專利名稱：獲取物體三維運動軌跡方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及獲取物體三維運動軌跡方法，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方法。
背景技術(shù)：
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(jié)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(dǎo)航設(shè)備。
衛(wèi)星技術(shù)的發(fā)展，建立全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，為需要定位和導(dǎo)航的設(shè)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(jié)合電子地圖可以確定設(shè)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(dǎo)航工具，但衛(wèi)星導(dǎo)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(dǎo)致無法定位的情形。
隨著移動通訊網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，人們也研究了采用移動通訊網(wǎng)絡(luò)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P但是移動通訊網(wǎng)絡(luò)的基站在寬廣區(qū)域分布密度太低導(dǎo)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(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題提出一種測量物體的位置和運動軌跡的方法和設(shè)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(nèi)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(jié)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(shù)或運動軌跡跟蹤技術(shù)的不足。術(shù)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(biāo)，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(shù)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(biāo)，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(shù)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(biāo)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(shù)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(zhuǎn)運動的空域)的數(shù)據(jù)信息，是地球地理學(xué)所描述 的概念。
術(shù)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(shù)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(shù)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，其特征是包括如下歩驟-
第一步設(shè)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(dāng)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(jié)合物體當(dāng)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(dāng)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、 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(shè)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(dāng)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、加速度傳感器和傾斜角 度傳感器測量物體運動吋的方位值、海拔高度值、加速度值和物體的傾斜角度；
第三步用所述物體運動時的方位值、海拔高度值、加速度值和物體的傾斜角度并 結(jié)合物體當(dāng)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(dāng)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對所述物體的三維運動軌跡進行修正，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。
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(shè)定為物體當(dāng)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(dāng)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(dāng)需要將物體的位置信息和三維運動軌跡在另一個設(shè)備上 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(luò)和/或有線通訊網(wǎng)絡(luò)傳遞到遠端設(shè)備中，在所述遠端設(shè)備中獲得物 體三維運動軌跡或者在第四歩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(luò)和/或有線通訊網(wǎng)絡(luò)傳遞到遠端設(shè)備中，在所述遠端設(shè)備中獲得經(jīng)過修 正后的物體三維運動軌跡。
6、 為了結(jié)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(shè)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(biāo)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(jié)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(biāo)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-Field Communication)方式，射頻電子標(biāo)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(luò)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(luò)包含GSM移動通訊網(wǎng)絡(luò)、CDMA移動通訊網(wǎng)絡(luò)、WCDMA 第三代移動通訊網(wǎng)絡(luò)、CDMA2000第三代移動通訊網(wǎng)絡(luò)、TD-SCDMA第三代移動 通訊網(wǎng)絡(luò)、WIMAX移動通訊網(wǎng)絡(luò)、局域無線通訊網(wǎng)絡(luò)如WLAN、 WiFi、 ZIGBEE 等以及正在研究的下一代移動通訊網(wǎng)絡(luò)。所述有線通訊網(wǎng)絡(luò)是指有線電話網(wǎng)絡(luò)、有 線數(shù)據(jù)通訊網(wǎng)絡(luò)。
11、 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。
第二種運動軌跡生成方法解決方案 1、 一種物體運動軌跡生成方法，其特征是包括如下步驟
第一步:設(shè)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(dāng)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(dāng)前的運動參考點信息 通過無線通訊網(wǎng)絡(luò)和/或有線通訊網(wǎng)絡(luò)傳遞到遠端設(shè)備中，在所述遠端設(shè)備中用所收到 的方位值、海拔高度值和加速度值結(jié)合物體當(dāng)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(shè)備的存儲部件中；
第四步當(dāng)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(luò)和/或有線通訊網(wǎng)絡(luò)傳 遞到遠端設(shè)備中，在所述遠端設(shè)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(shè)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(shè)定為物體當(dāng)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(dāng)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(luò)和/或有線通訊網(wǎng)絡(luò)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(luò)和/或有線通訊網(wǎng)絡(luò)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(jié)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(shè)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(biāo)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(jié)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(biāo)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、 對于近距離無線通訊方式、有線通訊方式、無線通訊網(wǎng)絡(luò)和有線通訊網(wǎng)絡(luò)的描述與 第一種運動軌跡生成方法解決方案相同。8、 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(shè)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(shè)備的第一種方案是1、 一種跟蹤物體運動軌跡的電子設(shè)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(dāng)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(jié)合位置參考點 的位置信息計算電子設(shè)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。，電子設(shè)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(shè)備的三維運動軌跡進行修正，得到修正后的電子設(shè)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(shè)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(shè)備經(jīng)過所述位置 參考點時將該位置參考點設(shè)定為電子設(shè)備當(dāng)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(shè)備當(dāng)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(dāng)需要將電子設(shè)備的位置信息和三維運動軌跡在另一個設(shè)備上展示出來以讓其他人 獲知電子設(shè)備的位置和三維運動軌跡，則該電子設(shè)備可以進一步包含網(wǎng)絡(luò)通訊接口， 所述網(wǎng)絡(luò)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(luò)通 訊接口與遠端設(shè)備連接，電子設(shè)備將所述運動軌跡由網(wǎng)絡(luò)通訊接口通過無線通訊網(wǎng) 絡(luò)和/或有線通訊網(wǎng)絡(luò)傳遞到遠端設(shè)備中，在所述遠端設(shè)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(shè)備中存儲和/或展示電子設(shè)備三維 運動軌跡。
6、 為了結(jié)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(shè)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(biāo)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(jié)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(shè)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(biāo)注在所述電子地圖信息獲得物體在電子地圍上的指示或展示。
跟蹤物體運動軌跡的電子設(shè)備的第二種方案是
1、 一種跟蹤物體運動軌跡的電子設(shè)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(dāng)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(luò)通訊接口，所述網(wǎng)絡(luò)通訊接口通過無線通訊網(wǎng)絡(luò)和/或有線通訊網(wǎng)絡(luò)與遠端設(shè) 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(luò)通訊接口通過無線通訊網(wǎng)絡(luò) 和/或有線通訊網(wǎng)絡(luò)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(jié)合位置參考點的位置信 息傳遞到遠端設(shè)備中，由所述遠端設(shè)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(jié)合 位置參考點的位置信息計算電子設(shè)備相對于位置參考點的三維運動軌跡并存儲在遠端 設(shè)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(luò)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(shè)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(shè)備的三維運動軌跡進行修正，得到修正后的電子設(shè)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(luò)通訊接口通過無 線通訊網(wǎng)絡(luò)和/或有線通訊網(wǎng)絡(luò)從遠端設(shè)備中獲得電子設(shè)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f^中。
3、 上述電子設(shè)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、 為了進一步修正物體位置和三維運動軌跡的測量偏差，上述電子設(shè)備經(jīng)過所述位置 參考點時將該位置參考點設(shè)定為電子設(shè)備當(dāng)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(luò)通訊接口通過無線通訊網(wǎng)絡(luò)和/或有 線通訊網(wǎng)絡(luò)傳遞到遠端設(shè)備中，由所述遠端設(shè)備根據(jù)新收到的位置參考點的位置信 息修正電子設(shè)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(shè)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(shè)備當(dāng)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(luò)通訊接口通過無 線通訊網(wǎng)絡(luò)和/或有線通訊網(wǎng)絡(luò)從遠端設(shè)備中獲得電子設(shè)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(jié)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(shè)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(biāo)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(jié)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(shè)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(biāo)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(shè)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(shè)備,所述電子設(shè)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(dāng)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(jié)合位置參考點 的位置信息計算電子設(shè)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(shè)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(shè)備的三維運動軌跡進行修正，得到修正后的電子設(shè)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(shè)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。
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(shè)備經(jīng)過所述位置 參考點時將該位置參考點設(shè)定為電子設(shè)備當(dāng)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(shè)備當(dāng)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(jié)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(shè)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(biāo)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(shè)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(shè)備，所述遠端設(shè)備包含網(wǎng)絡(luò)通訊接口、存儲器、控制器和信息顯示部件 的信息處理設(shè)備；3)安裝在物體上的電子設(shè)備，所述電子設(shè)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(dāng)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(luò)通訊接口，所述網(wǎng)絡(luò)通訊接口通過無線通訊網(wǎng)絡(luò)和/或有線通訊網(wǎng)絡(luò)與遠端設(shè) 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(jié)合位置參考點 的位置信息計算電子設(shè)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(luò)通訊接口分別連接信息處理部件；
所述網(wǎng)絡(luò)通訊接口在信息處理部件的控制下通過所述網(wǎng)絡(luò)通訊接口與遠端設(shè)備連 接，電子設(shè)備將所述運動軌跡由網(wǎng)絡(luò)通訊接口通過無線通訊網(wǎng)絡(luò)和/或有線通訊網(wǎng)絡(luò)傳 遞到遠端設(shè)備中，在所述遠端設(shè)備中接收到物體運動軌跡，在所述遠端設(shè)備中存儲和/ 或展示電子設(shè)備三維運動軌跡。
上述電子設(shè)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(shè)備的三維運動軌跡進行修正，得到修正后的電子設(shè)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(luò)通訊接口在信息處理部件的控 制下通過所述網(wǎng)絡(luò)通訊接口與遠端設(shè)備連接，電子設(shè)備將所述修正后的三維運動軌跡由 網(wǎng)絡(luò)通訊接口通過無線通訊網(wǎng)絡(luò)和/或有線通訊網(wǎng)絡(luò)傳遞到遠端設(shè)備中，在所述遠端設(shè) 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(shè)備中存儲和/或展示電子設(shè) 備三維運動軌跡。
2、上述電子設(shè)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(shè)備經(jīng)過所述位置參考點時將該位置參考點設(shè)定為電子設(shè)備當(dāng)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(shè)備當(dāng)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(jié)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(shè)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(biāo)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(jié)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(shè)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(biāo)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(shè)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(shè)備，所述遠端設(shè)備包含網(wǎng)絡(luò)通訊接口、存儲器、控制器和信息顯示部件的信息處理設(shè)備；
3) 安裝在物體上的電子設(shè)備，所述電子設(shè)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(dāng)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(luò)通訊接口，所述網(wǎng)絡(luò)通訊接口通過無線通訊網(wǎng)絡(luò)和/或有線通訊網(wǎng)絡(luò)與遠端設(shè)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(luò)通訊接口通過無線通訊網(wǎng)絡(luò)和/或有線通訊網(wǎng)絡(luò)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(jié)合位置參考點的位置信息傳遞到遠端設(shè)備中，由所述遠端設(shè)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(jié)合位置參考點的位置信息計算電子設(shè)備相對于位置參考點的三維運動軌跡并存儲在遠端設(shè)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(luò)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(shè)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(shè)備的51維運動軌跡進行修正，得到修正后的電子設(shè)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(luò)通訊接口通過無線通訊網(wǎng)絡(luò)和/或有線通訊網(wǎng)絡(luò)從遠端設(shè)備中獲得電子設(shè)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(shè)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(shè)備經(jīng)過所述位置參考點時將該位置參考點設(shè)定為電子設(shè)備當(dāng)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(luò)通訊接口通過無線通訊網(wǎng)絡(luò)和/或有線通訊網(wǎng)絡(luò)傳遞到遠端設(shè)備中，由所述遠端設(shè)備根據(jù)新收到的位置參考點的位置信息修正電子設(shè)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(shè)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(shè)備當(dāng)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(luò)通訊接口通過無線通訊網(wǎng)絡(luò)和/或有線通訊網(wǎng)絡(luò)從遠端設(shè)備中獲得電子設(shè)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(jié)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(shè)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(biāo)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(jié)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(shè)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(biāo)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(shè)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(jié)合位置參考點的位置信息如何計算物體或電子設(shè)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(biāo)準(zhǔn)坐標(biāo)系。采用三軸方向傳感器，可以測量被測對象相對于該坐標(biāo)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(biāo)下(所謂在傳感器定義的坐標(biāo)下是指三軸加速度傳感器的制造過程中設(shè)定的相互垂直的三個軸方向形成的坐標(biāo))的三個軸方向的加速度分量，通過方向傳感器的測量值轉(zhuǎn)換為相對于標(biāo)準(zhǔn)坐標(biāo)系的加速度分量，從而可以計算在標(biāo)準(zhǔn)坐標(biāo)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(biāo)準(zhǔn)坐標(biāo)系之間進行轉(zhuǎn)換，按如下方法布置方向傳感器與加速度傳感
叫 益
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(biāo)準(zhǔn)坐標(biāo)系的角度就是加速度三軸方向相對于標(biāo)準(zhǔn)坐標(biāo)
系的角度。在電子設(shè)備上安裝的三軸方向傳感器的方向通常定義為將電子設(shè)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
方位角=90度，當(dāng)Hx=0, Hy<0時
方位角=270度，當(dāng)Hx=0， Hy>0時
方位角=180- arcTan(Hy/Hx)* 180/ n度， 當(dāng)Hx<0時
方位角二arcTan(Hy/Hx)M80/ h度， 當(dāng)Hx>0， Hy<0時
方位角=360-arcTan(Hy/Hx)* 180/ n度， 當(dāng)Hx>0， Hy>0時
由于電子設(shè)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(zhuǎn)，俯仰是指圍繞Y 軸或左右方向的旋轉(zhuǎn)。當(dāng)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(chǎn)生分量Hx'、 Hy，、 Hz'，計算方位角需要利用三個分量及俯仰角O和橫滾角0 。 采用如下公式轉(zhuǎn)換為沒有俯仰角度和沒有橫滾角度的方位等效值
Hx = Hx， * cos(O) + Hy， * sin(6) * sin(O) - Hz， * cos(ft) * sin( D)
Hy = Hy， * cos(e) + Hz， * sin伊)
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(dāng)Hx^0， Hy〈0時
方位角=270度，當(dāng)Hx=K), Hy>0時方位角=180- arcTan(Hy/Hx)*180/ ir度， 當(dāng)HxO時 方位角-arcTan(Hy/Hx"180/:i度，當(dāng)Hx>0， Hy<0時 方位角-360-arcTan(Hy/Hxf 180/ m度，當(dāng)HxX) ， Hy>0時
當(dāng)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(zhuǎn)換為相對于水平面上的運動加速度分量。設(shè)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(0>) + Ay， * sin(6) * sin(①)—Az， * cos(6) * sin(O)
Ay = Ay， * cos(0) + Az， * sin(6)
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(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)坐標(biāo)下的 加速度分量，用Anx、 Any表示。
Anx = Ax * cos (方位角)+ 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(biāo)志物 所在位置的磁偏角存入電子設(shè)備中，當(dāng)非移動標(biāo)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(biāo)志物所在的磁偏角作為進入下一個標(biāo)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(biāo)和初始速度。初始位置坐標(biāo)采 用設(shè)定位置參考裝置如非移動標(biāo)志物的位置坐標(biāo)作為初始位置坐標(biāo)?？梢宰鳛槌跏嘉恢?坐標(biāo)的非移動標(biāo)志物包括組織的總部建筑物、各個分部的建筑物、機房等，在這些非移 動標(biāo)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(yīng)/發(fā)射裝置，每個位置 參考裝置存儲了其所在標(biāo)志物的坐標(biāo)值，通過射頻感應(yīng)/發(fā)射裝置可以與電子設(shè)備的通 訊部件進行通訊， 一旦電子設(shè)備靠近非移動標(biāo)志物，相應(yīng)的位置參考裝置通過射頻感應(yīng) /發(fā)射裝置就會把標(biāo)志物的位置坐標(biāo)發(fā)送給電子設(shè)備，此時電子設(shè)備將此坐標(biāo)作為新的 參考坐標(biāo)，從而避免誤差的累積；進一步，相應(yīng)的位置參考裝置通過射頻感應(yīng)/發(fā)射裝 置就會把標(biāo)志物的磁偏角信息發(fā)送給電子設(shè)備,此時電子設(shè)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(biāo)志物的位置坐 標(biāo)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(biāo)原點，另一種是以所在地區(qū)的著名建筑標(biāo)志為坐標(biāo)原點。對于其它標(biāo)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(biāo)定建筑物的坐標(biāo)，然后相對于指定的坐標(biāo)原點計算出其 它建筑物標(biāo)志的位置坐標(biāo)。每當(dāng)物體進入一個新的參考點的通訊范圍之內(nèi)時，引入?yún)⒖?點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(biāo)準(zhǔn)坐 標(biāo)系中的分量，設(shè)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(shè)參考坐標(biāo)值為Xref、 Yref,設(shè)在標(biāo)準(zhǔn)坐標(biāo)系中的位移 為Sx， Sy則
V0x=i:Ax(j)*T(j) VOy=i:AyG)*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 + E Ax(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，把采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，即移動物體在地面的高山和低洼運動時，將產(chǎn)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(biāo)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(shù)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(nèi)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(jié)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。
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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(shè)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(shè)備功能模塊示意圖。
圖7是本發(fā)明在遠端設(shè)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(luò)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(luò)拓撲示意圖。
圖10是本發(fā)明基于網(wǎng)絡(luò)計算在移動電子設(shè)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(shè)備采用內(nèi)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(shè)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(chǎn)生的誤差累及效應(yīng)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(jié)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(shè)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(shè)備自身運動軌跡或路徑的測量以外，結(jié)合數(shù)字地圖也可以實現(xiàn)運動或移動設(shè) 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(luò)或無線通訊網(wǎng)絡(luò)傳送到遠端設(shè)備，在遠端設(shè)備中顯示或 展示或計算運動或移動設(shè)備的位置、運動軌跡或路徑，從而實現(xiàn)運動或移動設(shè)備的遠程 位置定位或運動軌跡或路徑的跟蹤。
下面結(jié)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(zhuǎn)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(dāng)前時 刻物體的位置信息。根據(jù)實際應(yīng)用的需要，可以進一歩采用位置坐標(biāo)轉(zhuǎn)換單元107將位 置信息轉(zhuǎn)換為特定坐標(biāo)系中的位置信息，比如轉(zhuǎn)換到地球標(biāo)準(zhǔn)坐標(biāo)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(chǎn)生的誤差累及效應(yīng)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-FiekiCommunication)方式，射頻電 子標(biāo)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(dāng)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110參與三維運動軌跡或路徑的計算。本具體實施 例中，當(dāng)所采用三軸方向傳感器10K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IOI、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(zhǔn)確地計 算出當(dāng)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i21。
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(biāo)志物 所在位置的磁偏角存入電子設(shè)備中，當(dāng)非移動標(biāo)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(biāo)志物所在的磁偏角作為進入下一個標(biāo)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(dāng)前時刻物體的位置
22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(chǔ)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(yù)先存儲在系統(tǒng)中，也可以是當(dāng)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)査找表 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(yù)先存儲正弦函數(shù)査找表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(jié)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(guān)于本發(fā)明的實現(xiàn)實例中所用傳感器產(chǎn)品可以參考如下信息
關(guān)于傾斜角度傳感器ADIS16209雙軸可編程傾斜計，基于ADI公司的iMEMS⑧集 成微電子機械系統(tǒng)內(nèi)核，當(dāng)它處于水平安裝時，能夠在±30度測量范圍內(nèi)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(nèi)也支持垂直安裝的單軸檢測?？烧{(diào)整的數(shù)字傳感器器數(shù)據(jù)是通過工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的串行外 設(shè)接口 (SPI)輸出，這個接口可接入傾斜度(0.025度分辨率)、加速度(0.244 mg 分辨率)、溫度和電源電壓。
關(guān)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(yīng)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(gòu)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(guān)于三軸加速度傳感器，現(xiàn)在在眾多電子設(shè)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(shè)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(zhuǎn)換模塊502轉(zhuǎn)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 參考位置存儲體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(shè)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(luò)或無線通訊網(wǎng)絡(luò)將三維運動軌跡或路徑傳遞到遠端設(shè)備中。
圖10是本發(fā)明基于網(wǎng)絡(luò)計算在移動電子設(shè)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(zhuǎn)換模塊502轉(zhuǎn)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(luò)通訊接口1006通過無線通訊網(wǎng)絡(luò)和/或有線通訊網(wǎng)絡(luò)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(jié)合位置參考點的位置信息傳遞到遠端設(shè)備中，由所述遠端設(shè)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(jié)合位置參考點的位置信息計算電子設(shè)備相對 于位置參考點的三維運動軌跡并存儲在遠端設(shè)備中；然后在所述處理器503的控制下通 過所述網(wǎng)絡(luò)通訊接口 1006通過無線通訊網(wǎng)絡(luò)和/或有線通訊網(wǎng)絡(luò)從遠端設(shè)備中獲得電子 設(shè)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(shè)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(shè)備上實現(xiàn)運動軌跡顯示的系統(tǒng)功能模塊示意圖。當(dāng)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(shè)備中。圖7是遠端設(shè)備的實現(xiàn)實例，包含與處理器703連接的 網(wǎng)絡(luò)接入網(wǎng)關(guān)701、數(shù)據(jù)庫702、路徑繪制程序707。其中網(wǎng)絡(luò)接入網(wǎng)關(guān)701根據(jù)實現(xiàn)的需要可以是無線通訊網(wǎng)絡(luò)的接入網(wǎng)關(guān)，也可以是有線通訊網(wǎng)絡(luò)的接入網(wǎng)關(guān)，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(luò)或有線通訊網(wǎng)絡(luò)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(shè) 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(jié)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(wù)器706傳遞到其他設(shè)備中，被多個設(shè)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(luò)拓撲示意圖。設(shè)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81K 812、 813、 814與管理服務(wù)器805之間可以采用有線 信號連接如信號導(dǎo)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 811、 812、 813、 814之間也可以采用有線信號連接如信號導(dǎo)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(dāng)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(yīng)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(shè)置了管理服務(wù)器805。管理服務(wù)器805可以通過與設(shè)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(luò)拓撲示意圖。與圖8所 示方案相似，設(shè)置有四個參考位置分別為第一參考建筑物卯l、第二參考建筑物902、 第三參考建筑物903、第四參考建筑物904，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(wù)器905之間的連接是通過現(xiàn)有的通訊網(wǎng)絡(luò)920，如有線通訊網(wǎng)絡(luò)或移動通信
25網(wǎng)絡(luò)。運動或移動的物體從位置起點906運動到位置卯7時，假定位置起點906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(wù)器905計算運動過程中 的軌跡或路徑，當(dāng)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(wù)器905，也可以直接通過現(xiàn)有的通訊網(wǎng)絡(luò)920傳遞到管 理服務(wù)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(quán)利要求
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(shè)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(dāng)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(jié)合物體當(dāng)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(dāng)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對所述物體的三維運動軌跡進行修正，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、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，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、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征是所述第四步后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(shè)定為物體當(dāng)前的運動參考點。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征是所述第三步后進一步包含將所述三維運動軌 跡通過無線通訊網(wǎng)絡(luò)和/或有線通訊網(wǎng)絡(luò)傳遞到遠端設(shè)備中，在所述遠端設(shè)備中獲得 物體三維運動路徑。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征是所述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(luò)和/或有線通訊網(wǎng)絡(luò)傳遞到遠端設(shè)備中，在所述遠 端設(shè)備中獲得經(jīng)過修正后的物體三維運動路徑。
6、 根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的方法，其特征是所述遠端設(shè)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(biāo)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、 根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項所述的方法，其特征是所述物體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(biāo)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(quán)利要求1至5中任一項所述的方法，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(biāo)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(luò)通訊方式、智能 卡接口通訊方式、通用串行總線(USB)通訊方式。
9、 根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項所述的方法，其特征是所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。
10、 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(shè)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(dāng)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、加速度傳感器和傾斜角 度傳感器測量物體運動時的方位值、海拔高度值、加速度值和物體的傾斜角度；第三步用所述物體運動時的方位值、海拔高度值、加速度值和物體的傾斜角度并 結(jié)合物體當(dāng)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(dāng)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對所述物體的三維運動軌跡進行修正，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。
全文摘要
本發(fā)明提出一種獲取物體三維運動軌跡方法，包括設(shè)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，將位置參考點的位置信息傳遞到物體中，作為物體當(dāng)前的運動參考點；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；用所述物體運動時的方位值、海拔高度值和加速度值結(jié)合物體當(dāng)前的運動參考點計算物體的運動軌跡，并將所述物體的運動軌跡存儲在物體的存儲部件中；當(dāng)物體經(jīng)過所述位置參考點時，將位置參考點的位置信息對所述物體運動軌跡的修正，得到經(jīng)過修正后的物體的運動軌跡。獲得運動物體在任何時刻的位置和方位及三維運動軌跡，解決迷失道路和方向的問題。
文檔編號G01S11/00GK101644769SQ20091008531
公開日2010年2月10日 申請日期2009年5月20日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月20日
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