Аналог Carv2

Чешутся руки периодически в похожих местах. Такой пересчет, видимо, только отправная точка в длинном пути. Я б плясал от практики: записанный массив данных + видео проезда, хотя бы пару поворотов... Есть такое?

Думаю в Carv2 нечто подобное, ну может чуть точнее (просится быстрая герц 50-100 GPSка в добавок одна на 2 сапога, есть ли такая?). 

Насобирать данных представляется не сложной задачей (как аппаратно так и программно). Вот их обработка и получение полезного может потребовать куда больших ресурсов и времени.

Такая мысль еще есть: раз смартфон в кармане, в нем тоже есть датчик ( допустим) и с его данные синхронно писать, может польза есть какая.

Хорошая идея с видео + данные — именно так и планирую проверять алгоритмы на первом выезде.

По GPS — гражданская точность 3-5 метров делает его бесполезным для анализа отдельных поворотов независимо от частоты обновления. Использую GPS телефона только для макро-данных — скорость, перепад высот, карта спуска.

По датчику смартфона — идея интересная, но телефон в кармане куртки будет болтаться и данные будут шумными. Для надёжных данных о верхней части тела нужна жёсткая фиксация — что-то типа нагрудного крепежа как у пульсометра. Усложняет проект, оставлю на будущее.

 

 

По GPS — гражданская точность 3-5 метров делает его бесполезным для анализа отдельных поворотов независимо от частоты обновления. Использую GPS телефона только для макро-данных — скорость, перепад высот, карта спуска.

 

 

Подозреваю, что разных типов "точностей" там много. По факту - телефон в руках на месте дает координаты без дрожания и вполне видит перемещение на шаг. Может реальные координаты и лежат в круге 6 метров, но дельта отслеживается.

Те смартфоны, что у меня были отдают координаты не чаще раза в секунду. GoPro -10 раз. В итоге трек записанный телефоном - ломаная кривая с пропусками поворотов, гопро - отчетливый трек. Не стоит так радикально отказываться.

Вижу, что гироскоп уже показал чудеса. Ожидаемо. Впереди, вангую, много интересного. По моему мнению,  Carv2  - это в первую очередь алгоритмы  выдирания нужных данных из получаемых, железо вторично. В отличии от стелек, но и там, вероятно не все шоколадно.

На лыже может играть как крепление коробочки, так и крепление платы в коробочке.

Если интегрируя угол по данным гироскопа получаем прямо угол закантовки (думаю "самый главный интерес" и уже только его достаточно чтобы заинтересовать многих), то только с акселерометра достать угол будет, возможно, не самой простой задачей. Возможно некое совместное использование данных обоих каналов даст много лучший результат. Нужны реальные данные с устройства полученные на склоне. Летом сойдет и от роликов, но это не точно))

Из кресла видится - по акселерометру определяем момент перекантовки и далее, до следующей перекантовки угол закантовки вычисляем по гироскопу. Чем не вариант.

Согласен, был слишком категоричен насчёт GPS. Вы правы — абсолютная точность и точность отслеживания дельты это разные вещи, и 10 Гц GoPro даёт вполне читаемый трек.

По алгоритмам — очень интересная идея с акселерометром для детектирования момента перекантовки и гироскопом для вычисления угла между перекантовками. Комплементарный фильтр (акселерометр + гироскоп) уже реализован в прошивке, но ваш подход с явным детектированием момента перекантовки стоит попробовать отдельно.

По GPS — согласно Wikipedia типичная точность 6-8 метров, но дельта между точками отслеживается лучше. Современные смартфоны используют GPS+ГЛОНАСС+Galileo одновременно что улучшает картину. 10 Гц будет достаточно чтобы видеть форму поворотов на треке, пусть и без абсолютной точности координат.

По жёсткости крепления — хорошее замечание, люфт коробочки на манжете и платы внутри коробочки будут давать шум. Надо продумать фиксацию.

Реальные данные со склона — главный приоритет. Чуть позже я планирую на катке попробовать, на коньках проще давить на мысок и пятку чем на роликах

Молодец!!! Сообщай как идут дела!!!

 

Комплементарный фильтр (акселерометр + гироскоп) уже реализован в прошивке

Надо уточнить. Имея только данные акселерометра угол закантовки не найти. Кой чего не хватает. Данных акселерометра без траекторных параметров в расчете угла закантовки быть не может.

Из ускорений можно, наверно разное остальное достать, но не угол закантовки в повороте.

Гироскоп ведь даст угол закантовки относительно горизонта? Без угла склона в этой точке это бесполезное значение по-моему.

Гироскоп ведь даст угол закантовки относительно горизонта? Без угла склона в этой точке это бесполезное значение по-моему.

Это взрослый гироскоп такое даст, он бы и угол склона тоже показал бы, и не только. 

Гироскопы в микросхемах измеряют только скорость поворота, все остальное делает программа.

в последней версии прошивки https://gitverse.ru/vtsukanov/OpenCarv/content/master/firmware/SkiSensor/SkiSensor.ino угол сейчас считается 

1. Гироскоп + акселерометр через кватернион - вместо atan2 напрямую. Кватернион описывает ориентацию в 3D пространстве.
2. Автоматическая компенсация дрейфа гироскопа - через оценку bias (TAU_BIAS = 100с). Фильтр сам вычитает накопленный дрейф.
3. Доверие акселерометру - TAU_ACC = 3с, то есть акселерометр корректирует гироскоп с постоянной времени 3 секунды. Достаточно медленно чтобы не шуметь на кочках, достаточно быстро чтобы не давать дрейфовать.
4. 50 Гц - LOOP_INTERVAL_MS = 20мс, точное время через millis().
5. Два режима - нормальный 4 байта и raw 16 байт со всеми данными IMU для отладки.

По сути это решает проблему дрейфа гироскопа - bias оценивается и вычитается непрерывно.
Но вероятней всего я буду я сдатчика получать сырые данные, а на телефоне будет обсчет, но принцип такой же. Если често я немного поковырял carv2 и нашел что они на самом деле используют ИИ - нашел ONNX модель, я думал это просто маркетинг. Не знаю, сначала наврное все равно буду ориентироваться на физику поворота, модель обучать это перебор

 угол сейчас считается 

1. Гироскоп + акселерометр 

Глянул код. Я немного знаком с Си, но не с андроидом. Вы вычисляете ориентацию по акселерометру и вычисляете угол используя эту ориентацию с добавкой гироскопа.

По данным акселерометра найти ориентацию можно только если кроме g нет других ускорений, т.е. в покое или равномерном движении.

В повороте из данных акселерометра нельзя достать ориентацию. Данных акселерометра в расчете углов не должно быть если есть  любое ускорение кроме g. 

Вы правы, это известная проблема. В повороте акселерометр видит и гравитацию и центростремительное ускорение вместе - разделить их невозможно без дополнительной информации.

VQF фильтр решает это через TAU_ACC = 3 секунды - акселерометр корректирует гироскоп очень медленно, с постоянной времени 3с. Поворот длится 1-2 секунды, поэтому за время поворота акселерометр практически не влияет на угол - работает в основном гироскоп. Коррекция акселерометром происходит в транзите когда центростремительное ускорение близко к нулю и он снова показывает только гравитацию.

Это не идеальное решение, но рабочий компромисс. Идеально - явно детектировать транзит и делать коррекцию только в этот момент, что и планируем реализовать следующим шагом.

Покопался в приложении Carv глубже. ONNX модель которую они используют вероятней всего отвечает только за вычисление Ski:IQ - по сути это классификатор который определяет насколько катание похоже на карвинг/параллельные лыжи.

Это объясняет почему многие жалуются на Ski:IQ - модель обучена на определённом эталонном стиле карвинга. Остальные метрики - угол закантовки, транзит, симметрия - скорее всего считаются отдельно обычными формулами.

Так что подход с прозрачной физическая формула Ski:IQ честнее чем закрытая модель обученная на узком стиле катания и с ИИ особого смысла заморачиваться нет

Я не уверен, что вообще реально выписать какую-то осмысленную формулу для Ski:IQ в явном виде. Сила Carv именно  в моделях, которые они обучали годами на собранных данных. Плюс в доступе к этим самым данным от топовых атлетов. 
Формально замерить, насколько человек наклонился в повороте или там, какое на него действовало ускорение - несложно. Но вряд ли даст целостную картинину катания.

Заинтересовался девайсом Carv2, но цена кусается — $249 + подписка. Появилась идея сделать open-source аналог с нуля.

Что уже есть:

Железо собрано, себестоимость ~2500?:

• Seeed XIAO nRF52840 Sense Plus (IMU + BLE встроены)
• LiPo аккумулятор 402030, 200мАч
• Пластиковый корпус + тактическая клипса на манжету ботинка

Где купить:

1. Корпус
2. Клипса на манжету
3. Аккумулятор
4. Датчик

Прошивка написана на Arduino, передаёт по BLE угол закантовки (roll) и наклон вперёд/назад (pitch). Написано базовое Android приложение которое эти углы принимает и отображает.

Что планируется:

Полноценное Android приложение с метриками:

• Угол закантовки и симметрия лево/право
• Форма поворота (S vs Z)
• Стойка — загрузка носка/пятки
• Длительность транзита
• Радиус поворота через физику карвинга
• Ski:IQ — прозрачная оценка на основе физики поворота, не магический алгоритм
• Тепловая карта спуска по GPS

Репозиторий: https://gitverse.ru/vtsukanov/OpenCarv

1. README — описание проекта
2. Прошивка
3. Прототип UI
4. Прототип приложения

К сообщению приложил фото датчика + видео работы датчика и приложения. Видео не сомг залить, можно посмотреть здесь https://gitverse.ru/vtsukanov/OpenCarv/content/master/ui-mockup/VID_20260518_121135_small.mp4

Прошу покритиковать идею и техническое описание из README. Буду рад советам от тех кто катается и понимает в технике.

Это здорово что Вы этим занялись. Задача на мой взгляд  очень сложная. Поэтому пожелаю успеха, пусть получится!
Я сам делаю что-то подобное  но идеологически другое  - https://forum.ski.ru/index.php?showtopic=182654#entry4193098 .Это проще, но как одну из возможностей я попытался реализовать общий тест карвингового поворота (а-ля Carv), с вычислением некоторой итоговой оценки, но не справился пока - все таки использовать телефон как единственный сенсор и неудобно и недостаточно.

Но в любом случае мне близко и интересно то что делаете Вы. Так что возможно буду задавать вопросы.

Пока первый: Вы пишете про контроль стойки (загрузка носка пятки).  А это вообще возможно без использования сенсорной стельки? Я начинал с использования самодельной стельки из 4-х пленочных резистивных датчиков, нахлебался и плюнул. Разработчики Carv тоже отказались от стельки во второй версии. Но по моему мнению с отказом от стельки возможность контролировать продольную центровку пропала. Или считаете есть какие-то возможности делать это только инерциальными датчиками на голени?

вообще в иделае должен быть комплект - стельки для контроля нажатия, датчики для контроля геометрии.

вообще в иделае должен быть комплект - стельки для контроля нажатия, датчики для контроля геометрии.

Согласен. Но мой вопрос был - возможно ли только инерциальными датчиками ловить перецентровку, причем достаточно точно и надежно чтобы она участвовала в расчете итоговой оценки.

На мой взгляд нет, но возможно я не прав.

Согласен. Но мой вопрос был - возможно ли только инерциальными датчиками ловить перецентровку, причем достаточно точно и надежно чтобы она участвовала в расчете итоговой оценки.

На мой взгляд нет, но возможно я не прав.

Я такого же мнения. Жесткость ботинок разная, силы прилагаемые лыжниками разной комплекции в сравнимых условиях разные, дельта изменения угла маленькая. Да и лыжник вместе с лыжами поворачивает (пусть плоскости не совпадают но проекции могут быть). Все это скорее непреодолимо для прямого измерения.

Да и стелька не панацея - нога взаимодействует с ботинком сильно на большей площади, не только по стопе. Особенно в голенище.

Было бы любопытно поковырять реальные данные акселерометра и гироскопа с ботинка, посмотреть что оттуда реально достать. Цеплял гопро к ботинку, она, интернеты говорят, тож телеметрию пишет, но так и не нашел готового способа достать её.

Ещё интересно было бы посмотреть связку из трех датчиков: 2 на ботинки и один в условном центре масс, типа пряжки ремня.

 

Вы правы, что со стелькой это точнее. Но для нашей конкретной задачи - был ли перенос ЦТ вперёд в начале поворота - стелька избыточна. Перенос ЦТ вперёд и загрузка носка - это одно движение, просто измеренное в разных точках. Стелька фиксирует следствие (давление под носком), IMU на голени фиксирует причину (голень давит в язык - угол изгиба ботинка растёт). Для детекции было / не было движение вперёд разница несущественна.

Будет считаться pitch-угол голени в момент начала поворота. Если в этот момент pitch > порога - перенос был. Это не абсолютное давление, но как сигнал вы не успели перенести вес должно работаеть. Абсолютное распределение давление носок/пятка нам действительно недоступно - и мы на это не претендуем. Но задачу "контроль начала поворота" это решает без стельки.
Возможно с помощью стельки они еще смотрели на правильность работы стоп при закантовке, но мне кажется это лишнее, тем более от стелек они отказались, возможно они просто не выдерживали нагрузки и выходили из строя

 

 

 

Но по мере развития поворота идет естественный прирост этого угла за счет того что лыжа разворачивается к лпс (пусть для простоты в начале поворота мы были перепендикулярно ЛПС и этот угол был 0, к ЛПС он станет равен углу склона). Как мы отличим это увеличение угла от увеличения угла за счет активного воздействия лыжника. По времени действия, движение перецентровки более короткое?

Кроме того можно перенести вес вперед по лыже за счет наклона торса вперед, ничего не делая с голенями. Движение голенями один из способов перецентровки. Что-то мне кажется что это очень сложно если вообще возможно сделать полноценно. А датчики в стельке и голенище всегда могут увидеть уже конечный результат.

Хотя, то что стельку исползовать очень большой геморрой я сам убедился. Она не удобна из нее обязательно идет шлейф проводов, сильно нагружена  ее нужно калибровать и ее действительно можно сломать,, а если используется кастомная анатомическая стелька тем более. При том что полноценная стелька из десятков датчиков как было в Карв реально дорогая.

Дилемма

 

Измерение pitch идет не по всему повороту, а в момент его начала - в точке нулевого пересечения крена. В этот момент геометрия стойки идентична от поворота к повороту, естественный дрейф угла ещё не накопился. Сравниваем не абсолютное значение, а наличие/отсутствие движения в этой конкретной точке.
Давление в язык через голень и наклон торса вперёд (inclination - это более спортивная техника) оба способа валидны и означают что лыжник перенёс вес. Но основная задача которую мы решаем - детектирование задней стойки. Это главная массовая ошибка: лыжник  просто не делает никакого движения вперёд ни голенью, ни торсом. В этом случае pitch голени не растёт - и сигнал срабатывает правильно. Я не претендую на абсолютное измерение давления. Задача конкретная - поймал ли лыжник заднюю стойку в начале  поворота, для этого сигнал работает.

 

Все правильно!

Это я рассказывал скорее о своих сомнениях.  тоже об этом думал. Измерить давление инерциальными датчиками конечно не получится, но можно отловить  правильное движение, которое должно привести к перецентровке.

 

 Но основная задача которую мы решаем - детектирование задней стойки. Это главная массовая ошибка: лыжник  просто не делает никакого движения вперёд ни голенью, ни торсом. В этом случае pitch голени не растёт - и сигнал срабатывает правильно. Я не претендую на абсолютное измерение давления. Задача конкретная - поймал ли лыжник заднюю стойку в начале  поворота, для этого сигнал работает.

И ? Что потом ? После того, как датчик определит "заднюю стойку" на входе в поворот.

Идёт какой-нить звуковой сигнал лыжнику ? Или ещё как-то.

Чтобы сразу корректировать стойку 

Здесь больше информации по проекту

• Голосовой фидбек в наушники
• Конкретные действия: "увеличь закантовку", "давление на носок", "выровняй лыжи"
• Не слишком часто чтобы не отвлекать

Предполагается функционал аналогичный Carv

Сегодня потестировал на катке. К сожалению клипса давила на ногу и при аргесивных тестах типа перебежки дачтик съезжал. Нашел пару проблем. Сегодня поправлю и протестирую еще раз. Надеюсь до отпуска успею. В любом случае результаты обнадеживающие

 

Вы правы, что со стелькой это точнее. Но для нашей конкретной задачи - был ли перенос ЦТ вперёд в начале поворота - стелька избыточна. Перенос ЦТ вперёд и загрузка носка - это одно движение, просто измеренное в разных точках. Стелька фиксирует следствие (давление под носком), IMU на голени фиксирует причину (голень давит в язык - угол изгиба ботинка растёт). Для детекции было / не было движение вперёд разница несущественна.

Будет считаться pitch-угол голени в момент начала поворота. Если в этот момент pitch > порога - перенос был. Это не абсолютное давление, но как сигнал вы не успели перенести вес должно работаеть. Абсолютное распределение давление носок/пятка нам действительно недоступно - и мы на это не претендуем. Но задачу "контроль начала поворота" это решает без стельки.
Возможно с помощью стельки они еще смотрели на правильность работы стоп при закантовке, но мне кажется это лишнее, тем более от стелек они отказались, возможно они просто не выдерживали нагрузки и выходили из строя

 

 

 

Мб имеет смысл цеплять датчик на голень ноги, не ботинок? Так как ход голени больше, и в свободном катании не всегда нужно прямо гнуть жесткий ботинок при перецентровке, да и начинается возможное прогибание уже в конце перецентровки.

Мб имеет смысл цеплять датчик на голень ноги, не ботинок?

У Crav2 датчик цепляется на страп, в самом верху наибольший ход ботинка

Вообщем попробовал датчик на своих ботах -  120-flex слишком жёсткий - манжета почти не двигается, pitch даёт лишь 5–8° даже при агрессивном наклоне, поэтому движение веперед при инициации поворота буду считать через акселерометр на датчике, ось ay. По тестам при быстром переноси веса вперед датчик видит чёткие импульсы ~0.3–0.4g, назад слабее ~-0.18g. Начал писать окончательное приложение, навайбкодил окно конфигурации. К началу сезону будет полноценное приложение для тестирования на склоне

 

Вообщем попробовал датчик на своих ботах -  120-flex слишком жёсткий - манжета почти не двигается, pitch даёт лишь 5–8° даже при агрессивном наклоне, поэтому движение веперед при инициации поворота буду считать через акселерометр на датчике, ось ay. По тестам при быстром переноси веса вперед датчик видит чёткие импульсы ~0.3–0.4g, назад слабее ~-0.18g. Начал писать окончательное приложение, навайбкодил окно конфигурации. К началу сезону будет полноценное приложение для тестирования на склоне

Не знаю почему, но я не могу прикладывать видео к посту, так что видео работы приложения можно посмотреть здесь

 

Добрый день. Я письмо в личку отправил. Ответьте пожалуйста.