为什么我的微信运动步数总是不那么精准？

除了狂吃宝塔菜

边肖仍然坚持锻炼。

然而，边肖的日常生活

你怎么能老老实实的跑呢？

继续秉持之前“努力思考也能消耗热量”的观点

边肖发现了一个新的“热缺口”

为“无痛消除全身脂肪覆盖”的成功

边肖坚持每天跑5公里。

跑步机的设置速度从9 km/h开始逐渐提高。

然而，当以10.5公里/小时的速度行驶时

边肖突然好奇起来

用手机记录和跑步机记录区别有多大？

结果就是不试不知道。

试试看。

跑步机速度10.5公里/小时，累计跑步5公里

总时间是28' 34 ' '

如果换算成每公里的步速，就是…

从千米/小时到分钟/千米

真正的小学数学

怎么样？你算出来了吗？

跑步机数据为每公里5.71428…分钟。

每公里大约需要5' 43 '。

而手机记录的结果是…

总时间为28' 47 '，跑步距离为6.55公里

这种速度，这种距离

边肖观看并食用鲸鱼。

所以问题来了-

我跑了多少？？？

这种记录差异从何而来？

华丽的反击跑步机

跑步机作为一种常见的室内健身器材，自然认为它的作用是帮助人们强身健体，为室内运动提供便利。

然而令人意想不到的是，还有一个关于跑步机的励志故事，它从一种折磨人的工具变成了一种健身器械…

跑步机的英文单词是跑步机，最早的用法更接近于“跑步机”，即由人力驱动的动力机械。

19世纪，“跑步机”被改造成“跑步机”，成为惩罚犯人的刑具。人们需要用力踩踏辐条来驱动巨大的桨轮，这些桨轮可以用来抽水、碾碎谷物或驱动磨坊。

囚犯每天经常被迫踩磨6个小时以上，相当于每天爬1500到4300米的山。

经过一系列的发展，跑步机已经从人力驱动发展到电动驱动，逐渐成为一种大众化的室内健身器材。

从上面的故事我们可以知道，跑步机主要分为机械跑步机和电动跑步机。

机械跑步机主要是通过跑者与跑带之间的摩擦力来带动跑带跟随跑者的脚步，属于“人力驱动”。

体验机械跑步机也很简单。跑步机关闭时，跑步机上驱动跑带的过程类似于机械跑步机的工作原理。

现在，电动跑步机已经成为主流，它的运行方式是通过电机带动跑带转动，从而带动运动员跟随它的转速。跑步机上的运动员也从“主动”变成了“被动”。

跑步机的传送带除了不受天气影响之外，还有减震功能，可以在一定程度上减少跑步对膝盖和背部的伤害。

那么跑步机是如何记录跑步距离和速度的呢？

目前电动跑步机的加减速都是手动按键控制，我们可以自主设定自己喜欢的速度进行跑步。

也就是说，通过用户设定速度，跑步机的控制系统和电机共同工作，保证跑带以固定的速度旋转。

在这种工作模式下，你只需要记录跑步者的跑步速度和时间，相加得到跑步距离:

以边肖的跑步情况为例。如果跑步速度为10.5 km/h，跑步时间为28:34，则跑步距离为5 km。

跑步机:反击不够，我可以做得更好。

然而，这种控制方式限制了健身者改变速度的自由，并且对电动跑步机的应用扩展也有许多不利影响。

因此，越来越多新的跑步机速度跟踪控制方法被提出，希望让大家运动起来更加科学舒适。

为了让跑步机的速度控制更加方便，最简单的想法就是建立一套速度自动跟踪控制方法。

简单来说，就是在跑步机控制系统中引入一个反馈回路，让控制系统根据跑步者的实际跑步情况自动调整。

那么，哪些信息适合加入反馈回路呢？心率和跑步者的位置似乎是个不错的选择。

我们先来了解一下传感器。

传感器技术是指能够感知周围环境和特殊物质，分析采集到的环境或物质的信息，将识别物质的模拟信号转换成数字信号。

因此，传感器可以确定所获取的数据信息的数量和质量。

上面说的跑步机速度自动跟踪法，是指心率传感技术和位置传感技术的融合，可以实时跟踪运动员的心率状态和位置状态。

自动控制过程的原理如下图所示:

基于传感技术的跑步机速度自动跟踪控制方法流程图

为了保证运动员的安全，光学心率传感器会一直提供运动员心率的信息。

当运动员的心率超过设定的阈值时，跑者会自动降低速度，使运动员的心率逐渐恢复到正常值。

如果运动员心率没有缓解，跑步机会自动停止，最大限度保护运动员的生命安全。

另一方面，当运动员处于跑带中心时，从平衡的角度来看，他们处于最佳的运动状态。

因此，位置传感器可以始终确定跑步者在跑步带上的位置，如果跑步者偏离了跑步机的中心，反馈回路也会进行调整。通过微调跑步带速度，运动员可以回到中间位置。

但这种调整方式也存在一些不足，比如同样的位置偏差可能是由远及近造成的，也可能是由近及远造成的，进行速度补偿时容易误判，使运动员偏离中心位置。

此外，在跑步机正常运行时，人在跑步带上跑步可近似视为脉冲载荷。

脉冲载荷具有明显的周期性，加卸载动作时间短。电机可能在脚触板的瞬间随时变速，会造成加减速冲击，带来不好的体验。

除了考虑心率和跑步者的位置，步法也可以作为反馈回路的重要信息。

步法信息是指运动时足底与跑步机之间的力信号，可以通过在电动跑步机的跑带下安装压力传感器来获取。

通过分析运动时的步法信息，可以判断运动员的运动趋势。由压力传感器收集的由人体运动产生的z方向垂直方向被求和为:

运动员在任意时刻t的位置信息可以通过力矩平衡方程获得:

由此可以得到F、X、Y的实时曲线，通过分析可以划分跑步者步态周期的各个阶段。

步法信息，X (t)，Y (t)等。)作为反馈回路的重要判别因素，然后控制电机加速或减速，使跑步机速度随着人体运动速度的变化而变化，可以实现跑步机速度在一定范围内的跟随控制，提高跑步机的性能。

一步，两步，三步，四步...怎么算？

前面我们详细介绍了跑步机计步和性能优化的知识。接下来我们来了解一下手机记录跑步距离和速度的原理，看看为什么两种记录方式的差别如此之大。

首先，我们从一个简单的计步器开始。计步器可以记录运动员的行走步数、行走距离、行走速度和行走时间，并在此基础上计算出运动员在一定时间内消耗的热量或热能，主要用于统计运动量。

目前常见的计步器分为机械计步器、基于专用计步器芯片的电子计步器、智能手环和基于智能手机内置传感器开发的计步器软件。

以电子计步器为例，为了实现计步器的功能，需要准确记录行走和跑步过程中的周期性物理量。

而人在行走或跑步时，加速度变化最明显，可以分解为前进、纵向和横向三个变量。

在行走和跑步过程中，加速度随着我们的步伐周期性变化。

我们对行走的动作进行划分，其中，在收脚的动作中，由于重心向上，一只脚着地，垂直方向的加速度呈正增大趋势；向前迈步时，重心下移，双脚着地，加速度反方向减小；然而，当脚闭合时，水平加速度减小，当脚迈步时，水平加速度增大。

因此，无论计步器放在哪里，至少一个方向的加速度幅值都会有明显的周期性变化，从而达到精确计步器的目的。

智能手机:计算的n种方法

在智能手机中，各种传感器协同工作来支持我们的各种需求——光传感器、距离传感器、重力加速度传感器、磁传感器、心率传感器、振动传感器……

与电子计步器类似，智能手机也可以采集人体运动时的加速度信号。从下图中，我们可以看到行走过程中加速度的周期性特征。

自相关系数计步算法基于加速度的周期性特征，通过计算相邻两个行走周期内总加速度的相关强度来判断行人是否在行走。相关性越高，精确计步的概率越大。

另一种智能手机计步方法是频域计步算法，即通过采集离散时间序列的传感器数据，对这些数据进行短时傅立叶变换或快速傅立叶变换(FFT)。

传感器采集的数据转换到频域后，可以放大一些时域不明显的信号特征。

我们非常熟悉的陀螺仪，在智能手机的计步功能中也扮演着重要的角色。陀螺仪的主要作用是检测角动量。

以FFT计步算法为例，将陀螺仪采集的角速度最大的坐标轴作为敏感轴，然后对角速度数据进行FFT处理，将时域的角速度数据转换为频域的数据。

最后判断数据是否在典型行走频率范围内，是否超过预设的幅度阈值，如果满足上述条件，则计一步。

与时域的计步方法相比，频域的计步方法更加精确，但也带来了更多的能量消耗。

下表简要总结了当前各种计步算法:

各种计步算法的优缺点比较

通过对跑步机和智能手机计步的了解，我们可以知道跑步机是通过运动员设定的速度和运动时间来记录距离的。

而智能手机的计步方式多种多样，但它们的共同特点是可以通过不同算法分析传感器获得的数据来计步。

这样一来，我们在跑步机上的跑步姿势、步长和步频都会导致智能手机的测量结果准确度不同，从而导致边肖在跑步机上记录的5 km的跑步距离和智能手机记录的6.55 km有着巨大的差异。

所以仔细想一想……是不是边肖腿短导致步进频偏高，所以手机记录结果虚高？？？

下面我们来看看不同记录方式的区别！

参考

跑步机是怎么从刑具变成大众健身器材的？

程龙乐，徐金林，等。基于图像处理的跑步机速度自适应技术研究[J]。计算机技术与发展，2016，(10): 92-94。

刘洋，，，刘瑶，马。基于步法的跑步机速度跟踪控制方法(J)。传感技术学报，2015，28 (02):217-220。

杨润泽。智能手机节能计步算法的研究与应用(四)。内蒙古大学，2019。

王继。基于行人航位推算的室内智能手机定位方法研究。山东科技大学，2020。