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Digital Sports Bavaria: Implementierung und Validierung innovativer Cyber Physical Systems und Human Computer Interaction Konzepte für zukünftige Wearable Computing Trends in Sport und Fitness

Die Digitalisierung findet immer mehr Einzug in das tägliche Leben. Dies gilt auch für den Bereich von Sport und Fitness: Wearables, heutzutage vor allem Schrittzähler oder Aktivitätstracker, unterstützen den Menschen durch individuelle Förderung der Gesundheit und Verbesserung der Fitness. Diese Wearables stellen zwar durch ihre vielfältigen Einsatzmöglichkeiten einen gewinnbringenden Zukunftsmarkt dar, haben aber aktuell folgende Nachteile.

Auf dem Markt befinden sich überwiegend herausnehmbare Sensoren in Kleidungsstücken, was zu einer fehlerhaften Benutzung führt. Das System kann beispielsweise falsch angebracht werden, so dass Bewegungsmuster von Schritten eine der Norm abweichende Form aufweisen und für die weitere Datenverarbeitung eine Herausforderung darstellen.

Der Fokus liegt in der Signalanalyse auf der Klassifikation einer Bewegung, z.B. Erkennung von Schritten. In vielen Anwendungen spielt jedoch die Qualität einer Bewegung eine entscheidende Rolle. Die Ausführung eines Schrittes beispielsweise liefert Aussagen über den Gesundheitszustand einer Person.

Die Benutzerschnittstellen sind eher einfach gehalten und beschränken sich auf Text- und/oder Grafikausgabe auf einem mobilen Gerät oder PC, z.B. Anzahl der Schritte an einem Tag und Verlauf über eine Woche. Für einen langfristigen Erfolg von Systemen ist jedoch in der heutigen Zeit ein innovativer Ansatz hinsichtlich der Benutzerschnittstellen sehr wichtig.

Wearables kommunizieren hauptsächlich mit mobilen Geräten, z.B. einem Smartphone oder einem PC. Die Daten werden zur Speicherung und nachträglichen Anzeige über einen Webbrowser an einen Server geschickt. Diese Systemarchitektur wird als Wireless Sensor Network bezeichnet. In vielen Anwendungen reichen diese einfachen Systemarchitekturen nicht aus. Der Nutzer zahlt zudem meist einen festen Betrag für das komplette System, unabhängig von der Nutzung von z.B. Server und Dienstleistungen. Für aufwendigere Algorithmen und eine ortsungebundene Anwendung des Systems müssen andere Systemarchitekturen verwendet werden. Rechenintensive Algorithmen zur Schrittsegmentierung, die z.B. mit einem Abgleich mit Schritten und Statistiken einer Datenbank kombiniert werden, sollten direkt auf einem entfernten zentralen Server ausgeführt werden. Es wird zudem ein Zahlsystem abhängig von der Nutzung von Server und Dienstleistungen bevorzugt.

Ziel des Projektes ist es, eine generische Plattformlösung für zukünftige Wearable Computing Trends in Sport und Fitness zu entwickeln, die folgende vier Eigenschaften besitzt: (i) ständige Verfügbarkeit durch fest in die Kleidung integrierte Sensorik realisiert mittels e-textiles (Sensorintegration), (ii) intelligente und flexibel anpassbare Sensorauswertung für eine detaillierte Analyse komplexer Bewegungsmuster, die weit über eine Klassifikation hinausgeht (Signalanalyse), (iii) Schaffung innovativer Benutzerschnittstellen (Human Computer Interaction) und (iv) Erweiterung der Systemarchitektur von Wireless Sensor Networks mit einer Kombination von Methoden des Cloud Computings (Cyber Physical Systems).

Projektleitung:
Prof. Dr. Björn Eskofier

Beteiligte:
Dipl.-Ing. Dominik Schuldhaus, Markus Wirth, M. Sc., Markus Zrenner, M. Sc.

Stichwörter:
Cyber Physical Systems; Human Computer Interaction; Wearable Computing; Sport; Fitness; Sensorintegration; Signalanalyse

Laufzeit: 1.4.2015 - 31.3.2018

Förderer:
Bayerisches Staatsministerium für Wirtschaft und Medien, Energie und Technologie

Kontakt:
Eskofier, Björn
E-Mail: bjoern.eskofier@fau.de
Publikationen
Dorschky, Eva ; Schuldhaus, Dominik ; Koerger, Harald ; Eskofier, Björn: A Framework for Early Event Detection for Wearable Systems. In: ACM (Hrsg.) : Proceedings of the 2015 ACM International Symposium on Wearable Computers (The 2015 ACM International Joint Conference on Pervasive and Ubiquitous Computing Osaka, Japan 07.09.2015 - 11.09.2015). 2015, S. 109-112. - ISBN 978-1-4503-3578-2
Schuldhaus, Dominik ; Zwick, Constantin ; Koerger, Harald ; Dorschky, Eva ; Kirk, Robert ; Eskofier, Björn: Inertial Sensor-Based Approach for Shot/Pass Classification During a Soccer Match. In: SIGKDD (Hrsg.) : KDD Workshop on Large-Scale Sports Analytics 2015 (21st ACM SIGKDD Conference on Knowledge Discovery and Data Mining Sydney, Australia 10.08.2015). 2015, S. 1-4.
Martindale, Christine ; Wirth, Markus ; Schneegas, Stefan ; Zrenner, Markus ; Groh, Benjamin ; Blank, Peter ; Schuldhaus, Dominik ; Kautz, Thomas ; Eskofier, Björn: Workshop on wearables for sports. In: ACM (Hrsg.) : 2016 ACM International Joint Conference on Pervasive and Ubiquitous Computing (2016 ACM International Joint Conference on Pervasive and Ubiquitous Computing Heidelberg September 2016). 2016, S. 1.
Schuldhaus, Dominik ; Jakob, Carolin ; Zwick, Constantin ; Koerger, Harald ; Eskofier, Björn: Your Personal Movie Producer: Generating Highlight Videos in Soccer Using Wearables. In: ACM (Hrsg.) : Proceedings of the 2016 ACM International Symposium on Wearable Computers (ISWC '16 Heidelberg September 12-16 2016). 2016, S. 80-83.
Zhou, Bo ; Wirth, Markus ; Martindale, Christine ; Koerger, Harald ; Zwick, Constantin ; Cruz, Heber ; Eskofier, Björn ; Lukowicz, Paul: Smart Soccer Shoe: Monitoring Foot-Ball Interaction with Shoe Integrated Textile Pressure Sensor Matrix. In: International Symposium on Wearable Computers 2016 (Hrsg.) : Proceedings of the 2016 ACM International Symposium on Wearable Computers (International Symposium on Wearable Computers 2016 Heidelberg 12-16 September 2016). Heidelberg : Association for Computing Machinery, 2016, S. 64-74.
[doi>10.1145/2971763.2971784]
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