CN109870172B

CN109870172B - 计步检测方法、装置、设备及存储介质

Info

Publication number: CN109870172B
Application number: CN201910137253.6A
Authority: CN
Inventors: 王周红; 张弢; 陈辞; 卢志豪; 高民
Original assignee: Guangzhou HKUST Fok Ying Tung Research Institute
Current assignee: Guangzhou HKUST Fok Ying Tung Research Institute
Priority date: 2019-02-25
Filing date: 2019-02-25
Publication date: 2020-12-18
Anticipated expiration: 2039-02-25
Also published as: CN109870172A

Abstract

本发明公开了一种计步检测方法、装置、设备及存储介质，该方法通过获取当前时刻加速度传感器输出的加速度数据；对加速度数据进行恒定化处理，获得平滑的加速度数据；通过预设的带通滤波器对平滑的加速度数据进行滤波处理，获得滤波后的加速度数据；判断滤波后的加速度数据是否符合预设的计数条件；其中，预设的计数条件为连续的两个时刻对应的加速度数据z轴分量值的乘积小于预设阈值；当滤波后的加速度数据符合预设的计数条件时，进行计数，通过对加速度传感器输出的加速度数据进行恒定化处理，能够适用加速度在较大范围内变化的情况，有效地提高计步检测的实时性和抗干扰性，从而提高计步检测的准确性。

Description

计步检测方法、装置、设备及存储介质

技术领域

本发明涉及定位技术领域，尤其涉及一种计步检测方法、装置、设备及存储介质。

背景技术

利用设备内置加速度传感器来对设备携带者进行步伐检测并计步的应用非常广泛，比如各种智能手表普遍具有此功能，大部分智能手机也具备此项功能，市面上更有一些专用的计步器设备出现。

利用设备内置加速度传感器来对设备携带者进行计步，通常有两种方案，第一种是延迟处理，在收集到一段时间的数据后，整体对该时间段的数据处理，利用数据在时间上的分布，以及数据的时间关联性，以及动作的关联性，通过机器学习的方法对既有模式进行学习，产生合理的模型，实现计步。另外一种是实时处理方法，加速度传感器在在携带者动作发生变化时，可以产生加速度波形的变化，将该变化与携带者动作对应起来，即实时检测加速度波形，进而实时计步。

但是，上述第一种方案是对某时间段的数据进行处理，即数据处理并非实时，实时性较差；上述第二种方案由于多种动作在加速度数据波形上的表现类似，并且消费类电子设备出于成本的考虑加速度传感器模块普遍采用价格低廉的设备，造成误差更大，抗干扰性较差。

发明内容

基于此，本发明提供了一种计步检测方法、装置、设备及存储介质，其能有效地提高计步检测的实时性和抗干扰性。

第一方面，本发明实施例提供了一种计步检测方法，包括以下步骤：

获取当前时刻加速度传感器输出的加速度数据；

对所述加速度数据进行恒定化处理，获得平滑的加速度数据；

通过预设的带通滤波器对平滑的加速度数据进行滤波处理，获得滤波后的加速度数据；

判断滤波后的加速度数据是否符合预设的计数条件；其中，所述预设的计数条件为连续的两个时刻对应的加速度数据z轴分量值的乘积小于预设阈值；

当滤波后的加速度数据符合预设的计数条件时，进行计数；

所述对所述加速度数据进行恒定化处理，获得平滑的加速度数据，具体包括：

采用线性插值法对所述加速度数据进行插值，获得平滑的加速度数据；

所述采用线性插值法对所述加速度数据进行插值，获得平滑的加速度数据，具体包括：

当当前时刻与上一时刻的差值大于预设插值阈值时，在当前时刻与上一时刻之间插入加速度数据；其中，插入加速度数据的时间戳＝T0+N；插入的加速度数据＝(V1-V0)ⅹN/(T1-T0)+V0；T1表示当前时刻，V1表示当前时刻对应的加速度数据，T0表示上一时刻，V0表示上一时刻对应的加速度数据，N表示预设插值阈值；

当当前时刻与上一时刻的差值小于预设插值阈值时，剔除当前时刻的加速度数据；

当当前时刻与上一时刻的差值等于预设插值阈值时，保留当前时刻的加速度数据。

优选地，所述判断滤波后的加速度数据是否符合预设的计数条件，具体包括：

当当前时刻与上一时刻的差值大于预设插值阈值时，判断插入的加速度数据与上一时刻的加速度数据的z轴分量值的乘积是否小于预设阈值；并当插入的加速度数据与上一时刻的加速度数据的z轴分量值的乘积小于预设阈值时，确定符合预设的计数条件；

当当前时刻与上一时刻的差值等于预设插值阈值时，判断当前时刻的加速度数据与上一时刻的加速度数据的z轴分量值的乘积是否小于预设阈值；并当当前时刻的加速度数据与上一时刻的加速度数据的z轴分量值的乘积小于预设阈值时，确定符合预设的计数条件。

优选地，所述方法还包括以下带通滤波器构造步骤：

根据预设的滤波系数，构造带通滤波器；其中，所述带通滤波器的截止频率为1Hz和2.5Hz。

第二方面，本发明实施例提供了一种计步检测装置，包括：

加速度获取模块，用于获取当前时刻加速度传感器输出的加速度数据；

恒定化处理模块，用于对所述加速度数据进行恒定化处理，获得平滑的加速度数据；

滤波处理模块，用于通过预设的带通滤波器对平滑的加速度数据进行滤波处理，获得滤波后的加速度数据；

计数判断模块，用于判断滤波后的加速度数据是否符合预设的计数条件；其中，所述预设的计数条件为连续的两个时刻对应的加速度数据z轴分量值的乘积小于预设阈值；

计数模块，用于当滤波后的加速度数据符合预设的计数条件时，进行计数；

所述恒定化处理模块包括：

插值单元，用于采用线性插值法对所述加速度数据进行插值，获得平滑的加速度数据；

所述插值单元包括：

加速度插入单元，用于当当前时刻与上一时刻的差值大于预设插值阈值时，在当前时刻与上一时刻之间插入加速度数据；其中，插入加速度数据的时间戳＝T0+N；插入的加速度数据＝(V1-V0)ⅹN/(T1-T0)+V0；T1表示当前时刻，V1表示当前时刻对应的加速度数据，T0表示上一时刻，V0表示上一时刻对应的加速度数据，N表示预设插值阈值；

加速度剔除单元，用于当当前时刻与上一时刻的差值小于预设插值阈值时，剔除当前时刻的加速度数据；

加速度保留单元，用于当当前时刻与上一时刻的差值等于预设插值阈值时，保留当前时刻的加速度数据。

第三方面，本发明实施例提供了一种计步检测设备，包括处理器、存储器以及存储在所述存储器中且被配置为由所述处理器执行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现第一方面所述的计步检测方法。

第四方面，本发明实施例提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质包括存储的计算机程序，其中，在所述计算机程序运行时控制所述计算机可读存储介质所在设备执行第一方面所述的计步检测方法。

相对于现有技术，本发明实施例具有如下有益效果：

通过获取当前时刻加速度传感器输出的加速度数据；对所述加速度数据进行恒定化处理，获得平滑的加速度数据；通过预设的带通滤波器对平滑的加速度数据进行滤波处理，获得滤波后的加速度数据；判断滤波后的加速度数据是否符合预设的计数条件；其中，所述预设的计数条件为连续的两个时刻对应的加速度数据z轴分量值的乘积小于预设阈值；当滤波后的加速度数据符合预设的计数条件时，进行计数，通过对加速度传感器输出的加速度数据进行恒定化处理，能够适用加速度在较大范围内变化的情况，有效地提高计步检测的实时性和抗干扰性，从而提高计步检测的准确性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明第一实施例提供的计步检测方法的流程示意图；

图2是本发明实施例提供的加速度数据插值的示意图；

图3是本发明第二实施例提供的计步检测装置的结构示意图；

图4是本发明第三实施例提供的计步检测设备的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参照图1，本发明第一实施例提供了一种计步检测方法，其可由计步检测设备来执行，并包括以下步骤：

S11：获取当前时刻加速度传感器输出的加速度数据；

加速度传感器在设备携带者的动作发生变化时，可以感测到当前时刻的加速度数据，一般来说，包括x,y,z三轴的加速度分量值。

S12：对所述加速度数据进行恒定化处理，获得平滑的加速度数据；

根据上一时刻对应的加速度数据以及当前时刻对应的加速度数据，对上一时刻和当前时刻之间的时间段进行恒定化处理，需要说明的是，本发明实施例不对加速度数据的恒定化处理方式不做任何限定，例如可以通过线性差值法对加速度数据的恒定化处理，又例如通过最小乘二法、三次指数平滑法等。通过对加速度数据进行恒定化处理，可以有效避免由于加速度传感器数据输出的加速度数据可能大幅度变化，或者由于操作系统及其应用的处理要求，传感器数据输出的加速度数据的采样频率可能大幅度变化，例如从每秒10个样本到每秒100个样本的大幅度变化，所带来的后续数据滤波处理的不便，使得输入到计步器之前的加速度数据为恒定值，适用于加速度传感器输出的加速度数据可较大范围内变化的情景。

S13：通过预设的带通滤波器对平滑的加速度数据进行滤波处理，获得滤波后的加速度数据；

在本发明实施例中，通过预设的带通滤波器对加速度数据进行数字滤波处理，去除干扰波形，提高抗干扰性。

S14：判断滤波后的加速度数据是否符合预设的计数条件；其中，所述预设的计数条件为连续的两个时刻对应的加速度数据z轴分量值的乘积小于预设阈值；

S15：当滤波后的加速度数据符合预设的计数条件时，进行计数。

本发明实施例中，步骤S14和S15可采用计步器执行，通过对加速度传感器输出的加速度数据进行恒定化处理，使得输入到计步器之前的加速度数据为恒定值，能够适用加速度在较大范围内变化的情况；同时通过预设的带通滤波器对加速度数据进行数字滤波处理，去除干扰波形，提高抗干扰性；通过对连续的两个时刻对应的加速度数据进行计数判断，可以提高实时性，从而有效提高计步检测的准确性。

在一种可选的实施例中，所述对所述加速度数据进行恒定化处理，获得平滑的加速度数据，具体包括：

采用线性插值法对所述加速度数据进行插值，获得平滑的加速度数据。

在一种可选的实施例中，所述采用线性插值法对所述加速度数据进行插值，获得平滑的加速度数据，具体包括：

当当前时刻与上一时刻的差值大于预设插值阈值时，在当前时刻与上一时刻之间插入加速度数据；

其中，插入加速度数据的时间戳＝T0+N；插入的加速度数据＝(V1-V0)ⅹN/(T1-T0)+V0；T1表示当前时刻，V1表示当前时刻对应的加速度数据，T0表示上一时刻，V0表示上一时刻对应的加速度数据，N表示预设插值阈值；

在本发明实施例中，所述预设的插值阈值为50ms。

如图2所示，假设当前时刻的加速度数据为V1，当前时刻的时间戳为T1,上一时刻的加速度数据为V0，上一时刻的时间戳为T0。

当T1-T0>50ms，则插入加速度数据，该插入的加速度数据为(V1-V0)ⅹ50/(T1-T0)+V0,时间戳为T0+50ms；

当T1-T0<50ms，则舍弃当前时刻的加速度数据为V1；

当T1-T0＝50ms，则不进行任何操作，直接使用当前时刻的加速度数据为V1。

在一种可选的实施例中，所述判断滤波后的加速度数据是否符合预设的计数条件，具体包括：

在本发明实施例中，例如，T0时刻的加速度数据为(0.1，0.2，0.5)，T0+80ms时刻的加速度数据为(-0.1，0.1，-0.2)，则在T0+50ms时刻插入值，其值根据计算公式(V1-V0)ⅹ50/(T1-T0)+V0计算所得，通过该公式计算插入的加速度数据为：(-0.125，-0.0625，-0.4375)，将该值插入到数据缓冲区中。

则连续的两个时刻，T0时刻和T0+50ms时刻的加速度数据的z轴分量值分别为0.5和-0.4375，其乘积小于0，确定产生一个计数，即计步器计数。

在一种可选的实施例中，所述方法还包括以下带通滤波器构造步骤：

在本发明实施例中，所述预设的滤波系数为：

var filter1to25at50hz＝[

-0.00868331738625167,

-0.00281935994810742,

-0.00283620174071117,

-0.00250768991491832,

-0.00179790389516092,

-0.000716919728262325,

0.000692711185756100,

0.00234179121345493,

0.00412333074914049,

0.00589285272443655,

0.00749969993475725,

0.00877894172772015,

0.00962269149842373,

0.00994153938983649,

0.00966378261817836,

0.00883840100294115,

0.00751801859529968,

0.00584526898045774,

0.00398928778908712,

0.00215769750280585,

0.000559210726540666,

-0.000618216471598856,

-0.00123179128643190,

-0.00120368229374989,

-0.000533890580899840,

0.000674109911503082,

0.00223907987608249,

0.00390195691851279,

0.00533849097203222,

0.00621165061009779,

0.00618366809924862,

0.00497745464625127,

0.00239479185071350,

-0.00163796765800328,

-0.00705280587105352,

-0.0136255848960293,

-0.0209837768438509,

-0.0286247148948028,

-0.0359412288773305,

-0.0422811919993904,

-0.0469905464323133,

-0.0494765763884226,

-0.0492660613312780,

-0.0460508167884474,

-0.0397360008851580,

-0.0304505930567507,

-0.0185625196346448,

-0.00465529784529705,

0.0105010765137949,

0.0260079086781106,

0.0409005746542444,

0.0542171334675495,

0.0650808900149999,

0.0727608365147878,

0.0767374483224153,

0.0727608365147878,

0.0650808900149999,

0.0542171334675495,

0.0409005746542444,

0.0260079086781106,

0.0105010765137949,

-0.00465529784529705,

-0.0185625196346448,

-0.0304505930567507,

-0.0397360008851580,

-0.0460508167884474,

-0.0492660613312780,

-0.0494765763884226,

-0.0469905464323133,

-0.0422811919993904,

-0.0359412288773305,

-0.0286247148948028,

-0.0209837768438509,

-0.0136255848960293,

-0.00705280587105352,

-0.00163796765800328,

0.00239479185071350,

0.00497745464625127,

0.00618366809924862,

0.00621165061009779,

0.00533849097203222,

0.00390195691851279,

0.00223907987608249,

0.000674109911503082,

-0.000533890580899840,

-0.00120368229374989,

-0.00123179128643190,

-0.000618216471598856,

0.000559210726540666,

0.00215769750280585,

0.00398928778908712,

0.00584526898045774,

0.00751801859529968,

0.00883840100294115,

0.00966378261817836,

0.00994153938983649,

0.00962269149842373,

0.00877894172772015,

0.00749969993475725,

0.00589285272443655,

0.00412333074914049,

0.00234179121345493,

0.000692711185756100,

-0.000716919728262325,

-0.00179790389516092,

-0.00250768991491832,

-0.00283620174071117,

-0.00281935994810742,

-0.00868331738625167

]；

该带通滤波器截至频率为1Hz和2.5Hz，由于设备携带者的步伐频率一般在1.2Hz到2.2Hz，利用该带通滤波器具有很好的数据滤波效果，进一步提高步伐检测的准确性。

相对于现有技术，本发明实施例具有如下有益效果：

请参阅图3，本发明第二实施例提供了一种计步检测装置，包括：

加速度获取模块1，用于获取当前时刻加速度传感器输出的加速度数据；

恒定化处理模块2，用于对所述加速度数据进行恒定化处理，获得平滑的加速度数据；

滤波处理模块3，用于通过预设的带通滤波器对平滑的加速度数据进行滤波处理，获得滤波后的加速度数据；

计数判断模块4，用于判断滤波后的加速度数据是否符合预设的计数条件；其中，所述预设的计数条件为连续的两个时刻对应的加速度数据z轴分量值的乘积小于预设阈值；

计数模块5，用于当滤波后的加速度数据符合预设的计数条件时，进行计数。

在一种可选的实施例中，所述恒定化处理模块2包括：

插值单元，用于采用线性插值法对所述加速度数据进行插值，获得平滑的加速度数据。

在一种可选的实施例中，所述插值单元包括：

加速度插入单元，用于当当前时刻与上一时刻的差值大于预设插值阈值时，在当前时刻与上一时刻之间插入加速度数据；

在一种可选的实施例中，所述计数判断模块4，用于当当前时刻与上一时刻的差值大于预设插值阈值时，判断插入的加速度数据与上一时刻的加速度数据的z轴分量值的乘积是否小于预设阈值；并当插入的加速度数据与上一时刻的加速度数据的z轴分量值的乘积小于预设阈值时，确定符合预设的计数条件；

所述计数判断模块4，用于当当前时刻与上一时刻的差值等于预设插值阈值时，判断当前时刻的加速度数据与上一时刻的加速度数据的z轴分量值的乘积是否小于预设阈值；并当当前时刻的加速度数据与上一时刻的加速度数据的z轴分量值的乘积小于预设阈值时，确定符合预设的计数条件。

在一种可选的实施例中，所述装置还包括滤波器构造模块，用于根据预设的滤波系数，构造带通滤波器；其中，所述带通滤波器的截止频率为1Hz和2.5Hz。

需说明的是，以上所描述的装置实施例与第一实施例中的方法的原理相同，在此不在重复说明。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。另外，本发明提供的装置实施例附图中，模块之间的连接关系表示它们之间具有通信连接，具体可以实现为一条或多条通信总线或信号线。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。

参见图4，是本发明第三实施例提供的计步检测设备的示意图。如图4所示，该计步检测设备包括：至少一个处理器11，例如CPU，至少一个网络接口14或者其他用户接口13，存储器15，至少一个通信总线12，通信总线12用于实现这些组件之间的连接通信。其中，用户接口13可选的可以包括USB接口以及其他标准接口、有线接口。网络接口14可选的可以包括Wi-Fi接口以及其他无线接口。存储器15可能包含高速RAM存储器，也可能还包括非不稳定的存储器(non-volatilememory)，例如至少一个磁盘存储器。存储器15可选的可以包含至少一个位于远离前述处理器11的存储装置。

在一些实施方式中，存储器15存储了如下的元素，可执行模块或者数据结构，或者他们的子集，或者他们的扩展集:

操作系统151，包含各种系统程序，用于实现各种基础业务以及处理基于硬件的任务；

程序152。

具体地，处理器11用于调用存储器15中存储的程序152，执行上述实施例所述的计步检测方法，例如图1所示的步骤S11。或者，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述各装置实施例中各模块/单元的功能，例如加速度获取模块。

示例性的，所述计算机程序可以被分割成一个或多个模块/单元，所述一个或者多个模块/单元被存储在所述存储器中，并由所述处理器执行，以完成本发明。所述一个或多个模块/单元可以是能够完成特定功能的一系列计算机程序指令段，该指令段用于描述所述计算机程序在所述计步检测设备中的执行过程。

所述计步检测设备可以是桌上型计算机、笔记本、掌上电脑及云端服务器等计算设备。所述计步检测设备可包括，但不仅限于，处理器、存储器。本领域技术人员可以理解，所述示意图仅仅是计步检测设备的示例，并不构成对计步检测设备的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件。

所称处理器11可以是中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现成可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等，所述处理器11是所述计步检测设备的控制中心，利用各种接口和线路连接整个计步检测设备的各个部分。

所述存储器15可用于存储所述计算机程序和/或模块，所述处理器11通过运行或执行存储在所述存储器内的计算机程序和/或模块，以及调用存储在存储器内的数据，实现所述计步检测设备的各种功能。所述存储器15可主要包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需的应用程序(比如声音播放功能、图像播放功能等)等；存储数据区可存储根据手机的使用所创建的数据(比如音频数据、电话本等)等。此外，存储器15可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如硬盘、内存、插接式硬盘，智能存储卡(Smart Media Card,SMC)，安全数字(Secure Digital,SD)卡，闪存卡(Flash Card)、至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他易失性固态存储器件。

其中，所述计步检测设备集成的模块/单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机可读介质可以包括：能够携带所述计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。需要说明的是，所述计算机可读介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减，例如在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机可读介质不包括电载波信号和电信信号。

本发明第四实施例提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质包括存储的计算机程序，其中，在所述计算机程序运行时控制所述计算机可读存储介质所在设备执行第一实施例所述的计步检测方法。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种计步检测方法，其特征在于，包括：

获取当前时刻加速度传感器输出的加速度数据；

当滤波后的加速度数据符合预设的计数条件时，进行计数；

2.如权利要求1所述的计步检测方法，其特征在于，所述判断滤波后的加速度数据是否符合预设的计数条件，具体包括：

3.如权利要求1所述的计步检测方法，其特征在于，所述方法还包括以下带通滤波器构造步骤：

4.一种计步检测装置，其特征在于，包括：

所述恒定化处理模块包括：

所述插值单元包括：

5.一种计步检测设备，其特征在于，包括处理器、存储器以及存储在所述存储器中且被配置为由所述处理器执行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1至3中任意一项所述的计步检测方法。

6.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质包括存储的计算机程序，其中，在所述计算机程序运行时控制所述计算机可读存储介质所在设备执行如权利要求1至3中任意一项所述的计步检测方法。