計步器算法是如何實現的

計(ji)步算(suan)法(fa)可以分(fen)為(wei)四(si)大(da)類，一是(shi)(shi)峰(feng)值(zhi)檢(jian)測算(suan)法(fa)，二是(shi)(shi)變換域算(suan)法(fa)，三是(shi)(shi)濾(lv)波算(suan)法(fa)，四(si)是(shi)(shi)模式識別(bie)算(suan)法(fa)。根據所設計(ji)的(de)計(ji)步器在(zai)人體上布放的(de)位置不(bu)(bu)同，如腕部(bu)(bu)、腰(yao)部(bu)(bu)、鞋底等，可以選擇不(bu)(bu)同的(de)計(ji)步算(suan)法(fa)。以應用最為(wei)廣泛的(de)峰(feng)值(zhi)檢(jian)測算(suan)法(fa)為(wei)例(li)：

1、獲取運動軌跡

用戶在運動中(zhong)，可(ke)能(neng)把設備放(fang)置于口袋或(huo)者包中(zhong)，亦或(huo)拿(na)在手中(zhong)，所(suo)以(yi)設備的放(fang)置方(fang)向(xiang)不確(que)定。那么首先，我們通過計算三個加速度(du)的矢量(liang)長度(du)，可(ke)以(yi)獲得一條步(bu)行運動的正弦曲線軌跡。

2、峰值檢測

我(wo)們記錄了上次矢(shi)量長度(du)和(he)運動方向，通過矢(shi)量長度(du)的變化，可以判斷(duan)當(dang)前(qian)加速度(du)的方向，并(bing)和(he)上一次保存的加速度(du)方向進行(xing)(xing)比較。如果是相反的，即是剛(gang)過峰值(zhi)狀態，則進入(ru)計步邏輯進行(xing)(xing)計步，否則就舍棄這段。通過對峰值(zhi)次數(shu)的累(lei)加，那我(wo)們就可得(de)計算得(de)到用戶步行(xing)(xing)的步數(shu)。

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3、去噪音（干擾）

手(shou)機或智(zhi)能手(shou)表等手(shou)持設備會有(you)一(yi)些(xie)低幅度和快(kuai)速的抽動(dong)狀態，即我們俗稱的手(shou)抖，或者(zhe)某個用戶(hu)想通過(guo)(guo)短時快(kuai)速反復(fu)搖動(dong)設備來模擬人(ren)走路，這些(xie)干(gan)擾數據如(ru)果不剔除(chu)，會影響(xiang)記步的準確值(zhi)，對于(yu)這種干(gan)擾，我們可以通過(guo)(guo)給檢測加(jia)上閾值(zhi)和步頻判斷(duan)來過(guo)(guo)濾(lv)。

目前人(ren)類(lei)最(zui)快的跑步(bu)(bu)(bu)頻(pin)(pin)率為5HZ（當然不排除人(ren)類(lei)借(jie)助其它設(she)備跑步(bu)(bu)(bu)頻(pin)(pin)率超過(guo)這個頻(pin)(pin)率），也(ye)就是說相鄰兩(liang)步(bu)(bu)(bu)的時間(jian)(jian)間(jian)(jian)隔的至少大(da)于(yu)0.2秒，如(ru)圖(tu)(tu)中的計(ji)步(bu)(bu)(bu)時間(jian)(jian)，若兩(liang)次(ci)計(ji)步(bu)(bu)(bu)之間(jian)(jian)的時間(jian)(jian)間(jian)(jian)隔小(xiao)于(yu)0.2秒，則不計(ji)步(bu)(bu)(bu)。這樣(yang)我們就過(guo)濾了高頻(pin)(pin)噪聲，即步(bu)(bu)(bu)頻(pin)(pin)過(guo)快的情(qing)況。同時我們通過(guo)和上次(ci)加速(su)度大(da)小(xiao)進(jin)行(xing)比較，設(she)置(zhi)一定的閾值(zhi)Threshold來(lai)判斷運動(dong)是否屬于(yu)有效（如(ru)圖(tu)(tu)中的綠(lv)線），有效運動(dong)才(cai)可(ke)進(jin)行(xing)記步(bu)(bu)(bu)。

4、推算運動狀態

如果(guo)已(yi)知(zhi)步(bu)行和跑步(bu)的步(bu)數(shu)，那么(me)再通過(guo)人(ren)體身高(gao)，體重及性別就可(ke)(ke)以(yi)大致知(zhi)道此人(ren)的步(bu)長，改進后(hou)即可(ke)(ke)變成一個測距離(li)及測速(su)計。通過(guo)三(san)軸加速(su)度(du)傳(chuan)(chuan)感器，我(wo)們可(ke)(ke)以(yi)知(zhi)道用戶的運動狀態。除了計步(bu)，還可(ke)(ke)以(yi)利(li)用加速(su)度(du)傳(chuan)(chuan)感器與陀螺(luo)儀及磁傳(chuan)(chuan)感器融合進行步(bu)行航跡推(tui)算，防止出(chu)現(xian)(xian)誤計步(bu)的現(xian)(xian)象(xiang)。

智能計步器算法思想詳解

1、運動閾值

運動加(jia)速度一般呈現正弦變(bian)化，當運動速度提升，最(zui)大值(zhi)與最(zui)小值(zhi)抬高時候(hou)，平均值(zhi)也應當跟著軌跡變(bian)化。因此(ci)，運動閾值(zhi)是一個(ge)動態值(zhi)，具有自適應性(xing)，并且足夠快。

加速(su)度(du)(du)計(ji)不(bu)斷的(de)更(geng)新三(san)軸數(shu)據，采(cai)集濾波(bo)，判斷最(zui)大(da)值(zhi)(zhi)(zhi)與最(zui)小值(zhi)(zhi)(zhi)。我們以采(cai)樣(yang)50次(ci)為一組更(geng)新一次(ci)閾值(zhi)(zhi)(zhi)。平均(jun)值(zhi)(zhi)(zhi)（max+min）/2做為“運(yun)動閾值(zhi)(zhi)(zhi)”。動態精(jing)度(du)(du)由(you)自(zi)己劃分，把運(yun)動變化量劃分等級(ji)，隨著運(yun)動閾值(zhi)(zhi)(zhi)大(da)小判定(ding)當(dang)前(qian)精(jing)度(du)(du)值(zhi)(zhi)(zhi)。

2、邁步判斷

（1）步伐邁出的條件定義(yi)：當加(jia)速(su)度(du)(du)曲線(xian)跨過(guo)動態(tai)閥值上方時(shi)或(huo)者當加(jia)速(su)度(du)(du)曲線(xian)跨過(guo)動態(tai)閥值下(xia)方時(shi)加(jia)速(su)度(du)(du)的變化為正值或(huo)者為負值。

（2）利用線性位移(yi)(yi)寄(ji)存(cun)(cun)器和(he)動(dong)態閥值和(he)動(dong)態精度一(yi)起判(pan)斷個體是否(fou)(fou)邁(mai)出有效(xiao)的(de)(de)一(yi)步。建立兩個寄(ji)存(cun)(cun)，new寄(ji)存(cun)(cun)器和(he)old寄(ji)存(cun)(cun)器；當(dang)(dang)前數(shu)據(ju)采集到后判(pan)斷是否(fou)(fou)移(yi)(yi)入(ru)new寄(ji)存(cun)(cun)器，滿足移(yi)(yi)入(ru)條(tiao)件(jian)：加速度變(bian)化量(liang)大(da)于當(dang)(dang)前的(de)(de)動(dong)態精度。就把(ba)當(dang)(dang)前采集的(de)(de)數(shu)據(ju)移(yi)(yi)入(ru)new寄(ji)存(cun)(cun)器，否(fou)(fou)則new保持(chi)不(bu)變(bian)。每(mei)當(dang)(dang)新數(shu)據(ju)到來時候，new寄(ji)存(cun)(cun)器的(de)(de)值無(wu)條(tiao)件(jian)移(yi)(yi)入(ru)old寄(ji)存(cun)(cun)器。這樣(yang)，就能夠避免高頻噪聲的(de)(de)影(ying)響，提高判(pan)斷精度。

（3）三軸(zhou)加(jia)速度同時檢測，可以但是(shi)只要一個軸(zhou)的加(jia)速度變化最大，可以利(li)用該軸(zhou)當為(wei)運(yun)動方向，其他(ta)軸(zhou)忽略不(bu)計。

3、具體程序

（1）采樣濾波，求出3軸的平均(jun)值(zhi)，求出加速度的最(zui)大，最(zui)小值(zhi)。

（2）每(mei)采(cai)樣(yang)50次(ci)，求(qiu)出峰值(zhi)，然后設置門限。

（3）計算(suan)精度。

（4）對(dui)采樣(yang)濾(lv)波(bo)的平均值進行處理然(ran)后將其與精(jing)度進行比較（通過移位寄存器來消除(chu)高(gao)頻(pin)噪聲，使(shi)值更(geng)精(jing)確）。

（5）動態門限判定，對數值進(jin)行(xing)比較，然后將步數加(jia)1。