2. Tổng quan về vấn đề nghiên cứu
2.2.2. Ước lượng độ dài bước
Tổng khoảng cách di chuyển có thể tính toán bằng cách ước lượng độ dài bước của mỗi bước được phát hiện hợp lệ. Nhìn chung, có hai phương pháp để ước lượng độ dài bước: phương pháp tĩnh và phương pháp động.
2.2.2.1. Phương pháp tĩnh
Trong phương pháp này, chúng ta giả sử tất cả các bước hợp lệ của đối tượng đều có độ dài như nhau, độ dài bước được tính bằng công thức sau:
Trong đó:
- Height: độ cao của đối tượng thử nghiệm
- k = 0.415 nếu đối tượng là nam, k = 0.413 nếu đối tượng là nữ.
2.2.2.2. Phương pháp động
Chúng ta biết rằng, sử dụng một giá trị cố định cho chiều dài bước chân sẽ luôn dẫn đến một hệ thống định vị với độ chính xác thấp, mỗi bước đi của con người có độ dài có khác nhau, vì vậy cần xác định độ dài của từng bước được phát hiện là hợp lệ từ trước đó. Để ước lượng độ dài trong phương pháp này có các cách tiếp cận như sau:
Cách tiếp cận Weinberg [9]
Độ dài của mỗi bước chân của mỗi người thay đổi đến ±50% tùy thuộc vào tốc độ đi nhanh hay chậm của đối tượng đó, với tốc độ thấp người dùng có xu hướng thực hiện các bước chân ngắn hơn khi di chuyển với tốc độ cao, lúc này sải chân của họ là dài hơn.
Trong thực tế, chúng ta có thể ước tính độ dài một bước như sau: step_size = k.4√𝑎𝑚𝑎𝑥 − 𝑎𝑚𝑖𝑛
(2.6)
Trong đó:
- 𝑎𝑚𝑖𝑛 là gia tốc tối thiểu được đo trên trục oz trên bước đang xét - 𝑎𝑚𝑎𝑥 là gia tốc tối đa đo được trên trục oz trên bước đang xét
- 𝑘 là hằng số của phép biến đổi (ví dụ bàn chân hoặc khoảng cách di chuyển). Trong nghiên cứu này, tác giả chọn 𝑘 = 0.41 cho tất cả các đối tượng Tiếp cận Scarlet
Trong quá trình di chuyển, có một số bước nhảy vẫn được xác định là bước đi. Do đó, một thuật toán đơn giản có thể được sử dụng để xác định độ dài một bước đi bộ (mối tương quan giữa đỉnh hợp lệ tối đa, tối thiểu, gia tốc trung bình của bước đi) [11] như sau:
step_size = k *
∑𝑁𝑘=1|𝑎𝑘| 𝑁 − 𝑎𝑚𝑖𝑛
𝑎𝑚𝑎𝑥 − 𝑎𝑚𝑖𝑛 (2.7)
Trong đó:
- k là một hằng số nhân, trong nghiên cứu này tác giả chọn k = 0.81 - 𝑎𝑚𝑎𝑥 là giá trị gia tốc tối đa đo được trong bước đang xét
- 𝑎𝑚𝑖𝑛 là giá trị gia tốc tối thiểu đo được trong bước đang xét - 𝑁 là số bước đi hợp lệ
- |𝑎𝑘| là giá trị gia tốc tại bước thứ k.
Phương trình (2.7) được thực hiện cho mỗi bước, từ những bước đã được xác định từ bước trước đó.
Tiếp cận Kim [12]
Như chúng ta đã biết, độ dài bước luôn thay đổi trong quá trình di chuyển và luôn thay đổi so với tốc độ di chuyển, các thông số một sải chân phải được xác định liên tục trong thời gian đi bộ để tăng độ chính xác cho hệ thống. Các bước đi bộ liên quan đến tốc độ đi bộ, tần số đi bộ và độ lớn gia tốc. Trong hành vi đi bộ của một người điển hình, khi một chu kỳ của một bước giảm xuống thì độ dài sải chân sẽ tăng lên như tăng tốc độ đi bộ. Mối quan hệ giữa độ dài bước chân, khoảng thời gian một bước và gia tốc được thiết lập thông qua các thử nghiệm thực tế. Hình 2.5 cho thấy kết quả thử nghiệm của hai loại bước đi với độ dài 60cm và 80cm.
Các thử nghiệm di chuyển với sải chân cố định được đánh dấu dưới mặt đất. Trong hình 2.5, mối quan hệ giữa gia tốc và độ dài sải chân được thể hiện rất rõ. Các Bảng 2.2 và 2.3 cho thấy mối quan hệ giữa gia tốc và thời gian một bước trong bài kiểm tra này. Những sải chân dài gây ra gia tốc lớn hơn. Tuy nhiên sự khác biệt trong thời gian thực hiện một bước rất khó áp dụng để xác định độ dài bước bởi vì sự khác biệt ở đây rất nhỏ.
Bảng 2. 2. Mối quan hệ giữa gia tốc với độ dài của sải chân [12] Sải chân Gia tốc trung bình
60 cm 0.2882 80 cm 0.5549
Bảng 2. 3. Mối quan hệ giữa thời gian với độ dài sải chân [12] Sải chân Thời gian trung bình
60 cm 0.675 80 cm 0.662
Phương trình (2.8) là phương trình thực nghiệm thu được từ quá trình thực hiện thự nghiệm của các đối tượng khác nhau. Phương trình đại diện cho mối liên hệ giữa gia tốc đo và độ dài một bước chân. Công thức này được sử dụng để ước lượng trực tiếp độ dài cửa bước:
step_size = k* √∑𝑁𝑘=1|𝑎𝑘| 𝑁 3
(2.8)
Trong đó:
- k là hằng số được sửa đổi do vị trí khác nhau của cảm biến, trong nghiên cứu này tác giả chọn k = 0.55
- N là số bước hợp lệ