음 수를 포함하는 운동량 정보를 제공받은 운동량 소모 칼로리 도출부(340)는 걸음 수와 한 걸음당 소모되는 칼로리(통상 0.04 kcal)의 곱으로 운동량 소모 칼로리를 도출하고 도출된 운동량 소모 칼로리는 운동량 변화 패턴 생성부(350)로 전달된다.
상기 운동량 변화 패턴 생성부(350)는 걸음 수 및 운동량 소모 칼로리를 그래픽 형태로 나타내는 운동량 변화 패턴을 생성한다.
또한 기초 대사량 연산부(360)는 몸무게(W), 키(H), 및 나이(A)를 포함하는 생체 정보를 마플린 식 또는 해리스 베네딕트 공식(Harris-Benedict equation) 등의 다양항 공식을 적용하여 기초 대사량을 도출하고, 도출된 기초 대사량(BMR)은 비만 관리 메시지 생성부(370)로 전달된다. 본 발명의 실시 예에서 해리스 베네딕트 공식을 이용하여 기초 대사량을 산출하는 것으로 설명하고 있으나 이에 한정하지 아니하며, 해리스 베네딕트 공식을 이용한 기초 대사량은 다음과 같다.
남자의 경우 기초 대사량(BMR)= (10*W)+(6.25*H)-(5*A)+5
여자의 경우 기초 대사량(BMR)= (10*W)+(6.25*H)-(5*A)-161
비만 관리 메시지 생성부(370)는 음식물 섭취 정보, 음식물 섭취 칼로리, 운동량 정보, 및 운동량 소모 칼로리를 토대로 비만 관리 목표를 설정한다. 즉, 비만 관리 목표는 음식물 섭취 칼로리와 운동량 소모 칼로리의 차와 기초 대사량과의 비교를 통해 설정되고 설정된 비만 관리 목표에 대응되어 기 저장된 비만 관리 메시지를 독출하여 스마트 단말(200)로 전달한다.
비만 관리 목표에 대응되어 기 저장된 비만 관리 메시지에 대한 예시는 다음 표에 도시된 바와 같다.
| 비만 관리 목표 | 비만 관리 메시지 |
| 기초 대사량 대비 70% 미만의 칼로리 섭취 | 지나치게 적은 음식 섭취에 대한 경고메시지 출력 |
| 음식물 섭취 칼로리와 운동량 소모 칼로리의 차가 149 kcal 이하 | 현재 몸무게 유지 상태로 운동을 권장하는 메시지 출력 |
| 음식물 섭취 칼로리와 운동량 소모 칼로리의 차가 150~299 kcal 이하 | 칼로리 소모를 줄이도록 권장하는 메시지 출력 |
| 음식물 섭취 칼로리와 운동량 소모 칼로리의 차가 300 kcal 이상 | 칼로리 소모를 줄이도록 적극 권장하는 메시지 출력 |
| 음식물 섭취 칼로리와 운동량 소모 칼로리의 차가 150~499 kcal 이상 | 보다 많은 운동을 할 수 있는 격려 메시지 출력 |
| 음식물 섭취 칼로리와 운동량 소모 칼로리의 차가 500 kcal 이상 | 운동으로 인한 감량 노력에 대한 칭찬 메시지 출력 |
본 발명의 실시 예가 적용되는 웹 서버는 아마존 웹 서비스(Amazon Web Service)가 제공되는 우분투 리눅스 OS 기반의 클라우드 스토리지에 설치되는 아파치(apache) 웹 서버로 구비되고, 아마존 웹 서비스가 제공하는 Auto Scaling 서비스와 연동하여 동작되며, 사용자 숫자에 따른 클라우드 스토리지의 증설 및 감소가 가능하다. 또한 웹 서버(300)에 대한 FTP(file Transfer Protocol) 연결은 ppk 보안 키 파일을 기반으로 SFTP(Secure File Transfer Protocol) 연결 방식으로 보안성을 강화한다. 웹은 WordPress 엔진을 기반으로 3개의 웹 페이지로 구성되며, 각 웹 페이지는 html(HyperText Markup Language)과 PHP(Hypertext Preprocessor), jQuery를 사용하여 구성된다. 이에 음식물 섭취량을 그래픽화한 웹 페이지와, 운동량을 그래픽화 한 웹 페이지, 및 음식물 섭취량 대비 운동량을 그래픽화한 웹 페이지로 생성되며, 각 페이지의 데이터는 MySQL을 기반으로 구축된 데이터 베이스부(310)에 실시간으로 반영된다. 본 발명의 실시 예에서 우분트 리눅스 OS를 일례로 설명하고 있으나, 윈도우 및 유닉스 다양한 OS 기반으로 설치될 수 있으며 이에 한정하지 아니한다.
또한 웹 서버(300)는 소정 주기 단위의 음식물 섭취 패턴 및 운동량 변화 패턴을 그래픽 형태로 생성하고 스마트 단말(200)로 전달하고 이에 스마트 단말(200)는 도 6에 도시된 바와 같이, 그래픽 형태의 소정 주기 단위의 음식물 섭취 패턴 및 운동량 변화 패턴이 표시되므로, 사용자는 비만 관리 상태를 직관적으로 인식하게 된다.
또한 웹 서버(300)는 소정 주기의 음식물 섭취 패턴 및 운동량 변화 패턴을 기반으로 기 정해진 비만 관리 목표에 도달하였는 지를 판단하고 판단 결과 비만 관리 목표에 도달한 경우 칭찬 메시지를 재설정된 비만 관리 목표에 대응되어 독출된 비만 관리 메시지와 함께 스마트 단말(200)로 전달한다.
이에 웹 서버에서 음식물 섭취 정보 및 음식물 섭취 칼로리와 걸음 수를 포함하는 운동량 정보 및 운동량 소모 칼로리를 기반으로 생성된 소정 주기 단위의 음식물 섭취 패턴 및 운동량 소모 패턴을 그래프 형태로 시각화하여 스마트 단말로 전달함에 따라 사용자의 비만 관리 상태를 직관적으로 용이하게 파악할 수 있으며, 수신된 음식물 섭취 칼로리 및 운동 소모 칼로리 및 기초 대사량으로부터 설정된 비만 관리 목표에 도달한 경우 칭찬 메시지를 생성하여 스마트 단말로 전달함에 따라 다이어트에 대한 성공율을 향상시킬 수 있게 된다.
본 발명의 실시 예에 의하면, 웨어러블 디바이스에 의거 획득된 3축 가속도 값 및 각속도 값과 걸음 수를 수신한 스마트 단말에서 3축 가속도 값과 각속도 값에 대한 신호 처리 결과를 토대로 섭취 횟수 데이터, 섭취 간격 데이터, 및 식사 시간 데이터를 포함하는 음식물 섭취 정보, 음식물 종류 정보, 및 운동량 정보를 토대로 음식물 섭취 칼로리 및 운동량 소모 칼로리를 도출하며 도출된 음식물 칼로 및 운동량 소모 칼로리 및 기초 대사량을 토대로 비만 관리 목표를 설정하고 설정된 비만 관리 목표에 대응되어 독출된 비만 관리 메시지를 생성하여 스마트 단말로 전달함에 따라, 비만의 상관도가 높은 음식물 섭취 정보를 반영하여 다이어트 목표를 달성할 수 있도록 동기를 부여 및 의지를 자극함으로써 보다 심층적인 비만 관리가 가능하다.
또한, 스마트 단말을 이용하여 사용자의 음식물 섭취 정보, 음식물 종류 정보, 및 운동량 정보를 그래프 형태로 시각화하여 직관적으로 표시함에 따라 사용자의 비만 관리를 직관적으로 용이하게 파악할 수 있다.
한편 수신된 음식물 섭취 칼로리 및 운동 소모 칼로리를 토대로 웹 서버에서 비만 관리 목표에 도달한 경우 칭찬 메시지를 생성하여 스마트 단말로 전달함에 따라 다이어트에 대한 성공율을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 다른 양태에 의한 웹 기반의 비만 관리 방법은, (a) 신체의 일부에 장착된 웨어러블 디바이스로부터 수집된 3축 가속도 값 및 각속도 값을 스마트 단말로 전달하는 데이터 획득 단계; (b) 상기 스마트 단말에서 윈도우 구간 내 획득된 3축 가속도 값 및 각속도 값에 대해 신호 처리 알고리즘을 수행하여 가속도 신호 및 각속도 신호의 특징을 추출하는 신호 처리 단계; (c) 상기 추출된 가속도 신호와 기 정해진 임계치와의 비교 결과로부터 손의 들음을 인식하고 이 후 각속도 신호와 기 정해진 임계치와의 비교 결과로부터 손의 내림을 인식하여 1회 섭취 횟수 데이터를 생성하고, 상기 윈도우 구간 내의 가속도의 경사도가 기 정해진 임계치를 넘는 시점과 각속도의 경사도가 기 정해진 임계치를 넘는 시점의 차로부터 1회 섭취 횟수의 섭취 간격 데이터를 도출하며, 상기 섭취 횟수 데이터 및 상기 섭취 간격 데이터를 토대로 식사 시간 데이터를 도출하며 도출된 섭취 횟수 데이터, 섭취 간격 데이터, 및 식사 시간 데이터를 포함하는 음식물 섭취 정보를 생성하는 음식물 섭취 정보 생성 단계; (d) 웹 서버에서 스마트 단말로부터 제공된 음식물 섭취 정보 및 걸음수를 제공받아 음식물 섭취 정보를 토대로 음식물 섭취 칼로리를 도출하고 측정된 걸음 수를 토대로 운동량 소모 칼로리를 도출하는 단계; (e) 상기 웹 서버에서 사용자의 생체 정보를 이용하여 기초 대사량을 연산하고 연산된 기초 대사량과 음식물 섭취 칼로리 및 운동량 소모 칼로리를 토대로 비만 관리 목표를 설정하고 설정된 비만 관리 목표에 대응된 비만 관리 메시지를 생성하여 상기 스마트 단말로 전달하는 단계를 포함할 수 있다.
바람직하게 상기 (e) 단계 이 후에 (f) 상기 웹 서버에서 수신된 상기 음식물 섭취 정보 및 음식물 칼로리와 걸음 수 및 운동 소모 칼로리를 토대로 소정 주기 단위로 개인화된 음식물 섭취 패턴과 운동량 변화 패턴을 각각 생성하고, 생성된 음식물 섭취 패턴 및 운동량 변화 패턴을 그래픽형태로 변환하여 상기 스마트 단말로 전달하고 비만 관리 메시지를 전송하는 단계를 더 포함할 수 있다.
바람직하게 상기 (b) 단계는 초당으로 수신된 3축 가속도 값에 대해 2/3 이상의 가속도 값을 포함하는 윈도우 구간 내 3축 각속도 신호 중 기 정해진 소정 주파수 대역의 각속도 신호를 로우패스 필터를 통해 필터링한 후 3축 가속도 신호에 대해 SVM(Signal Vector Magnitude) 알고리즘을 이용하여 1축 가속도 신호로 변환하도록 구비될 수 있고, 상기 자이로 센서로부터 공급되는 3축 각속도 신호에 대해 롤(roll), 피치(pitch), 및 요(yaw)로 변환하여 쿼터니언 변환을 적용하고, 쿼터니언 변환된 상기 윈도우 구간 내의 각속도 신호에 대해 로우 패스 필터를 통과하며, 상기 로우 패스 필터를 통과한 3축 각속도 신호에 대해 SVM(Signal Vector Magnitude) 알고리즘을 이용하여 1축 각속도 신호로 변환하도록 구비될 수 있다.
상기의 웹 기반의 비만 관리 방법의 각 단계는 전술한 웨어러블 디바이스(100), 스마트 단말(200), 및 웹 서버(300)에서 수행되는 기능으로 자세한 원용은 생략한다.
여기에 제시된 실시 예들과 관련하여 설명된 방법 또는 알고리즘의 단계들은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 본 발명의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
지금까지 본 발명을 바람직한 실시 예를 참조하여 상세히 설명하였지만, 본 발명이 상기한 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 또는 수정이 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 사상이 미친다 할 것이다.
웨어러블 디바이스에 의거 획득된 3축 가속도 값 및 각속도 값과 걸음 수를 수신한 스마트 단말에서 3축 가속도 값과 각속도 값에 대한 신호 처리 결과를 토대로 섭취 횟수 데이터, 섭취 간격 데이터, 및 식사 시간 데이터를 포함하는 음식물 섭취 정보, 음식물 종류 정보, 및 운동량 정보를 토대로 음식물 섭취 칼로리 및 운동량 소모 칼로리를 도출하며 도출된 음식물 칼로 및 운동량 소모 칼로리 및 기초 대사량을 토대로 비만 관리 목표를 설정하고 설정된 비만 관리 목표에 대응된 비만 관리 메시지를 생성하여 스마트 단말로 전달함에 따라, 비만의 상관도가 높은 음식물 섭취 정보를 반영하여 다이어트 목표를 달성할 수 있도록 동기를 부여 및 의지를 자극함으로써 보다 심층적인 비만 관리가 가능하고, 스마트 단말을 이용하여 사용자의 음식물 섭취 정보, 음식물 종류 정보, 및 운동량 정보를 그래프 형태로 시각화하여 직관적으로 표시함에 따라 사용자의 비만 관리를 직관적으로 용이하게 파악할 수 있으며, 수신된 음식물 섭취 칼로리 및 운동 소모 칼로리를 토대로 웹 서버에서 비만 관리 목표에 도달한 경우 칭찬 메시지를 생성하여 스마트 단말로 전달함에 따라 다이어트에 대한 성공율을 향상시킬 수 있는 웹 기반의 비만 관리 시스템 및 방법에 대한 운용의 정확성 및 신뢰도 측면, 더 나아가 성능 효율 면에 매우 큰 진보를 가져올 수 있으며, 적용되는 건강 관련 장비의 시판 또는 영업의 가능성이 충분할 뿐만 아니라 현실적으로 명백하게 실시할 수 있는 정도이므로 산업상 이용가능성이 있는 발명이다.
Claims (24)
- 사용자의 신체 일부에 착용되며 다수개의 센서를 통해 획득된 3축 가속도 및 각속도 값을 획득하여 전송하는 웨어러블 디바이스; 및
상기 웨어러블 디바이스와 연동하여 사용자의 3축 가속도 및 각속도 값을 토대로 음식물 섭취 정보를 도출하고 도출된 음식물 섭취 정보 및 측정된 걸음 수를 포함하는 운동량 정보를 무선 통신망을 통해 웹 서버로 전송하는 스마트 단말을 포함하는 것을 특징으로 하는 웹 기반의 비만 관리 시스템의 스마트 단말. - 제1항에 있어서, 상기 스마트 단말은,
초당으로 수신되는 3축 가속도 값 중 2/3이상 가속도 값을 포함하는 윈도우 구간 내 3축 가속도 신호의 특징을 추출하는 가속도 신호 처리부; 및
초당으로 수신되는 3축 각속도 값 중 2/3이상 각속도 값을 포함하는 윈도우 구간 내 3축 각속도 신호의 특징을 추출하는 각속도 신호 처리부를 포함하는 것을 특징으로 하는 웹 기반의 비만 관리 시스템의 스마트 단말. - 제2항에 있어서, 상기 가속도 신호 처리부는,
상기 윈도우 구간 내 3축 가속도 신호에 포함된 노이즈 성분을 필터링한 후 필터링된 3축 가속도 신호에 대해 SVM(Signal Vector Magnitude) 알고리즘을 적용하여 1축 가속도 신호로 변환하도록 구비되는 것을 특징으로 하는 웹 기반의 비만 관리 시스템의 스마트 단말. - 제2항에 있어서, 상기 각속도 신호 처리부는
상기 3축 각속도 신호에 대해 롤(roll), 피치(pitch), 및 요(yaw)로 변환하여 쿼터니언 변환을 적용하고, 쿼터니언 변환된 윈도우 구간 내의 각속도 신호에 포함된 노이즈 성분을 제거한 후 3축 각속도 신호에 대해 SVM(Signal Vector Magnitude) 알고리즘을 적용하여 1축 각속도 신호로 변환하도록 구비되는 것을 특징으로 하는 웹 기반의 비만 관리 시스템의 스마트 단말. - 제 2항에 있어서, 상기 스마트 단말은,
상기 가속도 신호 처리부 및 각속도 신호 처리부의 가속도 신호 및 각속도 신호를 기반으로 한끼의 식사 중 섭취 횟수 데이터, 1회 음식물 섭취에 의한 섭취 간격 데이터, 및 한 끼의 식사 시간 데이터를 포함하는 음식물 섭취 정보를 도출하는 음식물 섭취 정보 도출부; 및
사용자의 걸음 수를 포함하는 운동량 정보를 획득하는 운동량 정보 도출부를 포함하는 것을 특징으로 하는 웹 기반의 비만 관리 시스템의 스마트 단말. - 제5항에 있어서, 상기 음식물 섭취 정보 도출부는,
상기 윈도우 구간 내의 가속도 신호의 경사도가 기 정해진 임계치를 넘는 경우 손의 들음으로 판단하고, 이 후 각속도의 경사도 신호가 기 정해진 임계치를 넘는 경우 손의 내림으로 판단하여 상기 섭취 횟수 데이터를 1회 증가하는 섭취 횟수 도출 모듈;
상기 윈도우 구간 내의 가속도의 경사도가 기 정해진 임계치를 넘는 시점과 각속도의 경사도가 기 정해진 임계치를 넘는 시점의 차로부터 1회 섭취 횟수의 섭취 간격을 도출하는 섭취 간격 도출 모듈; 및
상기 섭취 횟수 데이터와 섭취 간격 데이터를 토대로 한 끼의 식사 시간 데이터를 도출하는 식사 시간 도출 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 웹 기반의 비만 관리 시스템의 스마트 단말. - 제6항에 있어서, 상기 임계치(qt)는
섭취 횟수가 증가된 시점의 윈도우 구간 내의 가속도 값 및 각속도 값의 최대값(max)과 최소값(min)의 차를 반영하여 업데이트되고, 다음 식 11을 만족하도록 구비되는 것을 특징으로 하는 웹 기반의 비만 관리 시스템.
qt=aqt-1+(1-a)*(max-min) .. 식 11
a는 임계치를 조정하기 위한 평활화 계수이다.
- 스마트 단말의 한 끼의 식사 중 음식물의 섭취 횟수 데이터, 섭취 간격 데이터, 및 식사 시간 데이터를 포함하는 음식물 섭취 정보와 걸음 수를 포함하는 운동량 정보를 회원 가입 시 입력된 개인 정보에 대응하여 저장하는 데이터베이스;
상기 음식물 섭취 정보 및 기 정해진 한끼 식사의 섭취 칼로리를 토대로 음식물 섭취 칼로리를 도출하는 음식물 섭취 칼로리 도출부; 및
상기 음식물 섭취 칼로리와 음식물 섭취 정보를 토대로 소정 주기 단위로 개인화된 음식물 섭취 패턴을 생성하는 음식물 섭취 패턴 도출부를 포함하는 것을 특징으로 하는 웹 기반의 비만 관리 시스템의 웹 서버. - 제8항에 있어서, 상기 웹 서버는,
사용자의 걸음 수 및 기 정해진 한 걸음 당 소모 칼로리를 기반으로 운동량 소모 칼로리를 도출하는 운동량 소모 칼로리 도출부; 및
상기 걸음 수 및 운동량 소모 칼로리를 토대로 소정 주기 단위의 운동량 변화 패턴을 생성하는 운동량 변화 패턴 생성부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 웹 기반의 비만 관리 시스템의 웹 서버. - 제8항 또는 제9항에 있어서, 상기 웹 서버는,
사용자의 생체 정보를 토대로 해리스 베네딕트 공식에 적용하여 기초 대사량을 도출하는 기초 대사량 연산부; 및
상기 음식물 섭취 칼로리와 운동량 소모 칼로리의 차와 개인 별 기초 대사량의 비교 결과를 기반으로 비만 관리 목표를 설정하고 설정된 비만 관리 목표에 대응되어 독출된 비만 관리 메시지를 사용자가 소지한 스마트 단말로 전달하는 비만 관리 메시지 생성부를 포함하는 것을 특징으로 하는 웹 기반의 비만 관리 시스템의 웹 서버. - 사용자의 신체 일부에 착용되며 다수개의 센서를 통해 획득된 3축 가속도 및 각속도 값을 획득하여 전송하는 웨어러블 디바이스(wearable device);
상기 웨어러블 디바이스와 연동하여 사용자의 3축 가속도 및 각속도 값을 토대로 음식물 섭취 정보를 도출하고 도출된 음식물 섭취 정보 및 측정된 걸음 수를 포함하는 운동량 정보를 전송하는 스마트 단말; 및
상기 스마트 단말을 통해 제공받은 음식물 섭취 정보와 운동량 정보를 비만 관리 서비스 앱의 회원 가입 시 입력된 개인 정보에 대응하여 저장하고, 수신된 음식물 섭취 정보를 토대로 음식물 섭취 칼로리를 도출하고 운동량 정보를 토대로 운동량 소모 칼로리를 도출하며 도출된 음식물 섭취 칼로리 및 운동량소모 칼로리와 사용자의 생체 정보를 기반으로 연산된 기초 대사량을 기반으로 비만 관리 목표를 설정하고 설정된 비만 관리 목표에 대응되어 독출된 비만 관리 메시지를 독출하여 상기 스마트 단말로 전달하는 비만 관리 웹 서버(web server)를 포함하는 것을 특징으로 하는 웹 기반의 비만 관리 시스템. - 제11항에 있어서, 상기 스마트 단말은,
초당으로 수신되는 3축 가속도 값 중 2/3이상 가속도 값을 포함하는 윈도우 구간 내 3축 가속도 신호의 특징을 추출하는 가속도 신호 처리부; 및
초당으로 수신되는 3축 각속도 값 중 2/3이상 각속도 값을 포함하는 윈도우 구간 내 3축 각속도 신호의 특징을 추출하는 각속도 신호 처리부를 포함하는 것을 특징으로 하는 웹 기반의 비만 관리 시스템. - 제12항에 있어서, 상기 가속도 신호 처리부는,
상기 윈도우 구간 내 3축 가속도 신호에 포함된 노이즈 성분을 제거한 후 3축 가속도 신호에 대해 SVM(Signal Vector Magnitude) 알고리즘을 이용하여 1축 가속도 신호로 변환하도록 구비되는 것을 특징으로 하는 웹 기반의 비만 관리 시스템. - 제13항에 있어서, 상기 각속도 신호 처리부는
상기 3축 각속도 신호에 대해 롤(roll), 피치(pitch), 및 요(yaw)로 변환하여 쿼터니언 변환을 적용하고, 쿼터니언 변환된 윈도우 구간 내의 각속도 신호에 포함된 노이즈 성분을 제거한 후 3축 각속도 신호에 대해 SVM(Signal Vector Magnitude) 알고리즘을 이용하여 1축 각속도 신호로 변환하도록 구비되는 것을 특징으로 하는 웹 기반의 비만 관리 시스템. - 제14항에 있어서, 상기 스마트 단말은,
상기 가속도 신호 처리부 및 각속도 신호 처리부의 가속도 신호 및 각속도 신호를 기반으로 한끼의 식사 중 섭취 횟수 데이터, 1회 섭취 횟수의 섭취 간격 데이터, 및 식사 시간 데이터를 포함하는 음식물 섭취 정보를 도출하여 상기 웹 서버로 전달하는 음식물 섭취 정보 도출부; 및
사용자의 걸음 수를 획득하여 상기 웹 서버로 전달하는 운동량 정보 도출부를 포함하는 것을 특징으로 하는 웹 기반의 비만 관리 시스템. - 제15항에 있어서, 상기 음식물 섭취 정보 도출부는,
상기 윈도우 구간 내의 가속도 신호의 경사도가 기 정해진 임계치를 넘는 경우 손의 들음으로 판단하고, 이 후 각속도의 경사도 신호가 기 정해진 임계치를 넘는 경우 손의 내림으로 판단하여 상기 섭취 횟수 데이터를 1회 증가하는 섭취 횟수 도출 모듈;
상기 윈도우 구간 내의 가속도의 경사도가 기 정해진 임계치를 넘는 시점과 각속도의 경사도가 기 정해진 임계치를 넘는 시점의 차로부터 1회 섭취 횟수의 섭취 간격을 도출하는 섭취 간격 도출 모듈; 및
상기 섭취 횟수 데이터와 섭취 간격 데이터를 토대로 한끼의 식사 시간을 도출하는 식사 시간 도출 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 웹 기반의 비만 관리 시스템. - 제15항에 있어서, 상기 임계치(qt)는
섭취 횟수가 증가된 시점의 윈도우 구간 내의 가속도 값 및 각속도 값의 최대값(max)과 최소값(min)의 차를 반영하여 업데이트되고, 다음 식 12를 만족하도록 구비되는 것을 특징으로 하는 웹 기반의 비만 관리 시스템.
qt=aqt-1+(1-a)*(max-min) .. 식 12
a는 임계치를 조정하기 위한 평활화 계수이다. - 제16항에 있어서, 상기 웹 서버는,
상기 스마트 단말의 음식물 섭취 정보와 운동량 정보를 회원 가입 시 입력된 개인 정보에 대응하여 저장하는 데이터베이스;
상기 음식물 섭취 정보 및 기 정해진 한끼의 섭취 칼로리를 토대로 음식물 섭취 칼로리를 도출하는 음식물 섭취 칼로리 도출부; 및
상기 음식물 섭취 칼로리와 음식물 섭취 정보를 토대로 소정 주기 단위의 개인화된 음식물 섭취 패턴을 생성하는 음식물 섭취 패턴 도출부를 포함하는 것을 특징으로 하는 웹 기반의 비만 관리 시스템. - 제17항에 있어서, 상기 웹 서버는
수신된 사용자의 걸음 수 및 한 걸음 당 소모 칼로리를 기반으로 운동량 소모 칼로리를 도출하는 운동량 소모 칼로리 도출부; 및
상기 걸음 수 및 운동량 소모 칼로리를 토대로 소정 주기 단위의 운동량 변화 패턴을 생성하는 운동량 변화 패턴 생성부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 웹 기반의 비만 관리 시스템. - 제19항에 있어서, 상기 웹 서버는,
사용자의 생체 정보를 해리스 베네딕트 공식에 적용하여 기초 대사량을 도출하는 기초 대사량 연산부; 및
상기 음식물 칼로리와 운동 소모 칼로리의 차와 연산된 기초 대사량의 비교 결과를 기반으로 비만 관리 목표를 설정하고 설정된 비만 관리 목표에 대응되어 독출된 비만 관리 메시지를 상기 스마트 단말로 전달하는 비만 관리 메시지 생성부를 포함하는 것을 특징으로 하는 웹 기반의 비만 관리 시스템. - 제20항에 있어서, 상기 웹 서버는,
상기 음식물 섭취 패턴과 걸음 수 및 운동량 변화 패턴을 그래프 형태로 변환하여 상기 스마트 단말로 전달하도록 구비되고,
상기 스마트 단말은
상기 음식물 섭취 패턴과 운동량 변화 패턴을 그래픽 형태로 직관적으로 표시하고, 상기 웹 서버의 비만 관리 메시지를 수신 및 표시하도록 구비되는 것을 특징으로 하는 웹 기반의 비만 관리 시스템. - 신체의 일부에 장착된 웨어러블 디바이스로부터 수집된 3축 가속도 값 및 각속도 값을 스마트 단말로 전달하는 데이터 획득 단계;
상기 스마트 단말에서 윈도우 구간 내 획득된 3축 가속도 값 및 각속도 값에 대해 가속도 신호 및 각속도 신호의 특징을 추출하는 신호 처리 단계;
상기 추출된 가속도 신호와 기 정해진 임계치와의 비교 결과로부터 손의 들음을 인식하고 이 후 각속도 신호와 기 정해진 임계치와의 비교 결과로부터 손의 내림을 인식하여 1회 섭취 횟수 데이터를 생성하고, 상기 윈도우 구간 내의 가속도의 경사도가 기 정해진 임계치를 넘는 시점과 각속도의 경사도가 기 정해진 임계치를 넘는 시점의 차로부터 1회 섭취 횟수의 섭취 간격 데이터를 도출하며, 상기 섭취 횟수 데이터 및 상기 섭취 간격 데이터를 토대로 식사 시간 데이터를 도출하며 도출된 섭취 횟수 데이터, 섭취 간격 데이터, 및 식사 시간 데이터를 포함하는 음식물 섭취 정보를 생성하는 음식물 섭취 정보 생성 단계;
웹 서버에서 스마트 단말로부터 제공된 음식물 섭취 정보와 기 정해진 한 끼 식사의 섭취 칼로리를 토대로 음식물 섭취 칼로리를 도출하고, 측정된 걸음 수 및 기 정해진 한 걸음 당 소모 칼로리를 기반으로 운동량 소모 칼로리를 도출하는 단계;
상기 웹 서버에서 사용자의 생체 정보를 이용하여 기초 대사량을 연산하고 연산된 기초 대사량과 음식물 섭취 칼로리 및 운동량 소모 칼로리를 토대로 비만 관리 목표를 설정하고 설정된 비만 관리 목표에 대응되어 독출된 비만 관리 메시지를 생성하여 상기 스마트 단말로 전달하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 웹 기반의 비만 관리 방법. - 제22항에 있어서, 상기 (e) 단계 이 후에
(f) 상기 웹 서버에서 수신된 상기 음식물 섭취 정보 및 음식물 섭취 칼로리와 걸음 수 및 운동량 소모 칼로리를 토대로 소정 주기 단위로 개인화된 음식물 섭취 패턴과 운동량 변화 패턴을 각각 생성하고, 생성된 음식물 섭취 패턴 및 운동량 변화 패턴을 그래픽형태로 변환하여 상기 스마트 단말로 전달하고 비만 관리 메시지를 전송하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 웹 기반의 비만 관리 방법. - 제23항에 있어서, 상기 (b) 단계는
초당으로 수신된 3축 가속도 값에 대해 2/3 이상의 가속도 값을 포함하는 윈도우 구간 내 3축 각속도 신호 중 기 정해진 소정 주파수 대역의 각속도 신호를 로우패스 필터를 통해 필터링한 후 3축 가속도 신호에 대해 SVM(Signal Vector Magnitude) 알고리즘을 이용하여 1축 가속도 신호로 변환하도록 구비되고,
상기 3축 각속도 신호에 대해 롤(roll), 피치(pitch), 및 요(yaw)로 변환하여 쿼터니언 변환을 적용하고, 쿼터니언 변환된 상기 윈도우 구간 내의 각속도 신호에 대해 로우 패스 필터를 통과하며, 상기 로우 패스 필터를 통과한 3축 각속도 신호에 대해 SVM(Signal Vector Magnitude) 알고리즘을 이용하여 1축 각속도 신호로 변환하도록 구비되는 것을 특징으로 하는 웹 기반의 비만 관리 방법.
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| KR1020170033720A KR20180106100A (ko) | 2017-03-17 | 2017-03-17 | 웹 기반의 비만 관리 시스템 및 방법 |
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| KR1020170033720A KR20180106100A (ko) | 2017-03-17 | 2017-03-17 | 웹 기반의 비만 관리 시스템 및 방법 |
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Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
| KR102213316B1 (ko) * | 2020-07-30 | 2021-02-08 | 이승주 | 활동제한요법을 이용한 겨울잠 다이어트 서비스 제공 시스템 |
| KR20220049980A (ko) * | 2020-10-15 | 2022-04-22 | 서울대학교산학협력단 | 식사시간 모니터링 방법과 그 장치 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR102213316B1 (ko) * | 2020-07-30 | 2021-02-08 | 이승주 | 활동제한요법을 이용한 겨울잠 다이어트 서비스 제공 시스템 |
| KR20220049980A (ko) * | 2020-10-15 | 2022-04-22 | 서울대학교산학협력단 | 식사시간 모니터링 방법과 그 장치 |
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