CN107631736B - 一种步幅估算方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种步幅估算方法和装置。该步幅估算方法包括：分析加速度传感器的信号获得步数和相应的信号峰谷值；分析GPS位置信息获得移动所述步数产生的距离；根据所述步数和所述距离计算步幅，步幅＝距离/步数；建立所述步幅与所述信号峰谷值的对应关系。影响步幅的因素包括身高、体重、心情、步频、路况、衣着和姿态习惯等，本发明能够根据用户移动的距离和步数计算出步幅，并且通过分析加速度传感器的信号，获得步幅与加速度传感器的信号峰谷值的对应关系，这一对应关系通过信号峰谷值体现了大部分因素对步幅的影响，使得估算出的步幅更接近用户的实际情况。

Description

一种步幅估算方法和装置

技术领域

本发明涉及运动分析领域，尤其涉及一种步幅估算方法和装置。

背景技术

目前，智能穿戴领域广泛采用的步幅估计方法为，根据大量用户的身高、体重和步频等信息，建立常规的线性或非线性步长模型，最后运用多变量回归算法求解模型系数，利用得到的模型进行步幅估计。

但是这种做法有两个很严重的缺点：第一，步幅与身高、行走习惯、心情、着装等均有一定关系，个体不变，在不同情形下其步幅也会存在差异，上述的步幅估计方法没有完全考虑到这些差异，估算的结果精确度不够高；第二，为了使模型更准确，需要采集足够多的身高、体重和步频等信息，但是实际应用中很难有好的方法去衡量采集的跨度分布，数据采集变得困难。

发明内容

本发明的目的在于提出一种步幅估算方法和装置，能够根据用户移动的距离和步数计算出步幅，并且获得步幅与加速度传感器的信号峰谷值的对应关系。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一方面，本发明提供一种步幅估算方法，包括：

分析加速度传感器的信号获得步数和相应的信号峰谷值；

分析GPS位置信息获得移动所述步数产生的距离；

根据所述步数和所述距离计算步幅，步幅＝距离/步数；

建立所述步幅与所述信号峰谷值的对应关系。

进一步的，建立所述步幅与所述信号峰谷值的对应关系之后，还包括：

实时获取并分析加速度传感器的信号获得实时信号峰谷值；

根据所述对应关系，获取与所述实时信号峰谷值相应的步幅。

进一步的，建立所述步幅与所述信号峰谷值的对应关系之后，还包括：

判断当前的GPS信号是否有效；

若是，按周期更新所述对应关系，或者动态更新所述对应关系。

其中，分析加速度传感器的信号获得步数和相应的信号峰谷值，包括：

分析加速度传感器的信号，获得步数和每一步的信号峰谷值；

计算平均信号峰谷值；

相应的，建立所述步幅与所述信号峰谷值的对应关系，具体为：

建立所述步幅与所述平均信号峰谷值的对应关系。

进一步的，分析GPS位置信息获得移动所述步数产生的距离之前，还包括：

分析所述GPS位置信息获得方位角变化量；

根据所述方位角变化量，判断移动所述步数产生的GPS轨迹是否平滑；

若是，分析GPS位置信息获得移动所述步数产生的距离。

其中，分析GPS位置信息获得移动所述步数产生的距离，包括：

所述步数大于或等于预设步数时，分析GPS位置信息，获得移动所述预设步数产生的距离。

另一方面，本发明提供一种步幅估算装置，包括：加速度传感器、GPS模块和处理单元；

所述加速度传感器用于获取用户运动的信号；

所述GPS模块用于获取GPS位置信息；

所述处理单元包括：

步数分析模块，用于分析所述加速度传感器的信号获得步数和相应的信号峰谷值；

GPS分析模块，用于分析GPS位置信息获得移动所述步数产生的距离；

步幅计算模块，用于根据所述步数和所述距离计算步幅，步幅＝距离/步数；

映射模块，用于建立所述步幅与所述信号峰谷值的对应关系。

进一步的，所述的步幅估算装置还包括：步幅解析模块，用于在建立所述步幅与所述信号峰谷值的对应关系之后，实时获取并分析加速度传感器的信号获得实时信号峰谷值；根据所述对应关系，获取与所述实时信号峰谷值相应的步幅。

进一步的，所述映射模块还用于：在确定当前的GPS信号有效时，按周期更新所述对应关系，或者动态更新所述对应关系。

其中，所述步数分析模块具体用于：

分析加速度传感器的信号，获得步数和每一步的信号峰谷值；计算平均信号峰谷值；

相应的，所述GPS分析模块具体用于：

所述步数大于或等于预设步数时，分析GPS位置信息，获得移动预设步数产生的距离；

相应的，所述映射模块具体用于：

建立所述步幅与所述平均信号峰谷值的对应关系。

进一步的，所述GPS分析模块还用于：在分析GPS位置信息获得移动所述步数产生的距离之后，

分析所述GPS位置信息获得方位角变化量；

根据所述方位角变化量，判断移动所述距离产生的GPS轨迹是否平滑；

若是，分析GPS位置信息获得移动所述步数产生的距离。

进一步的，所述加速度传感器、所述GPS模块和所述步幅解析模块设置在智能穿戴设备上，所述处理单元设置在与所述智能穿戴设备绑定的智能终端上；

所述智能终端用于与服务器通过无线网络连接，将所述对应关系上传并保存在所述服务器中；

所述步幅解析模块还用于，通过所述智能终端从服务器获取所述对应关系；

或者，所述加速度传感器、所述GPS模块、所述步幅解析模块和所述处理单元设置在智能穿戴设备上，所述对应关系保存在所述智能穿戴设备上。

本发明的有益效果为：

影响步幅的因素除了身高、体重等固定因素外，还包括心情、步频、路况、衣着和姿态习惯等，本发明能够根据用户移动的距离和步数计算出步幅，并且通过分析加速度传感器的信号，获得步幅与加速度传感器的信号峰谷值的对应关系，这一对应关系通过信号峰谷值体现了大部分因素对步幅的影响；经过长时间针对个体用户的信号采集，可得到充分的数据用于获得各种情形下信号峰谷值与步幅的对应关系，在任何需要的时候，可通过信号峰谷值获得相应的步幅数据。

附图说明

图1是本发明实施例一提供的步幅估算方法的流程图；

图2是本发明实施例二提供的步幅估算方法的流程图；

图3是本发明实施例三提供的步幅估算装置的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面将结合附图对本发明实施例的技术方案作进一步的详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

实施例一

本实施例提供一种步幅估算方法，适用于运动分析中对步幅的计算。该步幅估算方法通过相应的步幅估算装置来执行，该装置由软件和硬件组成，一般为智能穿戴设备和/或智能终端。

图1是本发明实施例一提供的步幅估算方法的流程图。如图1所示，步幅估算方法包括如下步骤：

S11，分析加速度传感器的信号获得步数和相应的信号峰谷值。

以25Hz的频率读取三轴加速度传感器的原始信号，对该原始信号利用巴特沃斯低通滤波器进行平滑预处理；分析加速度传感器的信号，获得步数和每一步的信号峰谷值。

计算平均信号峰谷值，可以取所有步数的信号峰谷值来计算，也可以当所述步数大于或等于预设步数时，取预设步数对应的信号峰谷值来计算；或者，对所有的信号峰谷值进行比较，获得大小居中的一组信号峰谷值。

预设步数可以根据需要设定，直线行走或跑步的情况下，预设步数取值越大，之后计算得到的步幅越精确；但是，考虑到实际应用中运动轨迹非直线的情形较多，因此，为预设步数设定一个合理的值效果会更好。

S12，分析GPS位置信息获得移动所述步数产生的距离。

以1Hz的频率更新GPS位置信息，当所述步数大于或等于预设步数时，分析GPS位置信息，获得移动所述预设步数产生的距离。

S13，根据所述步数和所述距离计算步幅，步幅＝距离/步数。

S14，建立所述步幅与所述信号峰谷值的对应关系。

根据步骤S11获得的平均信号峰谷值或者大小居中的峰谷值，建立步幅与信号峰谷值的对应关系。

本实施例能够根据用户移动的距离和步数计算出步幅，并且通过分析加速度传感器的信号，获得步幅与加速度传感器的信号峰谷值的对应关系，这一对应关系通过信号峰谷值体现了大部分因素对步幅的影响；传感器信号采集仅针对用户个人，建立个体步幅特征数据库，相比现有技术，无需考虑对不同人群进行广泛采样的问题。经过长时间针对个体用户的信号采集，可得到充分的数据用于获得各种情形下信号峰谷值与步幅的对应关系。

实施例二

本实施例在上述实施例的基础上进行改进，将估算时使用的步数设定为固定值，选取GPS轨迹平滑的距离，使计算更精确。

S21，分析加速度传感器的信号获得预设步数和相应的平均信号峰谷值。

S22，分析GPS位置信息获得方位角变化量。

S23，根据所述方位角变化量，判断移动所述步数产生的GPS轨迹是否平滑；若是，执行步骤S24，否则继续获取新的预设步数、平均信号峰谷值和相应的方位角变化率，判断新的GPS轨迹是否平滑，直到寻找到平滑的GPS轨迹。

优选的，选取直线的GPS轨迹。

S24，分析GPS位置信息获得移动预设步数产生的距离。

S25，根据预设步数和距离计算步幅，步幅＝距离/预设步数。

S26，建立所述步幅与所述平均信号峰谷值的对应关系。

步幅和平均信号峰谷值以键值对的形式存储，建立对应关系数据库。

S27，实时获取并分析加速度传感器的信号获得实时信号峰谷值；根据所述对应关系，获取与所述实时信号峰谷值相应的步幅。

在用户步行或跑步的过程中，加速度传感器实时获取用户的运动数据，分析加速度传感器的信号获得实时信号峰谷值。在步骤S26获得的对应关系中，找到与实时信号峰谷值相等的平均信号峰谷值，从其相应的键值对中获得实时的步幅。

在对应关系中，若没有任意一个键值对的平均信号峰谷值与实时信号峰谷值相等，则选取最接近的一个。

S28，判断当前的GPS信号是否有效，若是，执行步骤S29，若否，执行步骤S27。

在室内等有遮挡的环境下，或者GPS信号受到干扰时，GPS信号减弱，此时利用GPS进行测距和轨迹跟踪会产生大量漂移数据，因此，可设定一个信号强度阈值用于判断GPS信号是否有效。

在信号无效时按照步骤S27来获得实时的步幅，可获取实时的信号峰谷值，根据步骤S26中得到的对应关系，查找出相应的步幅，用于后续的计算或呈现。

在信号有效时，一方面按照步骤S27来获得实时的步幅，另一方面按照步骤S29对上述建立的对应关系进行更新。

S29，按周期更新所述对应关系，或者动态更新所述对应关系。

GPS信号持续有效的情况下，循环进行步骤S21～S25的计算，更新所述对应关系，最大限度的保证步幅的精确。

本实施例选取固定的步数和平滑的GPS轨迹进行步幅计算，以获得更精确的数据，并且在GPS信号受限的情况下，可根据存储的对应关系获得适宜的步幅数据，提高了步幅数据的准确度和可靠性。

实施例三

本实施例提供一种步幅估算装置，用于执行上述实施例所述的步幅估算方法，解决同样的技术问题，达到相同的技术效果。

图3是本发明实施例三提供的步幅估算装置的结构示意图。如图3所示，该步幅估算装置包括：加速度传感器31、GPS模块32和处理单元33。

所述加速度传感器31用于获取用户运动的信号。

所述GPS模块32用于获取GPS位置信息。

所述处理单元33包括：

步数分析模块331，用于分析所述加速度传感器31的信号获得步数和相应的信号峰谷值；

GPS分析模块332，用于分析GPS位置信息获得移动所述步数产生的距离；

步幅计算模块333，用于根据所述步数和所述距离计算步幅，步幅＝距离/步数；

映射模块334，用于建立所述步幅与所述信号峰谷值的对应关系。

进一步的，所述的步幅估算装置还包括：步幅解析模块34，用于在建立所述步幅与所述信号峰谷值的对应关系之后，实时获取并分析加速度传感器31的信号获得实时信号峰谷值；根据所述对应关系，获取与所述实时信号峰谷值相应的步幅。

进一步的，所述GPS模块32还用于判断当前的GPS信号是否有效；

若是，所述映射模块334还用于：按周期更新所述对应关系，或者动态更新所述对应关系；

否则，通过所述步幅解析模块34从对应关系中获得实时的步幅。

其中，所述步数分析模块331具体用于：

分析加速度传感器31的信号，获得步数和每一步的信号峰谷值；计算平均信号峰谷值。

相应的，所述GPS分析模块332具体用于：

所述步数大于或等于预设步数时，分析GPS位置信息，获得移动预设步数产生的距离。

相应的，所述映射模块334具体用于：

建立所述步幅与所述平均信号峰谷值的对应关系。

进一步的，所述GPS分析模块332还用于：在分析GPS位置信息获得移动所述步数产生的距离之前，分析所述GPS位置信息获得方位角变化量；根据所述方位角变化量，判断移动所述距离产生的GPS轨迹是否平滑；若是，分析GPS位置信息获得移动所述步数产生的距离；否则，继续获取新的GPS轨迹，并对该GPS轨迹进行平滑判断，直到找到平滑的轨迹为止。

进一步的，所述步幅估算装置包括至少两种组成方式：

所述加速度传感器31、所述GPS模块32和所述步幅解析模块34设置在智能穿戴设备上，所述处理单元33设置在与所述智能穿戴设备绑定的智能终端上；所述智能终端用于与服务器通过无线网络连接，将所述对应关系上传并保存在所述服务器中；所述步幅解析模块34还用于，通过所述智能终端从服务器获取所述对应关系。

或者，所述加速度传感器31、所述GPS模块32、所述步幅解析模块34和所述处理单元33设置在智能穿戴设备上，所述对应关系保存在所述智能穿戴设备上。

本实施例能够根据用户移动的距离和步数计算出步幅，并且通过分析加速度传感器的信号，获得步幅与加速度传感器的信号峰谷值的对应关系，这一对应关系通过信号峰谷值体现了大部分因素对步幅的影响；经过长时间针对个体用户的信号采集，可得到充分的数据用于获得各种情形下信号峰谷值与步幅的对应关系，在任何需要的时候，可通过信号峰谷值获得相应的步幅数据。

以上结合具体实施例描述了本发明的技术原理。这些描述只是为了解释本发明的原理，而不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具体实施方式，这些方式都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种步幅估算方法，其特征在于：

分析加速度传感器的信号获得步数和相应的信号峰谷值；

分析GPS位置信息获得移动所述步数产生的距离；

根据所述步数和所述距离计算步幅，步幅＝距离/步数；

建立所述步幅与所述信号峰谷值的对应关系；

判断当前的GPS信号是否有效；

若是，按周期更新所述对应关系，或者动态更新所述对应关系；

若否，实时获取并分析加速度传感器的信号获得实时信号峰谷值；根据所述对应关系，获取与所述实时信号峰谷值相应的步幅；

所述分析GPS位置信息获得移动所述步数产生的距离之前，还包括：

分析所述GPS位置信息获得方位角变化量；

根据所述方位角变化量，判断移动所述步数产生的GPS轨迹是否平滑；

若是，分析GPS位置信息获得移动所述步数产生的距离。

2.根据权利要求1所述的步幅估算方法，其特征在于，分析加速度传感器的信号获得步数和相应的信号峰谷值，包括：

分析加速度传感器的信号，获得步数和每一步的信号峰谷值；

计算平均信号峰谷值；

相应的，建立所述步幅与所述信号峰谷值的对应关系，具体为：

建立所述步幅与所述平均信号峰谷值的对应关系。

3.根据权利要求1所述的步幅估算方法，其特征在于，分析GPS位置信息获得移动所述步数产生的距离，包括：

所述步数大于或等于预设步数时，分析GPS位置信息，获得移动所述预设步数产生的距离。

4.一种步幅估算装置，其特征在于，包括：加速度传感器、GPS模块和处理单元；

所述加速度传感器用于获取用户运动的信号；

所述GPS模块用于获取GPS位置信息；

所述处理单元包括：

步数分析模块，用于分析所述加速度传感器的信号获得步数和相应的信号峰谷值；

GPS分析模块，用于分析GPS位置信息获得移动所述步数产生的距离；

步幅计算模块，用于根据所述步数和所述距离计算步幅，步幅＝距离/步数；

映射模块，用于建立所述步幅与所述信号峰谷值的对应关系，还用于在确定当前的GPS信号有效时，按周期更新所述对应关系，或者动态更新所述对应关系；

步幅解析模块，用于在建立所述步幅与所述信号峰谷值的对应关系之后、当前的GPS信号无效时，实时获取并分析加速度传感器的信号获得实时信号峰谷值；根据所述对应关系，获取与所述实时信号峰谷值相应的步幅；

所述GPS分析模块还用于：在分析GPS位置信息获得移动所述步数产生的距离之后，

分析所述GPS位置信息获得方位角变化量；

根据所述方位角变化量，判断移动所述距离产生的GPS轨迹是否平滑；

若是，分析GPS位置信息获得移动所述步数产生的距离。

5.根据权利要求4所述的步幅估算装置，其特征在于，所述步数分析模块具体用于：

分析加速度传感器的信号，获得步数和每一步的信号峰谷值；计算平均信号峰谷值；

相应的，所述GPS分析模块具体用于：

所述步数大于或等于预设步数时，分析GPS位置信息，获得移动预设步数产生的距离；

相应的，所述映射模块具体用于：

建立所述步幅与所述平均信号峰谷值的对应关系。

6.根据权利要求4所述的步幅估算装置，其特征在于：

所述加速度传感器、所述GPS模块和所述步幅解析模块设置在智能穿戴设备上，所述处理单元设置在与所述智能穿戴设备绑定的智能终端上；

所述智能终端用于与服务器通过无线网络连接，将所述对应关系上传并保存在所述服务器中；

所述步幅解析模块还用于，通过所述智能终端从服务器获取所述对应关系；

或者，所述加速度传感器、所述GPS模块、所述步幅解析模块和所述处理单元设置在智能穿戴设备上，所述对应关系保存在所述智能穿戴设备上。

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