[發明專利]一種基于手機三軸加速度傳感器的計步方法

有效

• 申請號: 201710569013.4
• 申請日: 2017-07-13
• 公開（公告）號: CN107462258B
• 公開（公告）日: 2020-06-16
• 發明（設計）人: 彭琛;韓立新;勾智楠
• 申請（專利權）人: 河海大學
• 主分類號: G01C22/00
• 分類號: G01C22/00;H04M1/725
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 劉莎

本發明公開了一種基于手機三軸加速度傳感器的計步方法，該方法包含以下步驟：數據采集，根據計算窗口采集三軸加速度傳感器的三軸數據；數據預處理，對數據進行平均值平滑，并求取合加速度；特征提取，分別提取數據的均值和方差，合加速度的波峰個數，利用聚類算法將合加速度聚類，提取聚類中心作為合加速度特征；位置判別，利用分類算法對特征進行分類得到類別標簽；波形重構，對數據進行分割，重構成四元組，將數據分割成一個個完整波；步數計算，根據類別獲取對應判別閾值，利用閾值對重構數據進行判別，當滿足條件時對應類別步數加1。采用本發明的計步方法，可識別手機所處的不同位置，計步更加準確，具有較強的抗干擾性。

技術領域

本發明涉及一種基于手機三軸加速度傳感器的計步方法，屬于消費應用電子技術領域。

背景技術

隨著人民生活水平的提高，人們對如何進行合理的身體鍛煉已經越來越重視，對身體狀況進行及時監控，及時獲取運動數據成為廣大熱愛運動的群體的基本需求。另一方面，在物聯網的蓬勃發展的今天，越來越多的傳感器設備被應用到可穿戴設備中。智能手機作為典型的智能可穿戴設備以及智能的監控設備走入了大眾的生活中，在智能手機這個移動平臺上出現了許多健康監控和運動指導的應用軟件，這為獲取健康信息提供了有力的物質和技術的支持。計步器就是相關應用的典型例子。

目前存在很多統計使用者行走步數的設備，但是它們都有一些缺陷。現有的大多通過加速度傳感器獲取加速度信號，然后設定簡單的閾值判斷合加速度中波峰值是否有效，從而實現計步功能。由于傳感器采集過程中容易出現偽波峰，該方法可能出現誤判，導致計步精度偏低。此外也有利用運動的周期性特點，判斷前后兩個波的合加速度波形相似度是否在某些閾值范圍內等等。由于運動者的運動形式多種多樣，比如跑步，行走，同時在運動的過程中，當采集裝置放置在身體的不同位置時，加速度變化不同，波形的相似度可能不夠高。因此，僅使用合加速度數據以及提取波形的周期性特性進行步數統計容易出現誤計或漏計的情況，現有方法還有不足的地方。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種基于手機三軸加速度傳感器的計步方法，該方法提取三軸加速度數據以及合加速度數據的特征，利用分類算法識別需要計步的數據，通過重構數據去除偽波峰以及偽波谷帶來的影響，此外，識別手機在運動過程中所處在的不同位置，對不同位置的數據設置不同的閾值進行過濾，最終提高計步精準度，具有較高的抗干擾性。

本發明為解決上述技術問題采用以下技術方案

本發明提供一種基于手機三軸加速度傳感器的計步方法，具體步驟如下：

步驟1，根據設定采樣頻率與采樣時間窗口確定采樣計算窗口，采集手機三軸加速度傳感器的三軸加速度數據，每個采樣計算窗口內的每一軸數據按照采集順序編號為0,1,…,n-1，其中，n表示每個采樣計算窗口內每一個軸的的數據個數；

步驟2，在每個采樣計算窗口內，對采集到的三軸加速度數據分別進行平滑處理，并計算平滑后的合加速度；

步驟3，在每個采樣計算窗口內，對步驟2中平滑后的三軸加速度數據以及合加速度進行特征提取，其中，提取x軸加速度的平均值xMean和方差xVariance作為x軸數據特征，提取y軸加速度的平均值yMean和方差yVariance作為y軸數據特征，提取z軸加速度的平均值zMean和方差zVariance作為z軸數據特征，提取合加速度波峰個數peakCount作為波峰的出現特征；利用聚類算法將合加速度數據聚成3類，分別對每類合加速度數據求取平均值，并將3個平均值按照由大到小進行排序作為合加速度特征clusterPeak，clusterMean，clusterThrough，clusterPeakclusterMeanclusterThrough；

步驟4，根據步驟3中提取到的特征，判斷每個采樣計算窗口內采集到的數據的類別；