1、智能手機計步器算法的實現(xiàn)現(xiàn)在的智能手機嵌入了一些微小的傳感器，比如重力傳感器、光傳感器、聲音傳感器等。如何有效地利用這些傳感器來開發(fā)一些應(yīng)用，是一個值得深入研究的課題。比如開發(fā)醫(yī)療健康的應(yīng)用、運動量監(jiān)視器等。本文采用htc Touch Pro智能手機的重力傳感器來開發(fā)一款監(jiān)視步數(shù)的程序，程序的關(guān)鍵在于計步模型的建立。由于程序算法還存在一定的問題，在本文最后的“存在問題”給出。如有問題請不吝指出。智能手機所謂的智能手機是指，具有獨立的操作系統(tǒng)，用戶可以自行安裝第三方應(yīng)用軟件，通過此類程序來對手機的功能進行擴充，并可以通過移動通訊網(wǎng)絡(luò)來實現(xiàn)無線網(wǎng)絡(luò)接入的手機， 它實際上就是一臺迷你的個人電腦。智能

2、手機的操作系統(tǒng)主要有：Win dows Mobile, iPho ne,BlackBerry, Li nux 等。步數(shù)識別系統(tǒng)步數(shù)識別系統(tǒng)是指運行在移動手機上，能夠監(jiān)視用戶走了多少步的應(yīng)用程序。它一般由以下3個部分構(gòu)成：傳感器模塊，用來采集傳感器數(shù)據(jù)；特征提取模塊，處理和分析原始數(shù)據(jù)，并進行特征提取、建立模型；步數(shù)識別模塊，把所提取的特征用來識別步數(shù)。硬件設(shè)備重力傳感器（G-Sensor）又稱為加速度傳感器，用來感知加速度的變化，它使用三維方 向的加速度分量來表示。G-Sensor被用在很多智能設(shè)備當(dāng)中，比如IBM的高端筆記本電腦內(nèi)置了 G-Sensor,在發(fā)生劇烈的拉動時（如跌落），立即啟動

3、硬盤保護，避免硬盤損害。再 如Apple的iPhone使用G-Sensor來感知手機屏幕的方向，當(dāng)在觀看視頻時手機橫放，屏幕 自動跟著旋轉(zhuǎn)，這使得用戶體驗大大增加。本文采用htc Touch Pro手機上的G-Sensor,同樣也適用于htc其它型號的G-Sensor。方案實現(xiàn)日常生活當(dāng)中，人們使用手機一般是拿在手上，放在褲兜里，女士也經(jīng)常把它放在包里。因為手機外界環(huán)境總是很復(fù)雜的，褲兜有松有緊，放在松褲兜的手機比放在緊的更容易抖動，產(chǎn)生的噪音也更多。 為了使該算法盡可能的適用于不同的應(yīng)用環(huán)境，需要對大部分的使用環(huán)境進行測試。首先，由4個人（8個或更多也可以）各自對不同手機使用環(huán)境進行數(shù)據(jù)收集

4、， 因為人們在同樣的場合使用手機的習(xí)慣是不一樣的。其次，對采集來的這些數(shù)據(jù)分別進行特征提取。最后，使用提取的特征模型進行識別檢驗。數(shù)據(jù)采集：htc Touch Pro G-Se nsor提供的數(shù)據(jù)如表 1所示。表 1. htc Touch Pro G-Se nsor 提供的數(shù)據(jù)字段含義X加速度在手機坐標(biāo) X方向的分量大小，類型為 doubleY加速度在手機坐標(biāo) Y方向的分量大小，類型為 doubleZ加速度在手機坐標(biāo) Z方向的分量大小，類型為 doubleLe ngth加速度大小，值為AX +V + Z類型為doubleXan gle加速度在手機坐標(biāo) X方向的分量與地平面的夾角，范圍為-180

5、 180 ，類型為intYa ngle加速度在手機坐標(biāo) Y方向的分量與地平面的夾角，范圍為-180 180 ，類型為intDateTime采樣的時間，不是 G-Se nsor提供的，為了方便算法計算保留采樣的時間，類型為double本文算法采用的采樣頻率為20HZ,采樣環(huán)境有：慢走、快走、跑步、騎自行車、坐的士、坐公交、坐電梯（上/下）、坐地鐵、上下樓梯。其中，有走路的采集走100步的數(shù)據(jù)（慢 走、快走等），不是走路的采集1分鐘的數(shù)據(jù)。由于開始和結(jié)束的時候放置手機（放口袋、 包里）會有一些波動，不是我們想要的，因此這兩個時間段的數(shù)據(jù)可以刪去，或不考慮。手 機放在口袋，收集的原始Length字段

6、數(shù)據(jù)，在Excel2007上繪制波形圖如圖1。橫軸為每個采樣點的索引，縱軸為 Length值大小，也就是加速度大小，值在9.8附近變化。圖片看不清楚？請點擊這里查看原圖（大圖）。圖1.Length字段波形圖特征提取由于收集的數(shù)據(jù)包含有噪聲，特別是在兩個動作切換之間 Length字段值的波動比較大， 比如慢走和上樓梯的過程。這里使用快速傅里葉變換（FFT來處理Length字段的數(shù)據(jù)，波形圖如圖2。縱軸已向下平移 9.8。Length FFT10圖片看不清楚？請點擊這里查看原圖（大圖）。圖2經(jīng)過FFT處理的Length字段波形圖我們發(fā)現(xiàn)上面經(jīng)過 FFT處理的波形表現(xiàn)出一定的規(guī)則，就是在一定的時間間

7、格內(nèi)總有一個波谷，我們稱這個點為“踩點”（如圖3中的1、2、3、4點），也就是加速度最小的時刻（腳往下踩，手機相對有一個往下“掉”的過程）。另外，圖3上A點也是波谷，但這一點是一個波動點，需要排除。所以踩點還必須小于一定的值-Threshold。當(dāng)腳抬起來的時候（“起點”），身體對手機的作用力會增大，加速度也增大。所以起點必須大于Threshold，大于Threshold的都稱為起點，因為我們只關(guān)心狀態(tài)的變化。通常地，走路的時候步與步之間的 有一定的時間間隔，走快些間隔小，走慢些間隔大。如果是跑的話，人類的極限是1秒種跑5步，也就是1步0.2秒。從起點到踩點狀態(tài)變化1次就是走了 1步。所以，我

8、們建立包含如下2個要素的模型M :1.Length 滿足一定閥值，比如-ThresholdLengthThreshold2兩個連續(xù)踩點的時間間隔必須在Timespan （2002000毫秒）之內(nèi)Length FFT圖片看不清楚？請點擊這里查看原圖（大圖）。圖3模型滿足的條件步數(shù)識別我們把建立的模型用來檢驗在坐的士環(huán)境下所采集的數(shù)據(jù)，波形圖如圖4.圖片看不清楚？請點擊這里查看原圖（大圖）。圖4.用模型檢驗的士環(huán)境下的數(shù)據(jù)我們可以看到后面的一段時間是比較平穩(wěn)的，前面有一些波動，這些波動導(dǎo)致了錯誤的識別，識別為走路。我們可以改進這個模型，增加一個約束條件：在監(jiān)視了連續(xù)k （比如3）個踩點后才開始計步

9、，所以從圖3上標(biāo)號為4的點開始計步。這樣的約束就可以把大部分的 抖動給去掉。把最終的模型用來檢驗所采集的不同環(huán)境下的數(shù)據(jù)得到的計步結(jié)果還是比較準 確的。存在問題如果拿著手機左右搖擺，采集的數(shù)據(jù)經(jīng)過FFT處理后的波形也符合上面的模型，但這并不是走路的狀態(tài)，產(chǎn)生了錯誤的計步。直覺上認為這可以通過監(jiān)視Xangle. Yangle兩個字段（在某一范圍來回變化）來預(yù)防這種情況的發(fā)生。但使用htc G-Se nsor采集的這兩個字段的數(shù)據(jù)得到的效果并不好。經(jīng)驗教訓(xùn)以上模型使用的數(shù)據(jù)只有Length字段，其它字段并沒有用到。實際上，在決定只使用Length字段建立模型之前，有嘗試使用Xangle，Yangl

10、e,并推導(dǎo)出Zangle（ htc G-Sensor沒有給出這個字段），使用這三個角度的狀態(tài)變化來輔助判斷計步。事實上這三個量的數(shù)值并不 可靠，比如把手機水平放置，做左右搖擺，得到的Xangle，Yangle的范圍變化有超過 30的。另外，也可以嘗試使用Samsung，iPhone上的G-Sensor，但本文并沒有實現(xiàn)該想法。總結(jié)使用智能手機來計步這個課題比較新穎，而且很容易實現(xiàn)個人健康監(jiān)視的手機助理。收集不同使用環(huán)境下的數(shù)據(jù)是一個比較耗時的過程，需要由不同的人員在不同的環(huán)境下收集。整個計步的關(guān)鍵過程在于模型的建立，而且必須滿足使用手機的任意性和處理不同環(huán)境下的噪聲。所使用的算法也比較簡單，用

11、FFT來處理原始數(shù)據(jù)，設(shè)立一定的閥值和時間間隔，然后監(jiān)視過程的變化（踩點 -起點-踩點）。其中采樣率、Length閥值和時間間隔等參數(shù)的設(shè) 置也是需要一個一個調(diào)試的，在本文的程序里采樣率為20HZ，Threshold取1，時間間隔在2002000 毫秒。信息WIF信息助 手上午11:14援號我旳財務(wù)手機計步器相機聯(lián)系人樓爐機電子郵件鬧鐘音樂智能感應(yīng)計 步器， 工作健身兩不誤本帖最后由hjc020712于2011-8-10 18:03編輯生命在于運動，而如今的人們卻很少有時間去運動，他們疲于工作，沒時間好好地酣暢淋漓的打一場球，盡興地跑一場步。都說身體是革命的本錢”，可如今的人們因為種種壓力都無

12、法好好鍛煉的， 我也一樣，每天我都得早起去上班，然后很晚下班回家，運動對我來說似乎很奢侈。可是最近我找到了運動助手了，就是我的小57Mini手機。以前我是直接坐著公交車去公司的，雖然說只有5站的距離，但是我竟然會在公交車上睡著。現(xiàn)在我找到了運動助手之后，我有了一個讓同事覺得瘋狂的想法，那就是我會提前兩站下車，然后第一步： 我會打開自己手機上的智能感應(yīng)計步器打開軟件，你我成為暴走族吧第二步：我需要設(shè)置一些基本參數(shù)，開始之前可以設(shè)置適合自己的基本參數(shù)根據(jù)自己的情況設(shè)置好這些參數(shù)距離、 耗能及耗脂的計算結(jié)果與體重、步長及步速都有直接關(guān)系，本機默認體重為60公斤，步長為100厘米，我須首先正確設(shè)置自己

13、的體重和步長，同時也可以設(shè)置自己的目標(biāo)，然后也可以點選倒計模式，你可以同步觀測自己離既定的目標(biāo)有多遠，然后激勵自己不斷前進。第三步：我點擊開始，然后開始慢速跑步了。 點擊開始就可以讓你的運動可視化了測算出運動速 度及運動強度，可以算出不同強度下運動時所消耗的熱量及相應(yīng)的脂肪燃燒量，從而使使運動效果量化、可視，是上班族的好幫手。作為上班族的一員，它幫我解決了鍛煉的難題。真 的很感謝Mini手機。工作重要，健康也很重要，運動是生活更美好，堅持就是勝利，健康 就在您的腳下。友情提示：為提高計量的準確性，請悉心調(diào)整自己的設(shè)備靈敏度，不同的設(shè)備設(shè)置不同的置機方式。希望所有的人都可以有個健康的身體！日祈f

14、fitnEpiNFIGma便用豌三莢截圖.dr-idoiijid,cann梗用歸豆莢截圈p歷史記錄累計耗能開始累計時間：00小時00分累計次數(shù)：0次使用阮豆莢截圖累計步數(shù)：0步累計行程：000m* |同愚應(yīng)靈敏度倒計樓式按亀設(shè)定制計時（設(shè)賈一次有體憚: go公步長歩長:100.01米計步0基本warSAMf utjg$零8|0川劉g佳g應(yīng)計步as使用琬豆莢截圖為提高計量的準確性，用戶須悉心校準適合自己的設(shè)備靈敏度。不同的設(shè)備、不同的置機方式（手持自然擺動、上衣口袋、褲袋、背包內(nèi)等）都會對計量的準確性造成較明顯的影 響。暫停運動時請按暫停鍵，恢復(fù)運動時請按繼續(xù)鍵。距離、耗能及耗脂的計算結(jié)果與體重

15、、步長及步速都有直接關(guān)系，本機默認體重為60公斤，步長為100厘米，用戶須首先正確設(shè)置自己的體重和步長。用戶采用不同的速度走完相同的距離，所消耗的能量并不相同，速度越快運動強度越高，消耗的能量也就越大。這就是為什么特別強調(diào)運動速度的原因，對于健身來說，堅持中等強度的運動效果最好。本軟件采用智能算法，可以將步行速度與能量消耗綜合計算。倒計模式提供了時間、距離和耗能三種目標(biāo)管理模式，一次只能選擇一種目標(biāo)，單次設(shè)定有效，下次運動時須重新設(shè)定。設(shè)備的傳感器往往需要運行一段時間后才能穩(wěn)定工作，所以建議用戶每次正式運動前先預(yù)熱5分鐘，設(shè)備記錄的數(shù)據(jù)也不必保存，預(yù)熱后再開始按照一定的速度有規(guī)律運動。本機傳感器靈敏度默認設(shè)置為 高，據(jù)反復(fù)測試，在此靈敏度下手持電話行走規(guī)律擺動 手臂時，計步準確率在-15%左右；在極高靈敏度設(shè)置下，準確率在 +20%左右，與專用計步 器的誤差相當(dāng)。為節(jié)省電能，建議用戶在運動前將屏幕待機時間和亮度都調(diào)至最低。程序運行時屏幕未為鎖定，運動時應(yīng)避免觸及屏幕控鍵，否則可能會導(dǎo)致程序