随着社会的发展,很多朋友越来越注重自己的健康,跑步成为一种方便而又有效的锻炼方式。但是如何知道自己跑了多少步,多远的路程?计步器可以帮助人们实时掌握锻炼情况。它的主要功能是检测步数,通过步数和步幅可计算行走的路程。步幅信息可通过行走固定的距离来计算或是直接输入,高级的计步器还可以计算人体消耗的热量。以下对计步器行业投资分析。
在日本,计步器已经使用了40多年,主要用于体育运动和分析记录行走步调。最初的计步器通常利用百种原理作为记步技术,利用加重的机械开关检测步伐,并带有一个简单的计数器。如果晃动这些装置,就可以听到有一个金属球来回滑动,或者一个摆钟左右摆动敲响当块。现在,这种机械式的计步器早已淡出历史,取而代之的是电子式的计步器。
2017-2022年中国计步器行业发展前景分析及发展策略研究报告表明,计步算法可以分为四大类,一是峰值检测算法,二是变换域算法,三是滤波算法,四是模式识别算法。根据所设计的计步器在人体上布放的位置不同,如腕部、腰部、鞋底等,可以选择不同的计步算法。
峰值检测类算法原理简单,易于实现,应用较为广泛。这里简单介绍峰值检测类算法。用户在运动中,可能把设备放置于口袋或者包中,亦或拿在手中。所以设备的放置方向不确定。那么首先,我们通过计算三个加速度的矢量长度,可以获得一条步行运动的正弦曲线轨迹。
第二步就是峰值检测,我们记录了上次矢量长度和运动方向,通过矢量长度的变化,可以判断当前加速度的方向,并和上一次保存的加速度方向进行比较。如果是相反的,即是刚过峰值状态,则进入计步逻辑进行计步,否则就舍弃这段。通过对峰值次数的累加,那我们就可得计算得到用户步行的步数。
最后,就是去噪音(干扰)。手机或智能手表等手持设备会有一些低幅度和快速的抽动状态,即我们俗称的手抖,或者某个用户想通过短时快速反复摇动设备来模拟人走路,这些干扰数据如果不剔除,会影响记步的准确值,对于这种干扰,我们可以通过给检测加上阀值和步频判断来过滤。目前人类最快的跑步频率为5HZ(当然不排除人类借助其它设备跑步频率超过这个频率),也就是说相邻两步的时间间隔的至少大于0.2秒,如图中的计步时间,若两次计步之间的时间间隔小于0.2秒,则不计步。这样我们就过滤了高频噪声,即步频过快的情况。同时我们通过和上次加速度大小进行比较,设置一定的阀值Threshold来判断运动是否属于有效(如图中的绿线),有效运动才可进行记步。
如果已知步行和跑步的步数,那么再通过人体身高,体重及性别就可以大致知道此人的步长,改进后即可变成一个测距离及测速计。通过三轴加速度传感器,我们可以知道用户的运动状态。除了计步,还可以利用加速度传感器与陀螺仪及磁传感器融合进行步行航迹推算。
宋爱国分析说,普通的计步器计步比较准确的时候,应该是处于稳定放置于身上的某个部位,比如是别在腰间,或是放在裤子口袋之中,这比拿在手上或是放在包里要准得多。
而如果是用手机计步,手机总是拿出来看,或者是接听电话,那么手机就会暂时不计步或者是计步的结果发生错误,因此有可能也会不准。
至于运动手环计步,宋爱国教授说,不准确的可能性会更多点,因为手环戴在手上,手的每一次摆动和身体走动时的摆动,对于手环中内置的微电脑设备来说识别有点困难。另外,有些运动手环上还具有血压指数、血氧指数的参考值,它们准不准呢?宋教授指出,血氧的测定一般是准的,因为它是通过红外光反射来测的,技术上可以保证准确性,而血压的测定肯定是不准的,因为它是根据脉搏波来测定,只能反映一个血压上升或下降的趋势。
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