結(jié)構(gòu)概述

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這里的組件：

• 一個(gè)簡(jiǎn)單的 Web 應(yīng)用程序，它使用 Generic Sensor API 提供的線性加速度計(jì)檢測(cè)人的運(yùn)動(dòng)；
• 谷歌云平臺(tái)，提供：Cloud IoT core、Cloud Pub/Sub 、Firebase Cloud Functions、Firestore數(shù)據(jù)庫(kù)；
• 簡(jiǎn)單的 REST Web 儀表板；

如圖所示，即使 HAR 模型可以在手機(jī)上或云端（firebase 功能），兩種情況下的主要結(jié)構(gòu)都保持不變。

顯然有更簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)服務(wù)，但是通過(guò)這種方式，我可以在之前開發(fā)的組件之上構(gòu)建，并嘗試不同的技術(shù)。

注意：我的 G ithub上提供的代碼用于我的個(gè)人 google 帳戶上的憑據(jù)。我沒有上傳密鑰，如果你想運(yùn)行它，你需要自己設(shè)置。

移動(dòng)人群感應(yīng)

人群感知是一種技術(shù)，其中一大群擁有能夠感知和計(jì)算的移動(dòng)設(shè)備（如智能手機(jī)、平板電腦、可穿戴設(shè)備）的個(gè)人集體共享數(shù)據(jù)并提取信息以測(cè)量、映射、分析、估計(jì)或推斷（預(yù)測(cè)）任何過(guò)程共同利益。簡(jiǎn)而言之，這意味著從移動(dòng)設(shè)備眾包傳感器數(shù)據(jù)。

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移動(dòng)眾測(cè)潛力受到能量、帶寬和計(jì)算能力等約束的限制。此外，在這種情況下，隱私成為一個(gè)重要問題。這里有一些可能的（部分）解決方案：

• 匿名化，在將數(shù)據(jù)發(fā)送給第三方之前從數(shù)據(jù)中刪除識(shí)別信息。但是，此方法不會(huì)阻止根據(jù)數(shù)據(jù)中保留的詳細(xì)信息進(jìn)行推斷。
• 安全的多方計(jì)算，使用加密技術(shù)轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)。這種方法不可擴(kuò)展，需要生成和維護(hù)多個(gè)密鑰，這反過(guò)來(lái)需要更多的能量。
• 數(shù)據(jù)擾動(dòng)，在與社區(qū)共享之前向傳感器數(shù)據(jù)添加噪聲。可以在不影響數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性的情況下將噪聲添加到數(shù)據(jù)中。

通用傳感器 API

通用傳感器 API是一組將傳感器設(shè)備暴露給 Web 平臺(tái)的接口。API 由基本的 Sensor 接口和在其上構(gòu)建的一組具體的傳感器類組成，例如Accelerometer、LinearAccelerationSensor、Gyroscope、AbsoluteOrientationSensor和RelativeOrientationSensor。

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通用傳感器 API 的目標(biāo)是促進(jìn)傳感器 API 之間的一致性，通過(guò)高性能的低級(jí) API 實(shí)現(xiàn)高級(jí)用例，并通過(guò)簡(jiǎn)化規(guī)范和實(shí)施過(guò)程來(lái)加快新傳感器向網(wǎng)絡(luò)公開的速度。

該項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)了 LinearAccelerationSensor 接口，在每次讀數(shù)時(shí)提供沿所有三個(gè)軸應(yīng)用于設(shè)備的加速度，但沒有重力的影響（如加速度計(jì)）。

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哈爾模型

人類活動(dòng)識(shí)別 (HAR) 旨在通過(guò)對(duì)他/她自己和周圍環(huán)境的一組觀察來(lái)識(shí)別一個(gè)人所執(zhí)行的動(dòng)作。在網(wǎng)絡(luò)上，可以找到許多提到這個(gè)問題的出版物，甚至使用機(jī)器學(xué)習(xí)模型。但是，該分配所需的實(shí)現(xiàn)并不要求很高的準(zhǔn)確性，而響應(yīng)時(shí)間和簡(jiǎn)單性具有更高的優(yōu)先級(jí)。因此，我在這個(gè)項(xiàng)目中使用的模型，取向量 [x, y, z] 的長(zhǎng)度，并將結(jié)果向量計(jì)算為 sqrt(x*x+y*y+z*z)，然后決定是否根據(jù)給定的閾值，人是靜止還是行走。

model = Math.sqrt(x*x + y*y + z*z);
if (model > 0.6) {
    walking = 1
    $('#status').html('walking');
} else {
    walking = 0
    $('#status').html('Still');
}

網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序

它由一個(gè)簡(jiǎn)單的 node.js 應(yīng)用程序?qū)崿F(xiàn)，在前端擁有所有邏輯，并使用后端作為網(wǎng)關(guān)（將遙測(cè)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)到 Google Cloud IoT Core）。

大部分后端代碼與第一次作業(yè)中實(shí)現(xiàn)的虛擬設(shè)備非常相似，加上快遞作業(yè)提供的一些必要組件（使部署更容易）。但是，在這種情況下，發(fā)布原語(yǔ)由socket.io消息觸發(fā)，而不是由計(jì)時(shí)器觸發(fā)。

前端有兩個(gè)版本，取決于采用的部署類型：

• 云化：HAR模型部署在云端；因此應(yīng)用程序只需要收集LinearAccelerationSensor參數(shù)并將它們發(fā)送到云端進(jìn)行分析；
• 基于邊緣：HAR模型部署在手機(jī)上；因此，模型現(xiàn)在在本地執(zhí)行，為用戶的狀態(tài)提供狀態(tài)。在這種情況下，應(yīng)用程序?qū)⒔Y(jié)果和參數(shù)都發(fā)送到云端；

accelerometer.addEventListener('reading', () => {
    var now = parseInt(Date.now());
    let x = accelerometer.x;
    let y = accelerometer.y;
    let z = accelerometer.z
    $('#accelerometerX').html(x);
    $('#accelerometerY').html(y);
    $('#accelerometerZ').html(z);

    data = {
        date: now,
        status: 2,   
        accx: x,
        accy: y,
        accz: z
    }
    socket.emit('accelerometer', data);
});

圖為基于云的版本所使用的代碼，與上一節(jié)中的 HAR 模型混合給出了基于邊緣的版本。status:2用作一個(gè)幻數(shù)，告訴 Firebase 云函數(shù)該模型尚未應(yīng)用。

為了托管它并使其可以從移動(dòng)設(shè)備訪問，我使用了眾所周知的Heroku.com。不幸的是，由于我在谷歌云平臺(tái)上可以免費(fèi)交換的消息數(shù)量有限制，所以我不會(huì)提供鏈接，但這里有一張圖片。

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第一個(gè)和第二個(gè)作業(yè)中解釋了將設(shè)備連接到 Google 云平臺(tái)的過(guò)程。

Firebase 云功能

據(jù)我了解，F(xiàn)irebase 服務(wù)主要用于移動(dòng)應(yīng)用程序。但是，考慮到任務(wù)的性質(zhì)，以及我以前從未使用過(guò)它們的事實(shí)，我想試一試。

Cloud Functions for Firebase 是一個(gè)無(wú)服務(wù)器框架，可讓您自動(dòng)運(yùn)行后端代碼以響應(yīng)由 Firebase 功能和 HTTPS 請(qǐng)求觸發(fā)的事件。此外，鑒于 GCP 和 Firebase 之間的出色互操作性，它使 Pub/Sub 和 Firestore 之間的消息交換變得超級(jí)容易。

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該片段顯示了負(fù)責(zé)交互的函數(shù)。基于邊緣或基于云的版本都是相同的。實(shí)際上，它會(huì)自動(dòng)檢測(cè)狀態(tài)編號(hào)使用的 Web 應(yīng)用程序。

如果消息來(lái)自基于邊緣的應(yīng)用程序版本，它只會(huì)將所有內(nèi)容轉(zhuǎn)發(fā)到 Firestore 數(shù)據(jù)庫(kù)，在另一種情況下，它會(huì)執(zhí)行模型，然后才完成交換。

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部署后，它也可以在項(xiàng)目頁(yè)面上看到。

在 Github 上只有我寫的用于交流的 Typescript 函數(shù)。但是，您還需要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)連接到 Google 的 Firebase 項(xiàng)目。這里怎么做：https ://firebase.google.com/docs/functions/get-started

Cloud Firestore 和儀表板

Cloud Firestore 是一個(gè)靈活、可擴(kuò)展的數(shù)據(jù)庫(kù)，用于 Firebase 和 Google Cloud Platform 的移動(dòng)、Web 和服務(wù)器開發(fā)。

Cloud Firestore 的 NoSQL 數(shù)據(jù)模型將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在包含映射到值的字段的文檔中。這些文檔存儲(chǔ)在容器、集合中，可用于組織數(shù)據(jù)和構(gòu)建查詢。它們支持許多不同的數(shù)據(jù)類型，從簡(jiǎn)單的字符串和數(shù)字到復(fù)雜的嵌套對(duì)象。此外，它還允許在文檔中創(chuàng)建子集合并構(gòu)建隨著數(shù)據(jù)庫(kù)增長(zhǎng)而擴(kuò)展的分層數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。

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對(duì)于儀表板，我選擇了無(wú)服務(wù)器方法，正如 Firebase 所教導(dǎo)的那樣。事實(shí)上，這一次我有一個(gè)簡(jiǎn)單的 HTML，帶有一些 Javascript。

db.collection('telemetries').onSnapshot((snapshot) => {
    snapshot.docChanges().forEach(element => {
        renderValue(element.doc);
    })
});

由于這個(gè)簡(jiǎn)單的腳本，每次出現(xiàn)新值時(shí)，頁(yè)面刷新和表格都會(huì)更新。

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結(jié)論

最后，我們可以輕松地決定是否要使用基于云或基于邊緣的應(yīng)用程序版本，兩者各有利弊。事實(shí)上，使用 Google 和 Firebase 生態(tài)系統(tǒng)，我們可以輕松地在服務(wù)的兩個(gè)版本之間切換，擁有一個(gè)奇妙的模塊化系統(tǒng)。