計步器算法是如何實現的

計(ji)步算(suan)法(fa)可以(yi)分為(wei)四大類，一是(shi)(shi)峰(feng)值檢測(ce)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)，四是(shi)(shi)模式識別算(suan)法(fa)。根(gen)據所設計(ji)的(de)計(ji)步器在人體上布放的(de)位置不(bu)同，如腕部、腰(yao)部、鞋(xie)底等，可以(yi)選擇(ze)不(bu)同的(de)計(ji)步算(suan)法(fa)。以(yi)應用最為(wei)廣泛的(de)峰(feng)值檢測(ce)算(suan)法(fa)為(wei)例：

1、獲取運動軌跡

用戶在(zai)運動(dong)中，可能把設(she)備(bei)放(fang)(fang)置于口袋或者包(bao)中，亦或拿(na)在(zai)手中，所以設(she)備(bei)的(de)放(fang)(fang)置方向不(bu)確定。那么首(shou)先，我們(men)通(tong)過計(ji)算(suan)三個加速度的(de)矢量長度，可以獲得一條(tiao)步行運動(dong)的(de)正弦曲線軌跡。

2、峰值檢測

我們記錄了上次矢量長度和(he)運動方向，通過(guo)(guo)矢量長度的(de)變化，可以判(pan)斷(duan)當前(qian)加速度的(de)方向，并和(he)上一(yi)次保存的(de)加速度方向進行比較。如果是相反的(de)，即是剛過(guo)(guo)峰值狀態，則(ze)(ze)進入(ru)計(ji)步(bu)(bu)邏(luo)輯進行計(ji)步(bu)(bu)，否則(ze)(ze)就舍棄這段。通過(guo)(guo)對(dui)峰值次數(shu)的(de)累(lei)加，那我們就可得計(ji)算得到用(yong)戶步(bu)(bu)行的(de)步(bu)(bu)數(shu)。

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3、去噪音（干擾）

手機或智能手表等手持設備會(hui)有一些(xie)低幅度和(he)快速的(de)抽動狀態，即我(wo)們俗稱的(de)手抖，或者某個用戶想通(tong)過(guo)(guo)短(duan)時快速反復搖動設備來模擬人走路，這些(xie)干擾(rao)數(shu)據如果不剔(ti)除，會(hui)影響記步(bu)的(de)準確值，對于這種干擾(rao)，我(wo)們可以通(tong)過(guo)(guo)給檢測加上閾值和(he)步(bu)頻(pin)判斷來過(guo)(guo)濾(lv)。

目前人類最快的跑(pao)步(bu)(bu)頻(pin)(pin)率為5HZ（當(dang)然不(bu)排(pai)除人類借助其它(ta)設(she)備跑(pao)步(bu)(bu)頻(pin)(pin)率超過(guo)(guo)這(zhe)個頻(pin)(pin)率），也就(jiu)是(shi)說相鄰兩(liang)步(bu)(bu)的時(shi)間(jian)(jian)間(jian)(jian)隔的至(zhi)少大于(yu)0.2秒，如圖中的計(ji)步(bu)(bu)時(shi)間(jian)(jian)，若兩(liang)次計(ji)步(bu)(bu)之(zhi)間(jian)(jian)的時(shi)間(jian)(jian)間(jian)(jian)隔小(xiao)于(yu)0.2秒，則不(bu)計(ji)步(bu)(bu)。這(zhe)樣我們(men)就(jiu)過(guo)(guo)濾了高頻(pin)(pin)噪聲，即步(bu)(bu)頻(pin)(pin)過(guo)(guo)快的情況。同(tong)時(shi)我們(men)通過(guo)(guo)和上次加速(su)度大小(xiao)進(jin)行比(bi)較，設(she)置一定的閾值Threshold來判斷運(yun)動(dong)(dong)是(shi)否(fou)屬于(yu)有效（如圖中的綠線），有效運(yun)動(dong)(dong)才可進(jin)行記步(bu)(bu)。

4、推算運動狀態

如果已知(zhi)步(bu)(bu)(bu)(bu)行和跑步(bu)(bu)(bu)(bu)的(de)(de)步(bu)(bu)(bu)(bu)數(shu)，那么再通(tong)過(guo)人體身高，體重及(ji)性別就可(ke)以大(da)致(zhi)知(zhi)道此(ci)人的(de)(de)步(bu)(bu)(bu)(bu)長，改進后即(ji)可(ke)變成一(yi)個(ge)測(ce)距離及(ji)測(ce)速計。通(tong)過(guo)三軸加(jia)速度(du)傳感(gan)器(qi)(qi)，我(wo)們可(ke)以知(zhi)道用戶(hu)的(de)(de)運(yun)動狀態。除(chu)了計步(bu)(bu)(bu)(bu)，還(huan)可(ke)以利用加(jia)速度(du)傳感(gan)器(qi)(qi)與陀(tuo)螺儀及(ji)磁傳感(gan)器(qi)(qi)融合進行步(bu)(bu)(bu)(bu)行航跡推算，防止出(chu)現誤計步(bu)(bu)(bu)(bu)的(de)(de)現象(xiang)。

智能計步器算法思想詳解

1、運動閾值

運動加速度一般(ban)呈現正弦(xian)變(bian)化，當(dang)運動速度提升，最(zui)大值(zhi)與最(zui)小值(zhi)抬高時候，平(ping)均值(zhi)也應當(dang)跟著軌跡變(bian)化。因此，運動閾值(zhi)是一個動態(tai)值(zhi)，具有自適應性，并且足夠(gou)快。

加速度計不斷(duan)的更(geng)新三軸(zhou)數據，采集濾波，判斷(duan)最大值與最小值。我們以(yi)采樣(yang)50次為一組更(geng)新一次閾(yu)值。平(ping)均值（max+min）/2做為“運(yun)(yun)動(dong)(dong)(dong)閾(yu)值”。動(dong)(dong)(dong)態(tai)精度由(you)自(zi)己劃分(fen)，把運(yun)(yun)動(dong)(dong)(dong)變化量劃分(fen)等級(ji)，隨著(zhu)運(yun)(yun)動(dong)(dong)(dong)閾(yu)值大小判定(ding)當前精度值。

2、邁步判斷

（1）步伐邁出的條(tiao)件定義：當加(jia)(jia)速度曲線跨過動態(tai)閥值上方時或者當加(jia)(jia)速度曲線跨過動態(tai)閥值下方時加(jia)(jia)速度的變化(hua)為(wei)正值或者為(wei)負值。

（2）利用(yong)線性(xing)位移(yi)(yi)寄存(cun)(cun)器(qi)(qi)和(he)動(dong)態閥值和(he)動(dong)態精(jing)度(du)一(yi)起判(pan)斷(duan)(duan)(duan)個體是否邁出有效的(de)一(yi)步(bu)。建立兩個寄存(cun)(cun)，new寄存(cun)(cun)器(qi)(qi)和(he)old寄存(cun)(cun)器(qi)(qi)；當(dang)(dang)前數(shu)據采集(ji)到后(hou)判(pan)斷(duan)(duan)(duan)是否移(yi)(yi)入(ru)new寄存(cun)(cun)器(qi)(qi)，滿(man)足移(yi)(yi)入(ru)條(tiao)件(jian)：加速(su)度(du)變化量大于當(dang)(dang)前的(de)動(dong)態精(jing)度(du)。就(jiu)把當(dang)(dang)前采集(ji)的(de)數(shu)據移(yi)(yi)入(ru)new寄存(cun)(cun)器(qi)(qi)，否則new保持不變。每當(dang)(dang)新(xin)數(shu)據到來時候，new寄存(cun)(cun)器(qi)(qi)的(de)值無條(tiao)件(jian)移(yi)(yi)入(ru)old寄存(cun)(cun)器(qi)(qi)。這樣，就(jiu)能(neng)夠避免(mian)高頻噪聲(sheng)的(de)影響，提高判(pan)斷(duan)(duan)(duan)精(jing)度(du)。

（3）三軸加速(su)(su)度同(tong)時檢測，可以(yi)但是只(zhi)要一個(ge)軸的(de)加速(su)(su)度變化最大，可以(yi)利(li)用(yong)該軸當為運動方向(xiang)，其他軸忽略不(bu)計。

3、具體程序

（1）采樣濾波(bo)，求出(chu)3軸的(de)平均值(zhi)，求出(chu)加速度(du)的(de)最大，最小值(zhi)。

（2）每采樣50次，求(qiu)出峰值，然后(hou)設置門(men)限。

（3）計算(suan)精度。

（4）對采樣濾波的(de)平均值進(jin)行處理然后將其(qi)與精度進(jin)行比較(jiao)（通過(guo)移位寄(ji)存器來消除(chu)高頻噪(zao)聲(sheng)，使值更精確）。

（5）動態(tai)門限判定(ding)，對數值進行比較(jiao)，然后(hou)將步數加1。