Угроза приближается. Брансуик нуждается в предупреждении. Зомби опережают меня, отрезая путь к отступлению. Мне нужно бежать. Мои легкие горят. Ноги кричат от боли. Я истощен.
Но на самом деле я не истощен. Я сижу на диване. «Орда» — это сценарий. Предупреждение — это код. А усталость — всего лишь результат реальной тренировки, наложенной на вымышленный апокалипсис приложением Zombies, Run! Мне нравится геймификация. Она превращает пробежку в миссию. Но я также готовлюсь к полумарафону. Вымысел не сокращает мои секунды. Это делает реальность. А реальность требует данных.
Большинство бегунов полагаются на GPS. Это золотой стандарт для отслеживания активности на открытом воздухе. Он точно показывает, как далеко вы пробежали и с какой скоростью. Но что происходит, когда вы не можете выйти на улицу? Дождь. Снег. Оживленная улица. Или, как в моем случае, просто желание остаться в помещении. Когда GPS недоступен, приложения переключаются на акселерометр.
Как акселерометры отслеживают движение без спутниковых данных
Ваш телефон не обладает хрустальным шаром. Он не знает, где вы находитесь на карте. Но у него есть акселерометр. Этот крошечный датчик измеряет изменения скорости. Он фиксирует движение в трех измерениях: вверх/вниз, влево/вправо, вперед/назад.
Когда вы бежите, ваше тело подпрыгивает. Каждый удар стопы посылает через устройство ударную волну. Акселерометр подсчитывает эти воздействия. Он анализирует паттерн подпрыгиваний. С помощью алгоритмов он оценивает длину шага и частоту шагов. На основе этого он рассчитывает пройденную дистанцию.
Так работает отслеживание в помещении. Это не магия. Это математика, основанная на физике. И она несовершенна.
Почему отслеживание в помещении по своей природе менее точно
GPS захватывает сигнал спутников. Он точен. Акселерометры подвержены дрейфу. Они накапливают ошибку со временем. Представьте себе шагомер на стероидах. Если вы делаете шаг, он его считает. Если вы десять минут топчетесь на месте, он может решить, что вы прошли милю. Он не может отличить, бежите ли вы в гору или спускаетесь по лестнице. Он просто фиксирует вибрацию.
Исследования показали, что отслеживание в помещении может иметь погрешность в 10–20% или больше. Чем дольше ваша пробежка, тем хуже становится точность. Алгоритм предполагает постоянную длину шага. Но ваш шаг меняется. Вы устаете. Вы корректируете технику. Приложение этого не знает. Оно просто продолжает считать.
Какие приложения лучше справляются с отслеживанием в помещении?
Не все приложения созданы равными. Некоторые используют более сложные алгоритмы. Некоторые объединяют данные акселерометра с мониторингом сердечного ритма для уточнения оценок. Другие просто считают шаги и умножают их на фиксированную длину шага. Это самый простой способ ошибиться.
Такие приложения, как Strava, Nike Run Club и Garmin Connect, со временем улучшили свои режимы для бега в помещении. Они часто просят ввести ваш рост или данные предыдущих пробежек на открытом воздухе для калибровки длины шага. Это помогает. Но это все еще оценка.
Zombies, Run! делает акцент на повествовании. Его отслеживание вторично по отношению к истории. Если вам нужны точные данные для тренировок, возможно, стоит перепроверить их с помощью специализированных часов для бега. В этих устройствах также есть встроенные акселерометры, но они часто калибруются иначе. Они предназначены именно для этой задачи.
Акселерометры в вашем кармане — это по сути продвинутые датчики движения. Они измеряют изменения направления и скорости. Когда вы бежите, они отслеживают ускорение при каждом шаге и небольшое замедление после того, как ваша стопа касается земли. Это постоянные, неумолимые данные.
Но вот в чем загвоздка. Хотя GPS делает отслеживание дистанции на открытом воздухе тривиальной задачей, точность определения дистанции на беговой дорожке с использованием датчиков телефона — это хаос. Существует сотни приложений для бега на iOS и Android. Лишь немногие хорошо справляются с отслеживанием indoors. Почему? Потому что рассчитать воображаемую дистанцию без сигнала спутника сложно.
Алекс Макмиллан, ведущий разработчик Zombies, Run!, указывает на основную проблему. Данные акселерометра зашумлены. Нужно отличать реальное движение бегуна от тряски телефона в кармане. Речь идет не просто о движении. Речь об отделении сигнала от хаоса.
Затем есть нагрузка на данные. Чтобы получить полезные результаты, вы должны часто опрашивать акселерометр. Это означает, что ваш код должен выполнять вычисления между каждым отдельным образцом. Это требует скорости. Это требует эффективности. Добавьте к этому тот факт, что вы фактически никуда не двигаетесь, и вы поймете, почему разработчики испытывают трудности.
Ловушка шагомера
Простое решение? Относитесь к акселерометру как к шагомеру. Считайте шаги. Умножьте на длину шага. Готово.
Это звучит просто. Это также крайне неточно.
Этот метод требует ввода данных. Вы должны сообщить приложению свой рост и вес. Приложение использует это для оценки длины шага. Но что, если у вас длинные ноги относительно вашего роста? Человек с таким же ростом, как у вас, может иметь более короткую длину шага. Математика сразу дает сбой.
Некоторые приложения пытаются это исправить. Они просят вас пробежать известное расстояние. Может быть, милю. Затем вы сообщаете приложению, как далеко вы пробежали. Приложение корректирует оценку длины шага. Nike+ GPS позволяет выполнить «калибровочный забег». Вы вводите дистанцию постфактум. Приложение пересчитывает данные на будущее.
Но это вводит новые переменные.
Что, если вы используете интервалы бега и ходьбы? Длина вашего шага при ходьбе короче, чем при беге. Приложение не знает, что именно вы делаете, если вы не сообщите ему об этом. Что, если ваш калибровочный забег был быстрее вашего обычного темпа? Походка варьируется. Длина шага варьируется.
«Если измерение длины шага неверно даже на небольшую величину, общая оценочная дистанция может оказаться неверной на значительную величину».
Предупреждение Макмиллана остается в силе. Если вы заметили расхождение между дистанцией, показанной вашим приложением, и дисплеем беговой дорожки, вы видели эту ошибку в действии. Это проблема для всех, кто готовится к полумарафону или марафону. Точность имеет значение.
Команда Макмиллана работает над новой моделью. Они не пытаются измерить абсолютную скорость. Они измеряют относительное изменение. Этот подход игнорирует рост и вес. Он игнорирует длину шага. Он сосредоточен на том, как скорость изменяется относительно самой себя. Решит ли это проблему, покажет время.
Беговая дорожка тоже не идеальна
Почему бы просто не довериться машине? Беговые дорожки считают обороты ремня. Это кажется безупречным. Но это не так.
Введите в поиск «точность определения дистанции на беговой дорожке», и вы найдете жалобы повсюду. Небольшая ошибка в расчете длины ремня накапливается за тысячи оборотов. За 5-километровую пробежку эта крошечная ошибка превращается в значительную разницу в дистанции. Машина тоже врет.
Итак, вы застряли между зашумленным датчиком и потенциально неточной машиной. Что вы можете сделать?
Настройте свой опыт для получения наилучших результатов
Вы не можете исправить аппаратное обеспечение. Вы можете только оптимизировать ввод данных. Если ваше приложение позволяет калибровку, используйте ее. Делайте это последовательно. Используйте тот же темп разминки для калибровочных забегов, чтобы переменные оставались стабильными.
Будьте осторожны с приложениями, которые заявляют об идеальной точности без ввода данных пользователем. Если приложение запрашивает рост и вес, но ничего больше, относитесь к его показателям дистанции как к оценкам. Грубым оценкам.
«Имея возможность измерять только относительное изменение скорости человека, а не пытаясь точно оценить фактическую скорость бегуна, мы считаем, что можем создать модель, которая будет работать для очень широкого диапазона бегунов».
Эта философия может стать будущим отслеживания indoors. До тех пор полагайтесь на усилия. Полагайтесь на время. Больше доверяйте жжению в ногах, чем числам на экране.
Разрыв между воспринимаемыми усилиями и цифровыми показаниями — это то место, где находится реальная информация. Это хаотично. Это по-человечески. И это единственное, чем вы можете по-настоящему управлять.
Калибровка приложений для бега в помещении для повышения точности
Получение точных данных от приложения для беговой дорожки не происходит автоматически. Вам придется поработать над этим.
Первое препятствие — найти программное обеспечение, которое действительно позволяет вводить данные для калибровки. Многие популярные фитнес-приложения вообще не поддерживают эту функцию. Если ваш текущий выбор не предлагает такой возможности, вам придется довольствоваться приблизительной оценкой. Если же вы найдете приложение, позволяющее ручной ввод, вот как можно повысить точность.
Точно определите дистанцию
Вам нужна известная переменная.
Найдите место, где расстояние известно со 100% точностью. Регулярная легкоатлетическая дорожка здесь является золотым стандартом. Она размечена и измерена.
Нет доступа к стадиону? Не проблема. Выйдите на улицу. Используйте GPS-устройство или телефон в режиме для улицы, чтобы проложить маршрут. Выберите что-то простое. Одна миля. Один километр. Отметьте точные точки начала и остановки. Запишите их. Вам нужны эти координаты с максимальной точностью.
Переключите приложение в режим «в помещении»
Этот шаг обязателен.
Находитесь ли вы на беговой дорожке или просто ходите по гостиной для калибровки, вы должны переключить приложение в режим «в помещении» (indoor). Почему? Потому что это говорит программному обеспечению игнорировать сигналы GPS. Это заставляет телефон полагаться на акселерометр. GPS плохо работает в помещении. Акселерометр работает хорошо. Это единственный датчик, фиксирующий ваши шаги.
Выполните калибровочный забег
Теперь бегите.
Начните в отмеченной вами точке начала. Остановитесь точно в запланированном месте. Если вы используете интервальный тренинг (бег/ходьба), придерживайтесь своего обычного соотношения. Не меняйте темп или паттерн ради теста.
Крайне важно сделать дистанцию как можно длиннее. Больше точек данных означает более стабильный расчет. Короткий забег не даст приложению достаточно информации для построения надежной модели.
Введите данные
По завершении введите дистанцию.
Приложение принимает это число. Оно делит его на количество шагов, записанное акселерометром. Результатом является ваша средняя длина шага.
Именно поэтому важно правильное соотношение интервалов. Если вы бегаете и ходите во время теста, приложение рассчитывает среднее значение, включающее оба вида движений. Если вы только бегаете во время калибровки, но ходите во время реальной тренировки, данные бесполезны. Вы сравниваете несравнимое. Длина шага меняется между бегом и ходьбой. Приложение должно это знать.
Проверьте результаты
Пройдите маршрут снова.
Держите приложение в режиме «в помещении». Проверьте дистанцию.
Если она близка к заданной, отлично. Если есть расхождения, не паникуйте. Попробуйте повторить весь процесс с большей дистанцией. Больший размер выборки часто корректирует небольшие отклонения.
Когда следует перекалибровать
Ваше тело меняется. Ваша рутина меняется.
Если ваш вес изменился более чем на несколько фунтов, перекалибруйте приложение. Потеря веса обычно означает, что вы становитесь быстрее. Длина вашего шага увеличивается. Частота шагов меняется. Если вы измените соотношение бега к ходьбе, это еще один триггер для перекалибровки.
Приложение делает предположения. Оно использует формулу: шаги, умноженные на длину шага. Это не магия. Это математика, основанная на ограниченных данных. Вы не получите 100-процентную точность. Это невозможно при текущем уровне сенсорных технологий. Но вы можете отслеживать прогресс. Вы можете видеть тенденции. Вы можете знать, становитесь ли вы быстрее или медленнее со временем.
В этом и заключается реальная ценность. Не в точном подсчете метров. В тенденции.
Примечание автора: Тайна акселерометра
Я протестировал более дюжины приложений для бега. Я люблю технологии, но также знаю их ограничения. Ни одно из них не является идеально точным в помещении. Шаги калибровки помогают. Они заполняют разрыв между «дикаим предположением» и «обоснованной оценкой».
Но если мне нужны точные данные о темпе? Я выхожу на улицу. GPS лучше для точности. Датчики лучше для удобства. Знайте разницу.
Связанные темы
- Как работают акселерометры iPhone
- Бег на беговой дорожке для триатлетов
- Технологии и потеря веса
Внешние ресурсы
- Zombies, Run!
- iTreadmill
- Nike+ GPS
Источники
- Barański, P., et al. «Dead reckoning navigation — supplementing pedestrian GPS with an accelerometer-based pedometer and an electronic compass.» 2009.
- Cho, Dae-Ki, et al. «AutoGait: A Mobile Platform that Accurately Estimates the Distance Walked.» UCLA, Alcatel-Lucent Bell Labs. 2012.
- Hillrunner. «Treadmill Pace Conversions.»
- Texas Instruments. «Accelerometers and How They Work.»
