**专业级跑步 App（基于高密度压力鞋垫 + 6 轴 IMU）的技术说明书 v1.0**

# 一、产品定位与对标

## 1.1 目标用户

* 日常跑者：5km / 10km 跑步、减脂跑、马拉松训练
* 进阶跑者：配速训练、阈值跑、间歇跑、备赛
* 专业教练 / 体能师：需要对学员的跑姿、受力、疲劳、伤病风险做**可视化 + 可量化**评估

## 1.2 对标市面跑步 App 的基础功能（需要全部覆盖）

这些功能是「标配」，我们必须有，而且要做到不比别人差：

* 基础记录

* 距离、时间、配速、步频、卡路里
* 路线轨迹（如使用手机 GPS）

* 基本跑步指标

* 平均配速 / 每公里配速
* 平均步频（spm）
* 平均步幅（step length）
* 心率区间（若使用外部心率带）

* 训练计划 & 课程（后续版本可接入）

* 5k/10k/半马训练计划
* 间歇跑、节奏跑、恢复跑的模板

> 这些东西 Nike Run Club / Strava / Garmin Connect 之类都已经有，我们的优势不在这里，但不能缺。

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# 二、我们的杀手锏：高密度压力阵列 + IMU

市面上大部分跑步 App 依赖：

* 手机 / 手表 IMU（只能估计步频、步幅、垂直振幅等）
* 少量专业硬件（如胸带、加速度计），但**几乎没有**商用产品能看到**足底压力分布 + COP 轨迹**。

你的优势：

1. **高密度压力阵列（足底 45/99 点）**

* 每一步「脚跟–中足–前足/趾」的受力模式
* 内外侧 / 前后受力比例
* COP 路径、推进模式

2. **足底 6 轴 IMU**

* 足部 roll/pitch/yaw 轨迹
* 初触地方式（heel strike / mid-foot / forefoot）
* 推蹬时踝关节的「力量感」/爆发模式

→ 目标：做出一个**真正的跑步技术实验室（running gait lab in your insoles）**。

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# 三、整体功能模块设计

## 3.1 模块总览

1. 训练模式与协议（Protocols）
2. 实时监控与语音提示
3. 跑步基础指标
4. 跑姿与受力模式（技术指标）
5. 伤病风险与疲劳监测
6. 训练效果与进步追踪
7. 教练 & 专业模式

下面按模块细化。

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# 四、训练模式与协议设计

## 4.1 训练模式

* 自由跑（Free Run）

* 用户设置：距离目标 / 时间目标 / 卡路里目标（可选）
* 实时看配速、步频、对称性简单指数

* 配速训练（Pace Run）

* 设定目标配速区间（如 5:00–5:20 / km）
* App 监控实时配速、步频、步幅
* 提供「配速是否稳定」「跑姿是否变形」提示

* 间歇跑（Intervals）

* 例如：800m 快跑 + 400m 慢跑 × N 组
* 每个 interval 单独统计：配速、步频、技术质量分数

* 长距离 LSD / 阈值跑

* 关注疲劳累计、跑姿崩坏点：在第几公里开始步频掉、受力偏移、冲击增加

## 4.2 数据采集与同步

* 压力采样频率：建议 ≥ 100 Hz
* IMU 采样频率：≥ 100 Hz
* 步态事件：

* 用压力 + IMU 结合识别 HS / TO
* 对每个 step / stride 做分段统计

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# 五、跑步基础指标（跑者已经习惯看的）

这部分与普通跑步 App 对齐，同时基于我们的传感器做到更精准。

### 5.1 时空指标

* 距离、时间、平均配速、每公里配速
* 步频（spm）：每分钟步数
* 步幅（m/step）：

* 用距离 / 步数估算，或用 COP 行进轨迹估算

### 5.2 步态结构指标

对每一只脚、每步：

* stride time / step time
* stance time / swing time
* contact time（触地时间）
* double support（高速跑时趋近 0）

> 这些与标准跑步实验室输出一致，可以对接教练 / 运动科学背景用户。

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# 六、跑姿与受力模式 —— 我们的核心差异化

这一节是我们的核心价值：**市面热门 App 几乎没有**。

## 6.1 着地方式检测（Foot Strike Pattern）

基于压力 + IMU ：

* 在 foot strike 时间窗内：

* 比较后足区 / 中足区 / 前足区 PTI / 峰值压力
* 结合 foot pitch 角度

分类：

* Heel Strike（脚跟着地）
* Mid-foot Strike（中足着地）
* Forefoot Strike（前足/前掌着地）

输出：

* 每公里统计着地方式比例（例如：70% heel, 20% mid, 10% forefoot）
* 给用户建议：

* 「你在最后 2 km 中脚跟着地比例明显升高，可能与疲劳有关」
* 「高速 interval 中前足着地更多，爆发力强，但对小腿负荷较大」

## 6.2 前后受力分布（Fore–Rear Load）

利用前足/后足 PTI：

* 每步计算 $R_{\text{fore}}$、$R_{\text{rear}}$（前后 PTI 比例）
* 每公里输出平均值，及整体趋势

用途：

* 判断「是否过度依赖前足/后足」
* 与配速、坡度结合：

* 上坡时前足 PTI 升高
* 下坡时后足冲击 + 前后 PTI 变化

## 6.3 内外侧受力 & 过度内旋倾向（Medial–Lateral Load / Pronation Proxy）

利用内侧 / 外侧区域 PTI：

* 每步、每 km 计算 $R_{\text{medial}}$、$R_{\text{lateral}}$
* 结合 COP 路径（是否明显「内侧偏移」），给出一个「过度内旋风险指标」

输出示例：

* 文案：

* 「你在右脚中后期推蹬时内侧负荷偏高，可能有轻度过度内旋」
* 「建议关注足弓支撑，必要时咨询专业人士」

## 6.4 COP 路径与推进模式

对每步：

* COP 起点（足跟外侧？内侧？）
* COP 终点（大趾？二三趾？整体偏内？）
* COP 路径长度、曲率
* 左右脚之间 COP 模式的对称/不对称

用途：

* 区分良好推进 vs 偏外八 / 内八 / 拖脚等模式
* 给出「推进效率」的 proxy 指标（比如 COP 路径是否充分前移）

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# 七、冲击、震动与关节负荷

## 7.1 垂直冲击峰值与加载速率

基于足底 IMU：

* 对每步在 HS 附近计算：

* 垂直冲击峰值 $a^{\text{peak}}_j$
* 加载速率（冲击上升速度）

关联：

* 同一时刻后跟区域峰值压力
* 下坡跑、配速过快时，冲击峰值 / 加载速率往往显著升高

输出：

* 「冲击指数」（0–100，越高越温和）
* 每公里冲击走势：

* 「第 7~10 km 冲击明显增大，可能与疲劳与步幅变长有关」

## 7.2 对膝 / 踝负荷的间接评估

通过组合：

* 后跟冲击峰值 + 前足 PTI + 步幅变化
* 可以给出一个粗略的「膝关节负荷指数」或「小腿/跟腱负荷指数」（作为建议用文案，明确声明为估算）

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# 八、对称性与代偿模式（左右腿是否均衡）

在跑步中，左右腿负荷不均是**非常重要**的伤病风险因素。

## 8.1 左右对称性指标

对以下指标计算 L/R 对称性：

* 步长、步时间、contact time
* 区域 PTI（前足/后足、内/外侧）
* COP 路径长度与形状
* 冲击峰值（左右脚）

给出一个综合的 **Running Symmetry Index（0–100）**：

* 90–100：对称良好
* 70–89：轻度不对称
* <70：明显不对称，建议谨慎增加训练负荷

## 8.2 疼痛 / 代偿提示

利用：

* 单侧 contact time 明显缩短
* 对侧 PTI 明显升高
* 冲击峰值或推进期受力明显偏向一侧

定一个 **Pain Compensation Index**（类似你之前 gait 版里的设计），跑步时用来判断：

* 「你近期是否在无意识地保护一条腿」
* 文案：

* 「本次训练中右腿负荷显著高于左腿，可能存在左侧疼痛或未完全恢复的情况。」

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# 九、疲劳与跑姿崩坏检测

这是一个非常有卖点的模块：**“跑到第几公里、配速不变但姿态已经崩了”**。

## 9.1 疲劳特征

随距离 / 时间变化，监控：

* 步频漂移（步频不断下降）
* 步幅异常变长 / 缩短
* 冲击峰值上升
* 前后 / 内外 PTI 比例变化
* 对称性变差

## 9.2 跑姿崩坏点（Form Breakdown Point）

定义某些阈值：

* 步频较基线下降 > X %
* 冲击峰值较起始阶段增加 > Y %
* 对称性指数下降 > Z 分

当连续几百米满足条件时，标记：

> 「本次跑步中，你的跑姿在第 7.3 km 开始明显变形，建议：
>
> * 长距离训练时控制配速
> * 或提前结束强度训练，避免带伤累积。」

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# 十、训练效果与进步追踪

把所有指标变成**可以对比的趋势**，这样用户才会觉得「有成长」。

## 10.1 单次训练报告（Runner View）

* 上半部分：

* 距离、时间、配速、步频、步幅
* 冲击指数、对称性指数、跑姿质量分数（Gait Quality Score for Running）

* 中间：

* 每公里配速 & 步频曲线
* 每公里「冲击指数」「对称指数」条形图

* 底部：

* 总结 3 条自然语言洞察（你已经非常会写了，可以以后再帮你生成）：

1. 「整体配速稳定，但 8 km 后步频略有下降。」
2. 「右脚前足负荷稍高，注意拉伸。」
3. 「本次跑姿评分 78 分，比上周提升 6 分。」

## 10.2 长期追踪（Progress Tracking）

* 按周 / 月统计：

* 平均配速、最长距离
* 冲击指数平均值变化
* 对称性指数平均值变化
* 跑姿崩坏点在第几公里

* 用简单的图表（折线图 + 柱状图）展示：

* 「三个月以来，你的跑姿评分从 65 分提升到 82 分。」
* 「右脚过度内旋指数逐渐下降。」

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# 十一、教练 & 专业模式（Pro Mode）

给教练和实验室用的高级功能：

* 单步级数据浏览模式（per-step view）：

* 每步 COP 轨迹动画
* 每步 pressure map + IMU 波形
* 批量导出：

* CSV / JSON：每步时空参数 + 压力区域指标 + 冲击指标
* 队列对比：

* 同一运动员多个训练日对比
* 同一队伍内多个队员指标对比（配速 vs 冲击 vs 对称性）

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# 十二、版本划分建议（方便排期）

* v1.0（MVP 专业跑步版）

* 时空参数 + 冲击峰值 + 前后 / 内外 PTI 比例
* Running Symmetry Index
* 单次训练报告 + 基础趋势

* v1.1

* 着地方式识别（heel/mid/fore）
* 跑姿崩坏点检测
* 疼痛代偿指数

* v1.2

* Pro 模式（单步 COP 回放 + 批量导出）
* 高级教练指标配置（权重可调）