无线射频识别(RFID)的新用途提供了一种有效的室内楼梯体育活动的测量方法外文翻译资料

无线射频识别(RFID)的新用途提供了一种有效的室内楼梯体育活动的测量方法

关键词：运动，能源消耗，测量，楼梯，技术，行走

摘 要

本研究旨在检验无线射频识别(RFID)技术在室内楼梯行走测量中的有效性。RFID和蓝牙传感器(带有接近功能的加速计)被放置在楼梯井内横跨三层楼的平台上。参与者(n = 29)被随机分为走楼梯组和久坐组，同时在臀部、胸部和颈部佩戴RFID标签。佩戴在臀部的加速计可以捕捉到标准的身体活动数据。RFID设备检测到久坐组和走楼梯组的参与者(平均RFID检测:15.50和47.33)。颈部的RFID标签被发现的频率最高。RFID正确地分类了两组的所有参与者。基于RFID的能量消耗估算与加速度计估算有很强的相关性(r = 0.78-0.94)。在蓝牙和RFID阅读器之间，地板检测的一致性(38.6%)与已知的蓝牙接近感知的局限性是一致的。研究结果表明，在年轻人自定的步调走楼梯过程中，RFID设备提供了参与者运动和估计能量消耗的有效数据。

1 引言

测量身体活动的方法越来越多，技术创新也越来越多。计步器和加速度计提高了人体运动评估的精度。特别是，加速度计已被证明可用于量化各种年龄和人口群体的身体活动参与(Bort-Roig等人，2014年)。加速度计导出的数据用于估计符合身体活动指南或建议的比例，描述一周或一天内的频率模式，估计能量消耗，并将这些指标与发病率和死亡率指标联系起来(Matthews等人，2016年)。在最近的应用中，加速计被用于识别身体活动类型(Allahbakhshi等人，2020年)，以及检测老年人的跌倒(Buchner等人，2017年)。然而，加速度计并不能准确测量楼梯行走的身体活动(Luuml;tzner等人，2014年)。

身体活动测量的一个目标是确定能够在较低的负担范围内估计活动参与程度的技术，例如在移动电话中使用技术。全球定位系统(GPS)利用经纬度跟踪一个人的位置，可以用来估计步行、跑步和骑自行车(Carlson等人.，2015年)，并识别活动环境的地理特征。虽然GPS可以定位个人在地球上的位置，但它通常不能确定人们在建筑物内的位置。建筑物的某些物理结构(例如，混凝土、钢、透明玻璃、重木)会干扰必要的卫星信号。此外，虽然GPS可以提供海拔信息，但GPS无法准确地探测到建筑物内人的高度，因为海拔是基于陆地相对于海平面的，而不是建筑物的高度(Kjaelig;rgaard 等人，2010年)。因此，需要与GPS相对应的技术，能够精确跟踪建筑物内部的身体活动，包括在楼梯上行走，而不完全依赖于自我报告，也不会给参与者带来负担。

蓝牙技术广泛应用于无线连接两个电子设备。最近，由于他们在社交互动研究中取得的成功，研究人员已经尝试用蓝牙检测建筑内的人体运动(Kuzik和Carson，2018)。蓝牙信标是广播标识符的硬件发射器，通常被放置在静态位置或指定参与者上。蓝牙已相当成功地用于社交互动研究(Kuzik和Carson， 2018)，但在身体活动跟踪方面的效用有限。这主要是由于接收信号强度指示器(RSSI)信号不精确。RSSI是一种信号强度的测量方法，具有局限性，例如信标定位方式的变化(Luo等人，2011)。此外，更新的蓝牙设备耗电更少，但搜索信标信号的频率更低，这可能会限制它们准确检测身体活动的能力(Dlugonski等人，2019年)。这些障碍尚未被克服，使用蓝牙进行身体活动接近度检测的研究一直局限于将RSSI信号分为存在或不存在信号，而不是知道一个人在建筑或特定空间中的位置(Dlugonski等人，2019年)。即使蓝牙信标被放置在多个位置，多个因素也会影响信号强度——包括竞争信号和天气(Boano等人，2010年)，这使得它们在路径检测方面精确度降低。蓝牙的另一个限制是，它必须与加速计或其他活动监控器一起使用，以捕获常见的身体活动变量。这些技术和其他技术(如智能手机上的加速计)可能无法准确捕捉所有室内位置的所有类型的身体活动。例如，身体活动估计高度依赖于传感器的身体位置(Luuml;tzner等人，2014年)，而建筑环境的特征可能会干扰某些设备信号(Boano等人，2010年；Kjaelig;rgaard等人，2010年)。

射频识别(RFID)是一种很有前途的技术，它可以克服测量建筑物中身体活动的其他方法的一些障碍。射频识别技术已经被用于体育活动设置，作为一种跟踪长跑比赛中时间间隔和完成时间的方式；计时精度指标(Kolaja和Ehlerova，2019年)。RFID还被用于跟踪建筑物内(如医院或仓库)、站点之间以及世界各地的无生命物体的运动。在医院环境中，RFID被用来跟踪设备，有时甚至是病人的病床位置(Wicks等人，2006年)。鉴于RFID在建筑物中的现有应用，我们假设RFID技术可以用于跟踪建筑楼梯间内的人类活动，并得出有用的身体活动变量，如估计的能量消耗。之前很少有文献研究射频识别来测量身体活动，然而，在英国办公楼进行的一项研究使用 RFID 来捕获建筑物内的员工位置(Spinney等人，2015年)。当与加速度计结合使用时，研究人员能够计算出每个地点的步数、体育活动持续时间和久坐行为。这项研究并没有研究RFID是否可以评估建筑楼梯间的行走行为。

我们建议通过测试RFID可以在多大程度上用于测量参与者在楼梯间中的位置，以及确定一个人是否积极地上下楼梯，来扩展这一调查范围。由于多种原因，现有技术在检测楼梯使用方面受到限制，包括通过全球定位系统检测到的经纬度变化无法反映室内高度的变化，或者个人健身跟踪器和手机应用标准楼梯高度，而不是变化的实际楼梯高度，导致对楼梯行走的误判高达45% (Huang等人，2016)。总而言之，RFID测量楼梯行走体力活动的基本原理是，它可以提供参与者负担低、成本效益高且准确的方法，用于评估活动的分钟数和类型，以及人们在建筑物内楼梯间移动时的目的地和路径；其他体力活动测量方法可能无法准确捕获的信息。

本文介绍了一种创新的RFID应用的发现，用于检测建筑物楼梯间内的人体运动和久坐行为。本文描述的是：1) RFID设备正确分类楼梯行走和久坐的人的准确性，2) 根据RFID标签在三个身体位置上的位置，获取进入楼梯间、上升和下降以及楼层位置的RFID数据质量，3) RFID和蓝牙传感器在身体活动检测方面的一致性，以及4) RFID和加速度计推导的体力活动评估之间的能量消耗估算一致。

2 方法

学术道德 所有的研究措施和程序都得到了乔治亚大学机构审查委员会的批准。个人在参与筛选和研究之前提供了书面知情同意书。

参与者 参与者是通过大学课堂上的口头通知招募的，并在研究完成后获得额外的学分和一张10美元的礼品卡作为奖励。参与标准包括：年龄至少18岁，没有身体活动准备度问卷评估的运动禁忌症(PAR-Q；Warburton等人，2011年)和楼梯行走限制。36名符合条件的参与者参与了这项研究，其中29人拥有完整的数据。由于加速度计数据不完整，3名参与者被删除，而由于RFID数据缺失，4名参与者被删除。每种疾病的平均身高、体重和身体质量指数如表1所示。

表1

按条件和总样本的参与者特征 (M plusmn; SD)。

kg = 公斤；m = 米；cm = 厘米；BMI = 身体质量指数。

实验步骤 使用随机发生器(www.randomizer.org)将参与者随机分为走楼梯组(n = 15)和坐姿控制组(n = 14)。在到达实验室后，参与者被告知所有的程序并提供书面同意。身高和体重是用平衡秤和体育测量仪测量的。然后，参与者在右臀部安装了一个加速计和三个RFID标签。这些标签被戴在一个塑料套中，1)套在脖子上的系索上，用一个磁性夹子固定在参与者的2)右臀部和3)右胸部口袋附近。然后研究人员护送参与者到一个三层楼梯的一楼，他们被要求坐在靠近门的椅子上。椅子的位置被标记在地板上，以确保参与者之间的一致性。当研究人员在每次着陆时都放置Actigraph GT3X BT加速计信标和RFID阅读器单元时，参与者保持坐姿不动。接下来，研究人员重复指示，然后开始一个4分钟的计时器。对照组的人在整个4分钟内保持坐姿。实验组的参与者被要求以自己选择的速度连续循环地上下楼梯。在指示过程中，参与者被提醒位于着陆平台顶部和底部的“转身”线的位置，距离RFID阅读器大约30厘米，并被指示在转身后继续上下楼。从参与者离开一楼的起跑线开始计算4分钟的时间。研究人员站在中间平台上，监视参与者和设备。楼梯的数量攀升,阅读器的任何可观察到的错误(例如,“第二次楼梯底部的阅读器在第三次上升过程中没有捕捉到参与者”，导致阅读器没有发出声音)，以及对数据收集的潜在干扰（例如，楼梯间中的额外人员）被记录为注释。在4分钟结束时，研究人员要求参与者停止从楼梯间的任何地方行走，并回到一楼的椅子上。当所有的设备被收集起来时，两组人都坐在座位上，然后被护送回实验室。

射频识别 三个Grok-It RFID阅读器(Turck, Inc. Minneapolis, MN, USA)被用来评估楼梯行走情况。书房楼梯间的右侧有一堵实心墙，左侧有一根栏杆(在上楼时)。三台阅读器被固定在一栋校园建筑的一楼、二楼和三楼平台的墙壁上，高度约为1.5米。这个高度被选为在以研究人员作为参与者的阅读器和标签的试点测试中收集最多的标签读取(身高范围160.0 cm - 181.6 cm)。每个阅读器都与安装了专有的Turck RFID应用程序的三星Galaxy S8手机配对。该应用程序被设置为每1秒收集一次读数，该应用程序设置为每1秒收集一次读数，并通过电子邮件将日期/时间戳、阅读器位置(即1楼、2楼、3楼)和RFID标签号发送给研究团队。阅读器在检测到标签时会发出声音。使用唯一标识符编程的 Zebra UHF RFID 卡(无源，UHF Class 1 Gen 2)，被放置在参与者的右臀部、右胸部口袋区域和挂在参与者脖子上剑突附近，以识别与RFID标签放置相关的楼梯行走评估变化。楼梯行走的方向(上升和下降)是通过研究人员的观察和阅读模式来确定的。楼层之间的时间计算为在每个楼层获得的完整上升或下降行程读数之间的秒差。计算楼梯行走的总时间，以及上升和下降的总时间。

蓝牙 三个独立的蓝牙Actigraph加速度计(GT3X BT；Actigraph Corp., Pensacola, FL, USA)在每个楼梯间平台的RFID阅读器旁边的墙上安装了标签。这些加速计包含蓝牙信标(即加速度计信标)，它传播一个独特的标识符(接收信号强度指示器，RSSI)，该标识符由单独的Actigraph (GT3X BT)感知，并佩戴在参与者的右臀部上。RSSI在10秒内被专有的ActiLife软件(Actigraph Corp., Pensacola, FL, USA)捕获和总结。RSSI值与参与者到信标的距离不直接相关(Kuzik和Carson，2018年)。因此，任何RSSI的记录都被编码为“1”，表示检测到一个RSSI值，而当没有记录到RSSI值时，则编码为“0”。因为所有的加速度计信标和参与者在进入楼梯间之前都在范围内，所以第一个RFI

剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料

英语原文共 6 页，剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料

资料编号：[595929]，资料为PDF文档或Word文档，PDF文档可免费转换为Word