"Серьезные бегуны по шоссе" (потенциальные заказчики ) подкинули мне вот такую задачу разработки мобильного приложения для контроля параметров движения с использованием доступных и недорогих GPS-навигаторов:
Данный апплет предназначен для измерения параметров движения легкоатлета при тренировке на стадионе или в лесу, а также самоконтроля этих параметров в соревновательных забегах (шоссейный бег от 10 до 42 км, горный бег).
Измеряемые параметры в реальном времени - пройденный путь (текущее значение и траектория в координатах), средняя и мгновенная скорость, среднее ускорение (мое мнение по поводу последнего параметра лишку дают! ишь, чего захотели!).
Частота отображения информации в реале - некритичная, один раз в 10 секунд. Я думаю после предпроектного анализа попробовать уговорить их на 30 секунд.
Требуется также регистрация перечисленных параметров для пост-анализа работы спортсмена с использованием компьютера с целью выработки рекомендации по совершенствованию тренировочного процесса.

С одной стороны, вроде всё прозрачно и несложно. Недорогих устройств в продаже не замечено.
С другой стороны меня сильно смущают возможности дешевых навигаторов для измерения скорости с приемлемой точностью. Слишком уж явная неопределенность входных данных в гражданских навигаторах (Источники погрешностей GPS навигаторов). Даже вот некоторые радиолюбители c хабрыхабры сомневаются в результатах измерения Спутниковый спидометр на STM32F1 и FreeRTOS
по сравнению с автомобилем у меня ведь сложнее задача, так как реальный масштаб времени другой. И аттестацию, говорят, надо.
Пока вот на системном уровне анализирую задачу. Стоит ли овчинка выделки?

Посмотрите как работает для примера программа Endomondo Sports Tracker PRO на любом смартфоне с Android 4.

Они чтобы не шокировать вас получившейся траекторией аккуратно ее аппроксимируют сплайнами.
Отсчеты берут с минимально возможным интервалом и все равно получается судя по треку, что постоянно как бы виляешь по дороге с разбросом в 10 метров.
Даже когда знаешь, что очень плавно бежишь разброс измерения скорости +-2 км/ч.
О мгновенных ускорения при таком разбросе скорости даже речи не идет. Получатся совершенно фантастические значения.

Но там дело поправляется тем что есть подключение по ANT+ к пульсометрам. Вот пульсометры соврать не дадут.
И странно почему спортсмены от вашего дивайса не требуют пульсометра. Это важнейшая фича в таком деле.

В дополнение к этому в андроидных смартфонах штатно идут акселерометры и магнетометры. Оба, конечно, страшно шумят, но с все вместе это делает картинку более сносной. А вот на одном GPS (кстати в моих испытаниях был GPS + GLONASS) ничего хорошего не получится.

http://polar.su/category/gps/
Хотите с ними конкурировать? Они, похоже, монополисты на этом рынке. Их датчики (кардиомониторы) встраивают сторонние производители.
Есть, оказывается, конкуренты - http://www.ustime.ru/vse_modeli/beg/suunto-ambit-black-hr

А есть решение "наоборот"
http://www.sonymobile.com/ru/products/acce...ies/smartwatch/

В смартфоне есть все датчики, часы показывают только информацию из спортивного треккера в смартфоне.
В результате более продолжительный срок службы часов и автоматическое сохранение треков в интернете.

Кажется, насчет ускорения вообще безнадежно. Если постоянную скорость человек еще может держать долгое время, то время ускорения/торможения при беге - не более секунды. При дифференцировании с постоянной времени около секунды мы получим совершенно дикие величины, а если сгладить - вообще ничего не останется
Для ускорения можно просто акселерометры использовать - они небольшие, и выдают просто сигнал ускорения в виде напряжения, и все. Не искал, но, думаю, и цифровые найдутся.

Я думаю, можно обговорить с заказчиками несколько режимов измерения средней и мгновенной скорости для достижения консенсуса.
+-2 км/ч это не для каких бегунов не подойдет, не то что для "серьезных"
Хочется примерно достичь таких показателей:
- погрешность измерения времени +-0.1 с (конечно можно использовать секундомер);
- погрешность измерения расстояния в пути ... пока затрудняюсь, думаю порядка +-1 м ; можно предложить свою, бегуны не использовали этот показатель и ещё не знают его полезности
- максимальная погрешность измерения средней скорости определяется из терминологического показателя "время пробега 1 км", погрешность времени пробега 1 км для бега по шоссе +-3 с, при выполнении тренировочных заданий на стадионе +-0.5 с;
- мгновенную скорость тоже ещё никто не прочувствовал, думаю тоже можно предложить свои точностные границы;
- ускорение... хочется отбросить, отложить в дальний ящик.

Основная более-менее осознанная цель легкоатлета - чувство темпа. Поэтому, самый желаемый показатель на дистанции скорость. Для контроля времени никто не мешает использовать секундомер, для контроля пульса пульсомер, для контроля температуры и атмосферного давления за бортом - метеостанцию и т.п. Да хоть целый бортовой компьютер на себя вешай , если скучаешь на дистанции ))))

По поводу предполагаемых технических средств...
Пульсомер, не обсуждаем. Там свои проблемы и с фирменным датчиком, и с входным сигналом.
Бортовой компьютер с акселерометром для бегунов предлагает, разумеется , Texas Instruments (eZ430-Chronos), недорогой кстати и с открытой архитектурой, почти Arduino
Замечу только, что использование акселерометра для коррекции измерения скорости может добавить свои источники погрешности.
По массовости, доступности и основной цели приложения более привлекает приложение для Androida, ну или Windows Phone, без разницы, т.е. , про которое говорит AlexandrY


Во! Это почти чувство темпа серьезного бегуна. Но прибавлять на дистанции потихоньку придется.

Контроль пульса оставим для тренировки йоготичеров, они там и метроном используют для отстройки дыхания. Ещё это может быть докторам интересно. Но с чувством темпа это не связано, не играет же музыкант под счет "раз-два-три-четыре"

Странно, всегда был уверен, что скорость навигаторы измеряют очень точно. К примеру, гораздо точнее автомобильного спидометра. Погрешность измерения типового навигационного приемника +-0,1 м/с ( http://nvs-gnss.ru/products/oem-modul/item/2-nv08c-csm.html ).

А вот для измерения координат было бы интересно использовать относительный режим измерений. Это когда координаты одного приемника измеряются относительно координат другого приемника (с использованием измерений псевдодальностей и псевдофаз). Точность таких измерний - порядка единиц см. (пример использования дешевых модулей: http://michelebavaro.blogspot.com/2012/02/...e-round-up.html ). В качестве софта можно использовать бесплатную RTKlib (http://www.rtklib.com/). Однако, относительные измерения по своей природе гораздо более капризны.

лично принимал участие в двух похожих проектах, готов поделиться опытом.

1. плавуны - хотели точно знать положение своих конечностей и свое реальное положение... Решал так: на каждую конечность и за спину - по блочку с 9DOF - 3D акселометер, 3D магнетометр, 3D гироскоп. Все вместе в реальном времени объединяется. Удавалось очень хорошо скорость с статистику взмахов получать, но положение плавца под водой (и скорость) плыли довольно сильно, бывало, на 25м дорожке ошибка доходила до 70см. Решали втавлением магнитов в дорожки - точность поднималась, но не сильно. 9-ый арм еле-еле справлялся. ГПСа на борту, то бишь, на плавце не было.

2. траекторию движения и углы наклона рюкзака по лесу. Так как мне достаточно было апосториори получить все эти данные, я брал все, что есть с ГПСа, с нескольких (сколько было не жалко) 3D акселометров, 3D магнетометров, 3D гироскопов, а потом по наименьшим квадратам угадывал аппроксимирующую прямую. Относительная точность положения рюкзака при прохождении контрольных точек не была хуже 1м, углы вычислялись обычно с очень хорошой точностью (около 1 градуса) но, изредка, всплески ошибок составляли 10 градусов. Пока не понятно отчего. Для обработки данных апосториори 100 тысяч точек ГПСа и около 150 миллионов значений акселометров и гироскопов я гонял 6-и ядерник несколько часов.

Совсем не по технике, ну да ладно... пульсометр как раз вещь необходимая, для оптимальной тренировки спортсменов ( по крайней мере на длительных нагрузках) . По теории для достижения хорошего результата, спортсмен должен работать около анаэробного порога. В этом состоянии человек достигает максимальной мощности, которую может поддерживать длительное время. Один из косвенных способов определения анаэробного порога - по пульсу. А чуство темпа это как мне кажется и есть то самое - бежать в оптимальном темпе - около анаэробного порога: не сбавляя скорости, и наоборот , не залезать в анаэробную зону, в которой долго работать не сможешь.

Но если сами спортсмены сказали не требуется, значит не требуется. Сорри за оффтоп.

Вероятнее для разных дистанций разные принципы. Еще и от спортсмена зависит.
Я как понял речь вначале шла больше о марафонских дистанциях.
На этот счет есть известная книга Денни Дрейера "ЦИ-БЕГ", там он утверждает, что главное удерживать не скорость, а частоту шага.
Особенно важно это на дистанциях с перепадом высот.
Измерение частоты шага это как раз задача акселерометров и гироскопов.
Для точности в пределах метра GPS явно не подходит. Нужна технология типа dead reckoning и соответственно разработка фильтров Калмана.
А это уже как минимум скростные микроконтроллеры типа Cortex-M4 с float point сопроцессором и жестким реалтаймом.
Т.е. ни дивайсы с Android ни что-то вроде eZ430-Chronos здесь не подойдут.

Все мои знакомые, которые используют во время бега что-то навороченное, используюn garmin forerunner. Все, что Вы написали, там имеется.

Я лично это устройство для своих забегов нашел бессмысленным, поэтому у меня как был старенький timex с пищалкой по таймеру с перезапуском, так я с ним уже лет 10 не расстанусь.

Откуда вы узнали, что там все имеется?
В спецификации на forerunner нет ни точности определения дистанции, ни скорости, ни собственно указаний на ассортимент железа предназначенного для измерений за исключением упоминания GPS.
Но GPS годиться только для любителей.
Возможно большую точность они могут получить используя накладки на кроссовки - Foot Pod.
Но опять абсолютная достижимая точность умалчивается.

А кто же еще бегает по асфальту?
Так сложилось, что у меня довольно много знакомых, которые бегают на длинные дистанции... Участвуют в международных соревнованиях с большим успехом... И никто из них не использует никакие приборы для измерения скорости, пульса и пр. А вот в некоторых странах их используют любители... понтов.
Вы абсолютно правильно все пишете - от очень многих факторов зависит... температура (погода), уклоны, качество покрытия, настроение и др. Вот если бегать по стадиону или другой знакомой трассе, то достаточно секундомера.
Вот есть еще специальные тренажеры с точным учетом энергии, частоты бега и пр. Там можно оценить текущий потенциал спортсмена. По сравнению с его же предыдущими результатами.Там, однако, другие мышцы нагружаются. И тренироваться на них только вредно будет для бегуна - нарастит лишние мышцы, а нужные ослабятся.
Кроме того... вот недавно видела, как на дистанции люди сбрасывают с себя... даже кепочки. А бегать с железкой...
Мое мнение, что вся эта затея - понты или для "деньги освоить", или вера в чудеса техники.

Спасибо за информацию. Солидная фирма, хорошая функциональность - стоимость, наверно, тоже астрономическая Погрешность измерения скорости даже +-0.05 м/c, дифф. режим есть, идентификация похоже тоже, раз пишут про время срабатывания. Почитаю документацию. Хотелось бы более дешевый спидометр. Не нашла на сайте сертификатов об утверждении типа средства измерения, только серитификат на техническую документацию (совсем непонятно, что этот сертификат мне дает с точки зрения качества продукции по основному назначению). Сертификация теперь дело добровольное, но такой прибор, про который говорят "Выбросьте Ваши часы" не нужен. Мне понадобится программа аттестации, чтобы доказать обратное.

To AlexandrY

В этой книге есть ещё советы контролировать траекторию пятки в шаге :-). С креплением датчика те же проблемы, что и у пульсомеров :-( Мне не хочется пока рассматривать вариант другого метода навигации, хотя для этих методов вроде больше наработок, благодаря развитию робототехники.
Хотя дивайс eZ430-Chronos в наличии, экспериментируй не хочу

Tanya, отвечу Вам с позиций практикующего бегуна (20 км и более): при должной подготовке в очень широком диапазоне перечисленных Вами факторов результат стабилен и не зависит от них. С точностью до стат. погрешности. А зависит то, как я себя буду чувствовать на финише. В этом и прелесть.

Я еще раз повторю, речь не идет об экстремальных случаях: после тренировок на гладкой дорожке в манеже Вы встали на горный кросс при порывистом ветре и дожде.

Насчет технических средств и понтов. Это тоже не так. На длинных дистанциях роль внешнего тренера ослабевает, и успех зависит во многом от спортсмена, от его "внутреннего тренера". Так вот, чтобы у этого внутреннего тренера была пища для размышлений, нужна аналитика. Да и внешнему тренеру это тоже полезно, если он тренирует команду. Не будешь же рядом с каждым ехать на велосипеде или гонять от одной отметки к другой, чтобы засечь время. Потом есть упражнения, связанные с непрерывным движением и необходимостью отсекать время или дистанцию. На круге в 400м это очень утомительно, хотя и это мы проходили.

Напомню еще про такую дисциплину, как спортивное ориентирование, где анализ прохождения маршрута (после финиша) - первоочередная задача.

AlexandrY, я отвечал на исходный пост.

Успехов.

Какие проблемы? Некоторые фирмы выпускают кроссовки с потайной полостью именно под пяткой - она заполнена на всякий случай тем же амортизатором.


Я тоже бегаю. 20 - почти каждый выходной. А знакомые есть - по 40+ в день... С Вами почти во всем согласна. Не пойму только, в чем Вы мне возражаете... Вы же тоже не считаете необходимым измерять мгновенную скорость. Вполне достаточно засекать через километр (или любой знакомый кусок дистанции) время.

Да нет там никаких проблем крепления. Бегаю с пульсометром второй год. Незаменимая вещь.
И кросовки есть специально адаптированные для крепления накладок.
Я даже думаю, что без датчиков на ногах и инерциальных алгоритмов вы точно ничего путевого не сделаете.

eZ430-Chronos просто раскручен TI как некие часы.
На самом деле его функциональности для спорта совсем недостаточно.
Например некоторые чипы семейства Kinetis больше для этого подходят.

Почти уверена, что Вы можете с довольно большой точностью определить свой пульс по ощущениям... без прибора.
А какой у Вас пульс в покое - утром в кровати?

Я не знаю, я не практикующий тренер. Вы, я полагаю, тоже. Может быть есть дисциплины и методики тренировок, где нужна мгновенная скорость. Допустим, в стипльчезе.. Как спортсмен заходит на барьер, как восстанавливается. В кроссе аналогичные метрики. Спурт опять же. Как показатель остатков на финише.

Вот так в наше время - и спецификаций нет, и сертификаты ничего не подтверждают. Как же тут без понтов, Таня!

Речь о профессиональных легкоатлетах, у них тренировки 5 раз в неделю по 2 часа в обычном режиме, по две тренировки каждый день на сборах и в предсоревновательном периоде. На этих ребят не дышут даже, чтобы насморк исключить. Резюме - девайс не для воскресных пробежек! Хотя, если очень хочется, то запретов по использованию, разумеется, нет

Ясно же, что использование GPS привлекает отсутствием ненадежных по креплению датчиков. Легкоатлеты не стремятся в космонавты )))))))))) Крепление только на руке, в виде часов.

На соревновании не только кепочки сбрасывают, я знаю ребят, которые на старт без носок выходят. Что только не сделаешь, чтобы избежать суровых потертостей.


Я к тому же не заказчик, хотя знаю предметную область. Пульс в покое утром - 42 в соревновательном периоде, а так где-то 50-54. Пульсомер сбоит, так как резинка по креплению нагрудного датчика китайская (а может и вообще мировая текстильная промышленность в упадке, кто их разберет), не фильтрует некачественный входной сигнал с ЭС (кардиологи претензий ко мне имеют, тут все чисто!). Ещё нагрудный датчик, это же те же потертости!
Чувство темпа знакомо на личном опыте, Жигулевский и Тольяттинский полумарафоны.

Я измеритель, поэтому и хочу проанализировать постановку задачи на системном уровне, с точки зрения математики и физики.
Пойду искать экспериментальные данные с навигаторов, чтобы оценить предел своих возможностей по расчету скорости. Нужны, как я понимаю, набор координат с шести спутников, частота их опроса при регистрации. Реализацию побольше, тип навигатора. Дополнительные вопросы могут появиться....

Как я понимаю проблему, прибор нужен не для самих спортсменов, а для тренера. Который бы смог получить объективную информацию о прогрессе и перспективах спортсменов.
Вполне могу предположить что таких приборов на рынке мало и ноу-хау в них является не применение GPS или другой техники, а состав информации и способ обработки этой информации тренером.

Я лично бегаю и с пульсометром и со смартфоном. Очень разнообразит тренировки. Например могу загрузить из интернета треки других людей пробегавших раньше по той же трассе или найти чужие трассы. Сравнить. Установить рекорд трассы А пульсометр действительно хорошо помогает не уйти в анаэробную зону, вернее не выйти из кардио зоны.
Вообщем рекомендую.

Да есть у меня пульсомер. Но я уже и без него могу. Поэтому толку от него не вижу.

Не внимательна, приношу всем свои извинения. Существенная м.б. уточнение: спортсмены не бегают по одиночке, даже мастера всегда тренируются в группе, или с напарником (когда мастер уж совсем большой профи). Поэтому можно использовать треки всей группы бегунов во время пробега дистанции, если нужно, то и в реальном времени. Если девайс будет дешевый, то каждому участнику группы можно выдать. Маршруты и перепады высот могут быть и неизвестными, так уж точно (по лесу когда бегаешь или на сборах, например). В соревновательном забеге - известно всё и маршрут, и перепад высот. Тренировка на стадионе с кругом 400 м - маршрут точный и перепад высот - 0 (эти допущения исходя из здравого смысла). Когда бежит группа, то допускается и разная скорость у сотоварищей, и бег с гандикапом.
Больше траекторий должно дать большую точность (это важно и для аттестации алгоритма, проверки его на вшивость). Для вычисления параметров можно использовать и ранее собранную информацию (либо в текущем забеге, либо N предыдущих забегов). ТЗ попозже, ещё не все вопросы насобирала, по моим ощущениям...

По поводу мгновенной скорости и других дополнительных параметров. Это тоже как бы оценка алгоритма, его базовая функциональность, возможности роста. Я согласна, что многое зависит от тренера, его грамотности и способности анализировать и принимать правильные решения. Но тут уже человеческий фактор, как в любой задаче автоматизации.

Пока я только против гироскопов, лучше остановится на однородной информации. И для аттестации будет тяжеловато. Зато замечу, что девайс у всей группы бегунов, это как бы GPS в квадрате! Спасибо за эту идею АлександруY.

Я думаю, что данном случае, не следует идти по пути решения проблемы, предложенным заказчиком - использовать GPS-навигатор. Заказачик смотрит на задачу "со своей колокольни", и предлагает решения, кажущиеся ему "прогрессивными", что может быть далеко не так...

1) Если бегун желает таскать с собой GPS-навигатор - это его право. Будет знать примерную траекторию движения и текущее положение на местности, чтобы не заблудиться в лесу. На этом использование навигатора можно ограничить.

2) Если для анализа требуются какие-либо медицинские измерения - частота пульса, частота дыхания, кровяное давление и пр.- то лучше поискать отдельные решения в этой области, желательно готовые.

3) Таким образом задача сводиться к измерению и журналированию трех параметров движения - мгновенной скорости, мгновенного ускорения и пройденного пути. Хотя понятие "мгновенное", как я понял, вполне возможно и нужно заменить на "среднее по времени" за 10-30 сек.

4) Понятие "темпа движения" (о котором говорят спортсмены), с моей точки зрения, состоит из двух величин - частоты шага и длинны шага. И это не совсем одно и то же, что "текущая скорость", хотя очевидно, что эти понятия взаимосвязаны....

5) Среднестатистическая длина шага спортмена при заданном темпе для данного индивидуума - вещь весьма и весьма постоянная, мало от чего зависящая - только от темпа (частоты шагов) и , возможно, рельефа местности. Теоретически, для оценки пройденного пути, достаточно секундомера и шагомера, при известной зависимости длины шага от темпа (частоты шагов).

6) Для более точных измерений потребуется измерение текущей длины шага спортсмена, непосредственно в процессе движения. Это может быть выделенно в отдельную задачу и решено различными способами. Наверное, именно их и имеет смысл анализировать в этой задаче...

Вы прямо противоречите Дрейдеру. А это асс бегающий по 160 км.
У него частота шага постоянна, а меняться должна длина шага.
Поэтому на постоянную длину шага закладываться никак нельзя.

Задача определения точной траектории (точнее чем +-1 м) бегуна используя дополнительные датчики вычислительно очень сложная .
Как вариант можно было бы использовать GPS модули uBlox NEO-6V где есть программный интерфейс датчика скорости и гироскопа.
Датчик скорости в данном случае мог бы заменить акселерометр с процедурой интегрирования во вспомогательном микроконтроллере.
В принципе достаточно простое решение, а результаты судя по рисункам на сайте ublox не уступают прецизионным измерениям.

Это подтверждено измерениями? Может просто частота изменяется не так сильно, по сравнению с шагом,
(как результат целенаправленных тренировок), и это не очень заметно, без точных измерений?

На мой взгляд, нужно использовать специфику движения бегуна. Если акселерометры разместить в обуви спортсмена, то можно очень точно определять момент постановки ноги (по максимуму ускорения). Скорость движения (датчика) этот момент обнуляется. Возможно определять скорость между шагами интегрированием ускорения, без накопления систематической ошибки. Заодно, вести подсчет шагов для определения темпа... Даже очень упрощенный вариант ИНС должен дать неплохие результаты по скорости и пройденному пути, если отбросить собственно задачу навигации.

Все уже придумано. Именно так и делается Polar'ом - акселерометр на кроссовке калибруется самим спортсменом при равномерном беге с разной скоростью на размеченной трассе с разным рельефом. Утверждают, что получается хорошая точность. Однако... вот для лучших достижений на марафоне - время порядка 120+ минут. Ошибка в 1 процент даст погрешность больше минуты, а это очень много. И бегуны бегут в разном стиле - некоторые вторую половину бегут быстрее, другие - медленнее. И рядом еще конкуренты. От них многое зависит.
Продолжаю думать, что это не нужно - скорость измерять таким способом. Тренер едет рядом на велосипеде и может очень точно скорость измерить...

Отвественно заявляю: все вышеприведённые ораторы правы. Бытовой GPS, работающий по стандартному коду вам 100% не подойдёт. Похожую проблему решали, только не для людей, а для самолётов (нужно было высокоточно измерять траекторию движения РЛС, установленной на борту). С учётом (наверняка) суровых денежных ограничений, разностные GPS-приёмники, или ГЛОНАСС-приёмники, работающие по ВТ-коду вам не подойдут. Так что, не тратьте время и перходите на другие датчики.

Прорабатывали варианты для аналогичной задачи - групповые игровые виды спорта на стадионе.
Комплект простейшего (по функциям) GPS-трекера на 30 человек с дифстанциями стоит более 25кбаксов, а более продвинутые (с нужными нам функциями)- уже за сотню.
Решили (по опыту), что разработка собственной локальной системы будет дешевле, сейчас готовим ТЗ.

А для стадиона обязательно GPS? разве для ограниченного пространства нет других способов, ну триангуляция наверное ?

Решали близкую задачу для ручного пеленгатора на смартфоне Sumsung Galaxy 2. Определение координат в городе получается с точностью 5-7 м. Комплексирование с инерциальными датчиками смартфона позволяет определять положение в пространстве при ходьбе с точностью порядка 5-10 градусов. Мгновенная скорость нами не использовалась, но точность получается невысокая. Реально приличные точности можно получать начиная со скорости 15 км/ч, ниже мешают ошибки GPS и дрейф инерциальных датчиков в смартфоне (хотя датчики там не самые плохие).
В мобильных комплексах при скоростях от 7 до 18 км/ч получается дисперсия оценки скорости до 0.5 м/с, при бОльших скоростях точность выше.

Так все в теме и говорят, что GPS катит, поэтому и локалка (LPS), а там и триангуляция есть