##鸿蒙核心技术##运动开发##Sensor Service Kit（传感器服务）#
前言
在室内运动场景中，由于缺乏 GPS 信号，传统的基于卫星定位的运动数据追踪方法无法使用。因此，如何准确估算室内运动的距离、速度和步幅，成为了运动应用开发中的一个重要挑战。本文将结合鸿蒙（HarmonyOS）开发实战经验，深入解析如何利用加速度传感器等设备功能，实现室内运动数据的精准估算。
一、加速度传感器：室内运动数据的核心
加速度传感器是实现室内运动数据估算的关键硬件。它能够实时监测设备在三个轴向上的加速度变化，从而为运动状态分析提供基础数据。以下是加速度传感器服务类的核心代码：
import common from '@ohos.app.ability.common';
import sensor from '@ohos.sensor';
import { BusinessError } from '@kit.BasicServicesKit';
import { abilityAccessCtrl } from '@kit.AbilityKit';
import { UserProfile } from '../user/UserProfile';
interface Accelerometer {
x: number;
y: number;
z: number;
}
export class AccelerationSensorService {
private static instance: AccelerationSensorService | null = null;
private context: common.UIAbilityContext;
private isMonitoring: boolean = false; // 是否正在监听
private constructor(context: common.UIAbilityContext) {
this.context = context;
}
static getInstance(context: common.UIAbilityContext): AccelerationSensorService {
if (!AccelerationSensorService.instance) {
AccelerationSensorService.instance = new AccelerationSensorService(context);
}
return AccelerationSensorService.instance;
}
private accelerometerCallback = (data: sensor.AccelerometerResponse) => {
this.accelerationData = {
x: data.x,
y: data.y,
z: data.z
};
};
private async requestAccelerationPermission(): Promise<boolean> {
const atManager = abilityAccessCtrl.createAtManager();
try {
const result = await atManager.requestPermissionsFromUser(
this.context,
['ohos.permission.ACCELEROMETER']
);
return result.permissions[0] === 'ohos.permission.ACCELEROMETER' &&
result.authResults[0] === 0;
} catch (err) {
console.error('申请权限失败:', err);
return false;
}
}
public async startDetection(): Promise<void> {
if (this.isMonitoring) return;
const hasPermission = await this.requestAccelerationPermission();
if (!hasPermission) {
throw new Error('未授予加速度传感器权限');
}
this.isMonitoring = true;
this.setupAccelerometer();
}
private setupAccelerometer(): void {
try {
sensor.on(sensor.SensorId.ACCELEROMETER, this.accelerometerCallback);
console.log('加速度传感器启动成功');
} catch (error) {
console.error('加速度传感器初始化失败:', (error as BusinessError).message);
}
}
public stopDetection(): void {
if (!this.isMonitoring) return;
this.isMonitoring = false;
sensor.off(sensor.SensorId.ACCELEROMETER, this.accelerometerCallback);
}
private accelerationData: Accelerometer = { x: 0, y: 0, z: 0 };
getCurrentAcceleration(): Accelerometer {
return this.accelerationData;
}
calculateStride(timeDiff: number): number {
const accel = this.accelerationData;
const magnitude = Math.sqrt(accel.x ** 2 + accel.y ** 2 + accel.z ** 2);
const userProfile = UserProfile.getInstance();
if (Math.abs(magnitude - 9.8) < 0.5) { // 接近重力加速度时视为静止
return 0;
}
const baseStride = userProfile.getHeight() * 0.0045; // 转换为米
const dynamicFactor = Math.min(1.5, Math.max(0.8, (magnitude / 9.8) * (70 / userProfile.getWeight())));
return baseStride * dynamicFactor * timeDiff;
}
}
核心点解析
• 权限申请：在使用加速度传感器之前，必须申请ohos.permission.ACCELEROMETER权限。通过abilityAccessCtrl.createAtManager方法申请权限，并检查用户是否授权。
• 数据监听：通过sensor.on方法监听加速度传感器数据，实时更新accelerationData。
• 步幅计算：结合用户身高和加速度数据动态计算步幅。静止状态下返回 0 步幅，避免误判。
二、室内运动数据的估算
在室内运动场景中，我们无法依赖 GPS 定位，因此需要通过步数和步幅来估算运动距离和速度。以下是核心计算逻辑：
addPointBySteps(): number {
const currentSteps = this.stepCounterService?.getCurrentSteps() ?? 0;
const userProfile = UserProfile.getInstance();
const accelerationService = AccelerationSensorService.getInstance(this.context);
const point = new RunPoint(0, 0);
const currentTime = Date.now();
point.netDuration = Math.floor((currentTime - this.startTime) / 1000);
point.totalDuration = point.netDuration + Math.floor(this.totalDuration);
const pressureService = PressureDetectionService.getInstance();
point.altitude = pressureService.getCurrentAltitude();
point.totalAscent = pressureService.getTotalAscent();
point.totalDescent = pressureService.getTotalDescent();
point.steps = currentSteps;
if (this.runState === RunState.Running) {
const stepDiff = currentSteps - (this.previousPoint?.steps ?? 0);
const timeDiff = (currentTime - (this.previousPoint?.timestamp ?? currentTime)) / 1000;
const accelData = accelerationService.getCurrentAcceleration();
const magnitude = Math.sqrt(accelData.x ** 2 + accelData.y ** 2 + accelData.z ** 2);
let stride = accelerationService.calculateStride(timeDiff);
if (stepDiff > 0 && stride > 0) {
const distanceBySteps = stepDiff * stride;
this.totalDistance += distanceBySteps / 1000;
point.netDistance = this.totalDistance * 1000;
point.totalDistance = point.netDistance;
console.log(`步数变化: ${stepDiff}, 步幅: ${stride.toFixed(2)}m, 距离增量: ${distanceBySteps.toFixed(2)}m`);
}
if (this.previousPoint && timeDiff > 0) {
const instantCadence = stepDiff > 0 ? (stepDiff / timeDiff) * 60 : 0;
point.cadence = this.currentPoint ?
(this.currentPoint.cadence * 0.7 + instantCadence * 0.3) :
instantCadence;
const instantSpeed = distanceBySteps / timeDiff;
point.speed = this.currentPoint ?
(this.currentPoint.speed * 0.7 + instantSpeed * 0.3) :
instantSpeed;
point.stride = stride;
} else {
point.cadence = this.currentPoint?.cadence ?? 0;
point.speed = this.currentPoint?.speed ?? 0;
point.stride = stride;
}
if (this.exerciseType && userProfile && this.previousPoint) {
const distance = point.netDuration;
const ascent = point.totalAscent - this.previousPoint.totalAscent;
const descent = point.totalDescent - this.previousPoint.totalDescent;
const newCalories = CalorieCalculator.calculateCalories(
this.exerciseType,
userProfile.getWeight(),
userProfile.getAge(),
userProfile.getGender(),
0, // 暂不使用心率数据
ascent,
descent,
distance
);
point.calories = this.previousPoint.calories + newCalories;
}
}
this.previousPoint = this.currentPoint;
this.currentPoint = point;
if (this.currentSport && this.runState === RunState.Running) {
this.currentSport.distance = this.totalDistance * 1000;
this.currentSport.calories = point.calories;
this.sportDataService.saveCurrentSport(this.currentSport);
}
return this.totalDistance;
}
核心点解析
• 步数差与时间差：通过当前步数与上一次记录的步数差值，结合时间差，计算出步频和步幅。
• 动态步幅调整：根据加速度数据动态调整步幅，确保在不同运动强度下的准确性。
• 速度与卡路里计算：结合步幅和步数差值，计算出运动速度和消耗的卡路里。
• 数据平滑处理：使用移动平均法对步频和速度进行平滑处理，减少数据波动。
三、每秒更新数据
为了实时展示运动数据，我们需要每秒更新一次数据。以下是定时器的实现逻辑：
private startTimer(): void {
if (this.timerInterval === null) {
this.timerInterval = setInterval(() => {
if (this.runState === RunState.Running) {
this.netDuration = Math.floor((Date.now() - this.startTime) / 1000);
// 室内跑：使用步数添加轨迹点
if (this.exerciseType?.sportType === SportType.INDOOR) {
this.addPointBySteps(); // 新增调用
}
// 计算当前配速（秒/公里）
let currentPace = 0;
if (this.totalDistance > 0) {
currentPace = Math.floor(this.netDuration / this.totalDistance);
}
if (this.currentPoint) {
this.currentPoint.pace = currentPace;
}
// 通知所有监听器
this.timeListeners.forEach(listener => {
listener.onTimeUpdate(this.netDuration, this.currentPoint);
});
}
}, 1000); // 每1秒更新一次
}
}
核心点解析
- 定时器设置：使用
setInterval方法每秒触发一次数据更新逻辑。 - 运动状态判断：只有在运动状态为
Running时，才进行数据更新。 - 配速计算：通过总时间与总距离的比值计算当前配速。
- 通知监听器：将更新后的数据通过监听器传递给其他组件，确保数据的实时展示。
四、优化与改进
1. 数据平滑处理
在实际运动过程中，加速度数据可能会受到多种因素的干扰，导致数据波动较大。为了提高数据的准确性和稳定性，我们采用了移动平均法对步频和速度进行平滑处理：
point.cadence = this.currentPoint ?
(this.currentPoint.cadence * 0.7 + instantCadence * 0.3) :
instantCadence;
point.speed = this.currentPoint ?
(this.currentPoint.speed * 0.7 + instantSpeed * 0.3) :
instantSpeed;
通过这种方式，可以有效减少数据的短期波动，使运动数据更加平滑和稳定。
2.动态步幅调整
步幅会因用户的运动强度和身体状态而变化。为了更准确地估算步幅，我们引入了动态调整机制：
let stride = accelerationService.calculateStride(timeDiff);
在calculateStride方法中，结合用户的身高、体重和加速度数据，动态计算步幅。这种方法可以更好地适应不同用户的运动状态。
五、总结与展望
通过加速度传感器和定时器，我们成功实现了室内运动的距离、速度和步幅估算。这些功能不仅能够帮助用户更好地了解自己的运动状态，还能为运动健康管理提供重要数据支持。
