一种运动状态监测方法及装置与流程

本发明实施例涉及计算机软件技术，尤其涉及一种运动状态监测方法及装置。

背景技术：

随着技术的提高，运动状态的监测技术也迅速发展，越来越多的用户在运动时喜欢佩戴相应终端（如智能手机、智能手环、智能手表等）来监测运动时的状态参数。

现有技术中对运动状态进行监测的方案一般都是通过重力传感器和GPS来采集相应数据，并转换成用户运动的状态参数。

现有技术的缺陷是：一方面，使用GPS成本较高；另一方面，受GPS定位的限制，只能监测与地面发生实际位移的运动状况，因此会有使用限制，例如在跑步机上就无法监测运动状态；再一方面，GPS本身就有误差，在计算距离时误差累积会使得误差更大。

技术实现要素：

本发明实施例提供一种运动状态监测方法及装置，以实现降低成本，提高使用通用性以及减小误差的目的。

第一方面，本发明实施例提供了一种运动状态监测方法，包括：

检测到监测指令时，根据传感器采集数据确定终端在水平方向上的实时水平速度以及重力方向上的实时垂直速度；

实时获取垂直速度为0时对应的当前水平速度和当前时间戳；

实时计算并显示运动状态参数，所述运动状态参数包括实时步长，所述实时步长为垂直速度为0时对应的当前水平速度和单位间隔时间的乘积，所述单位间隔时间为垂直速度为0时对应的当前时间戳和下一时间戳的差值。

第二方面，本发明实施例还提供了一种运动状态监测装置，包括：

确定模块，用于检测到监测指令时，根据传感器采集数据确定终端在水平方向上的实时水平速度以及重力方向上的实时垂直速度；

获取模块，用于实时获取垂直速度为0时对应的当前水平速度和当前时间戳；

计算显示模块，用于实时计算并显示运动状态参数，所述运动状态参数包括实时步长，所述实时步长为垂直速度为0时对应的当前水平速度和单位间隔时间的乘积，所述单位间隔时间为垂直速度为0时对应的当前时间戳和下一时间戳的差值。

本发明实施例通过传感器采集数据确定终端在水平方向上的实时水平速度以及重力方向上的实时垂直速度，实时获取垂直速度为0时对应的当前水平速度和当前时间戳，实时计算并显示运动状态参数实时步长，该实时步长由垂直速度为0时对应的当前水平速度和单位间隔时间的相乘得出，摆脱了对GPS的依赖，降低了成本、提高了使用通用性，同时也减小了误差，并实现了对实时步长的计算和显示，优化了用户体验。

附图说明

图1为本发明实施例一提供的一种运动状态监测方法的流程示意图；

图1a为本发明实施例一提供的去除人运动速度后分解出的终端速度的示意图；

图2为本发明实施例二提供的一种运动状态监测方法的流程示意图；

图3为本发明实施例三提供的一种运动状态监测方法的流程示意图；

图3a为本发明实施例三提供的终端在三维坐标系中的状态示意图；

图3b为本发明实施例三提供的终端在直角坐标系中的状态示意图；

图4为本发明实施例四提供的一种运动状态监测方法的流程示意图；

图5为本发明实施例五提供的一种运动状态监测方法的流程示意图；

图6为本发明实施例六提供的一种运动状态监测方法的流程示意图；

图7为本发明实施例七提供的一种运动状态监测装置的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

实施例一

图1为本发明实施例一提供的一种运动状态监测方法的流程示意图，本实施例可适用于对运动状态进行监测的情况，该方法可以由运动状态监测装置来执行，该装置可由硬件和/或软件组成，并一般可集成于终端中，该终端可以是智能手机、穿戴设备(如智能手环、智能手表)等，还可以是智能手机和穿戴设备的结合，即由穿戴设备中的传感器采集相应数据并进行简单计算，由智能手机进行较为复杂的计算并进行显示。

其中，该方法的应用原理是，用户在佩戴终端进行运动时，通常是将终端戴在手上或者放在口袋中，而不管终端是戴在手上还是放在口袋中，在跑步或者行走跑步时终端都会遵循一个规律，即做钟摆运动或者是类钟摆运动，如此，终端的运动速度就包括两部分，一部分是用户跑步的速度，另一部分是终端相对于用户进行摆动的速度，而经过大量实验发现，用户在跑步或者行走跑步时的加速是在于蹬的时候，所以迈出的时候在水平方向上基本是匀速的，因此，如果可以根据终端的实时速度求得人运动的实时速度，就能得知人在这一步中的速度。如图1a所示的去除人运动速度后分解出的终端速度的示意图，去除人运动时的速度后，可以看到终端在摆手最低点T1、T3和摆手最高点T2的速度均为0，摆手最高点和摆手最低点即人跑步时手臂前后摆动的两个顿点，此时终端与人保持相对静止，终端在垂直方向上的实际速度为0，在水平方向上的实际速度即为人的运动速度，而人迈出的时候在水平方向上基本是匀速的，因此结合相邻两次垂直方向上速度为0的间隔时间（即手摆一次即走一步的时间），即可得到人运动时的实时步长。该方法具体包括如下：

S110、检测到监测指令时，根据传感器采集数据确定终端在水平方向上的实时水平速度以及重力方向上的实时垂直速度。

其中，对于触发生成监测指令的触发方式可以有多种，对于类似手环的穿戴设备，可以是对手环中相应按键的按压操作，对于带有触控屏的智能手机，可以是对虚拟按键的点选操作或者是按照预设方式进行滑动操作，在此不做限定。

其中，使用的传感器可以包括检测实时加速度分量的三轴加速度传感器、感知重力方向的传感器（如陀螺仪等），终端可以根据传感器实时采集的数据进行相应转换和积分计算后，得到终端在水平方向和重力方向的实时速度。

S120、实时获取垂直速度为0时对应的当前水平速度和当前时间戳。

示例性地，用户将终端设备戴在手腕上并开始运动后，终端做钟摆运动或者类钟摆运动，用户摆手的两个端点即终端垂直速度为0的点，则当第一次垂直速度为0时，获取当前水平速度V1以及当前时间戳T1，当第二次垂直速度为0时，获取当前水平速度V2以及当前时间戳T2，当第三次垂直速度为0时，获取当前水平速度V3以及当前时间戳T3……当第n次垂直速度为0时，获取当前水平速度Vn以及当前时间戳Tn。

S130、实时计算并显示运动状态参数，所述运动状态参数包括实时步长。所述实时步长为垂直速度为0时对应的当前水平速度和单位间隔时间的乘积，所述单位间隔时间为垂直速度为0时对应的当前时间戳和下一时间戳的差值。

具体地，对于首次获取的垂直速度为0时的对应的时间戳和水平速度，由于这是第一步的开始，还没有完全迈出去，因此终端可以仅进行记录数据，当第二次获取到垂直速度为0时对应的时间戳和水平速度时，说明第一步已经完全迈出，此时终端可计算第一步迈出的步长，并显示第一步步长；当第三次获取到垂直速度为0时的时间戳和水平速度时，终端可同时计算第二步迈出的步长，并将第一步步长更新为第二步步长；……当第n次获取到垂直速度为0时的时间戳和水平速度时，终端可同时计算第n-1步迈出的步长，并将第n-2步步长更新为第n-1步步长。

示例性地，针对上述S120中的示例，当第二次垂直速度为0时，计算第一步步长S1=V1×（T2-T1），并显示S1，当第三次垂直速度为0时，计算第二步步长S2=V2×（T3-T2），并将S1更新为S2，当第n次垂直速度为0时，计算第n-1步步长S_n-1=V_n-1×（T_n-T_n-1），并将S_n-2更新为S_n-1。

本实施例的技术方案，通过传感器采集数据确定终端在水平方向上的实时水平速度以及重力方向上的实时垂直速度，实时获取垂直速度为0时对应的当前水平速度和当前时间戳，实时计算并显示运动状态参数实时步长，该实时步长由垂直速度为0时对应的当前水平速度和单位间隔时间的相乘得出，相对于现有技术中必须使用GPS来测得距离的方案，本实施例摆脱了对GPS的依赖，降低了成本、提高了使用通用性，同时也减小了误差，且现有技术中并没有能够显示实时步长的方案，本实施例实现了对实时步长的计算和显示，优化了用户体验。

在上述技术方案的基础上，优选是对运动状态参数进一步优化，具体是，所述运动状态参数还包括：实时水平速度、实时垂直速度、垂直速度为0时对应的水平速度、当前已跑时间、当前总步数、当前已跑距离以及平均步长中的任意一种或者其任意组合；

其中，所述当前总步数与单位间隔时间的总数量相对应，一个单位时间间隔记为一步，所述已跑距离是对所有实时步长求和得出。

具体地，实时水平速度即终端在水平面上的实际速度；实时垂直速即终端在垂直方向上的实际速度；垂直速度为0时对应的水平速度即用户运动时每一步的速度；当前已跑时间可以由终端自身的计时器来获得；当前总步数可以通过对所有单位间隔时间求和得出，平均步长可以由当前已跑距离除以当前总步数得出。进一步，终端可将运动状态参数实时显示在显示界面中。

优选的，终端还可实际情况确定实时现实的运动状态参数和在监测结束后显示的运动状态参数，例如，实时显示的运动状态参数可以是：实时水平速度、实时垂直速度、垂直速度为0时对应的水平速度以及实时步长中的任意一种或者其任意组合；监测结束后显示的运动状态参数可以是：当前已跑时间、当前总步数、当前已跑距离以及平均步长中的任意一种或者其任意组合。进一步，还可将运动状态参数上传或者分享，并对用户与其好友的各项运动状态参数进行排名等。

实施例二

图2为本发明实施例二提供的一种运动状态监测方法的流程示意图，本实施例在上述实施例的基础上，优选是对所述检测到监测指令时，根据传感器采集数据确定终端在水平方向上的实时水平速度以及重力方向上的实时垂直速度进一步优化，具体包括：

S210、检测到监测指令时，根据传感器采集数据确定终端在垂直坐标系中X轴上的第一加速度、Y轴上的第二加速度以及Z轴上的第三加速度，所述垂直坐标系以终端中心为原点，Z轴指向重力方向。

具体地，可以根据传感器的采集数据确定终端在三维空间上的实时的加速度分量，再进行坐标系转换，将实时的三轴加速度分量转换到垂直坐标系中，如此得到终端在垂直坐标系中的三个轴向上的第一加速度、第二加速度以及第三加速度。

S220、根据第一加速度和第二加速度计算水平方向上的实时水平速度，根据第三加速度计算垂直方向上的实时垂直速度。

具体地，第一加速度、第二加速度以及第三加速度都是实时的，因此通过对其进行积分运算后可以求得相应的实时水平速度或实时垂直速度。

本实施例的技术方案，通过传感器采集数据确定终端在垂直坐标系三轴上的加速度分量，并进行相应运算后得到终端在水平方向上的实时水平速度以及垂直方向上的实时垂直速度，相对于现有技术中必须使用GPS来测得距离的方案，本实施例摆脱了对GPS的依赖，降低了成本、提高了使用通用性，同时也减小了误差，且现有技术中并没有能够在运动监测过程中获得实时垂直速度和实时水平速度的方案，本实施例中获得实时垂直速度和实时水平速度可以实现对实时步长的计算和显示，优化了用户体验。

实施例三

图3为本发明实施例三提供的一种运动状态监测方法的流程示意图，本实施例在上述各实施例的基础上，优选是对检测到监测指令时，根据传感器采集数据确定终端在垂直坐标系中X轴上的第一加速度、Y轴上的第二加速度以及Z轴上的第三加速度进一步优化，具体包括：

S310、检测到监测指令时，根据三轴加速度传感器采集终端在自身三维坐标系中三个轴向上的实时加速度分量，并根据陀螺仪传感器的采集数据确定重力方向。

其中，三轴加速度传感器三轴加速度传感器是基于加速度的基本原理去实现工作，具有体积小和重量轻特点。加速度是个空间矢量，一方面，要准确了解物体的运动状态，必须测得其三个坐标轴上的分量；另一方面，在预先不知道物体运动方向的场合下，可以使用三轴加速度传感器来检测加速度信号。

其中，陀螺仪传感器是用高速回转体的动量矩敏感壳体相对惯性空间绕正交于自转轴的一个或二个轴的角运动检测装置，利用其他原理制成的角运动检测装置起同样功能的也称陀螺仪。其工作原理是：对于高速旋转的物体的旋转轴，对于改变其方向的外力作用有趋向于垂直方向的倾向，而且，旋转物体在横向倾斜时，重力会向增加倾斜的方向作用，而轴则向垂直方向运动，就产生了摇头的运动（岁差运动）。因此，根据陀螺仪传感器的采集数据，可以得到重力方向，再结合终端中心的位置，由此可以确定Z轴指向重力方向的垂直坐标系。

S320、将获取的三个轴向的实时加速度分量合并为实时加速度，并根据重力方向确定垂直坐标系。

其中，三轴加速度传感器的三维坐标系中，Z轴垂直于终端平面，X轴和Y轴位于终端所在平面内。在确定重力方向后，可分别计算三轴和重力方向的夹角，将三轴加速度传感器的三维坐标系转换为重力坐标系。示例性的，终端在三轴加速度传感器的三维坐标系中的状态如图3a所示，其中，g是重力方向，α是重力方向与X轴的夹角，β是重力方向与Y轴的夹角，γ是重力方向与Z轴的夹角，转换后的垂直坐标系如图3b所示。

S330、将实时加速度分解到垂直坐标系中，得到终端在垂直坐标系中X轴上的第一加速度、Y轴上的第二加速度以及Z轴上的第三加速度。

本实施例的技术方案，通过三轴加速度传感器采集终端三轴上的实时加速度分量，并根据陀螺仪传感器的采集数据确定重力方向，再获取的三个轴向的实时加速度分量合并为实时加速度，并根据重力方向确定垂直坐标系实现坐标系的转换，将实时加速度分解到垂直坐标系中，得到终端在垂直坐标系中X轴上的第一加速度、Y轴上的第二加速度以及Z轴上的第三加速度。相对于现有技术中必须使用GPS来测得距离的方案，本实施例摆脱了对GPS的依赖，降低了成本、提高了使用通用性，同时也减小了误差，计算的第一加速度、第二加速度以及第三加速度用于后续进行实时步长计算的方案，优化了用户体验。

实施例四

图4为本发明实施例四提供的一种运动状态监测方法的流程示意图，本实施例在上述各实施例的基础上，优选是对根据第一加速度和第二加速度计算水平方向上的实时水平速度，根据第三加速度计算垂直方向上的实时垂直速度进一步优化，具体包括：

S410、将第一加速度和第二加速度合并，得到水平方向上的水平加速度。

S420、对水平加速度进行积分运算得到水平方向上的实时水平速度，对第三加速度进行积分运算得到垂直方向上的实时垂直速度。

具体地，可以根据公式来计算实时水平速度/实时垂直速度，其中，V₀为初始速度，tn至t(n+1)为速度从V₀到V的时间，a为实时加速度，t1和t2的值可以是终端根据计算精度或者是更新实时速度的频率来设定。

示例性的，假设三轴加速度传感器的采集频路是1秒钟采集1000次实时的三轴加速度分量，则相应的可以计算得到1000个水平加速度a₁、a₂……a₁₀₀₀，和1000个垂直加速度（即上述第三加速度）a′₁、a′₂……a′₁₀₀₀，tn至t(n+1)的时间为1毫秒，对应的水平速度依次为：

……

对应的垂直速度依次为：

……

本实施例的技术方案，通过将第一加速度和第二加速度合并，得到水平方向上的水平加速度，再对水平加速度进行积分运算得到水平方向上的实时水平速度，对第三加速度进行积分运算得到垂直方向上的实时垂直速度，相对于现有技术中必须使用GPS来测得距离的方案，本实施例摆脱了对GPS的依赖，降低了成本、提高了使用通用性，同时也减小了误差，计算的实时垂直速度和实时水平速度用于后续进行实时步长计算的方案，优化了用户体验。

实施例五

图5为本发明实施例五提供的一种运动状态监测方法的流程示意图，本实施例在上述各实施例的基础上，优选是在检测到监测指令之前，进一步增加了：

S510、发出第一提示信息，所述第一提示信息用于提示用户在静止时开启监测运动状态的功能。

具体地，用户在打开终端后，终端发出第一提示信息，发出第一提示信息的形式可以是以文字、图片、动态画面、特定音乐或者语音。

S520、判断预设时间内三轴加速度传感器采集数据的变化量是否小于预设阈值。

其中，可以根据三轴加速度传感器的采集数据计算出预设时间内实时的三轴加速度分量，并判断其变化量是否小于预设阈值，小于预设阈值时说明用户基本处于静止状态，大于预设阈值时，说明用户没有处于静止状态。

进一步，由于在计算实时速度时，需要用到初始速度V₀，如果用户不是从静止状态开始运动的，可能会有一些误差，因此，为了提高监测运动状态的准确性，在正式开始监测运动状态之前，可以显示提示信息以提示用户从静止状态开始。

S530、如果是，则发出第二提示信息，所述第二提示信息用于提示用户可以开启监测运动状态的功能。

其中，发出第二提示信息的形式可以是以文字、图片、动态画面、特定音乐或者语音。在确定用户基本处于静止状态后，可以提示发出第二提示信息以提示用户当前状态可以开启监测运动状态的功能。之后，用户可以进行相应操作来触发生成监测指令，触发生产检测指令的方式可以参考实施例一，在此不再赘述。

本实施例的技术方案，通过在检测到监测指令之前发出第一提示信息并判断预设时间内位移的变化量是否小于预设阈值以检测用户当前状态是否适合开始监测，在小于预设阈值时确定可以开始检测并发出第二提示信息已提示用户当前状态可以开始监测，如此提高对监测运动状态的准确定，也提高了用户体验。

实施例六

图6为本发明实施例六提供的一种运动状态监测方法的流程示意图，本实施例在上述各实施例的基础上，提供一个优选实施例，具体包括：

S601、发出第一提示信息，所述第一提示信息用于提示用户在静止时开启监测运动状态的功能。

示例性的，显示文字信息“请在静止时开启测试”。

S602、判断预设时间内三轴加速度传感器采集数据的变化量是否小于预设阈值。

示例性的，判断2S内三轴加速度传感器XYZ轴的变化量是否小于预设阈值。

S603、如果是，则发出第二提示信息，所述第二提示信息用于提示用户可以开启监测运动状态的功能。

示例性的，显示文字信息“可以开启测试”。

S604、检测到监测指令时，根据三轴加速度传感器采集终端在自身三维坐标系中三个轴向上的实时加速度分量，并根据陀螺仪传感器的采集数据确定重力方向。

S605、将获取的三个轴向的实时加速度分量合并为实时加速度，并根据重力方向确定垂直坐标系。

S606、将实时加速度分解到垂直坐标系中，得到终端在垂直坐标系中X轴上的第一加速度、Y轴上的第二加速度以及Z轴上的第三加速度。

S607、将第一加速度和第二加速度合并，得到水平方向上的水平加速度。

S608、对水平加速度进行积分运算得到水平方向上的实时水平速度，对第三加速度进行积分运算得到垂直方向上的实时垂直速度。

S609、实时获取垂直速度为0时对应的当前水平速度和当前时间戳。

S610、计算并显示实时运动状态参数。

其中，运动状态参数包括实时步长，所述实时步长为垂直速度为0时对应的当前水平速度和单位间隔时间的乘积，所述单位间隔时间为垂直速度为0时对应的当前时间戳和下一时间戳的差值。

进一步，实时显示的运动状态参数可以是：实时水平速度、实时垂直速度、垂直速度为0时对应的水平速度以及实时步长中的任意一种或者其任意组合；

S611、检测到结束监测运动状态的指令时，计算并显示最终运动状态参数。

监测结束后显示的运动状态参数可以是：当前已跑时间、当前总步数、当前已跑距离以及平均步长中的任意一种或者其任意组合。

实施例七

图7为本发明实施例七提供的一种运动状态监测装置的结构示意图，本实施例可适用于对运动状态进行监测的情况，该装置可由硬件和/或软件组成，并一般可集成于终端中，该终端可以是智能手机、穿戴设备(如智能手环、智能手表)等，还可以是智能手机和穿戴设备的结合，即由穿戴设备中的传感器采集相应数据并进行简单计算，由智能手机进行较为复杂的计算并进行显示。如图7所示，该装置具体包括：

确定模块710，用于检测到监测指令时，根据传感器采集数据确定终端在水平方向上的实时水平速度以及重力方向上的实时垂直速度；

获取模块720，用于实时获取垂直速度为0时对应的当前水平速度和当前时间戳；

计算显示模块730，用于实时计算并显示运动状态参数，所述运动状态参数包括实时步长，所述实时步长为垂直速度为0时对应的当前水平速度和单位间隔时间的乘积，所述单位间隔时间为垂直速度为0时对应的当前时间戳和下一时间戳的差值。

在本实施例中，所述确定模块具体包括：

确定单元，用于检测到监测指令时，根据传感器采集数据确定终端在垂直坐标系中X轴上的第一加速度、Y轴上的第二加速度以及Z轴上的第三加速度，所述垂直坐标系以终端中心为原点，Z轴指向重力方向；

计算单元，用于根据第一加速度和第二加速度计算水平方向上的实时水平速度，根据第三加速度计算垂直方向上的实时垂直速度。

在本实施例中，所述确定单元具体可以包括：

采集子单元，用于检测到监测指令时，根据三轴加速度传感器采集终端在自身三维坐标系中三个轴向上的实时加速度分量，并根据陀螺仪传感器的采集数据确定重力方向；

第一合并子单元，用于将获取的三个轴向的实时加速度分量合并为实时加速度，并根据重力方向确定垂直坐标系；

分解子单元，用于将实时加速度分解到垂直坐标系中，得到终端在垂直坐标系中X轴上的第一加速度、Y轴上的第二加速度以及Z轴上的第三加速度。

在本实施例中，所述计算单元具体可以包括：

第二合并子单元，用于将第一加速度和第二加速度合并，得到水平方向上的水平加速度；

运算子单元，用于对水平加速度进行积分运算得到水平方向上的实时水平速度，对第三加速度进行积分运算得到垂直方向上的实时垂直速度。

在本实施例中，还可以包括：

第一提示模块，用于在检测到监测指令之前，发出第一提示信息，所述第一提示信息用于提示用户在静止时开启监测运动状态的功能；

判断模块，用于判断预设时间内三轴加速度传感器采集数据的变化量是否小于预设阈值；

第二提示模块，用于在预设时间内三轴加速度传感器采集数据的变化量小于预设阈值时，发出第二提示信息，所述第二提示信息用于提示用户可以开启监测运动状态的功能。

在上述方案的基础上，优选的，所述运动状态参数还可以包括：实时水平速度、实时垂直速度、垂直速度为0时对应的水平速度、当前已跑时间、当前总步数、当前已跑距离以及平均步长中的任意一种或者其任意组合；

其中，所述当前总步数与单位间隔时间的总数量相对应，一个单位时间间隔记为一步，所述已跑距离是对所有实时步长求和得出。

本实施例提供的运动状态监测装置，与本发明任意实施例所提供的运动状态监测方法属于同一发明构思，可执行本发明任意实施例所提供的运动状态监测方法，具备执行方法相应的功能模块和有益效果。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。