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Dissertation: Britta Weber


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Dissertation: Britta Weber

Dissertation / Doktorarbeit / Thesis

Deutsche Sporthochschule Köln
Psychologisches Institut
Weber, Britta (2010): Entwicklung und Evaluation eines Bewegungsmesssystems zur Analyse der physischen Aktivität Zusammenfassung:
Entwicklung und Evaluation eines Bewegungsmesssystems
zur Analyse der physischen Aktivität

Zusammenfassung
Die genaue Analyse des Aktivitätsverhaltens ist sehr bedeutsam für ein besseres Verständ¬nis von Bewegung und Gesundheit am Arbeitsplatz sowie für die Entwicklung von effektiven Programmen zur Aktivitätsförderung. Derzeit existiert jedoch kein allgemein anerkanntes Verfahren zur objektiven und differenzierten Aktivitätsanalyse. Daher wurde in der vorliegenden Arbeit das mobile CUELA-Activity-System zur genauen Quantifizierung des Aktivitätsverhaltens entwickelt. Über den kombinierten Einsatz von Beschleunigungs- und Winkelgeschwindigkeitssensoren erfasst das Messsystem die Bewegungen des Rumpfes, der Beine und des Vorzugsarmes. Die miniaturisierten Sensoren werden mit elastischen und atmungsaktiven Bändern unter der Klei-dung angebracht. Die Messdaten werden in einer tragbaren Speichereinheit aufgezeichnet und anschließend mit der zugehörigen Software ausgewertet. Die Software identifiziert Körperhal-tungen und Tätigkeiten und bestimmt die Bewegungsintensität für einzelne Körperregionen sowie den gesamten Körper. Die Angaben zu Aktivitätsart und Bewegungsintensität sowie vorab erfasste Personendaten werden genutzt, um den Energieumsatz mit Hilfe eines Vorhersage-modells abzuschätzen. Zudem liefert die Software Statistiken zu Art, Intensität, Dauer und Fre-quenz von Aktivitäten. Dieses Modell zur Energieumsatzbestimmung wurde stufenweise in zwei Studien entwickelt. Anschließend wurde es in einer dritten Studie anhand einer unabhängigen Stichprobe validiert. Als Referenzmessung des Energieumsatzes kam jeweils mobile Spirometrie zum Einsatz. In einer vierten Studie wurde die automatische Aktivitätserkennung durch simultane Videoaufzeichnungen überprüft. Die Validierungsstudien zeigten, dass das Messsystem sehr genau die ausgeübte Aktivität erkennt (Fehlerquote: 1 %) und eine valide Abschätzung des Energieumsatzes
liefert (mittlere Abweichung: 2,2 %). Mit dem CUELA-Activity-System steht zukünftig ein Mess-system zur Verfügung, das sich für eine genaue Aktivitätsanalyse eignet. Das System liefert differenzierte Informationen zum Bewegungsverhalten von Personen.

Development and evaluation of a movement measurement
system for the analysis of physical activity

Abstract
Precise analysis of activity behaviour is very important for a better understanding of movement and health at the workplace, and for the development of effective programmes for promoting activity. At the present time however, no generally recognized method exists for the objective and differentiated analysis of activity. For this reason, the CUELA activity system was developed in the present study for the precise quantification of the activity behaviour. The measurement system records movements of the torso, legs and dominant arm by a combination of acceleration and angular velocity sensors. The miniature sensors are attached beneath the clothing by means of elastic and breathable strips. The measured data are recorded in a memory unit worn by the subject, and subsequently evaluated by means of the associated software. The software identifies body postures and tasks, and measures the intensity of movement, both for individual body regions and for the whole body. The activity type and intensity of movement and the personal data recorded beforehand are used to estimate the energy expenditure by means of a prediction model. The software also generates statistics on the type, intensity, duration and frequency of activity. This model for measuring the energy expenditure was developed in stages in two studies. It was then validated in a third study on an independent random sample. Mobile spirometry was used in each case for reference measurement of the energy expenditure. In a fourth study, the automatic activity detection was verified by means of simultaneous video recordings. The validation studies show that the measurement system detects the physical activity being per-formed with a high degree of accuracy (1% error rate) and delivers a valid estimation of the energy expenditure (mean deviation 2.2%). The CUELA activity system will thus serve in the future as a measurement system which is suitable for precise analysis of physical activity. The system delivers differentiated information on the movement behaviour of persons.

Desarrollo y evaluación de un sistema de medición de
movimiento para analizar la actividad física

Resumen
El análisis preciso del comportamiento de actividad es muy significativo para comprender mejor el movimiento y la salud en el puesto de trabajo, así como para el desarrollo de programas efectivos que fomenten la actividad. Sin embargo, hoy día aún no existe ningún procedimiento reconocido general para analizar la actividad de forma objetiva y diferenciada. Por ello, el trabajo anterior se desarrolló el CUELA-Activity-System móvil para cuantificar con precisión el comportamiento de actividad. Mediante el uso combinado de sensores de acele¬ración y velocidad angular, el sistema de medición registra los movimientos del torso, las piernas y el brazo preferente. Los sensores miniaturizados se colocan debajo de la ropa mediante cintas elásticas y transpirables. Los datos de medición se indican en la unidad de memoria móvil y a continuación se evalúa con el software correspondiente. El software iden¬tifica posturas y actividades y determina la intensidad de los movimientos para cada una de las regiones del cuerpo, así como para todo el cuerpo. Los datos relativos al tipo de activi¬dad y a la intensidad del movimiento, así como los datos personales registrados previa¬mente se utilizan para estimar el volumen de energía con ayuda de un modelo de previsión. Además, el software proporciona estadísticas sobre el tipo, la intensidad, la duración y la frecuencia de actividades. Este modelo para determinar el volumen de energía fue desar¬rollado continuamente en dos estudios. Luego fue valido en un tercer estudio basado en una prueba aleatoria independiente. Como modo de medición de referencia del volumen de energía también se empleó la espirometría móvil respectiva. En un cuarto estudio se com¬probó la detección de actividad automática mediante grabaciones de vídeo simultáneas. Los estudios de validación demostraron que el sistema de medición detecta con mucha precisión la actividad realizada (cuota de error: 1 %) y proporciona una estimación válida del volumen de energía (divergencia media: 2,2 %). Con el CUELA-Activity-System está disponible en
el futuro un sistema de medición ideal para analizar con precisión la actividad. El sistema proporciona información diferenciada relativa al comportamiento de movimiento de las personas.

Développement et évaluation d’un système de capture de
mouvements pour l’analyse de l’activité physique

Résumé
L’analyse précise de l’activité est très importante car elle permet de mieux comprendre les rela-tions entre les mouvements et la santé au poste de travail ainsi que de développer des pro-grammes efficaces de stimulation de l'activité. Cependant, il n’existe actuellement aucune mé-thode reconnue communément d’analyse objective et différenciée de l’activité. C'est pourquoi le système portatif CUELA Activity a été développé dans le cadre de ce travail de recherche pour permettre une quantification précise de l’activité. Grâce à la mise en œuvre combinée de capteurs d’accélération et de vitesse angulaire, ce système capte les mouve¬ments du tronc, des jambes et du bras dont la personne se sert habituellement. Les capteurs miniaturisés sont fixés sous les vêtements à l’aide de bandes élastiques qui laissent respirer la peau. Les données de mesure sont enregistrées dans une unité de mémoire portative, puis évaluées avec le logiciel associé. Ce logiciel identifie les positions et les activités de la personne, et détermine l’intensité des mouvements pour les différentes régions corporelles ainsi que l'ensemble du corps. Les informations concernant le type d’activité et l'intensité des mouvements ainsi que des données relatives à la personne, saisies au préalable, sont utilisées pour estimer la dépense énergétique à l'aide d’un modèle. En outre, le logiciel fournit des statistiques concernant le type, l’intensité, la durée et la fréquence d’activités. Ce modèle pour la détermination de la dépense énergétique a été développé par étapes lors de deux études. Il a ensuite été validé sur un échantillon indé-pendant lors d’une troisième étude. Lors de chaque étude, des spiromètres portatifs ont été utilisés pour mesurer la valeur de référence de la dépense énergétique. Lors d’une quatrième étude, l'identification automatique
de l’activité a été vérifiée grâce à des enregistrements vidéo effectués simultanément. Les études de validation ont montré que le système de capture identifie avec une très grande précision l’activité (taux d’erreurs : 1 %) et fournit une estimation valide de la dépense énergétique (écart moyen : 2,2 %). Le système CUELA Activity est un système de capture de mouvements qui permettra de réaliser une analyse précise de l’activité physique. Il fournit des informations diffé-renciées sur les mouvements effectués par des personnes.


14.12.2017 - 03:16