CN109045575A - 基于非接触式生理参数测量的智能跑步机 - Google Patents
基于非接触式生理参数测量的智能跑步机 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种基于非接触式生理参数测量的智能跑步机，在跑步机上安装非接触式传感器，利用非接触式传感器测量获得运动者的生理参数，利用运动者的生理参数，根据预设的运动模式控制跑步机的运行速度和坡度，运动者的生理参数至少包括心率和呼吸率。本发明能够根据实时检测的跑步者的生理参数，调整跑步机的运行速度和坡度，实现不同的运动模式，提高跑步机的健身效果，并能保障跑步者的生命安全。
Description
技术领域
本发明涉及智能跑步机，尤其是一种能够根据实时测量获得的运动者生理参数和设定的运动目标动态调整运行参数的跑步机。
背景技术
跑步运动是目前国际上流行并被医学界和体育界给予很高评价的有氧代谢健身活动，被称为保持一个人身心最有效、最科学的健身方式，在加强肢体肌肉和骨骼功能、提高心肺功能和减肥等各方面都有明显效果。
跑步机是家庭或健身房等室内健身设备中较为流行的一种锻炼器材，已有技术中，机械式跑步机功能单一，仅为重复的机械运动，不能实时反映训练者的运动参数，也不能针对训练者的运动能力进行调整，训练时缺乏科学性及安全性；电动跑步机采用电动马达通过传动装置带动跑步带移动，是将跑步机速度作为控制对象，但其并未顾及人的因素，比如：运动者的健康状况和运动时的身体状况等因此；另一方面，跑步者在运动中调整速度需要通过按键来操作实现，这给运动中的锻炼者带来安全隐患。
针对电动跑步机不便调速以及无法按照运动者健康状态科学安排训练等问题，已经出现一些解决方法，包括基于锻炼者的步频和步幅来调节跑步机速度、实时监测运动者的落脚点前方和后方的跑步带张力、基于张力控制相应的电流信号从而调节跑步机的速度，以及通过检测人体运动手势，调节跑步机速度。这些调整方式都是根据人的外在运动状态进行判断和调整；但是由于个体存在较大差异，人的外在运动状态并不能准确反映健身效果，如果在运动者外在运动状态没有太大变化，但是心率或者呼吸率已经过快时，若跑步机不能及时降速可能存在危险性。
研究表明，人的生理参数相比于外在运动状态更能健康合理地反映人的运动状况。已有在公开号为CN107349560A的专利申请文件中，公开了“一种基于控制器自动调整变速的跑步机”，其通过设置穿戴设备实时采集人体生理参数信息并依据这些生理参数实时调整跑步机功率，在保证运动效果的前提下，防止用户运动过量，保护用户的健康安全；在公开号为CN101708360B的专利申请文件中，公开了一种“电动跑步机按照健身者心率自动控制速度和坡度的方法”，其通过无线心率测定发射器，按照健身者心率自动调节跑步机速度。但相关技术方案存在如下问题：
采用接触式设备实时测量人体生理参数，接触式设备根据与人体接触方式的不同分为耳夹式、手握式和穿戴式的不同方式，其中耳夹式与穿戴式测量方法的传感器容易受设备与人体接触的的紧密程度、脂肪的厚度，还有皮肤的颜色的影响从而产生较大误差，设备与身体长期接触会对身体造成不适，需要清洗以保持清洁；手握式在测量时手必须握住扶手，手掌的光滑度、汗水，以及皮肤的厚度都会影响测量结果；接触式设备还存在使用上的局限性，比如，皮肤有创伤者不便实用，一些人并不接受使用接触式设备的形式。
人的运动能力存在差异性，现有技术中针对相关的运动者生理参数统一设置阈值显然存在不合理性，另一方面，现有技术中仅仅考虑运动者的心率，忽视运动者呼吸率的速度调节方式并不符合运动科学理论，在跑步运动中，有效控制跑步时的呼吸率才能达到科学锻炼的效果。
发明内容
本发明是为避免上述现有技术所存在的不足，提供一种基于非接触式生理参数测量的智能跑步机，以期能够根据实时检测的跑步者的生理参数，调整跑步机的运行速度和坡度，实现不同的运动模式，提高跑步机的健身效果，并能保障跑步者的生命安全。
本发明为解决技术问题采用如下技术方案：
本发明基于非接触式生理参数测量的智能跑步机的特点是：在跑步机上安装非接触式传感器，利用所述非接触式传感器测量获得运动者的生理参数，利用所述运动者的生理参数，根据预设的运动模式控制跑步机的运行速度和坡度，所述运动者的生理参数至少包括心率和呼吸率。
本发明基于非接触式生理参数测量的智能跑步机的特点也在于：
所述运动模式包括针对不同运动目标的热身运动模式、放松运动模式、减肥运动模式、心肺锻炼运动模式和自定义训练运动模式；
所述运动模式设置为单一的基准工作模式，或是由几种基准工作模式及过渡工作模式构成的组合工作模式；所述自定义训练运动模式是由用户自由设定的组合工作模式；
所述基准工作模式由运动时间、目标心率范围和目标呼吸率范围所确定；
所述过渡工作模式是指跑步机由一种基准工作模式到另一种基准工作模式的过渡工作状态。
本发明基于非接触式生理参数测量的智能跑步机的特点也在于：设置跑步机的控制过程为：
步骤1、设置跑步机为测试工作模式，由用户选择运动模式并输入运动者基本信息，所述基本信息包括：运动者年龄、性别、身高和体重，由式(1)确定运动者的最大心率HRmax，并测定运动者的静息心率HRrest；根据用户所选择的运动模式及用户基本信息，确定各基准工作模式和过渡工作模式，并建立基准工作模式和过渡工作模式关于运动者的心率和呼吸率与跑步机速度和坡度的线性回归模型，完成测试；
HRmax＝220-运动者年龄(1)，
所述静息心率HRrest是指运动者保持安静时的稳定心率；
所述基准工作模式和过渡工作模式是由目标生理参数范围和运行时间所确定，将运动者的心率区间(HRmin,HRmax)等分成N段，HRmin＝max[HRrest,HRmax×0.4]，则：
基准工作模式下目标生理参数范围为：根据需要选定N段心率区间中的一个心率区间作为基准工作模式目标心率范围A1；基准工作模式目标呼吸率范围是指：运动者在跑步机上运动并自然呼吸，跑步机逐渐提速，直到运动者的心率分别稳定在基准工作模式目标心率范围A1的两个端点心率值，对应于两个端点心率值时的稳定呼吸状态下的两个呼吸率值构成基准工作模式目标呼吸率范围B1；
过渡工作模式下目标生理参数范围为：过渡工作模式目标心率范围A2的两个端点心率值一一对应为两个相邻基准工作模式心率区间的中点心率值；过渡工作模式目标呼吸率范围是指：运动者在跑步机上运动并自然呼吸，跑步机逐渐提速，直到运动者的心率分别稳定在过渡工作模式目标心率范围A2的两个端点心率值，对应于两个端点心率值时的稳定呼吸状态下的两个呼吸率值构成过渡工作模式目标呼吸率范围B2；
步骤2：跑步机开启用户选择的运动模式，所述运动模式是由多种基准工作模式和过渡工作模式组合构成；
所述基准工作模式是指，跑步机依据运动者的心率差值和呼吸率差值、根据所述线性回归模型调整跑步机速度和坡度，使运动者实时测得的心率和呼吸率维持在当前基准工作模式下目标生理参数范围内；
所述过渡工作模式是指：跑步机依据运动者的心率差值和呼吸率差值、根据所述线性回归模型调整跑步机速度和坡度，使运动者的心率值和呼吸率值分别达到下一基准工作模式的目标心率范围和目标呼吸率范围的中值；
所述心率差值和呼吸率差值是指由非接触式传感器实时测得的心率和呼吸率与相应的目标心率范围和目标呼吸率范围的差值。
本发明基于非接触式生理参数测量的智能跑步机的特点也在于：按如下方式建立线性回归模型：
所述线性回归模型是由一系列分段函数构成，各分段函数与各基准工作模式及过渡工作模式一一对应，各个分段函数由相应的目标心率范围和目标呼吸率范围以及相应的测试数据所确定；所述测试数据是指：运动者分别按照不同的速度档位和坡度档位在跑步机上进行运动，当心率和呼吸率达到稳定状态时，实时检测并记录生理参数、跑步机速度和坡度。
所述各分段函数由式(2)所表征：
式(2)中，X1为实时测得的运动者的心率参数，X2为实时测得的运动者的呼吸率参数,Y1为跑步机速度,Y2为跑步机坡度；ai，bi和ci均为常数，ai和bi不全为0，i＝1，2；
在测试工作模式下，首先分别设置跑步机速度Y1和跑步机坡度Y2，待心率和呼吸率稳定时，实时测得运动者的心率和呼吸率，利用式(2)获得各常数ai，bi和ci，由此确定由式(2)所表征的线性回归模型。
本发明基于非接触式生理参数测量的智能跑步机的特点也在于：对于跑步机速度和坡度的调整，优先调整跑步机速度，若是单纯调整跑步机速度不能达到目标心率范围和目标呼吸率范围，则增加调整跑步机坡度。
本发明基于非接触式生理参数测量的智能跑步机的特点也在于：利用非接触式传感器实时检测获得跑步者在跑步过程中的心率值和呼吸率值，根据心率差值和呼吸率差值判断跑步者的呼吸方式是否合理，若不合理，则通过语音提示跑步者调整呼吸；在实测的呼吸率达到预设危险值时，跑步机发出语音警告，并降速。
本发明基于非接触式生理参数测量的智能跑步机的特点也在于：利用非接触式传感器测量跑步者的生理参数的方法，包括基于非接触式并能同时测量心率和呼吸率的任何方法；包括基于摄像头的rPPG方法、基于Doppler效应的微波雷达测量方法，以及基于热红外成像的热红外传感器的测量方法。
与已有技术相比，本发明有益效果体现在：
1、本发明针对运动者生理参数的测量基于非接触式传感器，可以实现远程实时监测和控制，对训练者不造成任何干扰，安全可靠。
2、在运动科学理论中，运动中正确合理地呼吸不仅能提高运动表现，还能减轻疲劳、减少运动损伤的发生。本发明正是基于这样的科学理论，将呼吸率共同作为监测参数，控制运动者的呼吸率进而使跑步机真正达到科学锻炼的效果。
3、本发明根据测试数据建立关于运动者的心率、呼吸率与跑步机速度和坡度的线性回归模型，并根据线性回归模型进行运动调节，使跑步机的调整能够针对不同的运动者制定相适应的运动目标，并提供相适合应的科学运动方案，达到个人定制化锻炼的目的。
附图说明
图1为本发明中跑步机示意图；
图2为本发明中减肥运动模式流程；
具体实施方式
本实施例基于非接触式生理参数测量的智能跑步机，在跑步机上安装非接触式传感器，利用非接触式传感器测量获得运动者的生理参数，利用运动者的生理参数，根据预设的运动模式控制跑步机的运行速度和坡度，运动者的生理参数至少包括心率和呼吸率。
运动模式包括针对不同运动目标的热身运动模式、放松运动模式、减肥运动模式、心肺锻炼运动模式和自定义训练运动模式；
运动模式设置为单一的基准工作模式，或是由几种基准工作模式及过渡工作模式构成的组合工作模式；自定义训练运动模式是由用户自由设定的组合工作模式；
基准工作模式由运动时间、目标心率范围和目标呼吸率范围所确定；
过渡工作模式是指跑步机由一种基准工作模式到另一种基准工作模式的过渡工作状态。
具体实施中，设置跑步机的控制过程为：
步骤1、设置跑步机为测试工作模式，由用户选择运动模式并输入运动者基本信息，基本信息包括：运动者年龄、性别、身高和体重，由式(1)确定运动者的最大心率HRmax，并测定运动者的静息心率HRrest；根据用户所选择的运动模式及用户基本信息，确定各基准工作模式和过渡工作模式，并建立基准工作模式和过渡工作模式关于运动者的心率和呼吸率与跑步机速度和坡度的线性回归模型，完成测试；
HRmax＝220-运动者年龄 (1)，
静息心率HRrest是指运动者保持安静时的稳定心率；
基准工作模式和过渡工作模式是由目标生理参数范围和运行时间所确定，将运动者的心率区间(HRmin,HRmax)等分成N段，HRmin＝max[HRrest,HRmax×0.4]，则：
基准工作模式下目标生理参数范围为：根据需要选定N段心率区间中的一个心率区间作为基准工作模式目标心率范围A1；基准工作模式目标呼吸率范围是指：运动者在跑步机上运动并自然呼吸，跑步机逐渐提速，直到运动者的心率分别稳定在基准工作模式目标心率范围A1的两个端点心率值，对应于两个端点心率值时的稳定呼吸状态下的两个呼吸率值构成基准工作模式目标呼吸率范围B1。
过渡工作模式下目标生理参数范围为：过渡工作模式目标心率范围A2的两个端点心率值一一对应为两个相邻基准工作模式心率区间的中点心率值；过渡工作模式目标呼吸率范围是指：运动者在跑步机上运动并自然呼吸，跑步机逐渐提速，直到运动者的心率分别稳定在过渡工作模式目标心率范围A2的两个端点心率值，对应于两个端点心率值时的稳定呼吸状态下的两个呼吸率值构成过渡工作模式目标呼吸率范围B2。
步骤2：跑步机开启用户选择的运动模式，运动模式是由多种基准工作模式和过渡工作模式组合构成；
基准工作模式是指，跑步机依据运动者的心率差值和呼吸率差值、根据线性回归模型调整跑步机速度和坡度，使运动者实时测得的心率和呼吸率维持在当前基准工作模式下目标生理参数范围内；
过渡工作模式是指：跑步机依据运动者的心率差值和呼吸率差值、根据线性回归模型调整跑步机速度和坡度，使运动者的心率值和呼吸率值分别达到下一基准工作模式的目标心率范围和目标呼吸率范围的中值；心率差值和呼吸率差值是指由非接触式传感器实时测得的心率和呼吸率与相应的目标心率范围和目标呼吸率范围的差值。
具体实施中，按如下方式建立线性回归模型：
线性回归模型是由一系列分段函数构成，各分段函数与各基准工作模式及过渡工作模式一一对应，各个分段函数由相应的目标心率范围和目标呼吸率范围以及相应的测试数据所确定；测试数据是指：运动者分别按照不同的速度档位和坡度档位在跑步机上进行运动，当心率和呼吸率达到稳定状态时，实时检测并记录生理参数、跑步机速度和坡度。
各分段函数由式(2)所表征：
式(2)中，X1为实时测得的运动者的心率参数，X2为实时测得的运动者的呼吸率参数,Y1为跑步机速度,Y2为跑步机坡度；ai，bi和ci均为常数，ai和bi不全为0，i＝1，2；
在测试工作模式下，首先分别设置跑步机速度Y1和跑步机坡度Y2，待心率和呼吸率稳定时，实时测得运动者的心率和呼吸率，利用式(2)获得各常数ai，bi和ci，由此确定由式(2)所表征的线性回归模型。
对于跑步机速度和坡度的调整，优先调整跑步机速度，若是单纯调整跑步机速度不能达到目标心率范围和目标呼吸率范围，则增加调整跑步机坡度。
利用非接触式传感器实时检测获得跑步者在跑步过程中的心率值和呼吸率值，根据心率差值和呼吸率差值判断跑步者的呼吸方式是否合理，若不合理，则通过语音提示跑步者调整呼吸；在实测的呼吸率达到预设危险值时，跑步机发出语音警告，并降速。
利用非接触式传感器测量跑步者的生理参数的方法，包括基于非接触式并能同时测量心率和呼吸率的任何方法；包括基于摄像头的rPPG方法、基于Doppler效应的微波雷达测量方法，以及基于热红外成像的热红外传感器的测量方法。
基于摄像头的rPPG方法测量人体生理参数：是针对运动者的脸部和胸部获得一段视频信号，在视频信号中截取一定帧数的视频图像，从视频图像中选择设定区域，并从设定区域中随机选取设定大小的patch，将每幅图patch的RGB通道像素均值做为输入信号，通过盲源分离的方法得到所需的心率和呼吸率信号，以此计算获得对应的心率值和呼吸率值；重复这样的过程，最后通过投票的方式筛选得到频次最多的心率值和呼吸率值作为运动者的生理参数。
基于Doppler效应的微波雷达测量方法：通过探测由于心脏和肺部的运动引起的胸壁的细微运动，从而得到心肺信号。其原理是通过Doppler雷达和数字信号处理DSP技术测量传输信号和接收到的从感兴趣区域表面反射出来的雷达信号之间的频移来提取心肺信号中的生理信号。
基于热红外成像的热红外传感器的测量方法：是一种无源测量技术，可用于探测人体在红外IR电磁谱范围内发射的辐射从而提取心肺信号，热成像技术可以感受到心肺活动所产生的两种生理效应。第一个生理效应与心脏活动有关，主动脉的脉动血流引起轻微的热变化，这种信号可以被热摄像相机所捕捉到从而得到心率信号。第二种生理效应与呼吸活动有关，热摄像机可以通过探测鼻孔附近的小温度变化来提取呼吸信号。
参见图1所示跑步机示意图，包括一个摄像头1，运动者2，视频处理装置3，调速装置4。摄像头1为非接触式生理参数测量传感器，用来采集运动者面部视频，运动者2为在跑步机上锻炼的用户，视频处理装置3用来从运动者面部视频中提取生理参数，调速装置4用来调节跑步机速度和坡度，其中调速装置4可以是任何已知的跑步机调速装置。
由摄像头1基于非接触式测量方法捕捉运动者2的面部视频，由摄像头1捕捉的面部视频经过视频处理装置3得到运动者2的生理参数，调速装置4按照用户选择的运动模式为用户设计一套科学的运动方案，并根据视频处理装置3得到的用户生理参数数据，不断调节跑步机速度和坡度使运动者2生理参数满足各基准工作模式及过渡工作模式需求，在跑步机达到总运行时间时停止运动。跑步机能够根据用户运动目的，为用户设计出科学健康的运动方案，不仅能满足用户多样化的需求，还能保障用户的运动安全。
图2所示为减肥运动模式流程图，运动者使用跑步机进行减肥训练，过程如下：
第一步：跑步机先进入测试工作模式，用户选择减肥运动模式并输入运动者基本信息，跑步机由此确定运动者的最大心率，HRmax＝180，HRrest＝60，获得运动者的心率区间，并将心率区间等分后确定5个基准工作模式和4个过渡工作模式。
基准工作模式对应的目标心率范围分别为：(60,80)，(80,100)，(100,120)，(100,80)和(80,60)，过渡模式相应的目标心率范围为：(70,90)，(90,110)，(110,90)和(90,70)；相应的目标呼吸率范围测量方法为：运动者在跑步机上运动，跑步机速度缓慢增加，运动者心率逐渐提高，当运动者实时测得的心率达到目标心率范围的上下限，比如说此时实时测得的心率达到80左右，那么跑步机保持速度不变，待心率稳定在80左右，实时测得的呼吸率也稳定不变时，记录下此时的呼吸率为R1；同样的方法得到训练者实时测得的心率稳定在100，120附近时，记录运动者呼吸率稳定时实时测量的呼吸率值并分别标记为R2和R3，因为HRrest＝60，此时只要测安静状态下呼吸率即可标记为R0。从而目标呼吸率范围分别是(R0,R1)，(R1,R2)，(R2,R3)，(R2,R1)和(R1,R0)。每一个目标心率范围对应一个分段函数，每一个分段函数由式(2)所表征：
求解分段函数方法为：让运动者在跑步机上运动，跑步机速度逐渐增加，默认跑步机坡度Y2为0，当只靠改变速度无法达到目标心率范围时，再改变坡度。待心率稳定在目标心率范围时，比如说(80，100)，呼吸率稳定在相应目标呼吸率范围时，实时测得运动者的生理参数X。选择3组不同的心率、呼吸率实时测量值，以及相应跑步机速度Y1和跑步机坡度Y2值作为测试数据，并用式(2)获得常数ai，bi，ci，i＝1，2。总共需要27组数据得到所有分段函数参数，从而得到最终的线性回归模型，完成并退出测试过程。
第2步：跑步机开启用户选择的减肥运动模式，总运动时间为1h，各基准工作模式与过渡工作模式的运行时间由总运行时间确定。
基准工作模式：调节跑步机速度与坡度，使生理参数稳定在目标生理参数范围内，在稳定状态下，即实时测得的生理参数几乎不变的情况下，基准工作模式下实际测得的生理参数为目标生理参数范围中值。其中，基准工作模式一、二、三、四和基准工作模式五的运行时间分别为2、3、40、3和2分钟。基准工作模式一和二的总时间为5分钟，它对应用户实际运动中热身的过程，能够防止肌肉损伤，并充分暖身，基准工作模式三对应目标心率范围为(100,120)，持续时长40分钟，这一段是能有效燃烧脂肪的部分，属于有氧运动，持续时间超过30分钟能够有效减肥，基准工作模式四和五总时间为5分钟，它对应用户用于放松的过程，能够有效保证运动质量防止运动损伤。
过渡工作模式一、二、三和四的运行时间分别为2、3、3和2分钟，目标呼吸率范围分别为：(R4,R5)，(R5,R6)、(R6,R5)、(R5,R4)。过渡工作模式一代表运动者从基准工作模式一到基准工作模式二的过渡，最后目的是使实际测量的心率从稳定状态下基准工作模式一的目标生理参数范围中值(目标心率范围中值70和目标呼吸率范围中值R4)，过渡到下一基准工作模式目标生理参数范围中值(目标心率范围中值90和目标呼吸率范围中值R5)。剩下的过渡工作模式工作方法同上所述。
过渡工作模式一和二实际代表运动者从开始的热身到正式开始有氧燃脂运动的过渡，而过渡工作模式三和四代表运动者从有氧燃脂运动到最后放松的过渡。
Claims (7)
1.一种基于非接触式生理参数测量的智能跑步机，其特征是：
在跑步机上安装非接触式传感器，利用所述非接触式传感器测量获得运动者的生理参数，利用所述运动者的生理参数，根据预设的运动模式控制跑步机的运行速度和坡度，所述运动者的生理参数至少包括心率和呼吸率。
2.根据权利要求1所述的基于非接触式生理参数测量的智能跑步机，其特征是：
所述运动模式包括针对不同运动目标的热身运动模式、放松运动模式、减肥运动模式、心肺锻炼运动模式和自定义训练运动模式；
所述运动模式设置为单一的基准工作模式，或是由几种基准工作模式及过渡工作模式构成的组合工作模式；所述自定义训练运动模式是由用户自由设定的组合工作模式；
所述基准工作模式由运动时间、目标心率范围和目标呼吸率范围所确定；
所述过渡工作模式是指跑步机由一种基准工作模式到另一种基准工作模式的过渡工作状态。
3.根据权利要求1所述基于非接触式生理参数测量的智能跑步机，其特征是：设置跑步机的控制过程为：
步骤1、设置跑步机为测试工作模式，由用户选择运动模式并输入运动者基本信息，所述基本信息包括：运动者年龄、性别、身高和体重，由式(1)确定运动者的最大心率HRmax，并测定运动者的静息心率HRrest；根据用户所选择的运动模式及用户基本信息，确定各基准工作模式和过渡工作模式，并建立基准工作模式和过渡工作模式关于运动者的心率和呼吸率与跑步机速度和坡度的线性回归模型，完成测试；
HRmax＝220-运动者年龄 (1)，
所述静息心率HRrest是指运动者保持安静时的稳定心率；
所述基准工作模式和过渡工作模式是由目标生理参数范围和运行时间所确定，将运动者的心率区间(HRmin,HRmax)等分成N段，HRmin＝max[HRrest,HRmax×0.4]，则：
基准工作模式下目标生理参数范围为：根据需要选定N段心率区间中的一个心率区间作为基准工作模式目标心率范围A1；基准工作模式目标呼吸率范围是指：运动者在跑步机上运动并自然呼吸，跑步机逐渐提速，直到运动者的心率分别稳定在基准工作模式目标心率范围A1的两个端点心率值，对应于两个端点心率值时的稳定呼吸状态下的两个呼吸率值构成基准工作模式目标呼吸率范围B1；
过渡工作模式下目标生理参数范围为：过渡工作模式目标心率范围A2的两个端点心率值一一对应为两个相邻基准工作模式心率区间的中点心率值；过渡工作模式目标呼吸率范围是指：运动者在跑步机上运动并自然呼吸，跑步机逐渐提速，直到运动者的心率分别稳定在过渡工作模式目标心率范围A2的两个端点心率值，对应于两个端点心率值时的稳定呼吸状态下的两个呼吸率值构成过渡工作模式目标呼吸率范围B2；
步骤2：跑步机开启用户选择的运动模式，所述运动模式是由多种基准工作模式和过渡工作模式组合构成；
所述基准工作模式是指，跑步机依据运动者的心率差值和呼吸率差值、根据所述线性回归模型调整跑步机速度和坡度，使运动者实时测得的心率和呼吸率维持在当前基准工作模式下目标生理参数范围内；
所述过渡工作模式是指：跑步机依据运动者的心率差值和呼吸率差值、根据所述线性回归模型调整跑步机速度和坡度，使运动者的心率值和呼吸率值分别达到下一基准工作模式的目标心率范围和目标呼吸率范围的中值；
所述心率差值和呼吸率差值是指由非接触式传感器实时测得的心率和呼吸率与相应的目标心率范围和目标呼吸率范围的差值。
4.根据权利要求3所述基于非接触式生理参数测量的智能跑步机，其特征是按如下方式建立线性回归模型：
所述线性回归模型是由一系列分段函数构成，各分段函数与各基准工作模式及过渡工作模式一一对应，各个分段函数由相应的目标心率范围和目标呼吸率范围以及相应的测试数据所确定；所述测试数据是指：运动者分别按照不同的速度档位和坡度档位在跑步机上进行运动，当心率和呼吸率达到稳定状态时，实时检测并记录生理参数、跑步机速度和坡度。
所述各分段函数由式(2)所表征：
式(2)中，X1为实时测得的运动者的心率参数，X2为实时测得的运动者的呼吸率参数,Y1为跑步机速度,Y2为跑步机坡度；ai，bi和ci均为常数，ai和bi不全为0，i＝1，2；
在测试工作模式下，首先分别设置跑步机速度Y1和跑步机坡度Y2，待心率和呼吸率稳定时，实时测得运动者的心率和呼吸率，利用式(2)获得各常数ai，bi和ci，由此确定由式(2)所表征的线性回归模型。
5.根据权利要求3所述基于非接触式生理参数测量的智能跑步机，其特征是：对于跑步机速度和坡度的调整，优先调整跑步机速度，若是单纯调整跑步机速度不能达到目标心率范围和目标呼吸率范围，则增加调整跑步机坡度。
6.根据权利要求1所述基于非接触式生理参数测量的智能跑步机，其特征是：利用非接触式传感器实时检测获得跑步者在跑步过程中的心率值和呼吸率值，根据心率差值和呼吸率差值判断跑步者的呼吸方式是否合理，若不合理，则通过语音提示跑步者调整呼吸；在实测的呼吸率达到预设危险值时，跑步机发出语音警告，并降速。
7.根据权利要求1所述基于非接触式生理参数测量的智能跑步机，其特征是：利用非接触式传感器测量跑步者的生理参数的方法，包括基于非接触式并能同时测量心率和呼吸率的任何方法；包括基于摄像头的rPPG方法、基于Doppler效应的微波雷达测量方法，以及基于热红外成像的热红外传感器的测量方法。
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