Zagrożenie się zbliża. Brunszwik potrzebuje ostrzeżenia. Zombie są przede mną, odcinając mi drogę ucieczki. Muszę biec. Moje płuca płoną. Nogi krzyczą z bólu. Jestem wyczerpany.
Ale tak naprawdę nie jestem wyczerpany. Siedzę na kanapie. „Horda” to scenariusz. Ostrzeżenie jest kodem. A zmęczenie to tylko efekt prawdziwego treningu nałożonego na fikcyjną apokalipsę przez aplikację Zombies, Run! Lubię grywalizację. Zamienia bieg w misję. Ale trenuję też do półmaratonu. Fikcja nie skraca mi sekund. Tak właśnie robi rzeczywistość. Ale rzeczywistość wymaga danych.
Większość biegaczy korzysta z GPS. To złoty standard w śledzeniu aktywności na świeżym powietrzu. Pokazuje dokładnie, jaki dystans przebiegłeś i z jaką prędkością. Ale co się stanie, gdy nie będziesz mógł wyjść na zewnątrz? Deszcz. Śnieg. Uczęszczana ulica. Albo, jak w moim przypadku, po prostu chcieć zostać w domu. Gdy GPS nie jest dostępny, aplikacje przełączają się na akcelerometr.
Jak akcelerometry śledzą ruch bez danych satelitarnych
Twój telefon nie ma kryształowej kuli. Nie wie, gdzie jesteś na mapie. Ale ma akcelerometr. Ten malutki czujnik mierzy zmiany prędkości. Rejestruje ruch w trzech wymiarach: góra/dół, lewo/prawo, przód/tył.
Kiedy biegniesz, Twoje ciało podskakuje. Każde uderzenie stopy powoduje falę uderzeniową przechodzącą przez urządzenie. Akcelerometr oblicza te uderzenia. Analizuje wzór odbijania. Za pomocą algorytmów szacuje długość kroku i rytm. Na tej podstawie oblicza przebytą odległość.
Tak działa śledzenie w pomieszczeniach. To nie magia. To jest matematyka oparta na fizyce. I jest niedoskonała.
Dlaczego śledzenie w pomieszczeniach jest z natury mniej dokładne
GPS przechwytuje sygnały satelitarne. To dokładne. Akcelerometry podlegają dryftowi. Z biegiem czasu kumulują się błędy. Wyobraź sobie krokomierz na sterydach. Jeśli zrobisz krok, on to policzy. Jeśli będziesz stać nieruchomo przez dziesięć minut, może pomyśleć, że przeszedłeś milę. Nie jest w stanie stwierdzić, czy biegniesz pod górę, czy w dół po schodach. Po prostu rejestruje wibracje.
Badania wykazały, że śledzenie w pomieszczeniach zamkniętych może powodować błąd rzędu 10–20% lub więcej. Im dłuższy bieg, tym gorsza staje się Twoja celność. Algorytm zakłada stałą długość kroku. Ale twój krok się zmienia. Robisz się zmęczony. Dostosowujesz swoją technikę. Aplikacja tego nie wie. Po prostu ciągle się liczy.
Które aplikacje najlepiej monitorują sytuację w pomieszczeniach?
Nie wszystkie aplikacje są sobie równe. Niektórzy używają bardziej złożonych algorytmów. Niektórzy łączą dane z akcelerometru z monitorowaniem tętna, aby udoskonalić szacunki. Inni po prostu liczą kroki i mnożą je przez ustaloną długość kroku. To najłatwiejszy sposób na popełnienie błędu.
Aplikacje takie jak Strava, Nike Run Club i Garmin Connect z biegiem czasu udoskonaliły swoje tryby biegania w pomieszczeniach. Często proszą Cię o podanie wzrostu lub poprzednich biegów na świeżym powietrzu, aby skalibrować długość kroku. To pomaga. Ale to wciąż szacunki.
Zombies, Run! koncentruje się na opowiadaniu historii. Śledzenie go jest sprawą drugorzędną w stosunku do historii. Jeśli potrzebujesz dokładnych danych treningowych, warto je jeszcze raz sprawdzić za pomocą dedykowanego zegarka biegowego. Urządzenia te również mają wbudowane akcelerometry, jednak często są one kalibrowane w inny sposób. Zostały zaprojektowane specjalnie do tego zadania.
Akcelerometry w Twojej kieszeni to zasadniczo zaawansowane czujniki ruchu. Mierzą zmiany kierunku i prędkości. Kiedy biegniesz, śledzą przyspieszenie na każdym kroku i lekkie spowolnienie po uderzeniu stopy o ziemię. To są stałe i nieubłagane dane.
Ale tu jest problem. Podczas gdy GPS sprawia, że śledzenie dystansu na świeżym powietrzu jest banalnym zadaniem, dokładne śledzenie dystansu na bieżni przy użyciu czujników w telefonie to chaos. Istnieją setki działających aplikacji na iOS i Androida. Tylko nieliczni potrafią tropić w pomieszczeniach zamkniętych. Dlaczego? Ponieważ trudno jest obliczyć wyimaginowaną odległość bez sygnału satelitarnego.
Alex McMillan, główny twórca Zombies, Run!, wskazuje na główny problem. Dane akcelerometru są zaszumione. Trzeba odróżnić prawdziwy ruch biegacza od drżenia telefonu w kieszeni. Nie chodzi tylko o ruch. Chodzi o oddzielenie sygnału od chaosu.
Następnie następuje ładowanie danych. Aby uzyskać przydatne wyniki, należy często odpytywać akcelerometr. Oznacza to, że Twój kod musi wykonywać obliczenia pomiędzy każdą próbką. To wymaga szybkości. To wymaga efektywności. Dodaj do tego fakt, że tak naprawdę nigdzie się nie przeprowadzasz, a zobaczysz, dlaczego programiści mają trudności.
Pułapka krokomierza
Proste rozwiązanie? Pomyśl o akcelerometrze jako o krokomierzu. Licz swoje kroki. Pomnóż przez długość kroku. Gotowy.
To brzmi prosto. Jest to również wyjątkowo niedokładne.
Ta metoda wymaga wprowadzenia danych. Musisz podać aplikacji swój wzrost i wagę. Aplikacja wykorzystuje tę informację do oszacowania długości kroku. Ale co, jeśli masz długie nogi w stosunku do swojego wzrostu? Osoba tego samego wzrostu co Ty może mieć krótszą długość kroku. Matematyka natychmiast zawodzi.
Niektóre aplikacje próbują to naprawić. Proszą cię o przebiegnięcie znanego dystansu. Może milę. Następnie informujesz aplikację, jak daleko przebiegłeś. Aplikacja dostosowuje szacunkową długość kroku. Nike+ GPS umożliwia wykonanie „biegu kalibracyjnego”. Odległość wpisujesz po fakcie. Aplikacja przelicza dane na przyszłość.
Ale to wprowadza nowe zmienne.
A co jeśli zastosujesz interwały biegania i chodzenia? Długość kroku podczas chodzenia jest krótsza niż podczas biegu. Aplikacja nie wie, co dokładnie robisz, chyba że jej powiesz. Co by było, gdyby bieg kalibracyjny był szybszy niż normalne tempo? Chód jest zróżnicowany. Długość kroku jest różna.
„Jeśli pomiar długości kroku różni się nawet o niewielką wartość, szacunkowa odległość całkowita może różnić się o znaczną wartość”.
Ostrzeżenie McMillana pozostaje w mocy. Jeśli zauważysz rozbieżność pomiędzy odległością wskazywaną przez aplikację a odległością wyświetlaną na bieżni, oznacza to, że widziałeś ten błąd w akcji. Jest to problem każdego, kto przygotowuje się do półmaratonu lub maratonu. Precyzja ma znaczenie.
Zespół MacMillana pracuje nad nowym modelem. Nie próbują mierzyć prędkości bezwzględnej. Mierzą względną zmianę. W tym podejściu ignoruje się wzrost i wagę. Ignoruje długość kroku. Koncentruje się na tym, jak prędkość zmienia się względem niej samej. Czy to rozwiąże problem, czas pokaże.
Bieżnia też nie jest idealna.
Dlaczego po prostu nie zaufać maszynie? Bieżnie liczą obroty pasa. Wydaje się bez zarzutu. Ale to nieprawda.
Wyszukaj „dokładność odległości na bieżni”, a wszędzie znajdziesz skargi. Mały błąd w obliczeniu długości paska kumuluje się przez tysiące obrotów. W trakcie biegu na 5 km ten drobny błąd zamienia się w znaczną różnicę w dystansie. Samochód też kłamie.
Zatem utkniesz pomiędzy hałaśliwym czujnikiem a potencjalnie niedokładną maszyną. Co możesz zrobić?
Dostosuj swoje wrażenia, aby uzyskać najlepsze wyniki
Nie możesz naprawić sprzętu. Można jedynie optymalizować wprowadzanie danych. Jeśli Twoja aplikacja umożliwia kalibrację, użyj jej. Rób to konsekwentnie. Podczas serii kalibracyjnych używaj tego samego tempa rozgrzewki, aby utrzymać stabilne zmienne.
Uważaj na aplikacje, które zapewniają doskonałą dokładność bez udziału użytkownika. Jeśli aplikacja pyta o wzrost i wagę, ale nic więcej, potraktuj odczyty odległości jako szacunkowe. Zgrubne szacunki.
„Uważamy, że będąc w stanie zmierzyć jedynie względną zmianę prędkości danej osoby, zamiast próbować dokładnie oszacować rzeczywistą prędkość biegacza, możemy stworzyć model, który będzie działał dla bardzo szerokiego grona biegaczy”.
Ta filozofia może być przyszłością śledzenia w pomieszczeniach. Do tego czasu polegaj na wysiłku. Polegaj na czasie. Bardziej ufaj pieczeniu w nogach niż cyfrom na ekranie.
Prawdziwa informacja kryje się w luce pomiędzy postrzeganym wysiłkiem a odczytami cyfrowymi. To jest chaotyczne. To ludzkie. I to jest jedyna rzecz, którą możesz naprawdę kontrolować.
Kalibruj aplikacje do biegania w pomieszczeniu, aby zwiększyć dokładność
Uzyskiwanie dokładnych danych z aplikacji bieżni nie jest automatyczne. Będziesz musiał nad tym popracować.
Pierwszą przeszkodą jest znalezienie oprogramowania, które faktycznie pozwala na wprowadzenie danych kalibracyjnych. Wiele popularnych aplikacji fitness w ogóle nie obsługuje tej funkcji. Jeśli Twój obecny wybór nie oferuje tej opcji, będziesz musiał zadowolić się przybliżonymi szacunkami. Jeśli znajdziesz aplikację, która umożliwia ręczne wprowadzanie danych, oto, jak poprawić dokładność.
Dokładnie określ swoją odległość
Potrzebujesz znanej zmiennej.
Znajdź miejsce, w którym odległość jest znana ze 100% dokładnością. Regularna bieżnia lekkoatletyczna jest tutaj złotym standardem. Jest to zaznaczone i zmierzone.
Brak dostępu do stadionu? Bez problemu. Wyjdź na zewnątrz. Aby uzyskać wskazówki, użyj urządzenia GPS lub telefonu w trybie na zewnątrz. Wybierz coś prostego. Jedna mila. Jeden kilometr. Zaznacz dokładne punkty początkowe i końcowe. Zapisz je. Potrzebujesz tych współrzędnych tak dokładnie, jak to możliwe.
Przełącz aplikację w tryb wewnętrzny
Ten krok jest wymagany.
Niezależnie od tego, czy jesteś na bieżni, czy po prostu spacerujesz po salonie, aby przeprowadzić kalibrację, powinieneś przełączyć aplikację w tryb wewnętrzny. Dlaczego? Ponieważ mówi oprogramowaniu, aby ignorowało sygnały GPS. Zmusza to telefon do polegania na akcelerometrze. GPS nie działa dobrze w pomieszczeniach zamkniętych. Akcelerometr działa dobrze. To jedyny czujnik, który rejestruje Twoje kroki.
Wykonaj przebieg kalibracyjny
Teraz biegnij.
Zacznij od zaznaczonego punktu początkowego. Zatrzymaj się dokładnie w zaplanowanym miejscu. Jeśli korzystasz z treningu interwałowego (bieganie/chodzenie), trzymaj się normalnych proporcji. Nie zmieniaj tempa ani schematu na potrzeby testu.
Niezwykle ważne jest, aby odległość była jak największa. Więcej punktów danych oznacza bardziej stabilne obliczenia. Krótki okres nie zapewni aplikacji wystarczającej ilości informacji do zbudowania niezawodnego modelu.
Wprowadź szczegóły
Po zakończeniu wprowadź odległość.
Aplikacja akceptuje ten numer. Dzieli ją przez liczbę kroków zarejestrowanych przez akcelerometr. Wynik to średnia długość kroku.
Dlatego ważny jest prawidłowy stosunek odstępów. Jeśli podczas testu biegasz i chodzisz, aplikacja oblicza średnią obejmującą oba rodzaje ruchu. Jeśli biegasz tylko podczas kalibracji, ale chodzisz podczas samego treningu, dane będą bezużyteczne. Porównujesz nieporównywalne. Długość kroku zmienia się pomiędzy bieganiem i chodzeniem. Aplikacja musi o tym wiedzieć.
Sprawdź wyniki
Przejdź ponownie wyznaczoną trasę.
Trzymaj aplikację w trybie wewnętrznym. Sprawdź odległość.
Jeśli jest blisko celu, świetnie. Jeśli pojawią się rozbieżności, nie panikuj. Spróbuj powtórzyć cały proces z większą odległością. Większy rozmiar próbki często koryguje małe błędy systematyczne.
Kiedy przeprowadzić ponowną kalibrację
Twoje ciało się zmienia. Twoja rutyna się zmienia.
Jeśli Twoja waga zmieniła się o więcej niż kilka funtów, przeprowadź ponowną kalibrację aplikacji. Utrata wagi zwykle oznacza, że robisz się coraz szybszy. Zwiększa się długość kroku. Zmiany częstotliwości kroków. Jeśli zmienisz stosunek biegu do chodu, będzie to kolejny powód do ponownej kalibracji.
Aplikacja przyjmuje założenia. Używa wzoru: kroki razy długość kroku. To nie magia. To matematyka oparta na ograniczonych danych. Nie uzyskasz 100% dokładności. Nie jest to możliwe przy obecnym poziomie technologii czujników. Ale możesz śledzić swoje postępy. Można zobaczyć trendy. Możesz wiedzieć, czy z biegiem czasu robisz się coraz szybszy, czy wolniejszy.
Tutaj leży prawdziwa wartość. Nie przy dokładnym obliczaniu metrów. W trendzie.
Nota autora: Tajemnica akcelerometru
Przetestowałem kilkanaście działających aplikacji. Kocham technologię, ale znam też jej ograniczenia. Żadne z nich nie jest całkowicie dokładne w pomieszczeniach zamkniętych. Kroki kalibracji pomagają. Wypełniają lukę pomiędzy „dzikimi przypuszczeniami” a „wyuczonymi szacunkami”.
Ale co, jeśli potrzebuję dokładnych danych o tempie? Wychodzę na zewnątrz. GPS jest lepszy pod względem dokładności. Czujniki są lepsze ze względu na wygodę. Poznaj różnicę.
Powiązane tematy
- Jak działają akcelerometry iPhone’a
*Bieg na bieżni dla triatlonistów - Technologia i utrata masy ciała
Zasoby zewnętrzne
- Zombie, uciekaj!
- iBieżnia
*Nike+ GPS
Źródła
Barański, P. i in. „Nawigacja zliczania martwego – uzupełnienie GPS dla pieszych o krokomierz oparty na akcelerometrze i kompas elektroniczny”. 2009.
* Cho, Dae-Ki i in. „AutoGait: mobilna platforma, która dokładnie szacuje przebytą odległość”. UCLA, Alcatel-Lucent Bell Labs. 2012.
Hillrunner. „Konwersja tempa na bieżni”.
* Instrumenty Teksasu. „Akcelerometry i jak działają”.
