專利名稱：獲取物體三維運動軌跡的電子設備的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及獲取物體三維運動軌跡的電子設備，特別是涉及采用加速度傳感器、方位傳感器、海拔高度傳感器測量并計算三維運動軌跡，并采用多個位置參考點修正三維運動軌跡獲得自身運動軌跡的電子設備。
背景技術：
從古至今，人們都在探尋如何定位自身所在位置和方位，以免迷失方向而無法到達目的地。早期指南針的出現(xiàn)，為人們確定方位提供了一種方便的解決方法，但由于其職能提供大致方位信息，方位精度不高，也無法知道所處位置的信息。羅盤的出現(xiàn)提高了方位信息的精度，但仍然無法知道所處位置的信息。星象儀的出現(xiàn)并結合羅盤，能夠物體的大致位置信息和方位信息，在航海中成為主要的導航設備。
衛(wèi)星技術的發(fā)展，建立全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)，為需要定位和導航的設備提供位置信息和方位信息，以地球的經(jīng)度信息和緯度信息來確定位置，并結合電子地圖可以確定設備的位置信息，位置精度也達到米的數(shù)量級，成為現(xiàn)代主要定位工具和導航工具，但衛(wèi)星導航系統(tǒng)需要高昂的衛(wèi)星系統(tǒng)作支撐，同時在山谷、丘壑、洞穴等環(huán)境中，由于物體的遮擋無法感知衛(wèi)星信息導致無法定位的情形。
隨著移動通訊網(wǎng)絡的發(fā)展，人們也研究了采用移動通訊網(wǎng)絡的固定基站的信息、并借助三角定位的算法確定物體的位置信息和運動軌跡。但是移動通訊網(wǎng)絡的基站在寬廣區(qū)域分布密度太低導致分辨率很低。而且移動基站的覆蓋存在很多盲點，因此出現(xiàn)無法定位和確定運動軌跡的情形。

發(fā)明內容
本發(fā)明所要解決的技術問題提出一種測量物體的位置和運動軌跡的方法和設備以獲得運動物體在任何時刻的位置和方位以及在一定時間內的運動軌跡，這對于野外旅游獲作業(yè)的人員避免迷失道路和方向十分重要；對于運動物體的運動軌跡的完全了解十分重要。本發(fā)明通過運動物體自帶方位傳感器、加速度傳感器并結合參考位置的位置信息來計算運動物體在任何時刻的方位和位置以及運動過程的運動軌跡，以解決或部分解決
現(xiàn)有位置定位技術或運動軌跡跟蹤技術的不足。
4術語說明本文中所指的物體的位置是指在地球上物體或者地球上空物體相對于地球上某個參考點參考面的物理坐標，如經(jīng)度和緯度，也可用相對于某個參考點的方位和距離來表示，如北京正東方向距離北京100公里處。還可以增加上海拔高度的數(shù)據(jù)來指示物體的位置。
術語說明本發(fā)明所指的物體的方位是指在地球上物體或者地球上空物體相對于地球上某個參考點參考面的方位坐標，如用相對于地球南北極河赤道的東南西北的方向指示，如東北45度方向。在本發(fā)明中，物體的方位與物體的位置方向是相同的含義。
術語說明本發(fā)明所指運動軌跡，是指物體從一點運動到另一點所經(jīng)過的每個點的位置連接形成的路徑信息；或者進一步將物體從一點運動到另一點所經(jīng)過的每個點的位置和方位都表示出來形成的路徑信息。這些路徑信息可以進一步被標識一個平面地圖或電子地圖上來表示或展示物體從一點運動到另一點的運動過程信息。
術語說明本發(fā)明所指的海拔高度、位置、方位等信息都是用于測量物體相對于地球環(huán)境(包含地球本身及繞地球旋轉運動的空域)的數(shù)據(jù)信息，是地球地理學所描述的概念。
術語說明本發(fā)明所指的方位傳感器與方向傳感器是相同的含義。
術語說明本發(fā)明所指參考位置信息處理模塊與位置參考裝置是相同的含義。
為解決上述問題，提出的技術解決方案在所述物體上安裝方位傳感器、加速度傳感器等，根據(jù)傳感器的測量數(shù)據(jù)來計算物體的位置和運動軌跡，并引入至少一個位置參考點來修正因傳感器誤差、計算誤差、地球磁偏角的變化等引起的位置偏差和運動軌跡偏差。進一步描述如下-
第一種運動軌跡生成方法解決方案
1、 一種獲取物體三維運動軌跡方法，其特征是包括如下步驟
第一步設定至少一個固定物體作為位置參考點，物體運動的起點存在一個位置參考點，通過近距離無線通訊方式或有線通訊方式將位置參考點的位置信息傳遞到物體中，作為物體當前的運動參考點；
第二步用安裝在物體上的方向傳感器、海拔高度傳感器和加速度傳感器測量物體運動時的方位值、海拔高度值和加速度值；
第三步用所述物體運動時的方位值、海拔高度值和加速度值并結合物體當前的運動參考點計算物體的三維運動軌跡，并將所述物體的三維運動軌跡存儲在物體的存儲部件
中；
第四步當物體經(jīng)過所述位置參考點時，通過無線或有線通訊方式將位置參考點的位置信息傳遞到物體中作為對所述物體三維運動軌跡的修正，得到經(jīng)過修正后的物體的三維運動軌跡，并將所述物體的經(jīng)過修正后的物體的三維運動軌跡存儲在物體的存儲部件中。
2、 上述位置參考點的位置信息包含位置參考點的經(jīng)度信息、緯度信息、海拔高度信息；或者所述位置參考點的位置信息包含位置參考點的經(jīng)度信息、緯度信息、海拔高度信息和磁偏角信息。
3、 為了進一步修正物體位置和運動軌跡的測量偏差，上述第四步后可以進一步包含將物體經(jīng)過所述位置參考點時將該位置參考點設定為物體當前的運動參考點，這樣可以進一步減少和消除測量和計算的累積誤差。因為每經(jīng)過一個位置參考點，就用該參考點的位置信息作為物體當前的位置信息和后續(xù)運動的參考點，前面的測量和計算誤差就不會傳遞到后面的測量和計算中。
4、 當需要將物體的位置信息和三維運動軌跡在另一個設備上展示出來以讓其他人獲知物體的位置和運動軌跡，則該方案可以進一步包含在第三步后將所述三維運動軌跡通過無線通訊網(wǎng)絡和/或有線通訊網(wǎng)絡傳遞到遠端設備中，在所述遠端設備中獲得物體三維運動軌跡或者在第四步后進一步包含將所述經(jīng)過修正后的三維運動軌跡通過無線通訊網(wǎng)絡和/或有線通訊網(wǎng)絡傳遞到遠端設備中，在所述遠端設備中獲得經(jīng)過修正后的物體三維運動軌跡。
5、 為了結合電子地圖以更直觀地展示所述物體的位置和三維運動軌跡，所述遠端設備還可以包含電子地圖信息并將所述三維運動軌跡和/或經(jīng)過修正后的三維運動軌跡標注在所述電子地圖信息獲得物體在電子地圖上的指示或展示。
6、 同樣為了結合電子地圖以更直觀地展示所述物體的位置和三維運動軌跡，所述物體還可以包含電子地圖信息并將所述三維運動軌跡和/或經(jīng)過修正后的三維運動軌跡標注在所述電子地圖信息獲得物體在電子地圖上的指示或展示。
7、 優(yōu)選的是上述第三步中計算物體的運動軌跡時增加地磁傾角信息和/或所述第四步中對所述物體的三維運動軌跡進行修正時增加地磁傾角信息。 6第二種運動軌跡生成方法解決方案
1、 一種基于網(wǎng)絡計算獲取物體三維運動軌跡方法，其特征是包括如下步驟
第一步設定至少一個固定物體作為位置參考點，物體運動的起點存在一個位置參考 點，通過近距離無線通訊方式或有線通訊方式將位置參考點的位置信息傳遞到物體中， 作為物體當前的運動參考點；
第二步用安裝在物體上的方向傳感器、海拔高度傳感器和加速度傳感器測量物體運 動時的方位值、海拔高度值和加速度值；
第三步物體將所述方位值、海拔高度值和加速度值及物體當前的運動參考點信息通 過無線通訊網(wǎng)絡和/或有線通訊網(wǎng)絡傳遞到遠端設備中，在所述遠端設備中用所收到的方 位值、海拔高度值和加速度值結合物體當前的運動參考點計算物體的三維運動軌跡，并 將所述物體的三維運動軌跡存儲在遠端設備的存儲部件中；
第四步當物體經(jīng)過所述位置參考點時，通過無線或有線通訊方式將位置參考點的位 置信息傳遞到物體中；
第五步物體將所述位置參考點的位置信息通過無線通訊網(wǎng)絡和/或有線通訊網(wǎng)絡傳 遞到遠端設備中，在所述遠端設備中用所收到的位置參考點的位置信息修正物體的三維 運動軌跡，并將所述經(jīng)過修正的物體的三維運動軌跡存儲在遠端設備的存儲部件中。
2、 上述位置參考點的位置信息包含位置參考點的經(jīng)度信息、緯度信息、海拔高度信息， 或者上述位置參考點的位置信息包含位置參考點的經(jīng)度信息、緯度信息、海拔高度信 息和磁偏角信息。
3、 為了進一步修正物體位置和三維運動軌跡的測量偏差，上述第四步和/或第五步后可以
進一步包含將物體經(jīng)過所述位置參考點時將該位置參考點設定為物體當前的運動參 考點，這樣可以進一步減少和消除測量和計算的累積誤差。因為每經(jīng)過一個位置參考 點，就用該參考點的位置信息作為物體當前的位置信息和后續(xù)運動的參考點，前面的 測量和計算誤差就不會傳遞到后面的測量和計算中。
4、 為了使物體的持有者或物體本身了解物體的位置和運動軌跡，在上述第三步后可以進
一步包含將所述三維運動軌跡通過無線通訊網(wǎng)絡和/或有線通訊網(wǎng)絡傳遞到物體中，在
所述物體中呈現(xiàn)或存儲物體三維運動軌跡；或者在上述第五步后可以進一步包含將所
述經(jīng)過修正后的三維運動軌跡通過無線通訊網(wǎng)絡和/或有線通訊網(wǎng)絡傳遞到物體中，在所述物體中呈現(xiàn)或存儲經(jīng)過修正后的物體三維運動軌跡。
5、 為了結合電子地圖以更直觀地展示所述物體的位置和三維運動軌跡，所述遠端設備還 可以包含電子地圖信息并將所述三維運動軌跡和/或經(jīng)過修正后的三維運動軌跡標注 在所述電子地圖信息獲得物體在電子地圖上的指示或展示。。
6、 同樣為了結合電子地圖以更直觀地展示所述物體的位置和三維運動軌跡，所述物體還 可以包含電子地圖信息并將所述三維運動軌跡和/或經(jīng)過修正后的三維運動軌跡標注 在所述電子地圖信息獲得物體在電子地圖上的指示或展示。
7、 優(yōu)選的是上述第三步中計算物體的運動軌跡時增加地磁傾角信息和/或所述第五步中 對所述物體的三維運動軌跡進行修正時增加地磁傾角信息。
根據(jù)上述運動軌跡生成方法可以實現(xiàn)跟蹤物體三維運動軌跡的電子設備和物體三 維運動跟蹤系統(tǒng)。
跟蹤物體運動軌跡的電子設備的第一種方案是
1、 一種獲取物體三維運動軌跡的電子設備，在物體中嵌入電子設備，所述電子設備包含
如下部件
方位傳感部件，包含三軸方位傳感器； 加速度傳感部件，包含三軸加速度傳感器； 海拔高度傳感部件，包含海拔高度傳感器；
通訊部件，包含近距離無線通訊模塊和/或有線通訊模塊，當物體經(jīng)過所述位置參 考點時，通過近距離無線通訊方式或有線通訊方式與位置參考裝置進行通訊獲得位置參 考點的位置信息；
存儲部件；
信息處理部件，用于根據(jù)方位傳感部件的三軸方位傳感器信號、海拔高度傳感部件 的海拔高度傳感器信號和加速度傳感部件的三軸加速度傳感器信號結合位置參考點的位 置信息計算電子設備相對于位置參考點的三維運動軌跡并存儲在存儲部件中；
所述方位傳感部件、加速度傳感部件、海拔高度傳感部件、通訊部件、存儲部件分 別連接信息處理部件。
上述位置參考裝置含存儲位置參考裝置所在之處的位置信息和近距離無線通訊模塊和/或有線通訊模塊。
上述電子設備經(jīng)過位置參考裝置所在位置時，可以用參考裝置所在位置的位置信息 對于電子設備的三維運動軌跡迸行修正，得到修正后的電子設備相對于位置參考點的三 維運動軌跡并存儲在存儲部件中。
2、 上述電子設備可以進一步包含信息顯示部件，用于顯示物體的三維運動軌跡，所述信 息顯示部件接信息處理部件。
3、 上述位置參考點的位置信息包含位置參考點的經(jīng)度信息、緯度信息、海拔高度信息； 或者所述位置參考點的位置信息包含位置參考點的經(jīng)度信息、緯度信息、海拔高度信 息和磁偏角信息。
4、 為了進一步修正物體位置和三維運動軌跡的測量偏差，上述電子設備經(jīng)過所述位置參 考點時將該位置參考點設定為電子設備當前的運動參考點，這樣可以進一步減少和消 除測量和計算的累積誤差。因為每經(jīng)過一個位置參考點，就用該參考點的位置信息作 為電子設備當前的位置信息和后續(xù)運動的參考點，前面的測量和計算誤差就不會傳遞 到后面的測量和計算中。
5、 當需要將電子設備的位置信息和三維運動軌跡在另一個設備上展示出來以讓其他人 獲知電子設備的位置和三維運動軌跡，則該電子設備可以進一步包含網(wǎng)絡通訊接口， 所述網(wǎng)絡通訊接口與信息處理部件連接，在信息處理部件的控制下通過所述網(wǎng)絡通訊 接口與遠端設備連接，電子設備將所述運動軌跡由網(wǎng)絡通訊接口通過無線通訊網(wǎng)絡和 /或有線通訊網(wǎng)絡傳遞到遠端設備中，在所述遠端設備中接收到物體三維運動軌跡或者 經(jīng)過修正后的三維運動軌跡，在所述遠端設備中存儲和/或展示電子設備三維運動軌 跡。
6、 為了結合電子地圖以更直觀地展示所述物體的位置和三維運動軌跡，所述遠端設備還 可以包含電子地圖信息并將所述三維運動軌跡和/或經(jīng)過修正后的三維運動軌跡標注 在所述電子地圖信息獲得物體在電子地圖上的指示或展示。
7、 同樣為了結合電子地圖以更直觀地展示所述物體的位置和三維運動軌跡，所述電子設 備還可以包含電子地圖信息并將所述三維運動軌跡和/或經(jīng)過修正后的三維運動軌跡 標注在所述電子地圖信息獲得物體在電子地圖上的指示或展示。
8、 上述近距離無線通訊方式是如下方式之一或組合近場通訊(NFC, Near-FieldCommunication)方式，射頻電子標簽(RFID)通訊方式、ZigBee通訊方式、Wi-Fi通訊 方式、WLAN通訊方式、紅外線通訊方式。
9、 上述有線通訊方式是如下方式之一或組合有線局域網(wǎng)絡通訊方式、智能卡接口通訊 方式、通用串行總線(USB)通訊方式。
10、 上述無線通訊網(wǎng)絡是如下通訊網(wǎng)絡之一或組合GSM移動通訊網(wǎng)絡、CDMA移 動通訊網(wǎng)絡、WCDMA第三代移動通訊網(wǎng)絡、CDMA2000第三代移動通訊網(wǎng)絡、 TD-SCDMA第三代移動通訊網(wǎng)絡、WIMAX移動通訊網(wǎng)絡、局域無線通訊網(wǎng)絡如 WLAN、 WiFi、 ZIGBEE等以及正在研究的下一代移動通訊網(wǎng)絡等。所述有線通訊網(wǎng) 絡是指有線電話網(wǎng)絡、有線數(shù)據(jù)通訊網(wǎng)絡等。
11、 上述有線通訊網(wǎng)絡是如下通訊網(wǎng)絡之一或組合有線電話網(wǎng)絡、有線數(shù)據(jù)交換網(wǎng) 絡、以太網(wǎng)絡、IP (互聯(lián)網(wǎng)絡協(xié)議)網(wǎng)絡等。
跟蹤物體運動軌跡的電子設備的第二種方案是:
1、 一種跟蹤物體運動軌跡的電子設備包含如下部件
方位傳感部件，包含三軸方位傳感器；
加速度傳感部件，包含三軸加速度傳感器；
海拔高度傳感部件，包含海拔高度傳感器；
通訊部件，包含近距離無線通訊模塊和/或有線通訊模塊，當物體經(jīng)過所述位置參 考點時，通過近距離無線通訊方式或有線通訊方式與位置參考裝置進行通訊獲得位置參 考點的位置信息；
存儲部件；
網(wǎng)絡通訊接口，所述網(wǎng)絡通訊接口通過無線通訊網(wǎng)絡和/或有線通訊網(wǎng)絡與遠端設 備通訊；
信息處理部件，在信息處理部件的控制下由所述網(wǎng)絡通訊接口通過無線通訊網(wǎng)絡和 /或有線通訊網(wǎng)絡將方位傳感部件的三軸方位傳感器信號、海拔高度傳感部件的海拔高度 傳感器信號和加速度傳感部件的三軸加速度傳感器信號結合位置參考點的位置信息傳遞 到遠端設備中，由所述遠端設備根據(jù)方位傳感部件的三軸方位傳感器信號、海拔高度傳 感部件的海拔高度傳感器信號和加速度傳感部件的三軸加速度傳感器信號結合位置參考 點的位置信息計算電子設備相對于位置參考點的三維運動軌跡并存儲在遠端設備中；所述方位傳感部件、加速度傳感部件、海拔高度傳感部件、通訊部件、存儲部件、 網(wǎng)絡通訊接口分別連接信息處理部件。
上述位置參考裝置含存儲位置參考裝置所在之處的位置信息和近距離無線通訊模 塊和/或有線通訊模塊。
上述電子設備經(jīng)過位置參考裝置所在位置時，可以用參考裝置所在位置的位置信息 對于電子設備的三維運動軌跡進行修正，得到修正后的電子設備相對于位置參考點的三 維運動軌跡并存儲在存儲部件中。
2、 上述信息處理部件可以進一步在信息處理部件的控制下由所述網(wǎng)絡通訊接口通過無 線通訊網(wǎng)絡和/或有線通訊網(wǎng)絡從遠端設備中獲得電子設備相對于位置參考點的三維 運動軌跡并存儲在所述存儲部件中。
3、 上述電子設備可以進一步包含信息顯示部件，用于顯示物體的運動軌跡，所述信息顯 示部件接信息處理部件。
4、 上述位置參考點的位置信息包含位置參考點的經(jīng)度信息、緯度信息、海拔高度信息； 或者所述位置參考點的位置信息包含位置參考點的經(jīng)度信息、緯度信息、海拔高度信 息和磁偏角信息。
5、 為了進一歩修正物體位置和三維運動軌跡的測量偏差，上述電子設備^i所述位置參 考點時將該位置參考點設定為電子設備當前的運動參考點，并將該位置參考點的位置 信息在信息處理部件的控制下由所述網(wǎng)絡通訊接口通過無線通訊網(wǎng)絡和/或有線通訊 網(wǎng)絡傳遞到遠端設備中，由所述遠端設備根據(jù)新收到的位置參考點的位置信息修正電 子設備相對于位置參考點的經(jīng)過修正的三維運動軌跡并存儲在遠端設備中。這樣可以 進一步減少和消除測量和計算的累積誤差。因為每經(jīng)過一個位置參考點，就用該參考 點的位置信息作為電子設備當前的位置信息和后續(xù)運動的參考點，前面的M和計算 誤差就不會傳遞到后面的測量和計算中。
6、 上述信息處理部件可以進一歩在信息處理部件的控制下由所述網(wǎng)絡通訊接口通過無 線通訊網(wǎng)絡和/或有線通訊網(wǎng)絡從遠端設備中獲得電子設備相對于位置參考點的經(jīng)過 修正的三維運動軌跡并存儲在所述存儲部件中。
7、 為了結合電子地圖以更直觀地展示所述物體的位置和三維運動軌跡，所述遠端設備還 可以包含電子地圖信息并將所述三維運動軌跡和/或經(jīng)過修正后的三維運動軌跡標注
11在所述電子地圖信息獲得物體在電子地圖上的指示或展^^。
8、 同樣為了結合電子地圖以更直觀地展示所述物體的位置和三維運動軌跡，所述電子設 備還可以包含電子地圖信息并將所述三維運動軌跡和/或經(jīng)過修正后的三維運動軌跡 標注在所述電子地圖信息獲得物體在電子地圖上的指示或展示。
9、 對于近距離無線通訊方式、有線通訊方式、無線通訊網(wǎng)絡和有線通訊網(wǎng)絡的描述與跟 蹤物體運動軌跡的電子設備的第一種方案相同。
跟蹤物體運動軌跡的物體運動跟蹤系統(tǒng)的第一種方案是-1 、 一種跟蹤物體三維運動軌跡的物體運動跟蹤系統(tǒng)包含如下設備
1) 至少一個位置參考裝置，所述位置參考裝置包含存儲位置參考裝置所在之處的位 置信息和近距離無線通訊模塊和/或有線通訊模塊；
2) 安裝在物體上的電子設備，所述電子設備包含如下部分 方位傳感部件，包含三軸方位傳感器； 加速度傳感部件，包含三軸加速度傳感器； 海拔高度傳感部件，包含海拔高度傳感器；
通訊部件，包含近距離無線通訊模塊和/或有線通訊模塊，當物體經(jīng)過所述位置參 考點時，通過近距離無線通訊方式或有線通訊方式與位置參考裝置進行通訊獲得位置參 考點的位置信息；
存儲部件；
信息處理部件，用于根據(jù)方位傳感部件的三軸方位傳感器信號、海拔高度傳感部件 的海拔高度傳感器信號和加速度傳感部件的三軸加速度傳感器信號結合位置參考點的位 置信息計算電子設備相對于位置參考點的三維運動軌跡并存儲在存儲部件中；
所述方位傳感部件、加速度傳感部件、海拔高度傳感部件、通訊部件、存儲部件分 別連接信息處理部件。
上述電子設備經(jīng)過位置參考裝置所在位置時，可以用參考裝置所在位置的位置信息 對于電子設備的三維運動軌跡進行修正，得到修正后的電子設備相對于位置參考點的三 維運動軌跡并存儲在存儲部件中。
2、上述電子設備可以進一步包含信息顯示部件，用于顯示物體的運動軌跡，所述信息顯
12示部件接信息處理部件。
3、 上述位置參考點的位置信息包含位置參考點的經(jīng)度信息、緯度信息、海拔高度信息； 或者所述位置參考點的位置信息包含位置參考點的經(jīng)度信息、緯度信息、海拔高度信 息和磁偏角信息。
4、 為了進一步修正物體位置和三維運動軌跡的測量偏差，上述電子設備經(jīng)過所述位置參 考點時將該位置參考點設定為電子設備當前的運動參考點，這樣可以進一步減少和消 除測量和計算的累積誤差。因為每經(jīng)過一個位置參考點，就用該參考點的位置信息作 為電子設備當前的位置信息和后續(xù)運動的參考點，前面的測量和計算誤差就不會傳遞 到后面的測量和計算中。
5、 為了結合電子地圖以更直觀地展示所述物體的位置和三維運動軌跡，所述電子設備還 可以包含電子地圖信息并將所述三維運動軌跡和/或經(jīng)過修正后的三維運動軌跡標注 在所述電子地圖信息獲得物體在電子地圖上的指示或展示。
跟蹤物體運動軌跡的物體運動跟蹤系統(tǒng)的第二種方案是
1、 一種跟蹤物體三維運動軌跡的物體運動跟蹤系統(tǒng)包含如下設備
1) 至少一個位置參考裝置，所述位置參考裝置包含存儲位置參考裝置所在之處的位 置信息和近距離無線通訊模塊和/或有線通訊模塊；
2) 遠端設備，所述遠端設備包含網(wǎng)絡通訊接口、存儲器、控制器和信息顯示部件的 信息處理設備；
3) 安裝在物體上的電子設備，所述電子設備包含如下部分 方位傳感部件，包含三軸方位傳感器； 加速度傳感部件，包含三軸加速度傳感器； 海拔高度傳感部件，包含海拔高度傳感器；
通訊部件，包含近距離無線通訊模塊和/或有線通訊模塊，當物體經(jīng)過所述位置參 考點時，通過近距離無線通訊方式或有線通訊方式與位置參考裝置進行通訊獲得位置參 考點的位置信息；
存儲部件；
網(wǎng)絡通訊接口，所述網(wǎng)絡通訊接口通過無線通訊網(wǎng)絡和/或有線通訊網(wǎng)絡與遠端設備通訊；
信息處理部件，用于根據(jù)方位傳感部件的三軸方位傳感器信號、海拔高度傳感部件 的海拔高度傳感器信號和加速度傳感部件的三軸加速度傳感器信號結合位置參考點的位 置信息計算電子設備相對于位置參考點的三維運動軌跡并存儲在存儲部件中；
所述方位傳感部件、加速度傳感部件、海拔高度傳感部件、通訊部件、存儲部件、 網(wǎng)絡通訊接口分別連接信息處理部件；
所述網(wǎng)絡通訊接口在信息處理部件的控制下通過所述網(wǎng)絡通訊接口與遠端設備連 接，電子設備將所述運動軌跡由網(wǎng)絡通訊接口通過無線通訊網(wǎng)絡和/或有線通訊網(wǎng)絡傳遞 到遠端設備中，在所述遠端設備中接收到物體運動軌跡，在所述遠端設備中存儲和/或展 示電子設備三維運動軌跡。
上述電子設備經(jīng)過位置參考裝置所在位置時，可以進一步用參考裝置所在位置的位 置信息對于電子設備的三維運動軌跡進行修正，得到修正后的電子設備相對于位置參考 點的三維運動軌跡并存儲在存儲部件中；而且所述網(wǎng)絡通訊接口在信息處理部件的控制 下通過所述網(wǎng)絡通訊接口與遠端設備連接，電子設備將所述修正后的三維運動軌跡由網(wǎng) 絡通訊接口通過無線通訊網(wǎng)絡和/或有線通訊網(wǎng)絡傳遞到遠端設備中，在所述遠端設備中 接收到物體經(jīng)過修正后的三維運動軌跡，在所述遠端設備中存儲和/或展示電子設備三維 運動軌跡。
2、 上述電子設備可以進一步包含信息顯示部件，用于顯示物體的三維運動軌跡，所述信 息顯示部件接信息處理部件。
3、 上述位置參考點的位置信息包含位置參考點的經(jīng)度信息、緯度信息、海拔高度信息； 或者所述位置參考點的位置信息包含位置參考點的經(jīng)度信息、緯度信息、海拔高度信 息和磁偏角信息。
4、 為了進一步修正物體位置和三維運動軌跡的測量偏差，上述電子設備經(jīng)過所述位置參 考點時將該位置參考點設定為電子設備當前的運動參考點，這樣可以進一步減少和消 除測量和計算的累積誤差。因為每經(jīng)過一個位置參考點，就用該參考點的位置信息作 為電子設備當前的位置信息和后續(xù)運動的參考點，前面的測量和計算誤差就不會傳遞 到后面的測量和計算中。
5、 為了結合電子地圖以更直觀地展示所述物體的位置和三維運動軌跡，所述遠端設備還可以包含電子地圖信息并將所述三維運動軌跡和/或經(jīng)過修正后的三維運動軌跡標注 在所述電子地圖信息獲得物體在電子地圖上的指示或展示。
6、同樣為了結合電子地圖以更直觀地展示所述物體的位置和三維運動軌跡，所述電子設 備還可以包含電子地圖信息并將所述三維運動軌跡和/或經(jīng)過修正后的三維運動軌跡 標注在所述電子地圖信息獲得物體在電子地圖上的指示或展示。
跟蹤物體運動軌跡的物體運動跟蹤系統(tǒng)的第三種方案是 1、 一種跟蹤物體三維運動軌跡的物體運動跟蹤系統(tǒng)包含如下設備
1) 至少一個位置參考裝置，所述位置參考裝置包含存儲位置參考裝置所在之處的位 置信息和近距離無線通訊模塊和/或有線通訊模塊；
2) 遠端設備，所述遠端設備包含網(wǎng)絡通訊接口、存儲器、控制器和信息顯示部件的 信息處理設備；
3) 安裝在物體上的電子設備,所述電子設備包含如下部分 方位傳感部件，包含三軸方位傳感器； 加速度傳感部件，包含三軸加速度傳感器； 海拔高度傳感部件，包含海拔高度傳感器；
通訊部件，包含近距離無線通訊模塊和/或有線通訊模塊，當物體經(jīng)過所述位置參 考點時，通過近距離無線通訊方式或有線通訊方式與位置參考裝置進行通訊獲得位置參 考點的位置信息；
存儲部件；
網(wǎng)絡通訊接口，所述網(wǎng)絡通訊接口通過無線通訊網(wǎng)絡和/或有線通訊網(wǎng)絡與遠端設 備通訊；
信息處理部件，在信息處理部件的控制下由所述網(wǎng)絡通訊接口通過無線通訊網(wǎng)絡和 /或有線通訊網(wǎng)絡將方位傳感部件的三軸方位傳感器信號、海拔高度傳感部件的海拔高度 傳感器信號和加速度傳感部件的三軸加速度傳感器信號結合位置參考點的位置信息傳遞 到遠端設備中，由所述遠端設備根據(jù)方位傳感部件的三軸方位傳感器信號、海拔高度傳 感部件的海拔高度傳感器信號和加速度傳感部件的三軸加速度傳感器信號結合位置參考 點的位置信息計算電子設備相對于位置參考點的三維運動軌跡并存儲在遠端設備中；200910085305.6 所述方位傳感部件、加速度傳感部件、海拔高度傳感部件、通訊部件、存儲部件、 網(wǎng)絡通訊接口分別連接信息處理部件。
上述位置參考裝置含存儲位置參考裝置所在之處的位置信息和近距離無線通訊模 塊和/或有線通訊模塊。
上述電子設備經(jīng)過位置參考裝置所在位置時，可以用參考裝置所在位置的位置信息 對于電子設備的三維運動軌跡進行修正，得到修正后的電子設備相對于位置參考點的三 維運動軌跡并存儲在存儲部件中。
2、 上述信息處理部件可以進一步在信息處理部件的控制下由所述網(wǎng)絡通訊接口通過無 線通訊網(wǎng)絡和/或有線通訊網(wǎng)絡從遠端設備中獲得電子設備相對于位置參考點的三維 運動軌跡并存儲在所述存儲部件中。
3、 上述電子設備可以進一步包含信息顯示部件，用于顯示物體的三維運動軌跡，所述信 息顯示部件接信息處理部件。
4、 上述位置參考點的位置信息包含位置參考點的經(jīng)度信息、緯度信息、海拔高度信息；
或者所述位置參考點的位置信息包含位置參考點的經(jīng)度信息、緯度信息、海拔高度信 息和磁偏角信息。
5、 為了進一步修正物體位置和三維運動軌跡的測量偏差，上述電子設備經(jīng)過所述位置參 考點時將該位置參考點設定為電子設備當前的運動參考點，并將該位置參考點的位置 信息在信息處理部件的控制下由所述網(wǎng)絡通訊接口通過無線通訊網(wǎng)絡和/或有線通訊 網(wǎng)絡傳遞到遠端設備中，由所述遠端設備根據(jù)新收到的位置參考點的位置信息修正電 子設備相對于位置參考點的經(jīng)過修正的三維運動軌跡并存儲在遠端設備中。這樣可以 進一步減少和消除測量和計算的累積誤差。因為每經(jīng)過一個位置參考點，就用該參考 點的位置信息作為電子設備當前的位置信息和后續(xù)運動的參考點，前面的測量和計算 誤差就不會傳遞到后面的測量和計算中。
6、 上述信息處理部件可以進一步在信息處理部件的控制下由所述網(wǎng)絡通訊接口通過無 線通訊網(wǎng)絡和/或有線通訊網(wǎng)絡從遠端設備中獲得電子設備相對于位置參考點的經(jīng)過 修正的三維運動軌跡并存儲在所述存儲部件中。
7、 為了結合電子地圖以更直觀地展示所述物體的位置和三維運動軌跡，所述遠端設備還 可以包含電子地圖信息并將所述三維運動軌跡和/或經(jīng)過修正后的三維運動軌跡標注在所述電子地圖信息獲得物體在電子地圖上的指示或展示。
8、同樣為了結合電子地圖以更直觀地展示所述物體的位置和三維運動軌跡，所述電子設備還可以包含電子地圖信息并將所述三維運動軌跡和/或經(jīng)過修正后的三維運動軌跡標注在所述電子地圖信息獲得物體在電子地圖上的指示或展示。
以上解決方案中能夠計算運動或移動物體的三維運動軌跡，獲知運動或移動物體在任何時刻的位置信息，因此也具有對運動或移動物體進行位置定位的作用。同時將三維運動或移動物體的三維運動軌跡在遠端設備中可以顯示或展示出來實現(xiàn)物體被跟蹤的目的。
下面進一步描述如何根據(jù)方位傳感部件的三軸方位傳感器信號、海拔高度傳感部件的海拔高度傳感器信號和加速度傳感部件的三軸加速度傳感器信號結合位置參考點的位置信息如何計算物體或電子設備的三維運動軌跡。
方向傳感器給出相對于地球磁場北極的方向參數(shù)如以正北極方向為Y軸，以正東
方為x軸。以從地心向外指向為z軸，稱為標準坐標系。采用三軸方向傳感器，可以測
量被測對象相對于該坐標體系的方位角。為了計算被測對象的運動方向和運動距離，由三軸加速度傳感器測量被測對象在傳感器定義的坐標下(所謂在傳感器定義的坐標下是指三軸加速度傳感器的制造過程中設定的相互垂直的三個軸方向形成的坐標)的三個軸方向的加速度分量，通過方向傳感器的測量值轉換為相對于標準坐標系的加速度分量，從而可以計算在標準坐標體系下的運動距離。由于高度的變化對于地磁的變化影響小，
需要采用海拔高度測試在Z軸方向的運動加速度和運動距離。為了將加速度傳感器的作用方向與標準坐標系之間進行轉換，按如下方法布置方向傳感器與加速度傳感器
將三軸加速度傳感器的三個軸的方向與三軸方向傳感器的三個軸的方向保持一致，因此三軸方向傳感器相對于標準坐標系的角度就是加速度三軸方向相對于標準坐標系的角度。在電子設備上安裝的三軸方向傳感器的方向通常定義為將電子設備正面朝上水平正常姿態(tài)放置，水平正前方為X'軸方向，水平向右為Y，軸方向，垂直水平面向下為Z'軸方向。此時地磁場在Z'軸方向的分量可以忽略，使用X，軸和Y，軸分量Hx和Hy可以計算地磁北極的方向。此時地磁的方位角計算公式為
方位角=arcTan(Hy/Hx)
由于正切函數(shù)是180度周期，為了計算360度的方位角，采用如下分段公式
17方位角=卯度，當Hx=0， Hy<0時方位角=270度，當Hx=0， Hy>0時方位角=180- arcTan(Hy/Hx)* 180/兀度， 當HxO時方位角=arcTan(Hy/Hx)* 180/ n度， 當Hx>0， Hy<0時方位角-360-arcTan(Hy/Hx"180/ n度， 當HxX)， HyX)時
由于電子設備的實際放置方向比較隨意，不能保證測量角度時移動終端保持水平方向，存在俯仰角和橫滾角。橫滾是指圍繞X軸或前進方向的旋轉，俯仰是指圍繞Y軸或左右方向的旋轉。當存在俯仰角和橫滾角時，此時地磁在三軸方向傳感器的每個方向上產生分量Hx，、 Hy，、 Hz'，計算方位角需要利用三個分量及俯仰角①和橫滾角8。采用如下公式轉換為沒有俯仰角度和沒有橫滾角度的方位等效值
Hx = Hx， * cos⑨)+ Hy， * sin(6) * sin( D) - Hz， * co柳* sin(O)
Hy = Hy， * cos(6) + Hz， * sin(6)
方位角=arcTan(Hy/Hx)
并按如下分段函數(shù)確定360度的方位角
方位角=90度，當Hx^， HyO時
方位角=270度，當Hx-0， HyX)時
方位角=180- arcTan(Hy/Hx)*180/ n度， 當HxO時
方位角二arcTan(Hy/Hx" 180/ n度， 當Hx〉0, Hy<0時
方位角-360-arcTan(Hy/Hxf 180/ n度， 當HxX), HyX)時
當將三軸加速度傳感器的三個軸的方向與三軸方向傳感器的三個軸的方向保持一致，可以把三軸方向的加速度轉換為相對于水平面上的運動加速度分量。設定三軸方向的加速度分別為Ax'、 Ay'、 Az',水平面X'方向的加速度分量用Ax表示，水平面Y'方向的加速度分量用Ay表示，按如下計算
Ax = Ax' * cos(O) + Ay， * sin{0) * sin(0 ) — Az， * cos(0) * sin(屯)
Ay .= Ay， * cos(0) + Az， * sin(8)
為了能夠確定運動軌跡，需要將上述加速度分量數(shù)據(jù)進一步轉換為標準坐標下的加速度分量，用Anx、 Any表示。
18Anx = Ax * cos (方《立角)+ Ay * sin (方位角)Any = -Ax * sin (方位角)+ Ay * cos (方位角)
在具體實現(xiàn)中，還需要考慮磁偏角的影響，可以將位置參考裝置如非移動標志物所在位置的磁偏角存入電子設備中，當非移動標志物間的間隔相距不太遙遠時，可以認為磁偏角沒有變化，以位置參考裝置如非移動標志物所在的磁偏角作為進入下一個標志物之前的磁偏角。
另外計算運行距離和路徑還需要獲得初始位置坐標和初始速度。初始位置坐標采用設定位置參考裝置如非移動標志物的位置坐標作為初始位置坐標?？梢宰鳛槌跏嘉恢米鴺说姆且苿訕酥疚锇ńM織的總部建筑物、各個分部的建筑物、機房等，在這些非移動標志物中有位置參考裝置，所述位置參考裝置中安裝射頻感應/發(fā)射裝置，每個位置參考裝置存儲了其所在標志物的坐標值，通過射頻感iS/發(fā)射裝置可以與電子設備的通訊部件進行通訊， 一旦電子設備靠近非移動標志物，相應的位置參考裝置通過射頻感iS/發(fā)射裝置就會把標志物的位置坐標發(fā)送給電子設備，此時電子設備將此坐標作為新的參考坐標，從而避免誤差的累積；進一步，相應的位置參考裝置通過射頻感應發(fā)射裝置就會把標志物的磁偏角信息發(fā)送給電子設備，此時電子設備將此磁偏角作為新的磁偏角修正值，從而避免磁偏角的變化對于計算誤差的累積。而所有非移動標志物的位置坐標的參考點可以根據(jù)需要選定， 一種選定方法是以組織的總部作為坐標原點，另一種是以所在地區(qū)的著名建筑標志為坐標原點。對于其它標志建筑物需要參考國家頒布的數(shù)字地圖或商業(yè)數(shù)字地圖中讀取所標定建筑物的坐標，然后相對于指定的坐標原點計算出其它建筑物標志的位置坐標。每當物體進入一個新的參考點的通訊范圍之內時，引入?yún)⒖键c的位置信息作為計算的起點，初始速度為物體已發(fā)生運動的最后時刻的速度在標準坐標系中的分量，設定為V0x和V0y。 V0x和V0y的計算可以用物體已發(fā)生運動的每個時刻的加速度與加速度采樣間隔時間的乘積之和計算。則從該參考位置開始計算移動終端的水平運行路徑按如下計算，設參考坐標值為Xref、 Yref，設在標準坐標系中的位移為Sx， Sy則
V0x=EAx(j)*T(j)V0y=EAy(j)*T(j)
其中T(j)為物體已經(jīng)發(fā)生運動的每個加速度采樣時間點序列。Sx = Xref + EAx(i) * T(i) * T(i) / 2+V0x* T(i)Sy = Yref + E Ay(i) * T(i) * T(i) / 2+V0y* T(i)
其中Ax(i)、 Ay(i)是第i次采樣計算得到的加速度分量值，T(i)是采樣間隔時間。這里由于采樣間隔時間為毫秒級，把釆樣間隔之間的加速度認為沒有變化對于一般的運動物體來說是可以的。從而得到物體的運動軌跡。
為了計算物體的立體運動軌跡，即移動物體在^fe面的高山和低洼運動時，將產生第三維的移動軌跡。 一種優(yōu)選的方法是直接采用海拔高度測量傳感器，通常是通過測量大氣壓的變化來測試海拔高度。
通過測量大氣壓，就可以測量海拔高度的變化，如采用INTERSEMA數(shù)字氣壓傳感器，通過測到的氣壓值經(jīng)過換算可以得到具體位置的海拔高度。
將此海拔高度數(shù)值與水平面的位置坐標一起可以得到三維立體運動軌跡。本發(fā)明的有益效果采用本發(fā)明的技術可以實現(xiàn)獲得運動物體在任何時刻的位置和方位以及在一定時間內的三維運動軌跡，解決野外旅游獲作業(yè)的人員避免迷失道路和方向的問題；可以實現(xiàn)對于運動物體的運動軌跡的完全了解。本發(fā)明通過運動物體自帶方位傳感器、加速度傳感器、海拔高度傳感器并結合參考位置的位置信息來計算運動物體在任何時刻的方位和位置以及運動過程的三維運動軌跡，可以在地球上的任何一個位置中實現(xiàn)跟蹤，不需要定位衛(wèi)星的支持即可完成。


圖1是本發(fā)明第一種實現(xiàn)運動軌跡自測量的系統(tǒng)工作原理示意圖。
圖2是本發(fā)明第二種實現(xiàn)運動軌跡自測量的系統(tǒng)工作原理示意圖。
圖3是本發(fā)明第三種實現(xiàn)運動軌跡自測量的系統(tǒng)工作原理示意圖。
圖4是本發(fā)明第四種實現(xiàn)運動軌跡自測量的系統(tǒng)工作原理示意圖。
圖5是本發(fā)明在移動電子設備上實現(xiàn)運動軌跡自測量的功能模塊示意圖。
圖6是本發(fā)明在位置參考點提供位置參考信息的設備功能模塊示意圖。
圖7是本發(fā)明在遠端設備上實現(xiàn)運動軌跡顯示的系統(tǒng)功能模塊示意圖。
圖8是本發(fā)明第一種實現(xiàn)運動物體運動軌跡跟蹤系統(tǒng)網(wǎng)絡拓撲示意圖。
圖9是本發(fā)明第二種實現(xiàn)運動物體運動軌跡跟蹤系統(tǒng)網(wǎng)絡拓撲示意圖。
圖10是本發(fā)明基于網(wǎng)絡計算在移動電子設備上實現(xiàn)運動軌跡自測量的功能模塊示意圖。
具體實施方式
-
本發(fā)明的核心點在于，對于運動或移動設備采用內置加速度傳感器和方位傳感器，通過信息處理器對于加速度傳感信號和方位傳感信號進行處理獲得運動或移動設備的運動軌跡或路徑，同時為了解決由于加速度傳感器和方位傳感器測量誤差以及信息處理器的計算誤差產生的誤差累及效應造成計算的運動軌跡或路徑偏差太大的問題，增加參考位置的位置信息作為計算的運動軌跡或路徑的參考信息進行計算結果的糾正。為了實現(xiàn)該目的，需要在參考位置處增加參考裝置，通過有線通訊或無線通訊的方式將參考位置的位置信息傳送到運動或移動設備中參與運動軌跡或路徑的計算。本發(fā)明除了實現(xiàn)運動或移動設備自身運動軌跡或路徑的測量以外，結合數(shù)字地圖也可以實現(xiàn)運動或移動設備
的位置定位，同時也可以將測量的加速度傳感信號和方位傳感信號或者計算得到的運動軌跡或路徑通過有線通訊網(wǎng)絡或無線通訊網(wǎng)絡傳送到遠端設備，在遠端設備中顯示或展示或計算運動或移動設備的位置、運動軌跡或路徑，從而實現(xiàn)運動或移動設備的遠程位置定位或運動軌跡或路徑的跟蹤。
下面結合附圖進一步描述本發(fā)明的具體實施方案。
圖l是本發(fā)明第一種實現(xiàn)運動軌跡自測量的系統(tǒng)工作原理示意圖。在該圖中，物體上的自測量系統(tǒng)安裝的三軸方向傳感器101、海拔高度傳感器122和三軸加速度傳感器102采集的三軸方向傳感信號、海拔高度傳感信號和三軸加速度傳感信號通過信號數(shù)字化模塊104轉變?yōu)閿?shù)字信號，然后將數(shù)字信號傳遞到信息處理模塊105計算出當前時刻物體的位置信息。根據(jù)實際應用的需要，可以進一步采用位置坐標轉換單元107將位置信息轉換為特定坐標系中的位置信息，比如轉換到地球標準坐標系中。將各個時刻的位置信息傳遞到路徑計算模塊110后計算出物體的三維運動軌跡或路徑，然后存儲到運動路徑存儲體111中。為了解決由于加速度傳感器、海拔高度傳感器和方位傳感器測量誤差以及信息處理器的計算誤差產生的誤差累及效應造成計算的運動軌跡或路徑偏差太大的問題，在系統(tǒng)中增加參考位置采集與更新模塊106通過有線通訊或無線通訊方式從參考位置的參考位置裝置中獲取參考位置的位置信息，在本實施例中采用無線通訊方式，采用無線射頻收發(fā)器103與參考位置采集與更新模塊106連接。無線射頻收發(fā)器103采用近距離無線通訊方式近場通訊(NFC， Near-Field Communication)方式，射頻電子標簽(RFID)通訊方式、ZigBee通訊方式、Wi-Fi通訊方式、WLAN通訊方式、紅外線通訊方式。然后將參考位置采集與更新模塊106獲得的參考位置信息傳遞到信息處理模塊105 中參與計算當前時刻物體的位置信息，同時將參考位置采集與更新模塊106獲得的參考
位置信息傳遞到路徑計算模塊no參與三維運動軌跡或路徑的計算。本具體實施例中，
當所采用三軸方向傳感器101、海拔高度傳感器122和三軸加速度傳感器102已經(jīng)是數(shù)字 化輸出時，信號數(shù)字化模塊104可以被去掉，由三軸方向傳感器101、海拔高度傳感器 122和三軸加速度傳感器102的傳感信號輸出直接傳遞到信息處理模塊105中。
由于運動或移動物體的實際放置方向比較隨意，不能保證測量角度時移動終端保持 水平方向，存在俯仰角和橫滾角。因此需要獲得俯仰角和橫滾角信息才能更準確地計算 出當前時刻物體的位置信息和運動軌跡或路徑。因此需要增加傾斜角度傳感器。參見圖3。 圖3是本發(fā)明第三種實現(xiàn)運動軌跡自測量的系統(tǒng)工作原理示意圖。圖3所示方案與圖1 所示方案的唯一差別是增加了傾斜角度傳感器121。
在具體實現(xiàn)中，還需要考慮磁偏角的影響，可以將位置參考裝置如非移動標志物所 在位置的磁偏角存入電子設備中，當非移動標志物間的間隔相距不太遙遠時，可以認為 磁偏角沒有變化，以位置參考裝置如非移動標志物所在的磁偏角作為進入下一個標志物 之前的磁偏角。因此可以進一步將地磁傾角補償信息作為計算出當前時刻物體的位置信 息和運動軌跡或路徑的修正信息。參見圖2。圖2是本發(fā)明第二種實現(xiàn)運動軌跡自測量的 系統(tǒng)工作原理示意圖。在圖2所示方案中是在圖1的基礎增加了地磁傾角補償表123，地 磁傾角補償表123中存儲的信息可以是預先存儲在系統(tǒng)中，也可以是當運動或移動物體 經(jīng)過參考位置時，通過無線射頻收發(fā)器103、參考位置采集與更新模塊106接收得到。同 時為了進一步優(yōu)化該方案，還增加了正弦函數(shù)査找表124和余弦函數(shù)查找表125以提高 信息處理模塊105的計算速度。因為在本發(fā)明的實現(xiàn)中涉及到大量的正弦函數(shù)、余弦函 數(shù)的計算，因此預先存儲正弦函數(shù)查找表124和余弦函數(shù)査找表125可以加快計算速度。
圖4是本發(fā)明第四種實現(xiàn)運動軌跡自測量的系統(tǒng)工作原理示意圖。圖4所示方案結 合了圖2和圖3的方案，既解決了由于運動或移動物體的實際放置方向比較隨意，不能 保證測量角度時移動終端保持水平方向，存在俯仰角和橫滾角問題，又解決了需要考慮 磁偏角的影響問題。
關于本發(fā)明的實現(xiàn)實例中所用傳感器產品可以參考如下信息-
關于傾斜角度傳感器ADIS16209雙軸可編程傾斜計，基于ADI公司的iMEMS,成
22微電子機械系統(tǒng)內核，當它處于水平安裝時，能夠在土30度測量范圍內以小于0.1度的 誤差測量雙軸傾斜。由于其獨特的雙軸工作模式，這種新式傳感器在全部360度范圍內 也支持垂直安裝的單軸檢測?？烧{整的數(shù)字傳感器器數(shù)據(jù)是通過工業(yè)標準的串行外設接 口 (SPI)輸出，這個接口可接入傾斜度(0.025度分辨率)、加速度(0.244mg分辨率)、 溫度和電源電壓。
關于方向傳感器霍尼韋爾的三軸智能數(shù)字磁力計(HMR)可以探測磁場的強度和 方向，同時將x, y和z參量輸入計算機。三個獨立的橋電路用于感應x， y， z三個軸向 的磁場。也可以使用三軸羅盤傳感器組件構成，如采用霍尼韋爾公司的HMC1051Z單軸和 HMC1052雙軸雙軸磁阻傳感器以及一個雙軸MEMSIC MXS3334UL組合在一起的套件作為三 軸羅盤傳感器。
關于三軸加速度傳感器，現(xiàn)在在眾多電子設備中使用的MEMS加速度傳感器即可用 于本發(fā)明的具體實現(xiàn)中。
圖5是本發(fā)明在移動電子設備上實現(xiàn)運動軌跡自測量的功能模塊示意圖。傳感器 501包含三軸方位傳感器、三軸加速度傳感器、海拔高度傳感器，將傳感器501的傳感信 號通過模數(shù)轉換模塊502轉換為數(shù)字信號后送到處理器503中，同時射頻收發(fā)模塊506 將參考位置信息接收到后傳送到處理器503中，由處理器503根據(jù)傳感信號和參考位置 信息計算運動或移動物體的三維運動軌跡或路徑。處理器503將參考位置信息存入?yún)⒖?位置存儲體504中，將三維運動軌跡或路徑存入路徑存儲體505中。進一步，處理器503 可以將運動軌跡或路徑通過射頻收發(fā)模塊506發(fā)送到參考位置處的電子設備中，也可以 增加另外的有線通訊模塊獲無線通訊模塊(在圖中沒有畫出)通過現(xiàn)有的有線通訊網(wǎng)絡 或無線通訊網(wǎng)絡將三維運動軌跡或路徑傳遞到遠端設備中。
圖10是本發(fā)明基于網(wǎng)絡計算在移動電子設備上實現(xiàn)運動軌跡自測量的功能模塊示 意圖。傳感器501包含三軸方位傳感器、三軸加速度傳感器、海拔高度傳感器，將傳感 器501的傳感信號通過模數(shù)轉換模塊502轉換為數(shù)字信號后送到處理器503中，同時射 頻收發(fā)模塊506將參考位置信息接收到后傳送到處理器503中。在處理器503的控制下 通過所述網(wǎng)絡通訊接口 1006通過無線通訊網(wǎng)絡和/或有線通訊網(wǎng)絡將方位傳感部件的三 軸方位傳感器信號、海拔高度傳感部件的海拔高度傳感器信號和加速度傳感部件的三軸 加速度傳感器信號結合位置參考點的位置信息傳遞到遠端設備中，由所述遠端設備根據(jù) 方位傳感部件的三軸方位傳感器信號、海拔高度傳感部件的海拔高度傳感器信號和加速
23度傳感部件的三軸加速度傳感器信號結合位置參考點的位置信息計算電子設備相對于位 置參考點的三維運動軌跡并存儲在遠端設備中；然后在所述處理器503的控制下通過所 述網(wǎng)絡通訊接口 1006通過無線通訊網(wǎng)絡和/或有線通訊網(wǎng)絡從遠端設備中獲得電子設備 相對于位置參考點的三維運動軌跡并存儲在所述存儲部件中。處理器503將參考位置信 息存入?yún)⒖嘉恢么鎯w504中，將三維運動軌跡存入路徑存儲體505中。
圖6是本發(fā)明在位置參考點提供位置參考信息的設備功能模塊示意圖。在每個位置 參考點需要安裝參考位置信息處理模塊或者稱為參考裝置，參考位置信息處理模塊包含 處理器601和通訊模塊，通訊模塊可以根據(jù)具體實現(xiàn)需要采用有線通訊模塊或無線通訊 模塊。本實現(xiàn)實例中采用射頻收發(fā)模塊602通過無線通訊方式與運動或移動的物體之間 通訊。
圖7是本發(fā)明在遠端設備上實現(xiàn)運動軌跡顯示的系統(tǒng)功能模塊示意圖。當需要將運 動或移動的物體的運動軌跡或路徑進行遠端展示時，需要將運動或移動的物體的運動軌 跡或路徑傳遞到遠端設備中。圖7是遠端設備的實現(xiàn)實例，包含與處理器703連接的網(wǎng) 絡接入網(wǎng)關701、數(shù)據(jù)庫702、路徑繪制程序707。其中網(wǎng)絡接入網(wǎng)關701根據(jù)實現(xiàn)的需 要可以是無線通訊網(wǎng)絡的接入網(wǎng)關，也可以是有線通訊網(wǎng)絡的接入網(wǎng)關，完成將運動或 移動的物體的運動軌跡或路徑通過無線通訊網(wǎng)絡或有線通訊網(wǎng)絡接收后傳遞給處理器 703。路徑繪制程序707完成將運動或移動的物體的運動軌跡或路徑繪制到遠端設備的顯 示部件中，以可視化的方式展現(xiàn)出來。數(shù)據(jù)庫702是為了實現(xiàn)多個運動或移動的物體的 軌跡信息或路徑信息的檢索、管理。具體實現(xiàn)中，可以進一步增加數(shù)字地圖存儲體704， 存儲數(shù)字地圖信息，從而可以將運動或移動的物體的軌跡信息或路徑信息與數(shù)字地圖信 息結合，可以更為直觀的展示物體的運動軌跡。同時所獲得物體運動軌跡戰(zhàn)士信息還可 以進一步通過WEB服務器706傳遞到其他設備中，被多個設備獲取或被訪問。
圖8是本發(fā)明第一種實現(xiàn)運動物體運動軌跡跟蹤系統(tǒng)網(wǎng)絡拓撲示意圖。設置有四個 參考位置分別為第一參考建筑物801、第二參考建筑物802、第三參考建筑物803、第四 參考建筑物804，每個參考建筑物中分別安裝參考位置信息處理模塊811、 812、 813、 814。 參考位置信息處理模塊811、 812、 813、 814與管理服務器805之間可以采用有線信號連 接如信號導線或光纖等，也可以通過無線信號連接。同時參考位置信息處理模塊8U、812、 813、 814之間也可以采用有線信號連接如信號導線或光纖等，也可以通過無線信號連接。 運動或移動的物體從位置起點806運動到位置807時，假定位置起點806在第二參考建筑物802附近，運動或移動的物體可以從參考位置信息處理模塊812獲得起點位置的位 置信息。然后運動或移動的物體在運動過程中由自身所安裝的傳感器、處理器計算運動 過程中的軌跡或路徑，當運動到位置807時，假定位置807在第一參考建筑物801附近， 運動或移動的物體可以從參考位置信息處理模塊811獲得位置信息對于計算的軌跡或路 徑進行修正。而且運動或移動的物體經(jīng)過每個參考建筑物時，通過相應建筑物中的參考 位置信息處理模塊接收存儲在運動或移動的物體中的軌跡或路徑信息。該系統(tǒng)中還設置 了管理服務器805。管理服務器805可以通過與設置于每個參考建筑物中的參考位置信息 處理模塊之間的連接通訊獲得運動或移動的物體中的軌跡或路徑信息，從而實現(xiàn)物體中 的軌跡或路徑信息的遠程展示和物體的跟蹤。
圖9是本發(fā)明第二種實現(xiàn)運動物體運動軌跡跟蹤系統(tǒng)網(wǎng)絡拓撲示意圖。與圖8所示 方案相似，設置有四個參考位置分別為第一參考建筑物901、第二參考建筑物902、第三 參考建筑物卯3、第四參考建筑物卯4，每個參考建筑物中分別安裝參考位置信息處理模 塊911、 912、 913、 914。不同的是參考位置信息處理模塊911、 912、 913、 914與管理服 務器905之間的連接是通過現(xiàn)有的通訊網(wǎng)絡920，如有線通訊網(wǎng)絡或移動通信網(wǎng)絡。運動 或移動的物體從位置起點906運動到位置907時，假定位置起點卯6在第二參考建筑物 902附近，運動或移動的物體可以從參考位置信息處理模塊912獲得起點位置的位置信 息。然后運動或移動的物體在運動過程中由自身所安裝的傳感器、處理器計算運動過程 中的軌跡或路徑或者將傳感器信號傳遞到管理服務器卯5計算運動過程中的軌跡或路徑， 當運動到位置907時，假定位置907在第一參考建筑物901附近，運動或移動的物體可 以從參考位置信息處理模塊911獲得位置信息對于計算的軌跡或路徑進行修正。而且運 動或移動的物體中的傳感器信息、軌跡或路徑信息除可以通過參考位置信息處理模塊傳 遞到管理服務器905，也可以直接通過現(xiàn)有的通訊網(wǎng)絡920傳遞到管理服務器905，從而
實現(xiàn)物體中的軌跡或路徑信息的遠程展示和物體的跟蹤。
權利要求
1、一種獲取物體三維運動軌跡的電子設備，在物體中嵌入電子設備，其特征是所述電子設備包含如下部件方位傳感部件，包含三軸方位傳感器；加速度傳感部件，包含三軸加速度傳感器；海拔高度傳感部件，包含海拔高度傳感器；通訊部件，包含近距離無線通訊模塊和/或有線通訊模塊，當物體經(jīng)過所述位置參考點時，通過近距離無線通訊方式或有線通訊方式與位置參考裝置進行通訊獲得位置參考點的位置信息；存儲部件；信息處理部件，用于根據(jù)方位傳感部件的三軸方位傳感器信號、海拔高度傳感部件的海拔高度傳感器信號和加速度傳感部件的三軸加速度傳感器信號結合位置參考點的位置信息計算電子設備相對于位置參考點的三維運動軌跡并存儲在存儲部件中；所述方位傳感部件、加速度傳感部件、海拔高度傳感部件、通訊部件、存儲部件分別連接信息處理部件。
2、 根據(jù)權利要求1所述的電子設備，其特征是所述位置參考裝置含存儲位置參考裝置所在之處的位置信息和近距離無線通訊模塊和/或有線通訊模塊。
3、 根據(jù)權利要求1所述的電子設備，其特征是所述電子設備經(jīng)過位置參考裝置所在位置時，將該位置參考點設定為電子設備當前的運動參考點；用參考裝置所在位置的位置信息對于電子設備的三維運動軌跡進行修正，得到修正后的電子設備相對于位置參考點的三維運動軌跡并存儲在存儲部件中。
4、 根據(jù)權利要求1所述的電子設備，其特征是所述電子設備進一步包含信息顯示部件，用于顯示物體的三維運動軌跡，所述信息顯示部件接信息處理部件。
5、 根據(jù)權利要求1所述的電子設備，其特征是所述位置參考點的位置信息包含位置參考點的經(jīng)度信息、緯度信息、海拔高度信息；或者所述位置參考點的位置信息包含位置參考點的經(jīng)度信息、緯度信息和磁偏角信息、海拔高度信息。
6、 根據(jù)權利要求1所述的電子設備，其特征是所述電子設備進一步包含網(wǎng)絡通訊接口，所述網(wǎng)絡通訊接口與信息處理部件連接，在信息處理部件的控制下通過所述網(wǎng)絡通訊接口與遠端設備連接，電子設備將所述運動軌跡由網(wǎng)絡通訊接口通過無線通訊網(wǎng)絡和/或有線通訊網(wǎng)絡傳遞到遠端設備中，在所述遠端設備中接收到物體三維運動軌跡或者經(jīng)過修正后的三維運動軌跡，在所述遠端設備中存儲和/或展示電子設備三維運動軌跡。
7、 根據(jù)權利要求6所述的電子設備，其特征是所述遠端設備還包含電子地圖信息并將所述三維運動軌跡和/或經(jīng)過修正后的三維運動軌跡標注在所述電子地圖信息獲得物體在電子地圖上的指示或展示。
8、 根據(jù)權利要求1至7中任一項所述的電子設備，其特征是所述電子設備還包含電子地圖信息并將所述三維運動軌跡和/或經(jīng)過修正后的三維運動軌跡標注在所述電子地圖信息獲得物體在電子地圖上的指示或展示。
9、 根據(jù)權利要求1至7中任一項所述的電子設備，其特征是所述近距離無線通訊方式是如下方式之一或組合近場通訊(NFC， Near-Field Communication)方式，射頻電子標簽(RFID)通訊方式、ZigBee通訊方式、Wi-Fi通訊方式、WLAN通訊方式、紅外線通訊方式；所述有線通訊方式是如下方式之一或組合有線局域網(wǎng)絡通訊方式、智能卡接口通訊方式、通用串行總線(USB)通訊方式。
10、 根據(jù)權利要求6或7所述的電子設備，其特征是所述無線通訊網(wǎng)絡是如下通訊網(wǎng)絡之一或組合GSM移動通訊網(wǎng)絡、CDMA移動通訊網(wǎng)絡、WCDMA第三代移動通訊網(wǎng)絡、CDMA2000第三代移動通訊網(wǎng)絡、mSCDMA第三代移動通訊網(wǎng)絡、WIMAX移動通訊網(wǎng)絡、局域無線通訊網(wǎng)絡、下一代移動通訊網(wǎng)絡，所述局域無線通訊網(wǎng)絡是如下通訊網(wǎng)絡之一或組合WLAN、 WiFi、 ZIGBEE;所述有線通訊網(wǎng)絡是如下通訊網(wǎng)絡之一或組合有線電話網(wǎng)絡、有線數(shù)據(jù)交換網(wǎng)絡、以太網(wǎng)絡、IP (互聯(lián)網(wǎng)絡協(xié)議)網(wǎng)絡。
全文摘要
本發(fā)明提出獲取物體三維運動軌跡的電子設備，在物體中嵌入電子設備，包含方位傳感部件；加速度傳感部件；海拔高度傳感部件；通訊部件，包含近距離無線通訊模塊和/或有線通訊模塊，通過近距離無線通訊方式或有線通訊方式與安裝在位置參考點的位置參考裝置進行通訊獲得位置參考點的位置信息；存儲部件；信息處理部件，根據(jù)三軸方位傳感器信號、海拔高度傳感器信號和三軸加速度傳感器結合位置參考點的位置信息計算電子設備相對于位置參考點的三維運動軌跡；所述方位傳感部件、加速度傳感部件、通訊部件、存儲部件分別連接信息處理部件?？梢詫崿F(xiàn)獲得運動物體在任何時刻的位置和方位以及三維運動軌跡，解決迷失道路和方向的問題。
文檔編號G01S11/00GK101655553SQ20091008530
公開日2010年2月24日 申請日期2009年5月20日 優(yōu)先權日2009年5月20日
發(fā)明者清 須 申請人:北京派瑞根科技開發(fā)有限公司