[發明專利]智能電子設備的節能計步方法及計步器

在審

• 申請號: 201910660378.7
• 申請日: 2019-07-22
• 公開（公告）號: CN110260883A
• 公開（公告）日: 2019-09-20
• 發明（設計）人: 黃寶琦;楊潤澤;宋健
• 申請（專利權）人: 內蒙古大學
• 主分類號: G01C22/00
• 分類號: G01C22/00
• 代理公司: 西安知誠思邁知識產權代理事務所(普通合伙) 61237
• 代理人: 麥春明

本發明公開了一種智能電子設備的節能計步方法及計步器，該計步器采用該節能計步方法，時間窗口先接收智能電子設備的三軸加速度數據，然后提取時間窗口中的三軸加速度樣本數據，然后依據提取的當前時間窗口的三軸加速度樣本數據，計算并使用一個步行周期的三軸加速度樣本數據的平均離差作為判斷行人位移動作的閾值；計算并采用相鄰步行周期的最大自相關系數判斷行人狀態，避免將其它日常活動誤判為行走動作，減少干擾動作產生的誤判；在行人連續行走過程中，通過自適應策略將固定閾值變為動態閾值，動態檢測行人當前狀態，增強了方法自身的適應能力，避免了使用固定閾值造成的計步結果丟失現象。解決了現有的計步器能耗高、計步準確性低的問題。

技術領域

本發明屬于智能電子設備計步領域，涉及一種具有加速度采集和處理功能的智能電 子設備的節能計步方法及計步器。

背景技術

現有的計步方法中最具代表性的有自相關系數計步算法、波峰檢測計步算法和短時 傅里葉變換。

自相關系數計步算法是利用行人行走時的加速度信號具有循環特征，通過計算兩個 相鄰步行周期上整體加速度的相關性強弱判斷行人是否行走，相關性越高，則準確計步的概率越大。自相關系數計步算法的具體計步流程分為行為檢測和步數檢測這兩步，在 行為檢測過程中根據當前周期的加速度標準差判斷行人狀態，當標準差大于固定閾值時， 則判定有動作發生，否則判斷行人處于空閑狀態；在步數檢測過程中，通過處理相鄰周 期的整體加速度數據計算自相關系數值，當自相關系數大于設定閾值時計一步，由于行 人在相鄰周期上的動作會發生微弱變化，因此算法還會選定一個時間范圍t1～t2，用時間 窗口找出自相關系數最大的步行周期k。

波峰檢測計步算法同樣基于行走過程中整體加速度循環性的特征，通過檢測波形中 波峰的數量進行計步。但是由于人體細微動作和設備佩戴位置的影響，通常會形成偽波峰，因此還需要對偽波峰進行處理。波峰檢測計步算法的具體執行過程如下：首先，計 算一個步行周期內的整體加速度。其次，使用時間窗口機制獲取當前周期的潛在峰值， 若此峰值在設定的加速度閾值范圍內，則向下執行；否則更新時間窗口數據。其次，計 算當前波峰與前一波峰的時差，若時差在設定的時間閾值范圍內，則向下執行。最后， 比較當前波峰前后鄰域的整體加速度值，去除偽波峰，若潛在峰值為最大值，則計一步。

短時傅里葉變換(Short Term Fourier Transform，STFT)可以用于確定時變信號局部 區域正弦波的頻率與相位。由于STFT采用的滑動窗函數一經選定就固定不變，因此決定了其時頻分辨率固定不變，不具備自適應能力。使用STFT方法要考慮輸入的加速度 信號、采樣頻率、窗長、窗移、FFT長度等因素。STFT對于大部分音頻信號都能夠有較 好的分析效果。此算法設計基于時間窗口連續檢測步態活動，采用短時傅里葉變換，將 滿足在典型步行頻率范圍內具有顯著(大于一些頻譜能量閾值)的頻譜能量特征視為行 走，從而實現用戶位移檢測。然而，由于此算法的運算過程中需要大量復雜的數學運算， 因此會導致算法產生的能耗高于上述兩種算法。

自相關系數計步算法和波峰檢測計步算法，通過固定閾值的方式判斷行人的位移動 作，這種方式很容易忽略人在動作幅度較小時(上下樓或者轉彎時)的行走步數，影響計步的準確性。自相關系數計步算法和短時傅里葉變換算法，為了提高計步的準確性， 使用計算較為復雜的算法或參數，導致計步器能耗居高不下。且現有計步算法大多是針 對特定的身體部位(手腕或腳踝等)或特定的設備(手環等)提出的，需要將設備固定 在身體某一部位，因此導致計步器過于依賴特定的加速度信號特征以提高在復雜環境中 (擺臂行走、間斷行走和上下樓等)的計步準確度，這些算法對于在日常的行為活動中 檢測行人步數而言適應能力不夠好。

發明內容

本發明的目的在于提供一種智能電子設備的節能計步方法，以解決現有的計步器為 提高計步準確性而采用較為復雜的計算過程和參數造成能耗高的問題、現有計步器通過 固定閾值判斷行人的位移動作而影響計步準確性的問題以及現有的對特定身體部位或特 定設備提出的計步器在日常行為活動中檢測行人步數適應能力不佳的問題。