基于鞋垫内置传感器的高精度计步算法

严金戈，郭延锐

(1.合肥工业大学 工业与装备技术研究院， 安徽 合肥 230000；2.合肥工业大学 计算机与信息学院， 安徽 合肥 230000)

0 引 言

随着智能穿戴设备的普及，使用加速度传感器感知人体加速度变化并计步的方案日渐成熟。一方面，利用智能手机内置加速度传感器[1-3]的方案因其开发成本低，显示方便的特性而为研究者普遍使用。另一方面，使用专业的惯性测量单元放置[4]于身体某部位的方案因其在步数检测具体分析中更强的针对性而受到高度关注。

在基于人体加速度数据的计步算法中，波峰检测算法[5,6]的复杂度较低，检测步数的关键在于识别并去除由于噪声影响而产生的伪波峰和伪波谷，对于滤波算法滤波效果要求较高，不适合检测剧烈运动；自相关分析法[7]的适用范围较广，通过对比前后加速度序列之间的相似性，可以很好地区分空闲和行走两种状态，相似性可通过序列比对[8]等方法计算，但均需要结合之前的运动状态进行相关性判断，累积误差无法避免；动态阈值法[9]采用时间窗内最大值与最小值所确定的中阈值设定计步规则，无法分辨由非行走行为引起的加速度周期性波动，容易出现多计步现象。

结合当前计步设备和计步算法的研究现状，使用基于加速度传感器的计步鞋垫方案在计步的准确度上具有更好的优势。首先，足部作为人体行走行为的主体部位，其运动状态变化最为明显，加速度特征改变最为显著。其次，鞋垫与足平面平行的特性可以赋予传感器加速度分量相应的物理意义。……