Backend application for the analysis and management of FitBit data

Bc. Michal Zelenák

Master's thesis

Abstract:

Hlavným cieľom tejto práce je navrhnúť a vyvinúť univerzálny systém schopný dátovej analýzy špeciálne prispôsobený pre potreby medzi-univerzitnej spolupráce na analýze zdravotných dát, konkrétne pre výskum Zdravého starnutia v priemyselnom prostredí, a jeho programu 4 (4HAIE). Systém musí byť schopný ukladať, spravovať a analyzovať datasety predtým neznáme dátove sady, pri zachovaní vysokej bezpečnosti, keďže projekt 4HAIE pracuje s osobnými a lekárskymi dátami získanými zo smart hodiniek Fitbit. Systém musí taktiež zvládať správu používateľov a tímov, zložených z daných používateľov. V rámci tejto dimplomovej práce bola realizovaná spolupráca s Bc. Jozefom Vanickým, vývojárom nástroja pre vizualizáciu dát pre daný projekt 4, ktorý využíva systém popísaný v rámci tejto práce. Požiadavky boli stanovené doc. RNDr. Barborou Kozlíkovovou, Ph.D.; RNDr. Katarínou Furmanovou, Ph.D.; RNDr. Jánom Byškom Ph.D. a Mgr. Lenkou Knapovou z Ostravskej univerzity, ktorá je jedným z hlavných výskumníkov v projekte 4HAIE. V rámci tejto práce boli preskúmané najpoužívanejšie, a zároveň najrýchlejšie API frameworky jazyka Python, a taktiež databázové systémy s cieľom vyvinúť systém, spĺňajúci definované požiadavky. Okrem toho sa vykonala krátka analýza 4HAIE datasetu, pre prispôsobenie systému danému výskumnému projektu. Hlavnými stavebnými blokmi vyvinutého systému sú Fastapi a SQLAlchemy frameworky jazyka Python a databáza PostgreSQL. Vývojový proces trval približne sedem mesiacov. Systém bol taktiež prediskutovaný pre možné využitie v dohľadnej dobe v rámci inej časti projektu 4HAIE. Kľúčový dôraz sa kládol na vytvorenie robustnej architektúry, aby bolo možné systém v budúcnosti jednoducho udržiavať, poprípade rozširovať. V ideálnom prípade tento systém zjednoduší spoluprácu, zvýši efektivitu a zjednoduší procesy so zdravotnými dátami v rámci projektu 4HAIE. Taktiež je možné tento systém použiť mimo daný projekt 4HAIE pre rovnaké cieľe.

Abstract:

The main objective of this diploma thesis is to design and develop a versatile data analysis system tailored for inter-university collaboration on the analysis of health data, specifically for the Healthy Ageing in the Industrial Environment -- Program 4 (4HAIE) project -- part of the HAIE research project. The system is required to store, retrieve, manage, and analyze previously unknown datasets, all while maintaining a high level of security, as the 4HAIE project is working with personal and medical data collected by the Fitbit smartwatches. The system also has to be capable of management of users, and groups of users -- research teams. During this diploma thesis a cooperation was performed with Bc. Jozef Vanický, developer of a data visualization tool for the 4HAIE project, which utilizes the system developed during this thesis. Outlining requirements were specified by doc. RNDr. Barbora Kozlíková, Ph.D.; RNDr. Katarína Furmanová, Ph.D.; RNDr. Jan Byška, Ph.D.; and Mgr. Lenka Knapová from the University of Ostrava -- one of the main participants of the 4HAIE project. The thesis involved researching the most used and at the same time the fastest Python APIs, Python frameworks, and database systems, with the goal of developing a system usable for given requirements. Besides this, an inspection of the collected data was done, so the design of the proposed system could be improved for the 4HAIE project needs. The system is composed of the Python Fastapi framework, Python SQLAlchemy framework, and PostgreSQL database. The development process spanned approximately seven months. The system was also discussed for use in another project in the 4HAIE project at Ostrava University in the near future. A key focus was placed on creating a robust architecture to ensure that the system could be easily maintained and extended by others in the future. Ultimately, this system will facilitate collaboration, improve efficiency, and simplify processes of working with health data in the 4HAIE project and beyond.

Keywords

Data analysis system, HAIE, 4HAIE, Fitbit, FastAPI, SQLAlchemy, PostgreSQL, Health data, Backend, API

Language used: English

Date on which the thesis was submitted / produced: 16. 5. 2023

Thesis defence

• Date of defence: 19. 6. 2023
• Supervisor: doc. RNDr. Barbora Kozlíková, Ph.D.
• Reader: doc. RNDr. Vlastislav Dohnal, Ph.D.

Masaryk University

Faculty of Informatics

Master programme / field:
Software Engineering / Design and development of software systems