能量消耗測量方法以及能量消耗測量系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種能量消耗測量方法和能量消耗測量系統(tǒng)。本發(fā)明的能量消耗測量方法和能量消耗測量系統(tǒng)通過將用戶的運動數(shù)據(jù)進行處理獲得一段時間內(nèi)對應(yīng)的運動特征矢量，并將該運動特征矢量與數(shù)據(jù)庫中的標準運動特征矢量進行比較獲得該段時間內(nèi)標準運動特征矢量及其對應(yīng)的能量消耗。本發(fā)明的能量消耗測量方法和能量消耗測量系統(tǒng)計算更加精確，設(shè)置更加靈活，使用更加方便。
【專利說明】能量消耗測量方法以及能量消耗測量系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于顯示【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種能量消耗測量方法，能量消耗測量系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002] 傳統(tǒng)的計步器是通過震動傳感器或加速度傳感器，測量人體步行的時候產(chǎn)生的震 動，并根據(jù)人體行走過程中穩(wěn)定的頻率和速度，對測量到的數(shù)據(jù)信號進行處理，從而計算出 實際行走的步數(shù)的裝置。這類裝置由于只考慮到行走的模式，因此只能記錄人們由于行走 產(chǎn)生的活動量和其能量消耗，對于其他運動無法準確測量和記錄。
[0003] 很多新型的活動量測量裝置可以進行全天候的運動和睡眠狀況測量，和傳統(tǒng)的只 能測量步數(shù)的計步器相比，這種新型裝置為準確測量人體一天的活動量和相關(guān)的脂肪消耗 提供了一個可行的實現(xiàn)方法。一些研究者認為測量氧氣攝入量是測量日常運動強度的最佳 方式。運動強度可通過量化運動過程中和休息時的氧氣攝入量進行推斷，需要建立大量的 能量消耗與氧氣攝入量計算關(guān)系。
[0004] 但是，對于某些無氧運動，氧氣攝入量不能真實反映活動量和人體消耗的能量，t匕 如游泳，舉重。同時，由于測量氧氣攝入量的裝置精度不高，還存在很大的測量誤差。
[0005] 同時，雖然現(xiàn)實生活中的體育活動有很多種，但是一個人日常進行的體育活動都 是有限的幾種類型，而能量消耗也就集中在這比較單一幾種形式上。大量復(fù)雜的能量消耗 與氧氣攝入量計算關(guān)系不僅費時費力，而且也沒有太大使用頻度。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的針對現(xiàn)有的根據(jù)氧氣攝入量計算人體的能量消耗的方法存在精度 不高，運算復(fù)雜的問題，提供一種計算更加精確，設(shè)置更加靈活，使用更加方便的能量消耗 測量方法。
[0007] 解決本發(fā)明技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案包括以下步驟：
[0008] 1)獲取用戶一段時間的運動數(shù)據(jù)；
[0009] 2)對運動數(shù)據(jù)進行處理獲得運動特征矢量；
[0010] 3)將步驟2中獲得的運動特征矢量與數(shù)據(jù)庫中的標準運動特征矢量比較，判斷運 動是否與數(shù)據(jù)庫匹配；若匹配則根據(jù)數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)獲得能量消耗值；若不能匹配，則允許 用戶創(chuàng)建自定義運動模型，并輸入相應(yīng)的能量消耗值。
[0011] 優(yōu)選的，所述步驟1)包括采用加速度傳感器和角速度傳感器記錄、存儲運動數(shù) 據(jù)。
[0012] 優(yōu)選的，所述步驟2)包括：
[0013] 對運動數(shù)據(jù)以一定時間單位分割為m個時間單元，每個時間單元包含有各運動變 量的η個數(shù)據(jù)點，其中，m，η為大于零的自然數(shù)；
[0014] 分別計算各運動變量的m個時間單元的η個數(shù)據(jù)點在X軸、y軸、ζ軸三個方向上 的均值、方差、以及直方圖斜率；
[0015] 將所有m個時間單元的各運動變量的數(shù)據(jù)點在x軸、y軸、z軸三個方向上的均值、 方差、以及直方圖斜率進行高斯概率分布計算，獲取相應(yīng)的高斯分布曲線離散特征值σ和 位置特征值Ρ，并采用最小二乘法擬合計算矢量^的數(shù)值，將矢量Ρ作為相應(yīng)各運動變量 的特征矢量；
[0016] 將各運動變量的特征矢量的集合作為對應(yīng)時間單元的運動特征矢量。
[0017] 優(yōu)選的，所述的運動變量包括運動元素和用戶元素；所述運動元素包括位移s、速 度V、加速度a、高度h、時間t ;所述用戶元素包括年齡、性別、體重、身高、肺活量和體重指 數(shù)。
[0018] 優(yōu)選的，所述的步驟3)包括：采用歸一化歐式距離計算運動特征矢量與標準運動 特征矢量的相似度；比較所述相似度是否小于所述設(shè)定值；所述相似度的絕對值小于設(shè)定 值時則匹配，所述相似度的絕對值大于等于設(shè)定值時則不匹配。
[0019] 優(yōu)選的，所述的設(shè)定值可以為標準運動特征矢量的高斯分布曲線的離散特征閾值 °"opt。
[0020] 優(yōu)選的，所述的數(shù)據(jù)庫包括用戶自定義運動模型庫和云端運動模型庫；所述的云 端運動模型庫用于存儲標準運動模型及其對應(yīng)能量消耗；所述的自定義運動模型庫用于存 儲不能與云端運動模型庫匹配的運動特征矢量，并存儲由用戶輸入對應(yīng)的能量消耗。
[0021] 本發(fā)明的另一個目的針對現(xiàn)有的根據(jù)氧氣攝入量計算人體的能量消耗的系統(tǒng)存 在精度不高，運算復(fù)雜的問題，提供一種計算更加精確，設(shè)置更加靈活，使用更加方便能量 消耗測量系統(tǒng)。
[0022] 解決本發(fā)明技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是一種能量消耗測量系統(tǒng)，包括：
[0023] 運動數(shù)據(jù)獲取單元，用于獲取用戶一段時間的運動數(shù)據(jù)；
[0024] 運動數(shù)據(jù)處理單元，用于對運動數(shù)據(jù)進行處理獲得運動特征矢量；
[0025] 比較單元，用于將獲得的運動特征矢量與數(shù)據(jù)庫中的標準運動特征矢量比較，判 斷運動是否與數(shù)據(jù)庫匹配；若匹配則根據(jù)數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)獲得能量消耗值；若不能匹配，則 允許用戶創(chuàng)建自定義運動模型，并輸入相應(yīng)的能量消耗值。
[0026] 優(yōu)選的，所述的運動數(shù)據(jù)獲取單元包括加速度傳感器和角速度傳感器，用于記錄、 存儲運動數(shù)據(jù)。
[0027] 優(yōu)選的，所述的運動數(shù)據(jù)處理單元包括：
[0028] 數(shù)據(jù)分割子單元，用于對運動數(shù)據(jù)以一定時間單位分割為m個時間單元，每個時 間單元包含有各運動變量的η個數(shù)據(jù)點，其中，m，η為大于零的自然數(shù)；
[0029] 數(shù)據(jù)點分量計算子單元，用于分別計算各運動變量的m個時間單元的η個數(shù)據(jù)點 在X軸、y軸、ζ軸三個方向上的均值、方差、以及直方圖斜率；
[0030] 數(shù)據(jù)點離散及擬合子單元，用于將所有m個時間單元的各運動變量的數(shù)據(jù)點在X 軸、y軸、ζ軸三個方向上的均值、方差、以及直方圖斜率進行高斯概率分布計算，獲取相應(yīng) 的高斯分布曲線離散特征值孑和位置特征值只，并采用最小二乘法擬合計算矢量只的數(shù) 值，將矢量^作為相應(yīng)各運動變量的特征矢量；
[0031] 運動特征矢量生成子單元，用于將各運動變量的特征矢量的集合作為對應(yīng)時間單 元的運動特征矢量。
[0032] 優(yōu)選的，還包括數(shù)據(jù)庫單元，用于存儲運動模型數(shù)據(jù)；所述的數(shù)據(jù)庫單元包括用戶 自定義運動模型庫和云端運動模型庫；所述的云端運動模型庫用于存儲標準運動模型及其 對應(yīng)能量消耗；所述的自定義運動模型庫用于存儲不能與云端運動模型庫匹配的運動特征 矢量，并存儲由用戶輸入對應(yīng)的能量消耗。
[0033] 優(yōu)選的，還包括數(shù)據(jù)收發(fā)單元，用于向數(shù)據(jù)庫單元請求運動模型數(shù)據(jù)，接收或發(fā)送 運動模型數(shù)據(jù)。
[0034] 優(yōu)選的，還包括計算單元，若匹配成功則根據(jù)數(shù)據(jù)庫的中標準運動特征矢量獲得 對應(yīng)的能量消耗；若匹配不成功則接收用戶輸入的能量消耗。
[0035] 優(yōu)選的，還包括：顯示單元，用于顯示能量消耗計算單元計算得到的能量消耗。
[0036] 上述的能量消耗測量方法和能量消耗測量系統(tǒng)，可以24小時監(jiān)測用戶的活動內(nèi) 容，獲得相應(yīng)運動數(shù)據(jù)，對特定時間段的運動數(shù)據(jù)進行處理獲得該段時間對應(yīng)的運動特征 矢量，將該運動特征矢量與數(shù)據(jù)庫進行匹配獲取，若匹配成功獲取該時間段對應(yīng)的標準運 動特征矢量及其對應(yīng)能量消耗，若不能與數(shù)據(jù)庫匹配則允許用戶自定義運動模型，并輸入 能量消耗。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0037] 圖1為本發(fā)明實施例1所述能量消耗測量方法的流程圖。
[0038] 圖2為本發(fā)明實施例2中能量消耗測量裝置的組成示意圖。

【具體實施方式】
[0039] 為使本領(lǐng)域技術(shù)人員更好地理解本發(fā)明的技術(shù)方案，下面結(jié)合附圖和具體實施方 式對本發(fā)明作進一步詳細描述。
[0040] 實施例1
[0041] 如圖1所示，本實施例提供一種能量消耗測量方法，包括以下步驟：
[0042] 1)獲取用戶一段時間的運動數(shù)據(jù)；
[0043] 2)對運動數(shù)據(jù)進行處理獲得運動特征矢量；
[0044] 3)將步驟2中獲得的運動特征矢量與數(shù)據(jù)庫中的標準運動特征矢量比較，判斷運 動是否與數(shù)據(jù)庫匹配；若匹配則根據(jù)數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)獲得能量消耗值；若不能匹配，則允許 用戶創(chuàng)建自定義運動模型，并輸入相應(yīng)的能量消耗值。
[0045] 上述的能量消耗測量方法，可以24小時監(jiān)測用戶的活動內(nèi)容，獲得相應(yīng)運動數(shù) 據(jù)，對特定時間段的運動數(shù)據(jù)進行處理獲得該段時間對應(yīng)的運動特征矢量，將該運動特征 矢量與數(shù)據(jù)庫進行匹配獲取，若匹配成功獲取該時間段對應(yīng)的標準運動特征矢量及其對應(yīng) 能量消耗值，若不能與數(shù)據(jù)庫匹配則允許用戶自定義運動模型，并輸入能量消耗值。
[0046] 優(yōu)選的，所述的獲取運動數(shù)據(jù)步驟包括采用加速度傳感器和角速度傳感器記錄、 存儲運動數(shù)據(jù)。
[0047] 用戶的日?；顒樱?，行走、跑步、上樓梯、下樓梯、爬山、跳繩、游泳、羽毛球、籃 球等，都伴隨著特定的運動軌跡。例如，針對打羽毛球運動，由于存在較頻繁的揮臂、快速奔 跑和急停、以及跳躍等運動元素，而這些運動元素都有其特定的位移s、速度V、加速度a、高 度h和時間t信息。可以通過加速度傳感器和角速度傳感器（陀螺儀）將這些信息記錄下 來，形成對應(yīng)羽毛球運動的運動數(shù)據(jù)。通過對特定時間段用戶的運動數(shù)據(jù)的計算處理獲得 該段時間內(nèi)的運動特征矢量。
[0048] 運動特征矢量包括多個維度的運動變量，該運動變量包括運動元素和用戶元素； 運動元素包括位移s、速度V、加速度a、高度h、時間t等信息；用戶元素包括年齡、性別、體 重、身高、肺活量和體重指數(shù)信息等。上述運動特征矢量包括的變量維數(shù)可以根據(jù)運動形式 的不同適當(dāng)增減。

【權(quán)利要求】
1. 一種能量消耗測量方法，其特征在于，包括以下步驟： 1) 獲取用戶一段時間內(nèi)的運動數(shù)據(jù)； 2) 對運動數(shù)據(jù)進行處理獲得運動特征矢量； 3) 將步驟2)中獲得的所述運動特征矢量與數(shù)據(jù)庫中的標準運動特征矢量比較，判斷 運動是否與數(shù)據(jù)庫匹配；若匹配則根據(jù)數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)獲得能量消耗值；若不能匹配，則允 許用戶創(chuàng)建自定義運動模型，并輸入相應(yīng)的能量消耗值。
2. 如權(quán)利要求1所述的能量消耗測量方法，其特征在于，所述步驟1)包括采用加速度 傳感器和角速度傳感器記錄、存儲運動數(shù)據(jù)。
3. 如權(quán)利要求1所述的能量消耗測量方法，其特征在于，所述步驟2)包括： 對運動數(shù)據(jù)以一定時間單位分割為m個時間單元，每個時間單元包含有各運動變量的 η個數(shù)據(jù)點，其中，m，η為大于零的自然數(shù)； 分別計算各運動變量的m個時間單元的η個數(shù)據(jù)點在X軸、y軸、ζ軸三個方向上的均 值、方差、以及直方圖斜率； 將所有m個時間單元的各運動變量的數(shù)據(jù)點在X軸、y軸、ζ軸三個方向上的均值、方 差、以及直方圖斜率進行高斯概率分布計算，獲取相應(yīng)的高斯分布曲線離散特征值σ和位 置特征值只，并采用最小二乘法擬合計算矢量只的數(shù)值，將矢量^作為相應(yīng)各運動變量的 特征矢量； 將各運動變量的特征矢量的集合作為對應(yīng)時間單元的運動特征矢量。
4. 如權(quán)利要求3所述的能量消耗測量方法，其特征在于，所述的運動變量包括運動元 素和用戶元素；所述運動元素包括位移s、速度V、加速度a、高度h、時間t ;所述用戶元素包 括年齡、性別、體重、身高、肺活量和體重指數(shù)。
5. 如權(quán)利要求1所述的能量消耗測量方法，其特征在于，所述的步驟3)包括：采用歸 一化歐式距離計算運動特征矢量與標準運動特征矢量的相似度；比較所述相似度是否小于 所述設(shè)定值；所述相似度的絕對值小于設(shè)定值時則匹配，所述相似度的絕對值大于等于設(shè) 定值時則不匹配。
6. 如權(quán)利要求5所述的能量消耗測量方法，其特征在于，所述的設(shè)定值為標準運動特 征矢量的高斯分布曲線的離散特征分布閾值d〇pt。
7. 如權(quán)利要求1所述的能量消耗測量方法，其特征在于，所述的數(shù)據(jù)庫包括用戶自定 義運動模型庫和云端運動模型庫；所述的云端運動模型庫用于存儲標準運動模型及其對應(yīng) 能量消耗；所述的自定義運動模型庫用于存儲不能與云端運動模型庫匹配的運動特征矢 量，并存儲由用戶輸入對應(yīng)的能量消耗。
8. -種能量消耗測量系統(tǒng)，其特征在于，包括： 運動數(shù)據(jù)獲取單元，用于獲取用戶一段時間內(nèi)的運動數(shù)據(jù)； 運動數(shù)據(jù)處理單元，用于對運動數(shù)據(jù)進行處理獲得運動特征矢量； 比較單元，用于將獲得的運動特征矢量與數(shù)據(jù)庫中的標準運動特征矢量比較，判斷運 動是否與數(shù)據(jù)庫匹配；若匹配則根據(jù)數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)獲得能量消耗值；若不能匹配，則允許 用戶創(chuàng)建自定義運動模型，并輸入相應(yīng)的能量消耗值。
9. 如權(quán)利要求8所述的能量消耗測量系統(tǒng)，其特征在于，所述的運動數(shù)據(jù)獲取單元包 括加速度傳感器和角速度傳感器，用于記錄、存儲運動數(shù)據(jù)。
10. 如權(quán)利要求8所述的能量消耗測量系統(tǒng)，其特征在于，所述的運動數(shù)據(jù)處理單元包 括： 數(shù)據(jù)分割子單元，用于對運動數(shù)據(jù)以一定時間單位分割為m個時間單元，每個時間單 元包含有各運動變量的η個數(shù)據(jù)點，其中，m，η為大于零的自然數(shù)； 數(shù)據(jù)點分量計算子單元，用于分別計算各運動變量的m個時間單元的η個數(shù)據(jù)點在X 軸、y軸、ζ軸三個方向上的均值、方差、以及直方圖斜率； 數(shù)據(jù)點離散及擬合子單元，用于將所有m個時間單元的各運動變量的數(shù)據(jù)點在X軸、y 軸、ζ軸三個方向上的均值、方差、以及直方圖斜率進行高斯概率分布計算，獲取相應(yīng)的高斯 分布曲線離散特征值d和位置特征值并采用最小二乘法擬合計算矢量A的數(shù)值，將矢 量A作為相應(yīng)各運動變量的特征矢量； 運動特征矢量生成子單元，用于將各運動變量的特征矢量的集合作為對應(yīng)時間單元的 運動特征矢量。
11. 如權(quán)利要求8所述的能量消耗測量系統(tǒng)，其特征在于，還包括數(shù)據(jù)庫單元，用于存 儲運動模型數(shù)據(jù)；所述的數(shù)據(jù)庫單元包括用戶自定義運動模型庫和云端運動模型庫；所述 的云端運動模型庫用于存儲標準運動模型及其對應(yīng)能量消耗；所述的自定義運動模型庫用 于存儲不能與云端運動模型庫匹配的運動特征矢量，并存儲由用戶輸入對應(yīng)的能量消耗。
12. 如權(quán)利要求11所述的能量消耗測量系統(tǒng)，其特征在于，還包括數(shù)據(jù)收發(fā)單元，用于 向數(shù)據(jù)庫單元請求運動模型數(shù)據(jù)，接收或發(fā)送運動模型數(shù)據(jù)。
13. 如權(quán)利要求8所述的能量消耗測量系統(tǒng)，其特征在于，還包括計算單元，若匹配成 功則根據(jù)數(shù)據(jù)庫的中標準運動特征矢量獲得對應(yīng)的能量消耗；若匹配不成功則接收用戶輸 入的能量消耗。
14. 如權(quán)利要求13所述的能量消耗測量系統(tǒng)，其特征在于，還包括： 顯示單元，用于顯示所述計算單元計算得到的能量消耗。
【文檔編號】G06F17/30GK104111978SQ201410289555
【公開日】2014年10月22日 申請日期:2014年6月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月25日
【發(fā)明者】魏強 申請人:京東方科技集團股份有限公司