上个月
“全身脂肪覆盖层无痛肃清术”
除了狂吃宝塔菜（学习分形）之外
然而日常整活的
怎么可能只是老诚笃实的在跑步呢？
连续秉持着之前“努力思考同样可以花费热量”的思路
为了“全身脂肪覆盖层无痛肃清术”的成功进行
跑步机的设置速率也逐渐从9 km/h逐步提升
然而跑到10.5 km/h这个速率时
利用手机进行记录和跑步机的记录差异会有多大？
结果是不试不知道
一试吓一跳
跑步机速率10.5 km/h累计跑步5 km
共计用时28'34''
换算为每公里配速的话便是…
从km/h到min/km
真·小学数学
怎么样，算出来了没有？
跑步机的数据是每公里配速5.71428…min
约为每公里用时5'43''
而手机记录的结果是…
共计用时28'47'' 跑步间隔6.55 km
（结束记录韶光稍有延迟）
这配速，这间隔
那么问题来了——
我到底跑了多少？？？
这样的记录差异是从何而来呢？
华美逆袭的跑步机
跑步机作为常见室内健身器材，我们都会自然而然的认为它的浸染是帮助大家强身健体，为室内运动供应便利。
图片来源 | pixabay
然而切切没想到，跑步机竟然还有一段从刑具逆袭成为健身器材的励志故事…
跑步机对应的英文单词是Treadmill，最早的用场更靠近于“踏车”，即人力驱动的动力机器。
在19世纪，“踏车”被改造成为了“跑步机”，成为了惩罚犯人的刑具。犯人们须要用力踩动辐条以带动巨大的桨轮，用于抽水、粉碎谷物或者驱动磨坊。
图片来源 [1]
囚犯们常常每天被迫踩磨坊6个小时以上，这相称于每天攀登1500米到4300米的高山。
经由了一系列的发展，跑步机也由人力驱动演化成为了电力驱动，逐渐成为了受到大家欢迎的室内健身东西。
从上面这段故事中，我们可以得知——从机器构造上进行分类，跑步机紧张分为机器式跑步机和电动跑步机。
机器式跑步机紧张通过运动者与跑带的摩擦，带动跑带跟随着运动者的脚步进走运动，也便是“人力驱动”。
想体验机器式跑步机也很大略，当跑步机处于关闭状态，我们在跑步机上用力带动跑带的过程，就类似于机器式跑步机的事情事理。（但谁又会想这样做呢？）
而现在，电动跑步机成为主流，其运作办法是通过电机带动跑带的迁徙改变，从而带动运动者跟随其迁徙改变速率进走运动。跑步机上的运动者也从“主动”变为了“被动”。
除了不受景象影响之外，跑步机的运送带具有避震功能，可以一定程度上降落跑步对膝盖和背部的侵害。
那么跑步机是如何记录跑步间隔和速率的呢？
目前，电动跑步机的加减速都是通过手动按钮掌握，我们可以自主地设定心仪的速率来进行跑步磨炼。
也便是说，通过利用者设定速率，跑步机的掌握系统和电机通过协同事情担保了跑带以固定的速率（即设定速率）迁徙改变。
在这种事情模式之下，只须要将跑步者的跑步速率与韶光进行记录，求和即可得到跑步间隔：
以
跑步机：逆袭不足，我还能更好
但这样的掌握办法，制约了健身者改变速率的自由性，对付电动跑步机运用拓展也产生了诸多不利影响。
因此，有越来越多新的跑步机速率跟踪掌握方法被提出，希望可以让大家运动的更加科学和舒适。
为了让跑步机速率掌握更加便捷，最大略的思路便是建立一套速率自动跟踪掌握的方法。
大略来说，便是在跑步机掌握系统中引入反馈回路，这样掌握系统就可以根据跑步者实际的跑步情形来自动进行调节。
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那么，哪一个信息适宜被加入反馈回路呢？心率和跑步者的位置彷佛是不错的选择。
让我们先来理解一些传感器干系的知识。
传感器技能是指可以感知周围环境以及分外物质，将采集的环境或物质信息进行剖析，并且将识别物质的仿照旗子暗记转化为数字旗子暗记。
因此，传感器可以决定所获取的数据信息的数量与品质。
上面提到的跑步机速率自动跟踪方法，是指将心率传感技能和位置传感技能进行集成，能够实时追踪到运动者的心率状态和位置状态。
其自动掌握流程事理如下图所示：
基于传感技能的跑步机速率自动跟踪掌握方法流程图 [3]
为了担保运动者的安全，光学心率传感器会时候供应运动者的心率信息。
当运动者的心率超过设定阈值时，跑步机会自动降落速率，使运动者的心率逐渐规复到正常数值。
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若运动者的心率没有得到缓解，跑步机则会自动急停，最大限度地保护运动者的生命安全。
另一方面，当运动者处于跑步带的中心时，从平衡感的角度考虑，是处于最佳运动状态的。
因此，位置传感器可以时候确定运动者在跑步带上的位置，如果运动者偏离跑步机的中央位置，反馈回路同样会进行调节。通过微调跑带速率使运动者回到中央位置。
但这样的调节办法也存在一些不敷之处，例如：相同的位置偏差可能是由远及近引起，也可能是由近及远引起，在进行速率补偿时随意马虎发生误判，反而使运动者更偏离中央位置。
除此之外，在跑步机正常运行过程中，人在跑带上跑步，可以近似被看做脉冲型负载。
脉冲型负载具有明显的周期性，加载与卸载的浸染韶光较短，马达可能会在脚触板的任意时候变速，会造成加减速震荡，带来不良体验。
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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主要信息。
步法信息是指运动时脚底与跑步机之间的浸染力旗子暗记，可以通过在电动跑步机跑带下方安装压力传感器得到。
通过剖析运动时的步法信息，可以判别运动者的运动趋势。将压力传感器采集到的人在运动时产生的Z方向垂直力求和：
运动者在任意韶光t的位置信息可以由力矩平衡方程得到：
由此可以得到F(t) 、X(t) 、Y(t) 的实时曲线，经由剖析可以划分出跑步者步态周期中的各个阶段。
将步法信息（F(t) 、X(t) 、Y(t)等）作为反馈回路的主要判别成分，进而掌握电机加速或减速，使得跑步机速率随着人体运动速率的变革而改变，可以在一定范围内实现跑步机速率的跟随掌握，提升跑步机的性能。
一步两步三步四步...怎么数？
前面为大家详细的先容了跑步机计步和性能优化的干系知识，让我们再接着理解手机记录跑步间隔和速率的事理，看看为什么两种记录办法的差异会如此之大呢？
首先，我们先从大略的计步器开始，计步器可以记录运动者的行走步数、行走间隔、行走速率和行走韶光等数据，并且在此根本上测算运动者某一时段的卡路里或热能花费，紧张用于统计运动量。
电子计步器 | 图片来源
目前，常见的计步器分为机器式计步器、基于专用计步芯片的电子计步器、智好手环和基于智好手机内置传感器开拓的计步器软件等。
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以电子计步器为例，为了实现计步的功能，须要对行走和跑步时具有周期性的物理量进行精确的记录。
而人在行走或跑步时，加速度的变革最为明显，可以将其分解为前向、纵向、侧向三个方向的变量。
行走和跑步的过程中，加速度随着我们的步伐呈现周期性变革。
将我们行走的动作进行分割，个中，在收脚的动作中，由于重心向上，单只脚触地，垂直方向加速度是呈现正向增加的趋势；向前迈步时，重心下移两脚触地，加速度呈现反向减小的趋势；而水平加速度在收脚时减小，在迈步时增大。
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因此，无论将计步器放在哪个部位，至少会有一个方向的加速度幅度会具有明显的周期性变革，从而实现精确计步的目的。
智好手机：n种方法算算算
在智好手机中，各种各样的传感器协同事情支持着我们的各种需求——光芒传感器、间隔传感器、重力加速度传感器、磁力传感器、心率传感器、振动传感器…
类似于电子计步器，智好手机也可以采集人体在运动时的加速度旗子暗记，从下图中可以看到行走过程中加速度的循环特性。
连续行走时产生的加速度的大小 | 图片来源 [6]
自干系系数计步算法基于加速度的循环特色，通过打算两个相邻步辇儿周期上整体加速度的干系性强弱判断行人是否行走，干系性越高，则准确计步的概率越大。
其余一种智好手机计步方法是频域计步算法，即通过网络离散韶光序列上的传感器数据，将这些数据进行短时傅里叶变换（Short Term Fourier Transform，STFT）或者快速傅里叶变换（Fast Fourier Transform，FFT）。
传感器网络到的数据转换到频域后，可以放大一些在时域上不足明显的旗子暗记特色。
我们非常熟习的陀螺仪在智好手机的计步功能中也发挥了主要的浸染。陀螺仪的紧张功能是检测角动量。
以FFT计步算法为例，将陀螺仪采集到角速率最大的坐标轴作为敏感轴，接着对角速率数据作FFT处理，将时域角速率数据转换为频域数据。
末了，判断数据是否在范例步辇儿频率范围内且超出预设的振幅阈值，若符合上述条件，则计一步。
相较于时域的计步办法，频域计步办法会更加准确，但同时也带来了更大的能耗。
如下表格对目前各种计步算法进行了大略的总结：
各种计步算法的优缺陷比拟 [7]
通过对跑步机和智好手机计步办法的理解，我们可以知道跑步机是通过运动者设定的速率和运动韶光进行间隔记录。
而智好手机的计步办法相对更为多样，但其共性是通过对传感器得到的数据进行不同的算法剖析从而进行计步。
这样看来，我们在跑步机上的跑步姿势、步长和步频都会导致智好手机丈量结果的精准程度不同，也就造成了
以是仔细想想…难道是
大家也一起来看看不同记录办法的差异有多大吧！
参考文献
[1] 知乎 | 跑步机是如何从刑具翻身成为大众健身东西的？
[2] 褚俊英,郭彬,孙彤.基于传感技能的跑步机速率自动跟踪掌握方法[J].自动化与仪器仪表,2020(07):38-41.DOI:10.14016/j.cnki.1001-9227.2020.07.038.
[3] 程龙乐，许金林，等．基于图像处理的跑步机速率自适应技能研究［J］．打算机技能与发展， 2016，( 10) : 92－94．
[4] 刘洋,周旭,孙怡宁,刘遥,马书芳.基于步法的跑步机速率跟踪掌握方法[J].传感技能学报,2015,28(02):217-220.
[5] 王盼.基于单片机的智能计步器设计[J].仪表技能,2021(06):23-25+45.DOI:10.19432/j.cnki.issn1006-2394.2021.06.006.
[6] 杨润泽. 一种节能的智好手机计步算法的研究与运用[D].内蒙古大学,2019.
[7]王继. 基于行人航迹推算的室内智好手机定位方法研究[D].山东科技大学,2020.
文中未标明来源的表情包图片均来源网络
编辑：Norma
