如何只使用加速度计来找到速度？

Question

如何只使用加速度计来找到速度？

androidmathaccelerometer

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只使用手机（Android）内置的加速计，我该如何找到它的速度？

我一直在进行这个问题的数学实验，但是无论我提出什么函数，都会导致速度呈指数级增长。我从假设开始工作，即在应用程序启动时，手机处于静止状态。这应该可以确保至少粗略地找到速度。

我有相当扎实的物理和数学背景，因此在这里的任何概念上都不应该遇到任何困难。

我该怎么做？

- Mark D

@Ignacio 什么？恒定加速意味着速度线性增加。 - Imran

你有任何可行的解决方案吗？能否指向或分享代码？ - VenomVendor

嗨，你有没有考虑关闭这个问题？ - Mr. Developerdude

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你的手机使用的传感器只有豌豆大小，成本大约2美元，是通过将微小的金属片蚀刻成粗糙弹簧和重物的形状制成的。它足以知道你拿着手机的方向以及是否在晃动。但它永远不会成为一个合格的惯性传感器组件。相信我，误差累积得非常快，这是一个无望解决的问题。（来源：我曾在亚马逊工作时负责嵌入式固件来完成这项任务。） - Edward Falk

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我刚刚发现了这个精彩的视频，它解释了为什么这很难：https://www.youtube.com/watch?v=C7JQ7Rpwn2k#t=23m20s - Edward Falk

8个回答

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首先，您需要从加速度计数据中消除重力加速度。然后，只需对加速度进行积分即可得到速度。不要忘记，加速度和速度是向量而不是标量，并且您还需要跟踪手机在空间中的旋转，以正确确定加速度向量相对于计算出的速度向量的方向。

- Anomie

你能从编程角度解释一下吗，或者给我一个链接，让我可以了解更多细节吗？ - VenomVendor

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TYPE_LINEAR_ACCELERATION传感器会提供去掉重力加速度的加速度数据，这很好。TYPE_ROTATION_VECTOR传感器会提供设备方向的四元数，可以轻松转换为3x3旋转矩阵。在每个时间片，使用旋转矩阵将加速度转换为三维空间中的向量。随着时间的推移进行积分以获得加速度（另一个向量），再对其进行积分可得到相对于起始位置的位置信息（假设初始速度为零）。然后去酒吧喝一杯因为便宜的传感器使一切都无望了。 - Edward Falk

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除了同意上面所有伟大答案中提出的合理论点外，我没有别的办法，但是如果你像我这样务实型的人，我需要想出一种解决方案，以某种方式让它起作用。

我遇到了和你类似的问题，发现网上没有找到任何解决方案后，我决定自己制作一个。我只需要一个简单的“倾斜”输入来控制游戏，因此这个解决方案可能不适用于更复杂的需求，但我决定分享它，以防其他人正在寻找类似的东西。

注意：我在这里贴出了我的全部代码，可以免费用于任何目的。

基本上，在我的代码中，我会查找加速度计传感器。如果未找到，则会禁用倾斜反馈。如果存在加速度计传感器，我会查找磁场传感器，如果存在，则通过组合加速度计和磁场数据推荐的方式获取倾斜角度。

public TiltSensor(Context c) {
    man = (SensorManager) c.getSystemService(Context.SENSOR_SERVICE);
    mag_sensor = man.getDefaultSensor(Sensor.TYPE_MAGNETIC_FIELD);
    acc_sensor = man.getDefaultSensor(Sensor.TYPE_ACCELEROMETER);
    has_mag = man.registerListener(this, mag_sensor, delay);
    has_acc = man.registerListener(this, acc_sensor, delay);
    if (has_acc) {
        tiltAvailble = true;
        if (has_mag) {
            Log.d("TiltCalc", "Using accelerometer + compass.");
        }
        else {
            Log.d("TiltCalc", "Using only accelerometer.");
        }
    }
    else {
        tiltAvailble = false;
        Log.d("TiltCalc", "No acceptable hardware found, tilt not available.");
        //No use in having listeners registered
        pause();
    }
}

如果只有加速度计传感器存在，我会退而求其次，累加连续阻尼（乘以0.99）的加速度，以消除任何漂移。对于我的简单倾斜需求来说，这个方法非常有效。

@Override
public void onSensorChanged(SensorEvent e) {
    final float[] vals = e.values;
    final int type = e.sensor.getType();
    switch (type) {
        case (Sensor.TYPE_ACCELEROMETER): {
            needsRecalc = true;
            if (!has_mag) {
                System.arraycopy(accelerometer, 0, old_acc, 0, 3);
            }
            System.arraycopy(vals, 0, accelerometer, 0, 3);
            if (!has_mag) {
                for (int i = 0; i < 3; i++) {
                    //Accumulate changes
                    final float sensitivity = 0.08f;
                    dampened_acc[i] += (accelerometer[i] - old_acc[i]) * sensitivity;
                    //Even out drift over time
                    dampened_acc[i] *= 0.99;
                }
            }
        }
            break;
        case (Sensor.TYPE_MAGNETIC_FIELD): {
            needsRecalc = true;
            System.arraycopy(vals, 0, magnetic_field, 0, 3);
        }
            break;
    }
}

总之，我只想重申这并不是以任何方式“正确”的代码，它只是作为游戏输入的一种简单方法。要使用此代码，我只需执行以下操作（是的，奇怪的常量很糟糕）：

Ship ship = mShipLayer.getShip();
mTiltSensor.getTilt(vals);
float deltaY = -vals[1] * 2;//1 is the index of the axis we are after
float offset = ((deltaY - (deltaY / 1.5f)));
if (null != ship) {
    ship.setOffset(offset);
}

享受吧！

- Lennart Rolland

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将加速度积分得到速度是一个不稳定的问题，几秒钟后您的误差会发散。手机加速度计也不是很准确，这并没有帮助，有些加速度计不能轻易区分倾斜和平移，这种情况下您真的会遇到麻烦。

- Imran

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手机中的加速度计对于这样的任务几乎没有用处。您需要高精度、漂移非常低的加速度计——这是手机所不具备的。最多只能获得几秒钟的有用结果，或者非常幸运地获得一两分钟的结果，之后结果就变得毫无意义了。

此外，您需要一个三轴陀螺仪，用于在正确方向上积分速度。一些手机有陀螺仪，但它们在漂移和精度方面甚至比加速度计更差。

然而，可能有一个有用的应用程序，即将加速度计与陀螺仪或磁罗盘结合使用，以填补GPS缺失数据。每次GPS提供良好的定位时，都会重置位置、速度和方向的初始条件，并且加速度计将提供数据，直到下一个有效的GPS定位。

- Lister

假设我想获取倾斜信息以控制游戏。在这种情况下，我可以做出许多假设。例如，我可以假设用户以某种方式握住设备。那么，不可能以某种方式平滑数据，使突然的变化凸显出来，并成为游戏输入的有用信息吗？ - Mr. Developerdude

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重力会破坏你所有的测量结果。手机静止时，会经历高恒定向上（是的，向上）的加速度。加速度计不能区分加速度和重力（从技术上讲，它们是相同的），因此在几秒钟后就会达到极高的速度。如果您从不稍微倾斜加速度计，那么您可以从z轴（或指向上/下的任何轴）中减去恒定的重力拉力，但这很不可能。基本上，您必须使用陀螺仪/磁强计和加速度计的复杂系统来计算重力的精确方向，然后减去加速度。

- Simon Bækkegaard

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传感器融合技术可以为您过滤掉这些杂乱数据。只需使用TYPE_LINEAR_ACCELERATION传感器即可。 - Edward Falk

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v = 积分(a) ?

一般来说，我认为加速度计的不准确性会使这变得相当困难。

- Andreas

取决于不准确性的类型。你可以进行线性误差校准，不是吗？ - William T. Mallard

-2

如果手机静止不动，那么加速度为零，速度也就是0。你可能需要从GPS获取位置数据，并获取相关的时间样本，计算出速度距离与时间的关系。

- yogsma

是的，在应用程序启动时速度为0。我从这个点开始校准它。 - Mark D

“静止不动”实际上应该很容易检测出来。如果加速度计（使用TYPE_LINEAR_ACCELERATION）的输入非常恒定，那么手机可能没有被操作。 - Edward Falk

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可以查看英文原文，
原文链接

- Aleadam · Accepted Answer

那将取决于加速度的大小和持续时间。轻微而长时间的加速度是可测量的，但任何突然增加的加速度，随后保持恒定速度，都会使您的测量结果相当困难且容易出错。假设有恒定的加速度，则公式非常简单：a = (V1-V0)/t。因此，如果知道时间和加速度，并假设V0 = 0，则V1 = a*t。在更现实的情况下，您可能没有恒定的加速度，因此应计算每个测量的ΔV，并将所有速度变化相加以获得最终速度。始终考虑到您不会拥有连续的加速度数据，因此这是最可行的方法（即真实数据与积分数学理论相比）。无论如何，在最佳情况下，您最终将得到非常高的误差率，因此我不建议使用这种方法来依赖真实速度的任何应用程序。