В данной статье рассматривается создание мобильного приложения на базе ОС Android, осуществляющего расчёт расхода калорий и хранение актуальной информации о физической активности пользователя. Отличительной особенностью разработанного продукта является учёт скорости и угла наклона при расчёте интенсивности физической активности.

Ключевые слова: расход калорий, Android приложение, мониторинг физической активности

В современном мире смартфоны стали неотъемлемой частью жизни каждого человека, предоставляющей множество персональной информации. В связи с этим стали возможными разработки использования смартфона в качестве прибора для мониторинга физической активности человека. Толчком к развитию данного направления стало появление новых технологий и внедрение в устройства новейших датчиков, а также появление продвинутых систем анализа и обработки данных, полученных с датчиков устройств.

В связи с этим представляет интерес создание собственного приложения, которое позволяло бы проводить расчёт расхода калорий за определённый период времени на основании небольшого набора пользовательских данных и информации о физической активности пользователя в данный период времени. Отличительной чертой разработанного продукта является учёт дополнительных параметров, влияющих на расход калорий при совершаемой активности, таких как скорость и перепад высот.

Основные формулы расчёта расхода калорий

Для расчёта базового расхода калорий (RMR) было принято решение использовать уравнения Миффлина-Сент-Джеора [2], в которых производится учёт пользовательских данных, таких как пол, возраст, рост, вес. Количественный эквивалент интенсивности (МЕТ) выявленных видов активности пользователя рассчитывается при помощи прогностических уравнений с варьирующимся значением коэффициентов в зависимости от вида активности [3], в них производится учёт скорости выполнения активности и угла наклона, вычисляемого на основе перепада высот.

Расчёт добавочного расхода калорий осуществляется при помощи основной формулы [4]:

C=T*MET*(RMR/1440)

где: C-расход калорий (ккал), T- Продолжительность активности (мин), MET — Значение МЕТ интенсивности активности (ккал/кг/мин), RMR — Скорость метаболизма в покое для данного человека (RMR/1440) (ккал/мин).

Используемые программные библиотеки

На основе проведённого анализа подходов и доступных технологий были выбраны для использования следующие разработки Google: для получения информации о местоположении пользователя Fused Location Provider API, комбинирующий в себе технологии gps, wi-fi и телефонные вышки с достижением точности определения местоположения от 3 до 5 метров, значения высот над уровнем моря высчитываются при помощи веб-сервиса Elevation API, который предоставляет простой интерфейс для получения данных о высоте при помощи запросов к Elevation API в виде URL-адреса, а распознавание активностей, таких как бег, ходьба, состояние покоя, езда на велосипеде происходит на основании наборов обучающих данных и алгоритмической фильтрации Google с помощью использования Transition Activity Recognition API.

Алгоритм работы основного функционала приложения

Для реализации функции расчёта расхода калорий на основании совершаемой пользователем физической активности был разработан оригинальный алгоритм, в котором производится учёт влияния скорости и угла наклона на интенсивность совершаемой активности на основании формул, описанных выше. Алгоритм работы основного функционала приложения для наглядности представлен в виде блок-схемы на рисунках 1.1 и 1.2.

Рис. 1.1. Алгоритм работы основного функционала приложения

Рис. 1.2. Продолжение алгоритма

Архитектура приложения на базе ОС Android

В данном исследовании был сделан выбор в пользу разработки мобильного приложения на базе ОС Android. В силу требований, применяемых к разрабатываемому приложению, на основании данных процентного распределения версий операционной системы Android среди устройств [5], для охвата большего числа пользователей в качестве минимальной версии операционной системы для разработанного приложения был выбран API Level: 21,Lollipop.

Реализованное приложение имеет стандартную архитектуру и состоит из двух основных уровней, таких как View Layer и Data Layer. Уровень представления (View layer) отвечает за обработку данных и их отображение. Данный уровень состоит из набора активностей(Activities) — компонентов приложения, выдаваемых экраном, с которым пользователи могут взаимодействовать для выполнения каких-либо действий. Каждая активность представляется в виде класса, содержащего все основные методы, при помощи которых осуществляются расчёты, указанные в алгоритме, описанном ранее, а также здесь осуществляется реализации графического пользовательского интерфейса. Data Layer же состоит из локальной реляционной базы данных SQLite, структура которой состоит из двух таблиц с основными компонентами activity_id, transition_type, latitude, longitude, elevation, time. Взаимодействие с табличными данными осуществляется посредством использования библиотеки Room, представляющей собой уровень абстракции над SQLite. Также здесь происходит осуществление и обработка запросов к веб-серверу Elevation API, упомянутому ранее.

Основной функционал приложения

Основной функционал приложения отображен на рисунке 2. Созданное мобильное приложение предоставляет возможность пользователю получить информацию о базовом расходе калорий, основываясь на введённых параметрах. Получение данных о поле пользователя реализуется при помощи кнопок male, female, а обработка параметров, таких как возраст, рост и вес, осуществляется при помощи EditText. Кроме того, приложение позволяет рассчитать добавочный расход калорий за период времени, вводимый пользователем (базовый период времени 24 часа используется в том случае, если пользователь не ввел соответствующие данные). Также существует возможность получить данные о физической активности за определённый период времени в виде списка, для каждого из элементов которого отображается детальный расход калорий в течение данной активности, её длительность, полная дистанция и перепад высот в течение данной физической активности.

Рис. 2. Основной функционал приложения

Таким образом, в результате проделанной работы был разработан и реализован алгоритм, позволяющий получать данные о расходе калорий пользователем за определённый период времени, основываясь на данных о его физической активности с учётом влияния скорости активности и угла наклона местности. Было создано мобильное приложение на базе ОС Android, осуществляющее расчёт расхода калорий и хранение актуальной информации о физической активности пользователя. Также была реализована возможность получения базового расхода калорий и представлен графический интерфейс для отображения результирующих данных пользователю.

Необходимо также отметить, что результаты, полученные при использовании приложения, схожи с данными существующих решений, реализующих похожую функциональность. Также приложение показало свою работоспособность как на стандартных эмуляторах, взятых из SDK, так и на реальных устройствах на платформе Android.

Литература:

1. Mifflin M. D.,St Jeor S. T., Hill L. A., Scott B. J., Daugherty S. A., Koh Y. O. A new predictive equation for resting energy expenditure in healthy individuals // The American Journal of Clinical Nutrition. 1990. Vol. 51, Issue 2, P.241–247
2. Peter Kokkinos, Leonard A. Kaminsky, Ross Arena, Jiajia Zhang, Jonathan Myers New Generalized Equation for Predicting Maximal Oxygen Uptake (from the Fitness Registry and the Importance of Exercise National Database) // The American journal of cardiology. 2017. Vol. 120, Issue 4, P. 688–692
3. Key Concepts in Sport and Exercise Sciences / Edited by: David Kirk, Calton Cooke, Anne Flintoff, Jim McKenna. 1 edition SAGE Publications Ltd(UK), 2008. 160 p.
4. Breakdown of Android versions https://en.wikipedia.org/wiki/Android_(operating_system)