[发明专利]一种运动监测仪和运动健康数据的监测与传输方法

权利要求书

1.一种运动监测仪，包括外壳，处理单元，运动传感器、通信单元和为各部件供电的电源单元，其特征在于：处理单元分别连接运动传感器、通信单元和电源单元。

2.根据权利要求1所述的运动监测仪，其特征在于：所述处理单元至少为一个，负责对运动传感器采集的数据进行处理，控制通信流程。

3.根据权利要求1所述的运动监测仪，其特征在于：所述运动传感器，为三维加速传感器或二维加速传感器，用于采集与身体活动有关的运动数据。

4.根据权利要求1所述的运动监测仪，其特征在于：所述通信单元，可以为有线通信单元、无线通信单元、远程通信单元其中之一或几个的组合，为该装置提供数据传输功能，其中远程通信单元，是指支持2G或2.5G或3G或4G的通信模块。

5.根据权利要求1至4所述的任一运动监测仪，其特征在于：所述运动监测仪还包括位置传感器，记录使用者运动时的位置，形成运动轨迹，以提高对运动的监测水平。

6.根据权利要求5所述的运动监测仪，其特征在于：通信单元与手机或PC机建立通信的模式有两种：在线模式和离线模式，其中，在线模式是按照一定的间隔，将处理后的数据实时发给手机或PC机；离线模式是将处理后的数据保存到存储单元或外置存储单元中，由用户一次或多次将数据发送给手机或PC机。

7.根据权利要求6所述的运动监测仪，其特征在于：所述运动监测仪还包括时钟模块，用于为整个系统以及系统所采集的数据提供实时时钟，并与手机或PC机进行时间同步。

8.根据权利要求7所述的运动监测仪，其特征在于：该运动监测仪还可包括存储单元，存储单元与处理单元通过数据总线，地址总线和片选线进行电连接，存储运动、位置传感器采集的有关数据以及其他需要存储的数据。

9.根据权利要求8所述的运动监测仪，其特征在于：该运动监测仪还可包括一个显示单元，位于外壳表面，用于显示数据、图表，还可为使用者提供状态指示及操作接口。

10.一种运动健康数据的监测和安全传输方法，其特征在于：所述运动健康数据的监测和安全传输方法包括以下步骤：

步骤1：处理单元的数据计算；

步骤2：处理单元对数据计算后可输出到用户的手机、PDA或PC机上，并安全传输到远程服务器上。

11.根据权利要求10所述的一种运动健康数据的监测和安全传输方法，其特征在于：所述步骤1包括以下步骤：

step1：预处理

预处理步骤是为了去除输入信号中包含的尖锐噪声，可采用高斯低通滤波、平滑、中值等算法；

step 2：特征提取

提取的特征包括时域和频域特征。其中时域特征主要有加速度信号幅值x(n)的均值m、方差σ、短时能量E、相关系数corr、信号周期T；频域特征主要包括预处理后的信号的快速傅立叶变换FFT的系数；

step 3：动作识别

为了更好的识别静止、走、跑及未知动作的强度，使用了主要用于多分量高斯分布模型的混合高斯模型(GMM)，其中在训练GMM模型时，可使用最常用的期望-最大化算法来估计模型参数，或者隐马尔科夫算法以获得更精确地参数估计；

step 4：步数计算

该过程包括小波滤波、腐蚀与膨胀处理、平滑等步骤。其中小波滤波可以采用墨西哥小波，预处理后的信号经过4层墨西哥小波分解后可去除与计算步数无关的高频信号；小波滤波输出的低频信号再利用形态学方法，对其进行腐蚀与膨胀处理，以补偿小波滤波中可能出现的误检现象，提高步数计算算法的稳定性；接下来对经过腐蚀与膨胀处理后的信号进行平滑，计算平滑后信号的过零点个数即为步数；

step 5：距离计算

该过程采用综合算法，包括拟合、预置估值修正等步骤。首先根据输入数据确定用于实时计算步幅的拟合公式的系数，得到步幅初始值后，再通过预置估值修正减少拟合算法产生的误差，以提高距离计算的准确性；

step 6：消耗能量计算

为了提高计算运动的能量精度，在动作识别步骤之后根据识别出的运动类型计算消耗能量。该过程也采用综合算法，包括拟合、分段修正两个步骤。

12.根据权利要求10所述的一种运动健康数据的监测和安全传输方法，其特征在于：所述步骤2包括以下步骤：

步骤(1)：运动监测仪的通信单元与网络终端设备之间在开始传输个人数据前，需相互认证，认证协议的结果是一个双方共享的密钥，认证后数据传输的保密性、完整性、不可否认性等可利用该密钥得到保障；

步骤(2)：网络终端设备与远程服务器之间在开始传输个人数据前，需相互认证，认证协议的结果是一个双方共享的密钥，认证后数据传输的保密性、完整性、不可否认性等可利用该密钥得到保障。