锻炼监控器.pdf

用于测量主体的有氧代谢能力的装置具有用于接收在给定时间内行进的距离的测量的输入。将该时间选择为大到足够确保用户在他或她的有氧代谢能力的最大值下工作。处理器根据距离和时间的值而确定有氧代谢能力，并且，基于所计算的有氧代谢能力，将锻炼级别的测量输出到用户。所计算的有氧代谢能力遵循如下表示的关系：VO2max＝a+bx+c(x∧2)，其中，VO2max是用户的最大氧消耗，a、b和c是非0常量，并且，x是每单位时间的距离的测量。

1、  一种用于测量主体的有氧代谢能力的装置，该装置包括：输入组件，用于接收用户在给定时间内行进的距离的测量值，所述时间大到足够确保用户在他或她的有氧代谢能力的最大值下工作；处理器，用于根据所述距离和时间的值而确定有氧代谢能力；以及输出组件，用于基于所计算的有氧代谢能力而将锻炼级别的测量值输出到用户，其中，有氧代谢能力遵循如下表示的关系：
VO2max＝a+bx+c(x^2)
其中，VO2max是用户的最大氧消耗，
其中，a、b和c是非0常量，并且
其中，x是每单位时间的距离的测量值。

2、  如权利要求1所述的装置，其中，以每分钟的用户的每公斤体重的氧气的毫升数来表示VO2max，x是速度的测量值，其表示为在12分钟的时间周期内跑过的、以英里为单位的距离，并且，常量a、b和c处于以下范围：

2.  2≤a≤3.4
20≤b≤27

2.  0≤c≤2.9

3、  如权利要求2所述的装置，其中，常量a、b和c处于以下范围：

2.  4≤a≤3.2
22≤b≤25

2.  2≤c≤2.7

3、  如权利要求2所述的装置，其中，常量a、b和c处于以下范围：

2.  7≤a≤2.9
23≤b≤24

2.  4≤c≤2.5

4、  如权利要求3所述的装置，其中，a约为2.8，b约为23.44，而c约为2.46。

5、  如任一前述权利要求所述的装置，其中，处理器还能够根据先前确定的用户的有氧代谢能力而计算等价于用户的有氧代谢能力的比例的速度目标或目标范围，并在具有当前速度与目标速度或目标速度范围的接近度的指示的情况下动态地输出当前速度。

6、  一种用于测量主体的有氧代谢能力的方法，包括以下步骤：
接收用户在给定时间内行进的距离的测量值，所述时间大到足够确保用户在他或她的有氧代谢能力的最大值下工作；
根据所述距离和时间的值而确定有氧代谢能力；以及
基于所计算的有氧代谢能力而将锻炼级别的测量值输出到用户，
其中，有氧代谢能力遵循如下表示的关系：
VO2max＝a+bx+c(x^2)
其中，VO2max是用户的最大氧消耗，
其中，a、b和c是非0常量，并且
其中，x是每单位时间的距离的测量值。

7、  一种包括指令的计算机程序产品，当在计算装置中运行所述指令时，该计算机程序有效地使计算装置通过执行以下步骤来测量用户的有氧代谢能力，所述步骤即：
接收用户在给定时间内行进的距离的测量值，所述时间大到足够确保用户在他或她的有氧代谢能力的最大值下工作；
根据所述距离和时间的值而确定有氧代谢能力；以及
基于所计算的有氧代谢能力而将锻炼级别的测量值输出到用户，
其中，有氧代谢能力遵循如下表示的关系：
VO2max＝a+bx+c(x^2)
其中，VO2max是用户的最大氧消耗，
其中，a、b和c是非0常量，并且
其中，x是每单位时间的距离的测量。

8、  如权利要求7所述的计算机程序产品，其作为安装在移动远程通信装置上的软件、用于下载到移动远程通信装置的软件、编码前述指令的电路、编码前述指令的电信号或者磁、光或其它物理程序载体而被提供。

9、  一种用于测量用户的锻炼级别的系统，该系统包括：全球定位系统(GPS)模块，用于测量用户的地理位置或用户的速度；以及移动远程通信装置，其具有与GPS模块的正在使用中的活动通信链接，根据GPS模块的位置或速度而有规律地更新该移动远程通信装置，并且，向该移动远程通信装置提供计算机程序组件，其用于根据所述位置或速度而计算有关有氧代谢能力的用户的锻炼级别。

10、  如权利要求9所述的系统，还包括与远程通信装置通信的远程监控计算机，所述计算机适于在远程通信装置接入的移动远程通信网络上从所述远程通信装置接收锻炼数据，并处理所接收的锻炼数据。

10、  如权利要求9或10所述的系统，其中，GPS模块被集成到远程通信装置。

11、  如权利要求9或10所述的系统，其中，作为移动远程装置的附件而提供GPS模块。

12、  如权利要求9或10所述的系统，其中，作为与该装置共享兼容的通信链接的独立的GPS单元而提供GPS模块。

13、  一种用于测量用户的锻炼级别的方法，该方法包括以下步骤：
使用全球定位系统(GPS)模块来测量用户的地理位置或用户的速度；
根据GPS模块的位置或速度而有规律地更新移动远程通信装置；
根据所述位置或速度而计算有关有氧代谢能力的用户的锻炼级别。

14、  一种包括指令的计算机程序产品，当在计算装置中运行所述指令时，该计算机程序有效地使计算装置通过执行以下步骤来测量用户的有氧代谢能力，所述步骤即：
使用全球定位系统(GPS)模块来接收指示用户的速度或位置的数据；
根据所述位置或速度而计算有关有氧代谢能力的用户的锻炼级别。

锻炼监控器
技术领域
本发明涉及锻炼级别的监控、以及在锻炼监控中使用的装置、系统和方法。
背景技术
WO 01/69179描述了用于附接到用户的鞋上的装置，其测量脚步，并由此计算该装置的佩戴者所跑过或走过的距离，以确定该装置的佩戴者的锻炼级别。此文档还描述了根据主体的有氧代谢能力(aerobic capacity)(最大VO2或VO2 max)的百分比的锻炼级别的规定，其中，将该能力确定为：常量(被称为库珀常量)乘以主体可在12分钟内跑过的距离。
Polar Electro of Kempele，Finland制造了被作为S625X跑步计算机销售的锻炼监控器，其被建议为与诺基亚5140移动电话(来自诺基亚公司)结合操作。如在http://www.polar.fi/mobileconnectivity/中所描述的，跑步计算机从佩戴在脚上的计步器接收数据，并从佩戴在胸部的心脏监控器接收心率信息。将瞬时和累计数据显示在腕表式样的跑步计算机上。
在完成该过程(session)之后，跑步计算机可经由红外线而与诺基亚5140电话连接，其中，诺基亚5140电话运行软件应用来计算并显示锻炼过程的统计。该电话还可与另一个电话连接(经由SMS消息)，以共享数据，或者，可与个人计算机连接(经由红外线)，以将过程统计插入到训练电子表格(spreadsheet)中，其中，根据训练电子表格而计算更新的训练目标。还可为了类似目的而将此数据发送到网络服务。
WO 01/69179和诺基亚/Polar装置均依赖于佩戴在脚上和/或佩戴在胸部的单元来测量锻炼活动的表象(evidence)。这样的测量装置的替换为：通过专用的踏车、心电图和肺活量测量设备来进行实验室或临床过程，以得到直接从锻炼活动产生的数据。
具体对于Polar/诺基亚组合来说的一个缺点为：对心率监控的依赖性。在特定心搏率上的目标锻炼级别在某些实例中是有用的，但对于不符合标准心率/锻炼响应分布图(profile)的用户群来说，具有严重的缺陷。这样的用户包括心脏病人、高级运动员、绝经后的妇女、糖尿病人、以及目的在于与健康目标相反的减肥目标的用户。
发明内容
在第一方面中，本发明提供了用于测量主体的有氧代谢能力的装置，该装置包括：用于接收用户在给定时间内行进的距离的测量的输入组件，该时间大到足够确保用户在他或她的有氧代谢能力的最大值下工作；处理器，其根据所述距离和时间的值而确定有氧代谢能力；以及输出组件，用于基于所计算的有氧代谢能力，将锻炼级别的测量输出到用户，其中，有氧代谢能力遵循如下表示的关系：
VO2max＝a+bx+c(x^2)
其中，VO2max是用户的最大氧消耗，
其中，a、b和c是非0常量，并且
其中，x是每单位时间的距离的测量。
将理解，提供作为速度的多项式函数的最大氧输出与在WO 01/69179中公开的方法在本质上不同，其中，在WO 01/69179中公开的方法提出了：基于库珀常量，提供作为在12英里内行进的距离的倍数的VO2max。
已发现：多项式函数提供了用户的功能能力的更精确的测量，从而允许随后将锻炼级别规定为用户的功能能力的比例。
优选地，以每分钟的用户的每公斤体重的氧气的毫升来表示VO2max，x是被表示为在12分钟的时间周期内跑过的距离(以英里为单位)的速度的测量，并且，常量a、b和c处于以下范围：
2.2≤a≤3.4
20≤b≤27
2.0≤c≤2.9
由此，在用户以15公里/小时的速度跑步的情况下，这等价于12分钟跑3公里或1.86英里，从而，在以上多项式中给出对于x的1.86的值。
更优选地，常量a、b和c处于以下范围：
2.4≤a≤3.2
22≤b≤25
2.2≤c≤2.7
在更优选的配置中，常量a、b和c处于以下范围：
2.7≤a≤2.9
23≤b≤24
2.4≤c≤2.5
更优选地，a约为2.8，b约为23.44，而c约为2.46。
在优选实施例中，处理器还能够根据先前确定的用户的有氧代谢能力而计算等价于用户的有氧代谢能力的比例的速度目标或目标范围，并在具有当前速度与目标速度或目标速度范围的接近度的指示的情况下动态地输出当前速度。
这允许用户在作为所设置的该用户的功能能力的比例的级别下锻炼。由此，用户可决定或被建议在例如他或她的功能能力速度的75-80％下锻炼，并且，如果该速度在先前被确定为例如15公里/小时，那么，该装置将提供当前速度处于11.25至12公里/小时的目标范围之内还是之外的指示。
在本发明的另一个方面，提供了用于测量用户的锻炼级别的系统，该系统包括：全球定位系统(GPS)模块，用于测量用户的地理位置或用户的速度；以及移动远程通信装置，其具有与GPS模块的正在使用中的活动通信链接，通过GPS模块的位置或速度而有规律地更新该移动远程通信装置，并且，向该移动远程通信装置提供计算机程序组件，其用于根据所述位置或速度而计算有关有氧代谢能力的用户的锻炼级别。
尽管可能猜测GPS单元的使用明显等价于基于计步器的距离测量系统，但这不是实际情况中的事实。在锻炼测量的技术领域中，技术人员根据经验而有条件地仅依赖于实际锻炼的根据，如心率或脚步的数目。GPS系统不能提供实际锻炼的任何直接根据、而仅提供行进距离的根据，并且，相应地，一般不会将GPS系统考虑为适于测量锻炼级别。
事实上，这种偏见被以下事实所支持，该事实即：在由诺基亚和Polar提出的系统中，电话模型支持能够支持GPS的附件外壳(accessory cover)，但是，仍存在采用计步器来测量锻炼量的所意识到的必要性。换句话说，锻炼监控领域内的偏见意味着：忽视了GPS测量(其在本质上可用于电话)单独的使用。
与Polar/诺基亚系统相关的附加差异为：根据本发明，远程通信装置提供锻炼级别的实时显示以及监控。在Polar/诺基亚系统中，在跑步计算机中保留锻炼数据，并且，在锻炼过程之后，仅可选地通过IR链接来传送锻炼数据。后者的系统在锻炼过程期间排除了用户和监控地点之间的实时交互。
相反，本发明的远程通信装置在锻炼出现时被提供有锻炼数据的事实意味着：其可不断地将此数据上载到远程地点，从而允许在远程地点的指导人员监控锻炼过程，并提供反馈。可替换地，远程通信装置可被命令或配置为：在锻炼过程的结束，使用该装置的远程通信能力而将锻炼数据发送到远程地点。这允许从现场发送数据，并立即更新用户的锻炼目标，或允许指导人员立即将远程教练反馈提供给该系统的用户。
因而，优选地，该系统还包括：与远程通信装置通信的远程监控计算机，所述计算机适于在远程通信装置接入的移动远程通信网络上从所述远程通信装置接收锻炼数据，并处理所接收的锻炼数据。
根据本发明的GPS模块可被集成到远程通信装置，可作为该装置的附件而被提供，或可为与该装置共享兼容的通信链接的独立的GPS单元。
尽管上面提及了本发明的每个方面，但本发明还涵盖等价方法、以及用于实现这样的方法的计算机程序。
附图说明
现在，将参照附图，仅通过例子的方式而给出本发明的实施例的以下描述，从而进一步说明本发明，附图中；
图1为用于测量锻炼级别的系统的功能框图；
图2为图解在利用图1中的系统来测量用户的功能有氧代谢能力中的步骤的流程图；
图3为图解在后续的监控和显示用户的锻炼级别中的步骤的流程图；以及
图4为图解功能能力(VO2max)和被表示为在12分钟内走路或跑步所覆盖的距离的用户的平均速度之间的关系的图。
具体实施方式
参照图1，图解了根据本发明的系统的功能框图。该系统包括GPS模块10、移动电话12、以及个人计算机14。
GPS模块12是支持蓝牙的单元，其根据卫星阵列而以公知方式计算位置(纬度和经度)，并且，其通过蓝牙通信标准而与其它支持蓝牙的装置连接。适用的GPS模块12为：可从台湾新竹的EMTAC技术公司得到的“CRUX-II/BTGPS”(商标)GPS接收器。可在http://www.emtac.com/products/bluetooth/datasheet_btgps.html上得到此装置的完整细节。
移动远程通信装置是可编程的移动电话或具有移动电话能力的个人数字助理(PDA)。例如，可使用可从诺基亚公司得到的Communicator(商标)移动电话。
GPS单元可仅提供定位信息或可提供瞬时速度数据。在其仅提供定位信息的情况下，将此信息从GPS单元中的蓝牙发射器16传送到电话14中的GPS接收器18。
该电话进行距离/速度处理，以将GPS定位信息转换为有用的速度信息，以便建立瞬时速度或行进的距离。
例如，可根据GGA或RMC帧标准，以帧的方式传送GPS数据。作为经度、纬度和高度的数值而提供定位信息。
距离/速度处理单元计算：
·地点(Lat/Long)
1、可从GGA或RMC帧读取此数据。应以类似于dd°mm′ss.ssss N或S的格式显示纬度，并以ddd°mm′ss.ssss E或W的格式显示经度。用于该转换的方程如下(假定纬度和经度为浮点型)：
deg＝(int)经度/60；
min＝(int)(经度-deg*100)；
sec＝(经度-deg*100-min)*60；
·自从活动过程开始起行进的距离，度数到弧度的转换：
1、将纬度或经度除以100，以给出度数(舍弃余数)
2、将上述步骤的余数除以60并乘以100，以给出度数的小数。
3、将步骤1和2的结果相加，以获得度数。除以180并乘以Pi，以获得弧度角。
以弧度为单位的纬度和经度。
如果北，则y＝lat*6370950
如果南，则y＝-lat*6370950
如果东，则x＝long*6370950*cos(lat)；
如果西，则x＝-long*6370950*cos(lat)；
d＝sqrt((x1-x2)^2+(y1-y2)^2)；
从最后的固定位置起，递增地计算距离，并且，可如所期望的那样选择更新频率。已发现：对于精确地记录行进距离来说，1秒的更新频率是足够的频率。
由此，例如，在环形跑道上跑步的跑步者可携带每秒钟传送定位数据的GPS单元。在如上所述转换之后，将在时刻t1接收的一组定位数据{x_t1，y_t1}存储在缓冲器中，并且，当在时刻t2接收到下一个定位数据组{x_t2，y_t2}时，使用三角法来确定从时刻t1到时刻t2行进的距离。
距离(t1→t2)＝SQRT((X_t2-X_t1)²+(y_t2-y_t1)²)
通过被添加的每个新的距离测量值，保持行进的距离的累计总数，以由此到达对于该过程而行进的距离。
可瞬时地、以及/或者对于整个过程而计算速度(例如，根据距离数据的最后10秒)。可将数据记入到过程日志22。
如果GPS单元更为复杂，且提供速度输出，那么，可在GPS单元板上执行这些功能中的很多。其可基于每秒而传送瞬时速度，并根据此而导出累计的距离。
现在，将通过参照图2而描述测量锻炼级别的例子。这是图1的系统用来以新颖的方式计算用户的功能有氧代谢能力而进行的步骤的流程图。
用户运行移动电话上的软件应用，其实线图1的功能系统。首先，提示用户输入个人细节100，其包括：
·名字
·年龄(岁)
·体重(公斤)(英石和磅也是优选的)
·身高(米)(如果优选，则还可使用英尺和英寸)
·性别。
随后，请求用户(1)启动记入(logging)/测量过程，(2)退出，或(3)编辑细节。
启动过程屏幕允许用户从常规锻炼过程、以及库珀测试中选择，在步骤102中选择了库珀测试(以测量功能能力)。
该软件检查存在兼容GPS的模块的接收器18和发射器16之间的蓝牙链接，并开始接收GPS帧数据(104)。
将累计距离测量值设置为0(106)，并计算起始位置(108)。随后，激活12分钟倒计时器(110)，并且，提示用户开始跑步。
以有规律的间隔接收GPS数据，并使用GPS数据来计算用户的新位置(步骤112)。在步骤114中，计算与先前位置的距离，并且，将其加到累计距离寄存器(步骤116)。如果倒计时器未达到12分钟，则该处理循环回到步骤112。这样，不断地更新累计距离寄存器，以在12分钟期满时提供用户所覆盖的距离的测量值。在步骤120中，存储此距离。
随后，在步骤122中，使用格式为a+bx+cx^2的多项式，而将以英里为单位测量(或被转换为英里)的距离X转换为VO2max值。通过过程处理器24而进行(图1)该转换。随之(或在组合计算中)，可使用方程式1MET＝3.5ml/kg/min，而将此VO2max值转换为代谢当量或MET。
根据与移动电话12的屏幕显示驱动器(未示出)交互的格式化模块26(图1)的输出，移动电话将测试的统计动态地显示给用户。
在多数优选实施例中，将用于以上多项式的常量a、b和c选择为：a＝2.8，b＝23.448，且c＝2.463。已发现：与作为行进距离的倍数(库珀常量)而计算VO2max的先前使用的方法相比，提供在用户的实际功能能力和用户可在12分钟内行进的距离之间的远为真实的匹配。所述常量可从以上值变化，同时，仍遵循多项式方程式，但a、b和c中的每个均非0。
在步骤124中，存储功能能力(以ml/kg/min为单位或以MET为单位)，以便用于如下所述的未来的过程。
在该系统的可选增强中，随后，该装置自动地或基于用户的提示，通过GPRS模块28而连接到服务器30(步骤126)。(将容易地理解，可使用包括GSM、3G、WAP或任意其它适用的移动通信协议来实现与远程计算机的交互)。
将测试结果(以及可选地，所有记入数据)上载到GPRS服务器(步骤128)，其将它们传递到主PC 14，主PC 14运行软件来分析锻炼过程的结果，并提供用户反馈。此PC 14为每个用户存储用户文件32，并依赖于电子表格和方程式34、以及专业人员交互，以生成用于该用户的锻炼计划36。可将锻炼计划直接发回到该装置的GPRS模块28，以便显示在该装置的屏幕上(步骤130)。还可将它们与其它锻炼建议一起经由电子邮件程序而发送给用户。
这样，内科医师、理疗医师、运动教练或其它顾问可监控用户的功能能力，并且/或者分析训练过程的细节(minutiae)，并且，随后，相应地规定锻炼制度。例如，可能感到：尽管心脏病人显示出良好的有氧代谢能力，但她应从她能够以舒适的强度进行锻炼的方面受到约束，在该情况下，顾问可能在下一周将她被建议锻炼的级别降低。
图3图解了该系统在常规锻炼过程模式中的操作。将仅详细描述与图2的那些步骤显著不同的那些步骤。当用户选择训练过程(与库珀测试相反)时，作出有关使用本地或服务器模式的决定(204)。在本地模式中，该装置检索所存储的功能能力或FC(步骤206)(或用来计算功能能力的等价的速度)，并且，提示用户输入目标锻炼级别(208)(或者，可使用先前输入的目标级别)。通常，将目标级别表示为FC的百分比(例如60％)或范围(例如FC的50-75％)。
如果用户先前已显示出在12分钟内覆盖2.2英里的距离的能力(11英里每小时的速度)，那么，将其50-75％(假定)的目标速度范围转换为关于速度的5.5至8.5英里每小时的期望的锻炼速率。
在该装置以服务器模式操作的情况下，其使用GPRS而连接到服务器，并请求功能能力(或等价的速度)和目标锻炼级别(步骤214)，根据其确定目标速度范围。
当然，可简化这些步骤，并且，在服务器模式或本地模式中，可简单地持有所存储的目标速度或速度范围。然而，这将不会考虑到功能能力的改变、以及由此的随着功能能力在时间上的改变的期望锻炼级别的改变(通过周期性地重复库珀测试或某个其它距离/FC测试，而使用该装置导出该期望锻炼级别)。
一旦已在步骤210或216中建立了目标速度，该装置便开始使用作为图2的步骤104-118的镜像的一系列步骤218-232来计算距离和速度，其中，主要差异为，在此实例中，不指定12分钟周期，并且，用户可设置不同的锻炼周期，或可选择例如在所设置的距离已被覆盖之后结束测试。
该装置的输出可提供用户可能想要的任意适用的数据，包括流逝的时间、覆盖的距离、作为功能能力速度的百分比的速度、以MET为单位表示的锻炼级别、以任意便利的单位来表示的瞬时速度等。
在活动模式中，优选地，该单元将显示：
·当前速度。
·在迄今的过程期间燃烧的卡路里(通过参照用户的速度和体重而计算)
·最大速度。
·过程的持续时间。
用户将具有完成过程的选项。
当已结束了测试时，该装置可再次连接(或可自动地连接)到与主PC相连接的GPRS服务器(步骤234-238)，以上载过程数据和下载锻炼目标。
在图2或图3的情况中，该装置可在测试本身的期间与主PC处于动态通信状态，以在远程场所提供测试数据的实时记入以及分析，并使位置较远的教练或医疗顾问能够随着测试进程而进行监控和/或建议。
图4示出了在12英里内覆盖的距离(以及由此的速度)和最大有氧代谢能力之间的优选多项式关系。并非针对于常量a、b和c而定义该多项式关系，而是可对此图作出参照，并且，对于在最大能力的测试中实现的等价速度来说，本发明的替换公式可将最大氧能力(oxygen capacity)定义为在图中示出的线上或接近线的点。