Android 获得标准化加速

Question

我希望获得 Android 手机的加速度矢量。问题是，加速度计坐标是相对于手机的旋转的。我想要的是“绝对”加速度，即无论手机面向哪个方向，它都应该返回相同的值。 （我想检测滑雪的用户是否在不使用 GPS 的情况下滑下斜坡。我还需要能够区分滑动和上升缆车。）

我可以通过将加速度计与陀螺仪结合起来获得这些值，但我不知道如何用陀螺仪的值抵消加速度计的值。

这可能吗？如果可能的话，如何实现？

Answer 1

你所描述的事情是无法完成的，除非你重新定义一下问题。为了帮助您重新定义它，我将概述主要问题：

首先，我猜测您所说的“绝对加速度”是相对于地理参考的加速度。仅使用加速度计无法完成此操作，因为它不知道地理参考。如果你移动得足够远，可以使用 GPS，或者使用指南针，你也许可以解决这个问题，但每个问题都有自己的问题（尽管至少问题是可以解决的）。

第二个问题是，仅使用加速度计完全无法区分重力和加速度（这称为“等效原理”）。因此，任何测量到的加速度始终是重力和加速度的矢量和，但这些方程总是有多个解，并且在加速度小于重力的通常情况下，您实际上无法确定有关加速度的任何信息。由于重力在某种程度上是恒定的，因此也有一些方法可以解决这个问题，例如使用陀螺仪，或者您的用户可以将手机保持在固定方向（例如，通过查看地平线等外部提示），并且这些方法中的任何一个方法可能会让你减去重力的影响，但这通常是一个不小的问题。

最后一点是，您似乎在地球固定的坐标系中思考，而手机的加速度计只是手机固定的。也就是说，加速度计的 z 轴与地球上的上下没有任何关系，而这种关系将取决于手机的方向。确实，许多人更喜欢地球固定系统，但手机却不知道这一点。您可以使用外部提示（GPS、磁场、陀螺仪、重力、地平线等）来尝试对齐它们，但仅给出加速度计的单个任意读数，则信息不存在。

定义：
加速度矢量：这是加速度计的 x、y、z 读数（每个读数取决于手机方向），有时写为 A=(a_x, a_y, a_z)。
加速度大小：这是a=sqrt(a_x² + a_y² + a_z²），这不应该取决于手机方向（如果不同的轴校准为相同）。如果手机是静止的，这基本上只是重力读数。另请注意，使用此方法会丢失加速度矢量中的许多信息。
归一化加速度：加速度方向，大小为1，即，A/a
地球坐标中的加速度：我认为这是你真正想要的，只是没有简单的方法来获得它，而且即使你可以，我认为它也不会那么有用乍一看。

滑雪：
我认为您可以根据加速度计的测量结果确定某人何时在滑雪。使用加速度计，诸如颠簸和转弯之类的事情都应该非常独特。对于这些，我将使用完整的加速度矢量。例如，反过来，加速度大小将保持大致恒定，而方向将扫过。还要注意自由落体（即，基本上只要滑雪者的天空/脚/屁股/等不在地面上，无论他们是在撞击/跳跃时向上，还是从缆车上掉下来） ，自由落体时加速度大小为零。对于缆车来说，它似乎很可能在一个平面内有独特的节奏摇摆。

所有这些事情都可以弄清楚。如果你真的想解决这个问题，我建议你在滑雪时记录加速度计的数据，看看是否可以根据数据的特征来确定你何时在滑雪。 （我的猜测是，你的主要障碍将是数学，因为想出一种可以区分滑雪特征的算法可能有点棘手，所以似乎回顾一下向量是个好主意数学，以及点积和叉积之类的东西，而且，我怀疑另一个称为 FFT 或傅立叶变换的主题可能有助于整理滑雪与椅子上摇摆的时间和频率特征升力。）

您还可以折叠 GPS 测量值，这不太可靠，或者提供良好的时间分辨率，但至少可以用来仔细检查您的算法。

Answer 2

无论手机的方向如何，您都可以使用以下方法计算加速度：

a = sqrt(x*x + y*y + z*z)

其中 a 是绝对加速度，x、y 和 z > 是手机 3 个轴中每个轴的加速度计值。

Answer 3

有些手机内置了气压计（气压传感器）。应用移动平均值后，我发现它可以编写以确定用户是上升还是下降 - 也许对您的问题有用。在 Galaxy s4 和 5 上，我获得了足够好的分辨率来确定设备是否刚刚从桌子移到地板上。

请注意，天气的逐渐变化会影响您的读数，因此您必须考虑合理时间间隔内的 Delta，并忽略某个阈值附近的变化。

Answer 4

考虑使用 GPS。在飞行记录应用程序中，我使用加速度（尽管是绝对值，而不是矢量）来过滤嘈杂的 GPS 数据（我删除了速度变化所需的加速度不合理的位置）：

/**
 * Remove noise from the measurement of the location.
 * @param loc a location
 * @return Answer <code>false</code> iff the location should not be used.
 */
private boolean filterNoise(final Location loc) {
    if( ! loc.hasSpeed() )
        return true;
    if( this.recentSpeeds.isEmpty() ) {  // rescentSpeeds is a queue of locations
        this.recentSpeeds.add(loc);
        return true;
    }
    final Location lastFix = this.recentSpeeds.getHead();
    final long delta_t = (loc.getTime() - lastFix.getTime()) / 1000;
    if( delta_t == 0 )
        return false;
    final float delta_v = loc.getSpeed() - lastFix.getSpeed();
    final float a = delta_v / delta_t;
    if( Math.abs(a) <= AccelThreshold ) {
        this.recentSpeeds.add(loc);
        return true;
    }
    return false;
}

如果您使用坐标计算速度从上次修复和当前修复中，您可以得到加速度矢量。