A Study of an Iterative User-Specific Human Activity Classification Approach

Applications for sensor-based human activity recognition use the latest algorithms for the detection and classification of human everyday activities, both for online and offline use cases. The insights generated by those algorithms can in a next step be used within a wide broad of applications such as safety, fitness tracking, localization, personalized health advice and improved child and elderly care.In order for an algorithm to be performant, a significant amount of annotated data from a specific target audience is required. However, a satisfying data collection process is cost and labor intensive. This also may be unfeasible for specific target groups as aging effects motion patterns and behaviors. One main challenge in this application area lies in the ability to identify relevant changes over time while being able to reuse previously annotated user data. The accurate detection of those user-specific patterns and movement behaviors therefore requires individual and adaptive classification models for human activities.The goal of this degree work is to compare several supervised classifier performances when trained and tested on a newly iterative user-specific human activity classification approach as described in this report. A qualitative and quantitative data collection process was applied. The tree-based classification algorithms Decision Tree, Random Forest as well as XGBoost were tested on custom based datasets divided into three groups. The datasets contained labeled motion data of 21 volunteers from wrist worn sensors.Computed across all datasets, the average performance measured in recall increased by 5.2% (using a simulated leave-one-subject-out cross evaluation) for algorithms trained via the described approach compared to a random non-iterative approach.Sensorbaserad aktivitetsigenkänning använder sig av det senaste algoritmerna för detektion och klassificering av mänskliga vardagliga aktiviteter, både i uppoch frånkopplat läge. De insikter som genereras av algoritmerna kan i ett nästa steg användas inom en mängd nya applikationer inom områden så som säkerhet, träningmonitorering, platsangivelser, personifierade hälsoråd samt inom barnoch äldreomsorgen.För att en algoritm skall uppnå hög prestanda krävs en inte obetydlig mängd annoterad data, som med fördel härrör från den avsedda målgruppen. Dock är datainsamlingsprocessen kostnadsoch arbetsintensiv. Den kan dessutom även vara orimlig att genomföra för vissa specifika målgrupper, då åldrandet påverkar rörelsemönster och beteenden. En av de största utmaningarna inom detta område är att hitta de relevanta förändringar som sker över tid, samtidigt som man vill återanvända tidigare annoterad data. För att kunna skapa en korrekt bild av det individuella rörelsemönstret behövs därför individuella och adaptiva klassificeringsmodeller.Målet med detta examensarbete är att jämföra flera olika övervakade klassificerares (eng. supervised classifiers) prestanda när dem tränats med hjälp av ett iterativt användarspecifikt aktivitetsklassificeringsmetod, som beskrivs i denna rapport. En kvalitativ och kvantitativ datainsamlingsprocess tillämpades. Trädbaserade klassificeringsalgoritmerna Decision Tree, Random Forest samt XGBoost testades utifrån specifikt skapade dataset baserade på 21 volontärer, som delades in i tre grupper. Data är baserad på rörelsedata från armbandssensorer.Beräknat över samtlig data, ökade den genomsnittliga sensitiviteten med 5.2% (simulerad korsvalidering genom utelämna-en-individ) för algoritmer tränade via beskrivna metoden jämfört med slumpvis icke-iterativ träning