小包解密 运动手环是如何监测睡眠和步数的?
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2023-05-10 14:56:27
随着智能运动手环的普及，越来越多的人们开始佩戴手环，用它来监测自己的健康状态。现在市面上虽然有很多种类的手环，但是功能都差不多。睡眠监测和步数统计是每个手环都具备的基础功能。小小的手环是如何监测睡眠和步数的呢？简单来说，运动手环能够计步是由硬件和软件算法两方面组成，缺一不可。•硬件 是指手环里内置的那枚三轴加速度传感器，一般为军用级，其实三轴加速度传感器不神秘，在大多数中高档手机里都有配备加速度传感器，只是在侦测精度上达不到手环的级别。•三轴加速度传感器 的三轴是指空间中的X，Y，Z三个维度，有了这3个维度，手环就可以捕捉到手环在使用中的加速度变化，从而生成数据。重力加速度大家初中物理课上都学过，在此就不多说了。•软件算法 程序猿根据三轴加速度实时捕捉到的三个维度的各项数据，经过滤波、峰谷检测等过程，使用各种算法和科学缜密的逻辑运算，最终将这些数据转变成手机APP端的可读数字，步数、距离、消耗的卡路里数值等呈现在最终用户面前。基于重力加速度的基本原理去实现工作的，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，只有应用三轴加速度传感器来检测加速度信号。三轴加速度传感器具有体积小和重量轻特点，可以测量空间加速度，能够全面准确反映物体的运动性质，在航空航天、机器人、汽车和医学等领域得到广泛的应用。手环内置的加速度传感器和算法是极其微妙的东西。总体上来说，大家在拿到手环第一次设定时，一定要诚实准确填写各项信息！包括性别，身高，体重，年龄，这些稍微不准都会直接影响到加速度传感器的数据捕捉，进一步影响到算法运算，导致的结果则是计步不准、距离数据不对，消耗卡路里数值欠准度，从而得出不理想的数据，影响到个人运动数据。摆臂姿势、步幅、身形、路面的平整度、上坡下坡都会影响到计步数值。事情是这样的，手环在一定范围内存在公差是正常现象，殊不知物理学上还有“测不准定律”，各家手环均使用加速度传感器来作为计步的主要依据，但是由于采用的器件和算法水平不同，于是就产生了各款手环记录步数不一致的状况。虽然每个人的睡眠状态是不一样的，但是人类的睡眠状态还是有规律可循，而手环主要的判断依据是从入睡到睡眠到醒来这几个阶段的运动变量来判断的。每个人从上床到真正睡着，身体总会有各种各样的变化，手环佩戴在手腕上，必然会随着身体运动变化而产生各种各样的位移，重力点变化，手环则会记录并判断人是不是在睡觉。夜晚睡眠一般情况下有三个状态：清醒、浅睡和深度睡眠。清醒就是有大幅动作的时候，浅睡就是你翻被子、翻身等小幅动作的时候，而深睡眠状态是完全放松不会动的。一般的手环都会设定一些条件来判断是否睡眠，例如某款手环设定了至少6个条件，当手环里的数据符合这6个要件时，手环则认为人开始睡觉了。例如，判断深度睡眠的条件：人处于深度睡眠时，基本上不会产生运动量，运动量改变的时间变得更长，单位时间内动作小于多少即为深度睡眠。白天睡觉时间如果足够长，手环是会记录的，午睡就半小时，手环一般不认为你是在睡觉的；•早上起来看，发现昨晚梦游了？运动计步里有200多步的记录，其实这真的很有可能，晚上睡着了摆臂，身体有移动是很正常的事儿。•同一个人戴不同的手环怎么会得出完全不同的睡眠数据呢?智能手环是通过感应使用者手部状态而推测其睡眠质量的。这种手环在佩戴时往往并不能紧贴手腕，不可能检测到血氧饱和度，而且芯片位置也不固定，也不可能准确捕捉到脉搏。当使用者身体活动时，手环默认其是浅睡眠，静止时则默认是深睡眠。基于这种原理的“睡眠检测”实际只能算是一种“睡眠推测”，并不具有科学性。实际上无论是深睡眠还是浅睡眠，人体都不可能是完全静止状态。只有睡眠进入快速眼动阶段，也就是出现梦境的时候，肢体才会保持静止，但这一阶段既不是深睡眠，也不是浅睡眠，而是属于“异相睡眠”。
