基于智能手机睡眠质量监测模型系统设计与实现

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科技的发展日新月异,新的科学技术推动了人们思想以及物质生活条件的改善,人们对自己健康问题也逐渐重视起来。睡眠对于人体来说起着至关重要的作用,人一生中大约有1/3的时间在睡眠中度过,睡眠健康出现问题会导致许多不量后果,如头痛、焦虑、免疫力下降等。因此人们希望对自己睡眠质量有一个比较直观的了解,由此催生了很多睡眠监测设备,从睡眠床垫到智能手环,虽然可以对睡眠过程进行监测,满足用户日常使用,但需要购买额外的设备或者需要整晚佩戴,没有保证一个良好的用户体验,而且这类产品主要是依靠体动数据这个单一因素来进行睡眠监测,对于睡眠过程的很多细节问题无法进行深入探讨,比如呼吸和打鼾。随着移动互联网的普及以及硬件技术的发展,以手机为代表的智能终端设备逐渐成为每个人的标配,在强大CPU的支持下,使得之前在电脑端才能进行的复杂计算也可以在手机端完成,而且现在的智能手机都会安装有很多传感器,这为获取睡眠相关数据提供了基础。目前的睡眠监测设备由于存在弊端所以在使用上存在缺陷,为了解决传统睡眠监测设备存在的不足,本文提出了一种基于智能手机的睡眠质量监测模型系统,其基本思想是通过智能手机安装的传感器收集睡眠过程中的相关数据,然后进行睡眠特性分析,这些数据包括体动数据、呼吸数据、环境光照数据等。对于不同类型的睡眠相关生理事件,本文都有针对性的设计了特定的数据分析与特征监测机制,然后根据睡眠不同阶段的显著生理特征差异,利用模糊逻辑理论算法对不同睡眠事件构造特定的隶属度函数进行睡眠分期的判断,从而预测出当前时间段最有可能发生的睡眠状态。在获得用户整晚的睡眠相关特征数据后,再将用户个人信息和环境光照信息纳入计算范围,给出对用户进行睡眠质量判定的算法。为了评估模型系统的有效性,在iPhone手机上实现了本模型系统,然后与Jawbone UP手环产品进行对比实验。通过对来自不同年龄、性别的20位志愿者进行对比实验发现,本文提出的模型系统对浅度睡眠和深度睡眠的时间监测准确率分别达到了81.2%和78.8%,充分表明本系统对睡眠状态监测的有效性。除此之外,本模型系统还可以提供打鼾监测,帮助用户及时发现安全隐患,同时提供智能唤醒功能,使用户在最合适的时间段被唤醒,保证其醒来后有良好的精神状态。由于该模型系统在使用时无需与用户直接接触,因此实现了一种无接触的睡眠监测方法,在保证准确性的前提下给用户提供整晚的睡眠数据,为用户更好的关注睡眠健康提供了另一种实现方法。
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