Что такое гироскоп в смартфоне: Что такое гироскоп в телефоне

Что такое гироскоп в телефоне

Новые поколения смартфонов включают в себя функции, которые могут потребовать использования гироскопа, позволяющего изменять ориентацию устройства и не только.

02 октября 2021 года Разное

3 минуты, 49 секунд читать

1936

Разное

Область его применения довольно обширна, поэтому давайте ознакомимся с тем, что такое гироскоп, для чего он необходим в смартфоне и где применяется.

Это встроенный датчик, который позволяет смартфону обнаруживать и измерять вращательное движение, такое как наклон и боковая ориентация объектов. 

Гироскоп помогает определить, насколько сильно повернут телефон и в каком направлении. Его польза особенно ощущается во время игр на мобильном устройстве или при просмотре видео и фотографий, которые перемещаются вместе с тем, как меняется положение вашего телефона.

Гироскопические датчики могут контролировать и управлять положением устройства, ориентацией, направлением, угловым движением и вращением. К примеру, популярные приложения Pokemon Go и Google Sky Map, используют датчик для определения направления.

Впервые гироскоп установили в iPhone 4, поэтому считается, что с лучшим датчиком гироскопа поставляются айфоны.

Отличие гироскопа от акселерометра

Акселерометр — это элемент, измеряющий ускорение, а также наклон, угол наклона, наклон, вращение, вибрацию и столкновение устройства. Как и гироскоп, он обеспечивает функциональность смартфона и упрощает его использование.

Гироскоп и акселерометр тесно взаимодействуют в сочетании с операционной системой смартфона и специальными программными приложениями. Первый высчитывает угол наклона смартфона относительно поверхности и передает информацию в ОС, а второй выполняет точные вычисления ускорения. Благодаря им гаджеты справляются с функцией шагомеров.

В целом современные телефоны оснащены гироскопом и акселерометром, чтобы экран смартфона случайно не поворачивался во время передвижения. Также датчики предназначены для определения вашего устройства в пространстве.

Применение гироскопа в смартфонах

• Графический интерфейс для определения движения

Гироскоп в смартфоне предоставляет графический интерфейс, позволяющий пользователю выбирать меню, наклоняя телефон.

Это также позволяет запускать предустановленные команды для различных движений. Например, можно встряхнуть телефон, чтобы его заблокировать или слегка отклонить устройство для перехода в начало и конец вашего списка контактов.

В приложении калькулятор при повороте смартфона на 90 градусов представлен широкий выбор различных тригонометрических функций.

• Ответить на звонок/открыть веб-сайт

На некоторых смартфонах датчик гироскопа обеспечивает возможность отвечать на звонки или открывать сайт с помощью таких команд, как вращение, легкое встряхивание телефона 2-3 раза и т. д.

• Стабилизация изображения

Стабилизация – функция гироскопа, которая выравнивает изображения и при этом не портит качество снимков. Это позволяет телефону получить более четкие фотографии и устраняет дрожание при записи видео.

• GPS навигация

При помощи гироскопа GPS помогает автомобилю ориентироваться в туннелях или подземных дорогах при потере сигнала сети.

• Датчик движения в игровом процессе

Выпуская iPhone 4, Apple сделала гироскоп ключевым механизмом в играх с движением. Датчик позволяет владельцу использовать свой гаджет в различных играх как рулевое колесо при управлении автомобилем или самолетом, проводить поединки, отыскивать персонажей и многое другое.

• Просмотр визуального контента

Благодаря работе встроенного датчика, людям стало удобнее смотреть видео на YouTube и просматривать фотографии.

Главным недостатком гироскопа является нежелательный поворот экрана во время изменения позы человека, допустим, при чтении или просмотре изображений. Для этого предусмотрено простое решение — отключение функции автоповорота в настройках смартфона, которая отвечает за смену ориентации экрана.

Как откалибровать гироскоп

Гироскоп по умолчанию встроен во все смартфоны и всегда активен, поэтому его нельзя включить или отключить, а также невозможно настроить самостоятельно. В этой ситуации возможно лишь настроить или откалибровать акселерометр, включив или выключив функцию поворота экрана.

Заключение

Смартфоны — это сложные маленькие машины, которые за последнее десятилетие совершили невероятную эволюцию. Теперь они способны предвидеть наши потребности, отслеживать наши движения, а также могут работать в качестве личного помощника,

Изо дня в день наши гаджеты становятся умнее — и нам определенно нужно учесть, насколько важную роль в этом играют датчики.

Гироскоп в смартфоне – что это, зачем нужен и за что отвечает?

Одним из датчиков, который отвечает за множество полезных функций в современном смартфоне, является гироскоп. Слово состоит из двух древнегреческих: “гирос”, что значит “вращение” и “скопео”, что означает “наблюдаю”. Изобрел гироскоп в начале 19-го столетия немецкий математик Иоанн Боненбергер. А уже в 1852 году французский физик Леон Фуко усовершенствовал устройство и впервые использовал его как прибор, показывающий направление вращения Земли.

Что такое гироскоп?

Самыми простыми примерами гироскопа в классическом “доцифровом” виде являются известные нам игрушки волчок и юла – при вращении они сохраняют свое устойчивое положение относительно оси вращения. В более сложном – гироскоп в так называемом кардановом подвесе (по имени итальянского математика Джероламо Кардано, подробно описавшего устройство подвеса еще в 16-ом веке).

Игрушка гироскоп-волчок

Он представляет собой следующую конструкцию: вращающийся ротор закреплен во внутреннем кольце, которое может вращаться вокруг горизонтальной оси. Внутреннее кольцо с ротором, в свою очередь, закреплено на наружном кольце, которое вращается вокруг вертикальной оси и закреплено на раме гироскопа, благодаря чему ось ротора может поворачиваться в любом направлении вокруг некоторой неподвижной точки. При этом, как бы не поворачивалась рама гироскопа, ось ротора при вращении сохраняет свое неизменное направление в пространстве.

Гироскоп в кардановом подвесе

Благодаря этому свойству с помощью гироскопа можно определять точное расположение предметов в пространстве, а также измерять углы их отклонения относительно плоскостей.

Устройство нашло применение в судоходстве в качестве гирокомпаса, затем было успешно задействовано в авиационной отрасли для определения положения летательного аппарата относительно земной поверхности в виде авиагоризонта, а позднее перекочевало и в космонавтику. Гироскопы функционируют в бытовой технике и в мобильных гаджетах. Так зачем же он нужен в смартфонах и какие функции выполняет?

Как работает гироскоп в смартфоне?

Гироскоп с современном смартфоне представляет собой миниатюрный датчик (микрочип), автоматически меняющий ориентацию экрана гаджета на основании полученной информации о его положении в пространстве.

Микрочип гироскопа

Всякий раз, когда мы наклоняем, поворачиваем или перемещаем мобильное устройство, он отслеживает и рассчитывает изменения углов наклона относительно оси, и, при необходимости, компенсирует и стабилизирует эти изменения. Технически такой гироскоп – это преобразователь угловых скоростей в электрический сигнал. Размеры датчика составляют не более нескольких миллиметров, при этом в нем присутствуют механическая и электронная части одновременно.

Как работает гироскоп в смартфоне

“Пионером” в использовании гироскопов стала компания Apple, которая оснастила таким чипом свою разработку iPhone 4, за счет чего были существенно расширены функциональные возможности устройства. Пользователи получили возможность читать с экрана не только в вертикальной, но и в горизонтальной ориентации, листать страницы вместо скроллинга и даже переключать музыкальные треки, просто встряхивая гаджет. Затем гироскопом оснастили свои разработки и другие производители мобильных устройств.

Какие функции выполняет гироскоп в смартфоне?

В мобильных телефонах гироскоп обычно работает в паре с акселерометром. За счет такого взаимодействия повышается чувствительность гаджета к любому наклону или повороту. Пользователи могут на практике оценить все полезные функции гироскопа при работе с устройством:

Ориентация экрана

Первая, и самая известная функция гироскопа, как уже упоминалось выше, это автоматическая смена вертикальной и горизонтальной ориентации экрана, в зависимости от его поворота. Например, просмотр видео и фото более удобен в горизонтальной ориентации, равно как и их перемотка, перелистывание и прочие функции. Поворот экрана может потребоваться при работе со смешанным контентом, текстовыми документами и чтении электронных книг.

Автоматическая смена вертикальной и горизонтальной ориентации экрана

Геолокация в пространстве

При работе с электронными картами гироскоп помогает определять точное местоположение на местности и направление движения. Пользователь поворачивает карту в нужную сторону, задействуя GPS-навигацию и ориентируясь на местности. С поворотом устройства будет поворачиваться и карта.

Гироскоп помогает определять точное местоположение на местности

Мобильные игры и виртуальная реальность

Гироскоп в сочетании с акселерометром дают неограниченные возможности для поклонников мобильных игр, добавляя удобство и визуальную реалистичность. Чтобы навести прицел в стрелялке, эффектно войти в поворот в автогонках, направить свой взгляд в определенную точку в симуляторе, бродилке или другой вашей любимой игре, теперь нет необходимости нажимать кнопки на экране или делать жесты – достаточно лишь изменить положение своего гаджета в руках или повращать устройство в пространстве.

Гироскоп расширяет возможности для поклонников мобильных игр

Без гироскопа в смартфоне не обойтись при использовании шлема виртуальной реальности и в играх с дополненной реальностью. Датчик потребуется для отслеживания поворотов головы, а ваш виртуальный взгляд будет направлен в ту сторону, в которую смотрят ваши глаза.

Встряхивание

После установки специальных приложений в смартфоне становится доступна функция встряхивания, которую можно настроить для совершения многих полезных действий. С помощью встряхивания можно, к примеру, отвечать на звонки, просматривать фото и изображения, переворачивать страницы электронной книги и даже переключать музыкальные треки в плеере.

Благодаря гироскопу в смартфоне становится доступна функция встряхивания

Работа с приложениями

Гироскоп является незаменимым помощником в работе многих приложений. К примеру, в горизонтальном калькуляторе пользователю доступен более широкий выбор математических и тригонометрических функций, чем в вертикальной ориентации того же приложения. Или, допустим, смартфон можно использовать в качестве строительного уровня, предварительно установив одно из специальных приложений.

Гироскоп является незаменимым помощником в работе многих приложений

Датчик может использоваться с любыми сторонними и встроенными приложениями, которые применяют в своей работе наклон устройства – навигационными и строительными программами, 3D-играми и другими.

Как узнать, есть ли гироскоп в смартфоне?

После того, как мы узнали что такое гироскоп и какие функции он выполняет в смартфоне, самое время выяснить установлен ли он в ваш гаджет или нет? Самый простой способ сделать это – изучить технические характеристики устройства на официальном сайте производителя, или посетить один из специализированных сайтов-агрегаторов технических данных мобильных устройств, к примеру https://www. devicespecifications.com/ru. Если такой информации там нет, то можно использовать следующие приложения:

AnTuTu Benchmark

Программа предназначена не только для проверки и тестирования производительности мобильных устройств, но также показывает их характеристики, наличие и названия установленного в них оборудования. Установите приложение на смартфон и зайдите в раздел “Мое устройство”, затем проскрольте немного вниз и во вкладке “Датчики” вы увидите данные всех датчиков вашего устройства:

Узнаем наличие гироскопа в программе AnTuTu Benchmаrk

При отсутствии датчика в смартфоне напротив пункта “Гироскоп” вместо его названия будет указано “Не поддерживается”.

Sensor Sense

Другой вариант проверки – установка специализированного приложения Sensor Sense. Оно выводит не только список всех установленных датчиков, но и их показания. После установки программы смотрим, есть ли в списке датчиков гироскоп:

Список датчиков в приложении Sensor Sense

AIDA64

Ещё один прекрасный инструмент для проверки данных и сведений о конфигурации устройства это AIDA64. Какие датчики и сенсоры есть в смартфоне можно узнать на вкладке “Датчики” приложения:

Проверка наличия гироскопа в приложении AIDA64

Ролики YouTube с пометкой “360˚”

Интересным визуальным способом определения наличия гироскопа в устройстве является просмотр роликов с пометкой “360˚” в приложении YouTube. Для этого введите в его поисковую строку запрос “360 видео”, запустите один из результатов поиска и следуйте дальнейшим инструкциям на экране. Если для управления взглядом вам будет достаточно поворота смартфона, то можете быть уверены, что гироскоп в смартфоне есть, при его же отсутствии – только жестом пальца по экрану:

Управление взглядом в роликах YouTube с пометкой “360˚”

Возможные недостатки

Иногда функция гироскопа может мешать пользователю – если устройство чутко реагирует на изменения его положения, например при чтении электронной книги изменяется ориентация страницы. Если такое поведение датчика мешает, то в таких случаях можно отключить автоматический поворот экрана в настройках смартфона:

Отключение автоповорота экрана в настройках

что это, для чего нужен, фото, описание? Как он устроен и за счет чего работает?

Краткое содержание статьи:

• Для чего гироскоп в вертолете?
• Где еще используют прибор?
• Гироскоп: как работает устройство?
• Отличие гироскопа от акселерометра
• Устройство гироскопа
• Видео о принципе работы приборов для ориентации в пространстве

 

Многие слышали про гироскоп в телефоне – что это такое интересно, пожалуй, только тем пользователям гаджета, которые в технических характеристиках заметили незнакомое название. На самом же деле функциями этого микроприбора мы пользуемся достаточно часто. Он способен выручить нас в момент отсутствия необходимого строительного инструмента, указать нам направление движения, когда это необходимо и справиться с различными, еще более сложными задачами.

 

 

Для чего гироскоп в вертолете?

Высокотехнологичные приборы широко используются в военно-техническом оснащении армии. Например, гироскоп является важной составляющей частью вертолетной навигационной системы. В вертолетах устанавливаются гироскопические приборы на качественных подшипниках, которые не позволяют внешним факторам воздействовать на его ось. Таким образом, он способен отображать уровень наклона поверхности, к которой прикреплен.

 

 

Когда вертолет заходит в поворот, устройство давит на соответствующую пружину, расположенную под его горизонтальным основанием до тех пор, пока экипаж не выровняет машину по вертикальной оси. Причем сила давления на пружину прямо пропорциональна угловой скорости вертолета.

Еще одной немаловажной функцией является стабилизация вертолета в момент раскачивания или заноса его хвоста. Гироскоп:

1. Определяет раскачивание;
2. Дает сигнал винтовым лопастям;
3. Лопасти в свою очередь начинают работу в режиме недопущения раскручивания машины.

Так вертолет остается в стабильном равновесии и не зависит от потоков воздуха или других внешних факторов.

В этом видео физик Аркадий Жалеев покажет принцип работы большого гирокомпаса:

 

Где еще используют прибор?

Гироскоп очень важен для самолетостроения. Его работа детально изучается пилотами, однако нам, простым пассажирам, понятно, что в небе самолет ориентируется именно благодаря этому прибору.

С его помощью выполняется:

• Работа автопилота;
• Маневрирование в воздухе;
• Взлет и посадка.

Все это обусловлено работой гироскопа.

В подводных лодках аппарат позволяет определить:

1. Курс судна;
2. Равновесие или баланс корпуса.

Также такие приборы используются в космонавтике, где ориентироваться по визуальным и тактильным ощущениям невозможно.

Велико место прибора в робототехнике. Благодаря его функциям могут отслеживаться изменения положения в пространстве различных предметов, например, головы или тела робота. Является основным и самым важным устройством в гироскутере.

Таким образом, гироскоп – крайне важный предмет для наукоемких производств, военно-промышленного комплекса и бытовой жизни каждого человека. Он намного облегчает нам жизнь и делает ее интереснее, а для науки является ценнейшим навигационным прибором.

 

Гироскоп: как работает устройство?

Современные гаджеты оснащены массой различных полезных функций. Одной из таких новинок является гироскоп. Впервые он был использован в телефонах компании Apple.

 

 

Это маленький чип внутри смартфона, суть работы которого заключается:

1. В определении местоположения смартфона в пространстве;
2. Вычислении углов горизонта.

Таким образом, многие функции телефона напрямую зависят от гироскопа:

• Направление и скорость движения в навигаторе;
• Автоматический переход экрана в горизонтальное или вертикальное положение;
• Игры в телефоне, где гироскоп используется в качестве руля;
• Ответ на звонок или переключение различных функций с помощью встряхивания телефона.

Также аппарат может выступать в качестве прибора, измеряющего угол наклона, например, всем известного уровня. Это бывает необходимо и в быту, и в строительной профессии.

Все это – помощь того самого вшитого чипа. Сегодня практически все телефоны оснащены таким датчиком. Убедиться в этом вы можете, обратившись к техническим характеристикам гаджета или установив программу, позволяющую определить все встроенные в телефон датчики.

 

Отличие гироскопа от акселерометра

Многие путают эти два устройства, называя их приборами с одинаковым функционалом, но разными названиями, однако такие рассуждения ошибочны. Принцип действия этих приборов немного разнится:

1. Акселерометр определяет угол ускорения относительно земли, тогда как его коллега – угол своего положения;
2. Акселерометр имеет возможность измерять длительность движения, а гироскоп – нет;
3. У акселерометра есть возможность издавать сигналы при прохождении определенного расстояния;
4. Гироскоп может определять стороны света, акселерометр – нет.

Таким образом, оба эти прибора отлично дополняют друг друга и часто используются в тандеме на различных устройствах.

 

Устройство гироскопа

Прибор гироскоп был изобретен еще в 19 веке. Его работа заключается во вращении твердых тел с высокой скоростью вокруг оси. Самым простым и наглядным примером работы агрегата является простая игрушка юла. Когда мы раскручиваем ее, она вращается вокруг оси до тех пока на нее не начинают воздействовать внешние силы.

Гироскоп в свою очередь не подвержен такому воздействию и сохраняет устойчивость благодаря гораздо большей силе вращения, чем у юлы. Таким образом, вы можете поворачивать аппарат как угодно, но его ось останется неизменно вертикальной.

Самый первый гироскоп был механическим, однако дальше, с развитием науки он стал лазерным и оптическим. В электромеханике сегодня такие приборы используются в виде микроэлектромеханических датчиков. Именно таким образом он умещается в телефон, сложную навигационную систему кораблей, самолетов и вертолетов.

Таким образом, в современном мире люди живут, что называется на высоких скоростях. Однако для упрощения и увеличения качества жизни в бытовой обиход входят все больше приборов, которые ранее использовались только для высоких технологий. Одним из таких примеров, является гироскоп в телефоне. Что это за устройство, давно знают капитаны морских судов и подводных лодок, пилоты и космонавты. В современном гаджете такое устройство появилось относительно недавно, но уже прочно закрепилось среди важных и полезных функций.

 

Видео о принципе работы приборов для ориентации в пространстве

В данном ролике Роман Лодин расскажет, с помощью чего гироскопу и акселерометру удается определить свое местоположение и чем отличаются эти два прибора:

Гироскопы смартфонов угрожают системам с воздушным зазором • The Register

Израильский исследователь безопасности, известный тем, что срывает меры безопасности с воздушным зазором, опубликовал напоминание о том, насколько уязвимы подходы к визуальным и ультразвуковым угрозам.

В паре препринтов от Мордехая Гури, руководителя отдела исследований и разработок исследовательской лаборатории кибербезопасности Университета Бен-Гуриона, подробно описаны новые методы ультразвуковой передачи данных на гироскопы смартфонов и отправки сигналов азбуки Морзе через светодиоды на сетевых интерфейсных картах (NIC).

Названные Gairoscope и EtherLED соответственно, эти два эксплойта являются последними в длинной серии исследований Гури, который ранее разработал методы эксфильтрации воздушного зазора, включая кражу данных путем считывания радиочастоты сетевых кабелей, используя шины RAM для передачи данных. электромагнитно, и проделывая то же самое с источниками питания.

От защищенной системы до гироскопа смартфона

Атака Gairoscope включает в себя использование динамиков на компьютере с воздушным зазором для создания «скрытых акустических звуковых волн», обнаруживаемых гироскопами микроэлектромеханической системы (MEMS), которые входят в стандартную комплектацию многих смартфонов.

Микрофоны, которые Гури использовал в предыдущем эксплойте, считаются датчиками с высоким уровнем безопасности, которые могут создавать трудности с отслеживанием вредоносных программ с разрешениями. Если вы все еще ломаете голову над тем, какое отношение телефонные гироскопы имеют к обнаружению звука, стоит следить за обратным чтением по ссылке.

Проблема с телефонными гироскопами заключается в том, что, в отличие от микрофонов, которые обычно активируются визуально, гироскопы могут «использоваться многими типами приложений для упрощения графических интерфейсов, и пользователи могут разрешать их доступ без подозрений», — пишет Гури в статье.

Кроме того, Гури ссылается на отсутствие в iOS и Android визуального индикатора использования гироскопа и тот факт, что к гироскопам смартфонов можно получить доступ из браузера с помощью JavaScript, что означает — теоретически — что на устройстве не нужно устанавливать вредоносное ПО. для выполнения атаки.

Используя свой метод, Гури смог достичь скорости до восьми бит в секунду на максимальном расстоянии восемь метров, что, как утверждается в документе, быстрее, чем другие известные скрытые акустические методы. Гури продемонстрировал атаку в видео, показывающем, как приложение для Android обнаруживает и декодирует сообщение, напечатанное на мониторе компьютера, в течение нескольких секунд после его ввода.

YouTube видео

Данные NICing от светодиодов

Второй атакой, о которой сообщил Гури, была атака EtherLED, которая использует знакомые зелено-желтые индикаторы на сетевых интерфейсных картах для передачи данных азбукой Морзе. По словам Гури, в отличие от аналогичных атак, основанных на использовании индикаторов на клавиатурах, жестких дисках и яркости мониторов, светодиоды Ethernet представляют собой «угрозу, которая ранее не изучалась ни теоретически, ни технически».

• Банда LockBit пострадала от DDoS-атаки после угрозы утечки данных программы-вымогателя Entrust
• Бывший финансовый менеджер HP заключен в тюрьму после того, как потратил 5 миллионов долларов на использование пластика компании
• Атака программ-вымогателей на британскую компанию водоснабжения омрачена путаницей
• 1900 пользователей Signal раскрыты: злоумышленник Twilio «явно» искал определенные числа

В данном случае используемое освещение является новым элементом. Как и в случае с другими методами оптической эксфильтрации, EtherLED требует визуальной прямой видимости и, как таковой, ограничен размещением существующих камер, которые можно взломать, которые могут обнаружить зараженную сетевую карту, а также тем, направлены ли источники света на внешнее окно, где кто-то может разместить дрон или другую камеру. способен улавливать моргания и расшифровывать их.

Кроме того, по-прежнему применяются меры по смягчению последствий, такие как покрытие индикаторов сетевой карты черной лентой.

Это не означает, что эксфильтрация сетевой карты не работает. В документе Гури сообщил, что смог украсть 100-битный пароль менее чем за минуту с помощью двух цветов светодиодов, ключ RSA за 30-60 минут и смог декодировать нажатие клавиши за две секунды.

Когда есть возможность получить доступ к драйверу сетевой карты или встроенному ПО в рамках эксплойта, это время резко сокращается: пароль эксфильтрируется за одну секунду, ключ RSA передается за 42 секунды, а текстовый файл размером 1 КБ может быть передан менее чем за пара минут.

Подумаешь?

Легко отмахнуться от атак на системы с воздушным зазором, считая их редкими случаями, нацеленными на определенные типы целей. Хотя это редкость, атаки на такие системы могут быть разрушительными.

Воздушный зазор широко используется в военных и оборонных системах, и Гури описывает его как обычную практику безопасности в критической инфраструктуре, правительственных учреждениях, финансовых и промышленных системах. Из-за их чрезвычайной степени безопасности можно с уверенностью предположить, что информация, хранящаяся в системах с воздушным зазором, будет очень ценной для нужных людей.

Гури цитирует Stuxnet, совместную операцию США и Израиля по уничтожению иранских ядерных систем обогащения, как успешное проникновение через воздушную щель. Кроме того, «в последние годы стало известно о нескольких атаках на закрытые объекты, такие как электростанции и атомные электростанции», — написал Гури.

Другими словами, эти атаки могут показаться кормом для шпионских романов, но кто-то должен проверить самые невероятные атаки, чтобы увидеть, работают ли они, прежде чем кто-то менее щепетильный вычислит их. ®

Получите наши технические ресурсы

Датчики смартфонов и мобильная телематика — Navixy Talks

Мобильная телематика в настоящее время является одной из наиболее быстро развивающихся областей. Использование смартфонов для телематики влечет за собой ряд очевидных преимуществ, включая устранение затрат на оборудование. Поскольку смартфоны становятся естественным явлением, учитывая, что ими пользуются практически все, мобильные телематические решения могут быть достаточно легко и эффективно реализованы.

Здесь мы кратко опишем, как потенциал мобильной телематики можно использовать с помощью встроенных современных датчиков смартфонов.

Датчики и функции

Современные смартфоны, оснащенные эффективными многозадачными операционными системами, богатым набором встроенных датчиков, передовыми микропроцессорами и технологиями беспроводной/проводной связи, широко распространены по всему миру. Из-за постоянно растущего распространения смартфонов по всему миру индустрия автомобильной телематики получила новые способы сбора данных, что, в свою очередь, принесло пользу владельцам автопарков, водителям, предприятиям и обществу в целом.

Встроенные датчики смартфона являются одними из важнейших компонентов, обеспечивающих расширение функциональности мобильной телематики. Конечно, реальный набор датчиков во многом зависит от конкретной модели смартфона, но некоторые из них уже стали очень часто используемыми:

• GPS-модуль
• Гироскоп
• Акселерометр
• Магнитометр
• Датчик приближения

GPS-модуль смартфоны получают пинг со спутника, чтобы выяснить, в какой части планеты стоит или проезжает пользователь. GPS — не единственный способ, которым смартфон может определить, где он находится — расстояние до вышек сотовой связи также можно использовать в качестве приблизительного приближения. Современные устройства GPS внутри смартфонов могут объединять сигналы GPS с другими наборами данных, например, уровнем сигнала сотовой связи, для более точной оценки местоположения.

Акселерометр определяет ускорение, вибрацию и наклон для определения движения и точной ориентации по трем осям. Приложения могут использовать этот датчик смартфона, чтобы определить, находится ли он в книжной или альбомной ориентации. Он также может определить, обращен ли экран телефона вверх или вниз. Акселерометр может определить, насколько быстро смартфон движется в любом линейном направлении, и сам состоит из других датчиков, таких как микроскопическая кристаллическая структура, которая подвергается напряжению под действием ускоряющих сил. Принцип работы основан на МЭМС (микроэлектромеханической системе), которая определяет/измеряет силы ускорения, которые могут быть вызваны движением или наклоном.

Гироскоп, в свою очередь, помогает акселерометру определить, как на самом деле ориентирован смартфон, тем самым значительно повышая точность. Гироскоп особенно полезен для достаточно точного определения небольших поворотов: он может сказать, насколько смартфон был повернут и в каком направлении. Подобно акселерометрам, гироскопы современных смартфонов также обычно основаны на МЭМС (микроэлектромеханических системах).

Магнитометр измеряет магнитные поля и может определить направление на север, изменяя выходное напряжение на телефоне. Он работает в симбиозе с данными, поступающими от устройства GPS и акселерометра, что помогает определить местоположение и направление движения.

Датчик приближения представляет собой комбинацию инфракрасного светодиода, который излучает световые импульсы, детектора света, который улавливает отраженные импульсы, и электронной схемы, которая точно измеряет разницу во времени между испусканием импульса и обнаружением его отражения. .

Чаще всего используется для отключения сенсорного экрана при совершении звонка, когда смартфон находится близко к уху. Датчики аналогичного типа, используемые в промышленности, определяют наличие объектов или материалов, а затем либо инициируют какое-либо действие/отмечают их присутствие или отсутствие.

Автомобильная телематика с использованием смартфона

Благодаря постоянному расширению возможностей подключения смартфонов во всем мире в отрасли транспортных средств и телематики появились новые возможности для сбора данных, что, в свою очередь, принесло пользу владельцам автопарков, водителям и обществу в целом.

Решения на базе смартфонов относительно дешевы, масштабируемы и допускают модернизацию. Кроме того, смартфоны могут выступать в качестве естественной платформы для обеспечения мгновенной обратной связи с водителем, обеспечивая плавную интеграцию телематических услуг с существующими сетями.

Кроме того, циклы замены и разработки смартфонов обычно заметно короче, чем у автомобилей, что делает их удобным вариантом для тестирования новых технологий.

Информационный процесс телематики автомобиля на базе смартфона показан на рисунке ниже. Измерения можно собирать как со встроенных датчиков смартфона, так и с внешних дополнительных сенсорных систем.

После измерения и обработки данных данные передаются со смартфона в центральное хранилище данных. Данные о транспортном средстве, собранные в центральной точке, можно использовать, например, для оценки состояния дорожного движения, планирования движения или сравнительного анализа водителей. Соответствующая информация отправляется обратно отдельному пользователю.

Количество вычислений, выполняемых непосредственно в смартфоне и в центральном запоминающем устройстве, зависит от конкретного случая, запрошенного отзыва водителя и интересов поставщика услуг.

Телематика часто характеризуется включением контура обратной связи, который позволяет конечному пользователю, оборудованному датчиком, контролировать или изменять свое поведение на основе результатов анализа данных. В автомобильной телематике на основе смартфонов примером может служить водитель, который передает данные о вождении, а затем получает обратную связь, которую можно использовать для повышения безопасности или топливной экономичности.

Автомобильная навигация на базе смартфона ограничена тем, что показания датчиков зависят не только от динамики автомобиля, но и от ориентации, положения и перемещений смартфона относительно автомобиля. Три системы координат, представляющие интерес для автомобильной навигации на основе смартфонов, и методы, которые можно применять для определения их взаимосвязей, показаны на рисунке ниже.

После того, как ориентация смартфона по отношению к транспортному средству будет оценена, измерения IMU (инерциального измерительного блока) можно повернуть относительно рамы транспортного средства, что позволит оценить ускорение в направлении движения транспортного средства непосредственно по измерениям IMU.

Характеристика поведения/эффективности вождения с использованием датчиков движения стала быстро развивающейся областью. Раньше эта характеристика выполнялась с помощью сигналов, поступающих от дополнительного оборудования, установленного внутри автомобиля, такого как устройства бортовой диагностики (OBD) или датчики в педалях.

Пример: Анализ поведения водителя с использованием датчиков смартфона

Здесь мы далее рассмотрим пример, приведенный в [Сonstandinos X. Mavromoustakis et al., 2017]. Внедрена информационная система автострахования на основе использования, состоящая из двух элементов. Первый элемент — приложение на базе Android для смартфонов и планшетов, которое определяет поведение водителя, анализируя собранные данные с датчиков устройства. Второй элемент — это электронная платформа, где кто-то может иметь доступ ко всем данным (информация о поездке, маршруты поездок, графики данных датчиков) всех водителей, страховой компании.

Чтобы получить точные измерения со смартфона для оценки качества вождения, необходимо сначала откалибровать положение устройства относительно положения автомобиля. Это означает виртуальное вращение трехосного датчика акселерометра смартфона в соответствии с ориентацией автомобиля. Для этого нужно знать все углы поворота. Для расчета углов поворота использовалась специальная функция.

После калибровки авторы объединяют данные трех встроенных в смартфон датчиков: акселерометра, магнитометра и гироскопа, чтобы получить три угла ориентации. Данные малошумящего гироскопа используются только для изменения ориентации в короткие промежутки времени. Данные акселерометра и магнитометра используются для поддержки информации за длительные интервалы времени.

Используемый алгоритм характеризует поведение водителя как Отличное, Очень Хорошее, Хорошее, Плохое или Очень Плохое и вычисляет среднюю скорость автомобиля в конце каждой поездки.

Исследование автора, кратко упомянутое выше, показывает, что наилучшей практикой для распознавания моделей вождения является использование данных акселерометра. По мнению авторов, причина не в том, что методология совмещения датчиков не является точной или надежной, а в том, что совмещение датчиков — не лучший вариант для обнаружения крутых поворотов или резких изменений полосы движения.

Автомобильная телематика на базе смартфонов: проблемы

Значительное количество встроенных в смартфон датчиков часто имеют сомнительное качество и изначально не предназначались для автомобильных телематических приложений.

Поэтому используемые алгоритмы обязательно должны учитывать неточность сенсоров смартфона. Еще один сложный аспект заключается в том, что смартфон нельзя легко и точно зафиксировать относительно транспортного средства, что влечет за собой некоторые ошибки в интерпретации данных от датчиков, зависящих от ориентации, таких как гироскопы, акселерометры и магнитометры.

Другой проблемой является срок службы батареи и энергопотребление. Все эти аспекты, вызывающие дискуссии о надежности и эффективности телематики на основе смартфонов, остаются открытыми.

При дальнейшем развитии усовершенствованных алгоритмов, повышении качества датчиков и появлении новых типов датчиков некоторые из упомянутых проблем могут быть решены более эффективно.

Ссылки

• Констандинос X. Мавромустакис и др. Достижения в области мобильных облачных вычислений и больших данных в эпоху 5G. 2017.
• Йохан Вальстрем и др., Автомобильная телематика на базе смартфонов — десятилетний юбилей. 2016.
• Сара Эрнандес Санчес и др., Оценка направления движения автомобиля с помощью акселерометров смартфона
  с использованием глубоких нейронных сетей, 2018.
• Жаир Феррейра, Джуниор и др., Профилирование поведения водителя: исследование с использованием различных датчиков смартфона
  и машинного обучения . 2017.
• Марко Гросси. Сенсорно-ориентированный обзор развития измерений и датчиков с помощью смартфонов 9системы 0146. Измерение – Журнал Международной конфедерации измерений (ИМЭКО), Elsevier, 2019, 135, стр. 572-592.
• https://www.navixy.com
• https://fossbytes.com/what-smartphone-sensors-how-work
• https://gizmodo.com/all-the-sensors-in-your- smartphone-and-how-they-work-1797121002
• Noufal Kunnathu, Биометрическая аутентификация пользователя на данных датчика акселерометра смартфона. 2015.
• https://www.droidviews.com/what-do-smartphone-sensors-do
• Наталья Чандра и др., Внедрение датчика гироскопа в приложение для презентаций на смартфоне Android. 2018.
• Технический паспорт: Технические данные. Трехосевой цифровой магнитометр Xtrinsic MAG3110. 2011-2013 Фрискейл Полупроводник.
• Жюльен Хаппич, ИК-датчик приближения во время полета открывает новые возможности взаимодействия с пользователем смартфона. 2013.
• https://talks.navixy.com

Распознавание активности на смартфоне с использованием многопотоковых движений Movelets, объединяющих данные акселерометра и гироскопа

. 2022 29 марта; 22 (7): 2618.

дои: 10.3390/s22072618.

Эмили Дж Хуан ¹ , Кебин Ян ² , Юкка-Пекка Оннела ³

Принадлежности

• ¹ Факультет математики и статистики, Университет Уэйк Форест, Уинстон-Салем, Северная Каролина 27106, США.
• ² Департамент биостатистики, эпидемиологии и информатики Пенсильванского университета, Филадельфия, Пенсильвания 19104, США.
• ³ Департамент биостатистики Гарвардского университета, Бостон, Массачусетс 02115, США.

• PMID: 35408232
• PMCID: ПМС

  97

• DOI: 10.3390/с22072618

Бесплатная статья ЧВК

Эмили Дж. Хуанг и др. Датчики (Базель). 2022 .

Бесплатная статья ЧВК

. 2022 29 марта; 22 (7): 2618.

дои: 10.3390/s22072618.

Авторы

Эмили Дж Хуанг ¹ , Кебин Ян ² , Юкка-Пекка Оннела ³

Принадлежности

• ¹ Факультет математики и статистики, Университет Уэйк Форест, Уинстон-Салем, Северная Каролина 27106, США.
• ² Департамент биостатистики, эпидемиологии и информатики Пенсильванского университета, Филадельфия, Пенсильвания, 19104, США.
• ³ Департамент биостатистики Гарвардского университета, Бостон, Массачусетс 02115, США.

• PMID: 35408232
• PMCID: PMC

  97

• DOI: 10.3390/с22072618

Абстрактный

Модели физической активности могут раскрыть информацию о состоянии здоровья. Встроенные в смартфон датчики, по сравнению с самоотчетом пациента, могут собирать данные о распознавании активности более объективно, ненавязчиво и непрерывно. В литературе были предложены различные подходы к анализу данных. В этом исследовании мы применили метод движения для классификации действий, выполняемых с использованием данных акселерометра смартфона и гироскопа, которые измеряют ускорение и угловую скорость телефона соответственно. Метод Movelet создает персонализированный словарь для каждого участника, используя обучающие данные, и классифицирует действия в новых данных с помощью словаря. Наши результаты показывают, что этот метод имеет преимущества интерпретируемости и прозрачности. Уникальный аспект нашего приложения Movelet заключается в оптимальном извлечении уникальной информации из нескольких датчиков. По сравнению с приложениями с одним датчиком наш подход включает датчики акселерометра и гироскопа совместно с методом движения. Наши результаты показывают, что объединение данных от двух датчиков может привести к более точному распознаванию активности, чем использование каждого датчика по отдельности. В частности, метод суставного датчика уменьшает ошибки метода только гироскопа при различении положения стоя и сидя. Это также снижает количество ошибок в методе, основанном только на акселерометре, при классификации активной деятельности.

Ключевые слова: акселерометр; распознавание активности; цифровое фенотипирование; гироскоп; движение; датчик; смартфон.

Заявление о конфликте интересов

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Цифры

Рисунок 1

Тренировочные данные акселерометра для участника…

Рисунок 1

Данные тренировки акселерометра для участника 1. На этом рисунке показаны данные тренировки акселерометра…

фигура 1

Данные тренировки акселерометра для участника 1. На этом рисунке показаны данные тренировки акселерометра для участника 1. Акселерометр измеряет ускорение смартфона по координатам x , y и z оси. Данные об ускорении измеряются в единицах g (т. е. 9,81 м/с2). Ось x показана черным цветом, ось y – синим, а ось z – оранжевым.

Рисунок 2

Тренировочные данные гироскопа для участника…

Рисунок 2

Данные тренировки гироскопа для участника 1. На этом рисунке показаны данные тренировки гироскопа…

фигура 2

Данные тренировки гироскопа для участника 1. На этом рисунке показаны данные тренировки гироскопа для участника 1. Гироскоп измеряет угловую скорость смартфона, спроецированную на оси x , y и z осей. Данные об угловой скорости измеряются в радианах в секунду (рад/с). Ось x показана черным цветом, ось y – синим цветом, а ось z -ось оранжевого цвета.

Рисунок 3

Шаги 1 и 2 для…

Рисунок 3

Этапы 1 и 2 для участника 3. Панели ( A , B )…

Рисунок 3

Шаги 1 и 2 для участника 3. Панели ( A , B ) показывают результаты для участника 3 в шагах 1 и 2 соответственно. Для каждой панели показаны четыре рисунка. Верхний рисунок дает истинные метки активности на основе видеозаписи. На втором рисунке показаны классификации активности по методу только акселерометра, на третьем рисунке показаны классификации по методу только с гироскопом, а на четвертом рисунке показаны классификации по методу датчика суставов. В каждой строке по горизонтальной оси указано прошедшее время в секундах.

Рисунок 4

Шаг 3 для участника 3:…

Рисунок 4

Этап 3 для участника 3: нормальная и быстрая ходьба. На этой фигуре представлены…

Рисунок 4

Шаг 3 для участника 3: нормальная и быстрая ходьба. На этом рисунке представлены результаты участника 3 во время шага 3 для ходьбы в нормальном темпе. Группа ( A ) и панель для быстрой ходьбы ( B ).

Рисунок 5

Шаг 3 для участника 3:…

Рисунок 5

Этап 3 для участника 3: медленная ходьба. На этом рисунке представлены результаты…

Рисунок 5

Шаг 3 для участника 3: медленная ходьба. На этом рисунке представлены результаты участника 3 во время шага 3 медленной ходьбы.

Рисунок 6

Шаг 5 для участника 3. …

Рисунок 6

Шаг 5 для участника 3. На этом рисунке представлены результаты для участника 3…

Рисунок 6

Этап 5 для участника 3. На этом рисунке представлены результаты для участника 3 на этапе 5. На этапе 5 участник выполнял действия стояния, спуска по лестнице, ходьбы, подъема по лестнице и прохода через вращающуюся дверь. Действие вращающейся двери не включено в словарь участника.

Рисунок 7

Шаг 6 для участника 3.…

Рисунок 7

Шаг 6 для участника 3. На этом рисунке представлены результаты для участника 3…

Рисунок 7

Шаг 6 для участника 3. На этом рисунке представлены результаты для участника 3 во время шага 6. На шаге 6 участник поднимался и спускался по лестнице. Панель ( A ) соответствует восходящей лестнице, а панель ( B ) — нисходящей лестнице.

Рисунок 8

Матрицы путаницы только для акселерометра, только для гироскопа…

Рисунок 8

Матрицы путаницы для методов с использованием только акселерометра, только гироскопа и датчика суставов. На этом рисунке представлена ​​путаница…

Рисунок 8

Матрицы путаницы для методов с использованием только акселерометра, только гироскопа и датчика суставов. На этом рисунке представлены матрицы путаницы для каждого участника. Строка ( A ) соответствует участнику 1, строка ( B ) участнику 2, строка ( C ) участнику 3 и строка ( D ) участнику 4. Для каждого участника есть три путаницы. матрицы, соответствующие только акселерометру (столбец 1), только гироскопу (столбец 2) и датчику сустава (столбец 3). Эти матрицы путаницы включают шаги 1, 2, 3, 5 и 6 при сборе тестовых данных. В каждой матрице путаницы метки основных действий находятся на нижнем поле, а метки прогнозируемых действий – на левом поле. В каждом столбце показано распределение предсказанных меток для соответствующей метки наземной активности. Таким образом, сумма каждого столбца составляет 100%.

Рисунок 9

Шаг 1 для участника 1.…

Рисунок 9

Шаг 1 для участника 1. На рисунке показаны результаты для участника 1…

Рисунок 9

Шаг 1 для участника 1. На рисунке показаны результаты для участника 1 во время шага 1.

См. это изображение и информацию об авторских правах в PMC

.

Похожие статьи

• Расширенный метод Movelet для классификации активности с использованием данных гироскопа смартфона и акселерометра.

  Хуан Э.Дж., Оннела Дж.П. Хуан Э.Дж. и др. Датчики (Базель). 2020 июль 2;20(13):3706. дои: 10.3390/s20133706. Датчики (Базель). 2020. PMID: 32630752 Бесплатная статья ЧВК.

• Распознавание физической активности человека с помощью датчиков смартфона.

  Войку Р.А., Добре К., Баженару Л., Чобану Р.И. Войку Р.А. и соавт. Датчики (Базель). 2019 23 января; 19 (3): 458. дои: 10.3390/s158. Датчики (Базель). 2019. PMID: 30678039 Бесплатная статья ЧВК.

• Анализ эффективности и вклада каждой оси трехосного датчика акселерометра для точного распознавания активности.

  Джавед А.Р., Сарвар М.Ю., Хан С., Ивенди С., Миттал М., Кумар Н. Джавед А.Р. и др. Датчики (Базель). 2020 14 апреля; 20(8):2216. дои: 10.3390/s20082216. Датчики (Базель). 2020. PMID: 32295298 Бесплатная статья ЧВК.

• Распознавание типичной локомоционной активности по данным датчиков смартфона в кармане или в руке.

  Эбнер М., Фетцер Т., Буллманн М., Дейнцер Ф., Гжегожек М. Эбнер М. и соавт. Датчики (Базель). 2020 17 ноября; 20 (22): 6559. дои: 10.3390/s20226559. Датчики (Базель). 2020. PMID: 33212894 Бесплатная статья ЧВК.

• Грубая-точная сверточная стратегия глубокого обучения для распознавания человеческой деятельности.

  Авилес-Крус С, Феррейра-Рамирес А, Суньига-Лопес А, Вильегас-Кортес Х. Авилес-Крус С. и др. Датчики (Базель). 2019 31 марта; 19 (7): 1556. дои: 10.3390/s19071556. Датчики (Базель). 2019. PMID: 30935117 Бесплатная статья ЧВК.

Посмотреть все похожие статьи

использованная литература

1. 1. Панда Н., Сольски И., Хуанг Э.Дж., Липсиц С., Прадарелли Дж.К., Делиль М., Кьюсак Дж.К., Гэдд М.А., Лубитц К.С., Маллен Дж.Т. и др. Использование смартфонов для сбора новых показателей восстановления после операции по удалению рака. JAMA Surg. 2020; 155: 123–129. doi: 10.1001/jamasurg.2019.4702. – DOI – ЧВК – пабмед
2. 1. Американская психиатрическая ассоциация. Диагностическое и статистическое руководство по психическим расстройствам (DSM-5®) American Psychiatric Pub; Арлингтон, Вирджиния: 2013 г.
3. 1. Сильвия Л.Г., Бернштейн Э.Э., Хаббард Дж.Л., Китинг Л., Андерсон Э.Дж. Практическое руководство по измерению физической активности. Ж. акад. Нутр. Диета. 2014;114:199–208. doi: 10.1016/j.jand.2013.09.018. – DOI – ЧВК – пабмед
4. 1. Саллис Дж.