多姿態(tài)步距校正定位系統(tǒng)與方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種多姿態(tài)步距校正定位系統(tǒng)，適用于一移動裝置，包括：至少一慣性感測元件，以感測該移動裝置的至少一感測信號；一信號前處理單元，連接該感測元件，以處理該感測信號；一多姿態(tài)判斷單元，接收并判斷該經(jīng)處理過的感測信號而決定出至少一姿態(tài)；一計步?jīng)Q策單元，依據(jù)該經(jīng)處理過的感測信號，以計算出一步數(shù)及一步頻；一圖資特征校正單元，接收該步數(shù)、該步頻與該姿態(tài)，以判斷一步距是否符合一條件；一計步閾值調(diào)整單元，當(dāng)該圖資特征校正單元判斷該步距為不符合該條件時，該計步閾值調(diào)整單元調(diào)整一計步閾值；以及一步距回歸單元，當(dāng)該圖資特征校正單元判斷該步距為符合該條件時，該步距回歸單元根據(jù)該步頻與該步距，更新該姿態(tài)的一步距回歸曲線。
【專利說明】多姿態(tài)步距校正定位系統(tǒng)與方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明是有關(guān)適用于移動裝置的一種多姿態(tài)步距校正定位系統(tǒng)與方法。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來消費型電子產(chǎn)品，如移動裝置(mobile device，包含智能型手機、平板計算機等)均配備有各類型的感測元件，以提供用戶更佳的應(yīng)用功能與全新的體驗，加上行動定位技術(shù)在近幾年的發(fā)展，尤其是各種技術(shù)的混合研究和應(yīng)用，使得個人導(dǎo)航、社群網(wǎng)絡(luò)分享和LBS (Location-based Service)定位信息服務(wù)，已成為智能型手機和平板計算機應(yīng)用的新焦點，并給人們帶來極大的便利。然而，消費者若要通過移動裝置在室內(nèi)得到實時、正確且多樣性的導(dǎo)航定位服務(wù)時，如何以智能型手機和平板計算機及其所配備的感測元件達(dá)成如此需求，則將是一關(guān)鍵。
[0003]傳統(tǒng)慣性感測元件(Inertial Measurement Unit, IMU)定位系統(tǒng)是配合運動感知器，例如加速度計、陀螺儀及磁力計等，以估測出行進距離及方向，然而，若以智能型手機或平板計算機等移動裝置作為定位系統(tǒng)的裝置，用戶將會有各種不同的手持或擺放該移動裝置的姿態(tài)，在不同姿態(tài)下，感測元件所偵測到用戶的步態(tài)信號也將有所不同。另外，由于慣性導(dǎo)航是根據(jù)位移與航向進行位置推算，因而將隨著距離變大，其誤差也不斷累積，另外在不同使用者使用時，也存在了誤差的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的一實施例提供一種多姿態(tài)步距校正定位系統(tǒng)，適用于移動裝置，包括:至少一慣性感測元件，以感測該移動裝置的至少一感測信號；信號前處理單元，連接該感測元件，以處理該感測信號；多姿態(tài)判斷單元，接收并判斷經(jīng)處理過的感測信號而決定出至少一姿態(tài)；計步?jīng)Q策單元，依據(jù)所述經(jīng)處理過的感測信號，以計算出步數(shù)及步頻；圖資特征校正單元，接收該步數(shù)、該步頻與該姿態(tài)，以判斷步距是否符合條件；計步閾值調(diào)整單元，當(dāng)該圖資特征校正單元判斷該步距為不符合該條件時，該計步閾值調(diào)整單元調(diào)整計步閾值；以及步距回歸單元，當(dāng)該圖資特征校正單元判斷該步距為符合該條件時，該步距回歸單元根據(jù)該步頻與該步距，更新該姿態(tài)的步距回歸曲線。
[0005]本發(fā)明的另一實施例提供一種多姿態(tài)步距校正定位方法，適用于移動裝置，包括以下步驟:依據(jù)至少一感測信號，并對該感測信號進行前處理；依據(jù)處理過的感測信號，進行姿態(tài)判斷，以決定該裝置的姿態(tài)；依據(jù)所述處理過的感測信號，進行計步演算，以計算出步數(shù)與步頻；依據(jù)該步數(shù)、該步頻與該姿態(tài)，進行步距計算，并判斷該步距是否符合條件；當(dāng)該步距符合時，則依據(jù)該步距與該步頻，更新姿態(tài)步距回歸方程式；當(dāng)該步距不符合時，則調(diào)整計步閾值，并重新進行該計步演算。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0006]圖1為本發(fā)明的多姿態(tài)步距校正定位系統(tǒng)架構(gòu)示意圖。[0007]圖2為使用本發(fā)明多姿態(tài)步距校正定位方法的流程圖。
[0008]圖3為本發(fā)明多姿態(tài)判斷單元的姿態(tài)模式判斷方法的流程示意圖。
[0009]圖4為本發(fā)明計步?jīng)Q策單元的計步演算實施例的流程示意圖。
[0010]圖5(A)~(C)為調(diào)整計步閾值的一范例。
[0011]圖6為本發(fā)明的實時動態(tài)步距校正方法的流程圖。
[0012]圖7為本發(fā)明以圖資特征及利用轉(zhuǎn)彎信號校正室內(nèi)定位的流程圖。
[0013]圖8為圖7的以圖資特征及利用轉(zhuǎn)彎信號校正室內(nèi)定位的一實施例。
[0014]圖9為本發(fā)明以圖資特征及利用多路徑校正室內(nèi)定位的流程圖。
[0015]圖10為圖9的以圖資特征及利用多路徑校正室內(nèi)定位的一實施例。
[0016]【主要元件符號說明】
[0017]110慣性感測元件
[0018]111加速度計
[0019]112陀螺儀
[0020]113磁力計
[0021]120信號前處理單元`
[0022]130多姿態(tài)判斷單元
[0023]140計步?jīng)Q策單元
[0024]150圖資特征校正單元
[0025]160計步閾值調(diào)整單元
[0026]170步距回歸單元
【具體實施方式】
[0027]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合具體實施例，并參照附圖，對本發(fā)明進一步詳細(xì)說明。
[0028]圖1為本發(fā)明的多姿態(tài)步距校正定位系統(tǒng)架構(gòu)示意圖。如圖1所示，本實施例的多姿態(tài)步距校正定位系統(tǒng)是應(yīng)用于一移動裝置上(mobile device)，例如包含智能型手機、平板計算機、電子書、個人數(shù)字助理(PDA)、電子卷標(biāo)(Tag)等，亦可與其它伺服裝置配合，包含至少一慣性感測元件110、一信號前處理單元120、一多姿態(tài)判斷單元130、一計步?jīng)Q策單元140、一圖資特征校正單元150、一計步閾值調(diào)整單元160、以及一步距回歸單元170 ；其中，該慣性感測元件110，例如是一加速度計111、一陀螺儀112或一磁力計113，是用來感測使用者所手持或擺放該移動裝置的姿態(tài)與運動信號，即是指該移動裝置于任何時刻下所發(fā)出的慣性信號；該信號前處理單元120連接于該慣性感測元件110，以處理該慣性感測元件110所感測的信號；該多姿態(tài)判斷單元130將經(jīng)過該信號前處理單元120所處理過的感測信號進行判斷，以決定使用者所手持或擺放該移動裝置的姿態(tài)為何；該計步?jīng)Q策單元140進行該用戶步數(shù)的估算，并將步數(shù)、步頻與姿態(tài)等信息通過信號傳遞給該圖資特征校正單元150 ;該圖資特征校正單元150接收該步數(shù)、步頻與姿態(tài)等信息，并判斷步距是否合理，所謂合理與否是指該步距是否落入使用者正常步幅距離之內(nèi)；當(dāng)該圖資特征校正單元150判斷步距結(jié)果為不合理或范圍之外時，該計步閾值調(diào)整單元160進行調(diào)整計步閾值；該步距回歸單元170連接于該圖資特征校正單元150，當(dāng)該圖資特征校正單元150判斷步距結(jié)果為合理時，該步距回歸單元170根據(jù)該步頻與步距的關(guān)系，以更新該姿態(tài)的步距回歸曲線。本發(fā)明所指的移動裝置若與一伺服裝置(圖中未示出)配合實施時，上述的圖資特征校正單元150、計步閾值調(diào)整單元160與步距回歸單元170，或除慣性感測元件110以外的所有單元歸并于該伺服裝置內(nèi)實施，另外為了能夠溝通二裝置，二裝置中更各增加一信號接收與傳送單元(圖中未示出)，此信號接收與傳送單元可以有線或無線方式來實現(xiàn)。
[0029]本實施例中，信號前處理單元120對所接收到的感測信號的處理包含信號校正、同步、濾波(如移動平均濾波與一階無限脈沖響應(yīng)濾波(Infinite Impulse ResponseFilter)等)，上述處理可相互搭配使用，或其中之一項，及坐標(biāo)轉(zhuǎn)換(如尤拉角與四元數(shù)等)等，以將慣性感測元件110所感測的各種信號，從用戶的身體坐標(biāo)轉(zhuǎn)到地球坐標(biāo)，以利于后續(xù)處理，多姿態(tài)判斷單元130再進行判斷以決定使用者所手持或擺放該移動裝置的姿態(tài)為何，因為用戶在使用移動裝置時，將因為不同的手持或擺放的姿態(tài)，例如:手持該移動裝置于胸前行走、手持該移動裝置并前后擺動行走、將該移動裝置系于腰部、上衣或褲子口袋、手提包或背包內(nèi)行走、將該移動裝置置于鞋子上、或綁置在身體軀干、四肢等可固定的部位行走。然而，以上各姿態(tài)不同或混合時，都會有不同的加速度型態(tài)(pattern)，因此必須通過多姿態(tài)判斷單元130進行型態(tài)模式的估測，以進行不同計步模式切換與計算。
[0030]多姿態(tài)判斷可由磁力計的感測值判斷使用者所手持或擺放該行動裝置的姿態(tài)為何。例如，當(dāng)行動裝置水平置于手提包里時，測量到一組三軸磁力值m，合力大小為|m|，將mx、my(x,y軸磁力值)做atan求得水平航向角al,已知臺灣地區(qū)對磁北極的傾角為a2,經(jīng)由al、a2可得到一坐標(biāo)轉(zhuǎn)換用的旋轉(zhuǎn)矩陣T，因此T*m= [O, I m |，O]，若當(dāng)行動裝置垂直置于胸前口袋時，上述條件將不成立，即可從磁力計的感測值中判斷行動裝置是置于手提包內(nèi)或者胸前口袋的姿態(tài)。
[0031]多姿態(tài)判斷亦可包含由加速度計、陀螺儀或磁力計的值或其中之一所計算出的翻滾、俯仰或偏擺來判斷使用者所手持或擺放該行動裝置的姿態(tài)為何。例如，經(jīng)由實際行走的實驗數(shù)據(jù)分析，在不同手持或擺放該移動裝置的行走模式下，會有顯著的翻滾(roll)與俯仰(pitch)的差異，若在手持移動裝置于胸前行走時，由于用戶會觀看屏幕來得知目前定位的位置，故較會能維持一平穩(wěn)狀態(tài)，因此翻滾的變化幅度較??；但是，當(dāng)用戶將裝置握在手中前后擺動行走或?qū)⒀b置掛在腰間手機套內(nèi)行走，則翻滾勢必會呈現(xiàn)近似90度(或-90度)變化。另外在手持裝置前后擺動行走時，用戶會將移動裝置以畫弧形的前后擺動，所以俯仰會約在+20與-20度間來回震蕩，因此通過判斷翻滾及俯仰等的加速度變化，即可辨識使用者如何使用或擺放移動裝置的型態(tài)。
[0032]若當(dāng)使用者以新的手持或擺放的姿態(tài)行走時，經(jīng)一段時間的翻滾、俯仰或偏擺(yaw)后，將會呈現(xiàn)穩(wěn)定且重復(fù)出現(xiàn)的型態(tài)，且異于先前型態(tài)，多姿態(tài)判斷單元130能自動新增該姿態(tài)的辨識型態(tài)，及將該新型態(tài)新增于多姿態(tài)判斷單元之內(nèi)。
[0033]圖2為本發(fā)明的多姿態(tài)步距校正定位的方法流程圖。如圖2所示，步驟201，接收至少一感測信號,例如加速度計的三軸加速度值、陀螺儀的角加速度值與磁力計對地磁的變化量等，但不受限于此三種，單一感測元件在本發(fā)明中已可基本實施，并對感測信號進行前處理，例如但不受限于，包含信號校正、同步、濾波(如移動平均濾波與一階無限脈沖響應(yīng)濾波等)，上述處理可相互搭配使用，或其中之一項，及坐標(biāo)轉(zhuǎn)換(如尤拉角與四元數(shù)等)等；其中該感測信號包含陀螺儀與磁力計的翻滾、俯仰與偏擺，以及加速度的Z軸(地球坐標(biāo)中垂直于水平面的軸)的振幅值。步驟202，進行初始化，例如包含設(shè)定Z軸閾值與合理步距的初始值，所謂合理步距是指約0.5?0.9公尺，此范圍可自行設(shè)定但不受限。步驟203，根據(jù)初始化后的感測信號，進行多姿態(tài)判斷以決定使用者是以何種姿態(tài)持用或擺放移動裝置；其中，該多姿態(tài)判斷包含手持裝置于胸前行走模式、將裝置掛在腰間行走模式、將裝置握于手中前后擺動行走模式等可能的型態(tài)。步驟204，亦根據(jù)初始化后的感測信號進行計步演算，以完成對步數(shù)與步頻的估算。步驟205，取得圖資特征信息，由室內(nèi)擺設(shè)、走道與轉(zhuǎn)角的圖資及感測信號，可得知行走的距離等；然后執(zhí)行步驟206，以判斷步驟204中所計算出的步距是否合理；當(dāng)步距合理時，則進行步驟207，將步距與步頻等信息代入以更新姿態(tài)步距回歸方程式；當(dāng)步距不合理時，則執(zhí)行步驟208，進行動態(tài)調(diào)整計步閾值，并重新執(zhí)行步驟204的計步演算。
[0034]圖3為本發(fā)明的多姿態(tài)判斷單元130的姿態(tài)模式判斷方法的流程示意圖。步驟301，接收經(jīng)過該信號前處理單元120處理的感測信號。步驟302，決定該感測信號的翻滾值是否大于一翻滾預(yù)定值，例如45度等；當(dāng)該感測信號的翻滾值小于45度時，則判斷姿態(tài)模式為手持裝置于胸前行走模式，如步驟303所示；反之，則執(zhí)行步驟304再決定該感測信號的俯仰值是否大于一俯仰預(yù)定值，例如20度；當(dāng)該感測信號的俯仰值小于20度時，則判斷姿態(tài)模式為將裝置掛在腰間行走模式，如步驟305所示；反之，則判斷姿態(tài)模式為將裝置握于手中前后擺動行走模式，如步驟306所示。
[0035]在本實施例中，翻滾預(yù)定值設(shè)為45度是因為當(dāng)用戶將移動裝置握在手中前后擺動行走，或?qū)⒀b置掛在腰間手機套內(nèi)行走時，翻滾勢必會呈現(xiàn)近似90度(或-90度)。因此，取其一半的數(shù)值作為該翻滾預(yù)定值，此為舉例說明但不受限。同理，俯仰預(yù)定值設(shè)為20度是因為當(dāng)使用者以畫弧形的前后擺動模式手持裝置行走，俯仰會在約+20與-20度間來回震蕩。當(dāng)然，以上翻滾預(yù)定值與俯仰預(yù)定值可由使用者設(shè)為其它數(shù)值。
[0036]圖4為本發(fā)明的該計步?jīng)Q策單元140的計步演算實施例的流程示意圖，以Z軸加速度為例。步驟401,記錄加速度計的讀值，并以波形方式記錄之；在步驟402中，設(shè)定加速度波形的一閾值，該閾值是用來判斷加速度波形是否足夠明顯以符合計步的條件。步驟403，找出該加速度波形的最大值(波峰)及最小值(波谷)。在步驟404中，若波峰及波谷皆超過所設(shè)定的閾值，則該加速度波形明顯具有計步的特性，略去波峰或波谷未超過該閾值的波形。在步驟405中，若該加速度波形順序依序為零點、波峰、零點、波谷及回到零點，則視為完整一步的波形，并列入計數(shù)。
[0037]由此，該計步?jīng)Q策單元140可將步數(shù)算出，在行走距離已知的情況下，得以計算出使用者的步頻。接著，將所計算的步數(shù)與步頻，以及多姿態(tài)判斷單元130判斷所得的姿態(tài)，傳遞至該圖資特征校正單元140，通過判斷步距是否合理來判斷該步數(shù)與步頻是否也合理；當(dāng)該圖資特征校正單元150判斷步距結(jié)果為不合理時，該計步閾值調(diào)整單元則須進行調(diào)整計步閾值。
[0038]在上述的計步流程中，通過決定計步閾值來判斷加速度Z軸值的波形是否可被估算成一步；當(dāng)閾值設(shè)定過大時，容易遺失太輕的步伐計算；反之，當(dāng)閾值設(shè)定過小時，容易將手部晃動誤計算成一步。由于步態(tài)的輕重、快慢皆因人而異，因此需適時動態(tài)調(diào)整計步閾值，以得到準(zhǔn)確的計步步數(shù)。另外，可通過圖資特征校正信息提供已知的距離，推估合理的步距(例如，一般人正常步伐的步距約0.5?0.9公尺)，若計步過少(即步距過大)，需調(diào)低閾值；反之，若計步過多(即步距過小)，則須調(diào)高閾值。
[0039]圖5為計步閾值調(diào)整的一范例。當(dāng)使用者在6.5公尺的距離真正行走10步時，而Z軸閾值設(shè)為0.6與-0.6，經(jīng)由計步流程可正確估算出10個步伐，平均每一步為0.65公尺，屬于合理的估算，如圖5A所示。然而，如圖5B所示，當(dāng)使用者步態(tài)較輕時，相對之下加速度Z軸的振福也會比較小，此時若以Z軸閾值0.6與-0.6來估算步伐個數(shù)，僅能找出4步，每一步距離為1.625公尺，不符合正常人行走的常理，因此須將Z軸閾值調(diào)小，例如，當(dāng)閾值減小為0.35與-0.35時，即可正確估算出10步。另一方面，如圖5C所示，用戶在手持移動裝置下，很有可能會有手晃或不經(jīng)意擺動的情況出現(xiàn)，造成誤計算成一步。若使用者一樣在6.5公尺距離真正行走10步，但發(fā)生手部晃動等情況時，若Z軸閾值設(shè)為0.35與-0.35，能找出14步，每一步距離為0.462公尺，步距過小不符合常理，須將Z軸閾值調(diào)大，當(dāng)閾值增加為0.6與-0.6時，即可正確估算出10步。如此通過動態(tài)調(diào)整Z軸的閾值，能隨個人步態(tài)的輕重、快慢，可適時動態(tài)調(diào)整計步閾值，以得到準(zhǔn)確的計步步數(shù)。
[0040]步距估測算法主要考慮行人在平穩(wěn)的行走方式下，步伐長度將因每個人的基本體態(tài)而有著不同的行走步長，如:身高、體重、年齡、步頻及行走速率等。不同的步伐長度將直接影響行人室內(nèi)定位的準(zhǔn)確度，現(xiàn)有技術(shù)常以身高、體重、腿長及年齡當(dāng)成建立步距回歸映像模型的輸入變量。然而，用戶須輸入個人基本數(shù)據(jù)參數(shù)當(dāng)作是步距回歸映像模型的影響變量。并且，仍須進一步收集其它相關(guān)信息以建立大型數(shù)據(jù)庫，才能使步距估測更加強健與準(zhǔn)確，避免造成步距估算錯誤。有鑒于此，本發(fā)明提出一實時動態(tài)步距校正方法以有效提高定位步距估算的準(zhǔn)確度。
[0041]一般行人的行走頻率與行走步距有關(guān),行走頻率越快,步距也會越大；反之，行走頻率越慢，步距越小?？梢啦筋l與步距的關(guān)系以建立一步距回歸映像模型，然而傳統(tǒng)的作法缺點是所有人使用同一個步距回歸方程式，容易造成步距估算產(chǎn)生誤差。計算流程如下所示:
[0042]步距(StrideLength, SL)=距離(L)/ 步數(shù) (I)
[0043]平均步間(AverageStep Interval, SI) = Σ Δ t/ 步數(shù) (2)
[0044]其中At為每一步的行走時間
[0045]步頻(StepFrequency, SF) = I/ 平均步間 (3)
[0046]圖6為本發(fā)明的實時動態(tài)步距校正方法的流程圖。如圖6所示，在步驟601中，由室內(nèi)圖資的信息可得知每一通道、走廊的距離，通過用戶連續(xù)二個轉(zhuǎn)彎信息，可得知期間通過通道的總行走距離(L)。其中，總行走距離(L)亦可由全球定位系統(tǒng)(GlobalPositioning System ;GPS)、紅外線(Infrared)、超音波(Ultrasound)、射頻辨識(RadioFrequency Identification)、超寬帶(Ultra Wideband)、可見光通信(Visible LightCommunication)、藍(lán)芽(Bluetooth)、Zigbee、影像定位、WiFi與慣性感測元件等定位相關(guān)技術(shù)取得。在步驟602中，期間由慣性感測元件記錄行經(jīng)該信道的總行走步數(shù)與時間，可求得每一步的步距(SL)與步頻(SF),并濾除不合理的步距與步頻(例如,過大或過小)。在步驟603中，當(dāng)使用者在室內(nèi)陸續(xù)獲得不同步距與步頻時，分別將步距與步頻代入步距回歸分析，可求得SL與SF的關(guān)系(直線):
[0047]SLi = α X SFi+ β (4)
[0048]其中，SLi與SFi為第i步的步距與步頻；[0049]α為SL與SF關(guān)系直線的斜率；
[0050]β為一常數(shù)。
[0051]上述的實時動態(tài)步距校正方法的優(yōu)點為，不同使用者在不同的手持或擺放移動裝置的姿態(tài)、各步距與步頻的對應(yīng)關(guān)系、步距回歸映像模型下，能有專屬的實時校正步距與修正回歸方程式，而且使用者不需要輸入任何步距回歸映像模型的參數(shù)，更符合人性化需求。其中，該步距回歸演算可包含線性回歸與非線性回歸方法。
[0052]舉例來說，經(jīng)由室內(nèi)圖資信息，用戶可得到總行走距離，通過慣性感測元件能估算用戶的步數(shù)與步頻，即可求得在不同行走速度下的步頻與步距關(guān)系。例如，當(dāng)用戶為手持裝置于胸前行走模式，行走速度為正常速度、慢速與快速。由三種不同行走速度下的步頻與步距關(guān)系，可求得手持裝置于胸前行走模式的步距回歸曲線或直線。同樣地，當(dāng)用戶將裝置掛于腰間行走、或拿在手中前后擺動行走時，亦可獲得相對的步距回歸曲線或直線。
[0053]使用者在室內(nèi)空間中長時間的移動，會隨著行走距離變大其定位誤差也會不斷累積，本發(fā)明可通過圖資特征校正、慣性感測元件室內(nèi)定位，來校正用戶的定位位置。圖7為本發(fā)明利用圖資特征與慣性感測元件所感測到的轉(zhuǎn)彎信號于室內(nèi)定位的流程圖。步驟701，由慣性感測元件110的感測信號來計算步數(shù)與步距；步驟702，判斷是否偵測到轉(zhuǎn)彎信號，當(dāng)陀螺儀或磁力計未偵測到轉(zhuǎn)彎信號時(直行情況)，則進行步驟705，在圖資上更新人員的位置；否則，進行步驟703，記錄偵測到轉(zhuǎn)彎信號后的步數(shù)與步距，以及步驟704，在轉(zhuǎn)彎的節(jié)點上加上已記錄的步數(shù)與步距，最后執(zhí)行步驟705，在圖資上更新人員的位置。
[0054]圖8為圖7中以圖資特征與轉(zhuǎn)彎信號校正室內(nèi)定位的一實施例。其中附圖標(biāo)記I是圖資顯示人員目前的位置，附圖標(biāo)記2表示此時陀螺儀與磁力計偵測到有轉(zhuǎn)彎信號發(fā)生的位置，但圖資上未顯示該人員在附圖標(biāo)記2的節(jié)點上，而附圖標(biāo)記3是圖資將人員先送至轉(zhuǎn)彎的節(jié)點上，隨后加上所記錄轉(zhuǎn)彎后的步數(shù)與步距，再由圖資更正人員到當(dāng)前的位置，即附圖標(biāo)記3處。
[0055]圖9為本發(fā)明以圖資特征及利用多追蹤路徑校正室內(nèi)定位的流程圖。步驟901，由慣性感測元件Iio來計算步數(shù)與步距；步驟902，判斷是否偵測到轉(zhuǎn)彎信號，當(dāng)陀螺儀或磁力計偵未測到轉(zhuǎn)彎信號時(直行情況)，則進行步驟908，在圖資上更新人員的位置；否則進行步驟903，以該轉(zhuǎn)彎節(jié)點為第一追蹤路徑，離該轉(zhuǎn)彎節(jié)點最近的另一轉(zhuǎn)彎節(jié)點為第二追蹤路徑。在步驟904中，記錄轉(zhuǎn)彎后的步數(shù)與步距。步驟905，判斷第一追蹤路徑的轉(zhuǎn)彎節(jié)點上是否可轉(zhuǎn)彎，即判斷其轉(zhuǎn)彎特征；若是，則執(zhí)行步驟907在轉(zhuǎn)彎節(jié)點上加上轉(zhuǎn)彎后的步數(shù)與步距，并執(zhí)行步驟908，在圖資上更新人員的位置；否則，先執(zhí)行步驟906，舍棄第一追蹤路徑，以第二路徑的轉(zhuǎn)彎節(jié)點為主，再執(zhí)行步驟907在轉(zhuǎn)彎節(jié)點上加上轉(zhuǎn)彎后的步數(shù)與步距，并執(zhí)行步驟908，在圖資上更新人員的位置。
[0056]圖10為圖9中以圖資特征及利用多路徑校正室內(nèi)定位的一實施例。如圖10所示，由圖8當(dāng)前人員的所在位置(附圖標(biāo)記3)，若附圖標(biāo)記I為此時陀螺儀與磁力計偵測到向下轉(zhuǎn)彎的信號，且可以繼續(xù)行走，然而第一追蹤路徑依據(jù)圖資特征，并無通路可向下轉(zhuǎn)彎行走，但第二追蹤路徑則有。故標(biāo)識第一追蹤路徑為錯誤路徑，第二追蹤路徑如附圖標(biāo)記2所示才是正確路徑，記錄轉(zhuǎn)彎信號與轉(zhuǎn)彎后的步數(shù)與步距，圖資先將人員送至第二追蹤路徑轉(zhuǎn)彎的節(jié)點上(如圖8的附圖標(biāo)記3所示)，隨后將所記錄的步數(shù)與步距立即加上，即可經(jīng)由圖資修正人員當(dāng)前的位置。[0057]本發(fā)明的多姿態(tài)步距校正定位系統(tǒng)亦可采用主從式(server/client)架構(gòu)實現(xiàn)，如前述。例如，可將該慣性感測元件110、信號前處理單元120、多姿態(tài)判斷單元130以及計步?jīng)Q策單元140設(shè)置于一終端移動裝置上，而將該圖資特征校正單元150、計步閾值調(diào)整單元160以及步距回歸單元170設(shè)置于一伺服裝置上，并在移動裝置與伺服裝置分別設(shè)置一信號接收與傳送單元(圖中未示出)以進行信號接收與傳輸。當(dāng)計步?jīng)Q策單元140完成步數(shù)估算后，將步數(shù)、步頻與姿態(tài)等信息，通過移動裝置的信號接收與傳送單元傳遞給伺服裝置；另一方面，若移動裝置的信號接收與傳送單元收到更改計步閾值的信息，則計步?jīng)Q策單元140會重新計步，再重新將步數(shù)、步頻與姿態(tài)等信息通過信號接收與傳送單元傳遞給伺服裝置，重復(fù)上述流程。相對地，在伺服裝置部分，信號接收與傳送單元接收到移動裝置由信號接收與傳送單元所傳來的步數(shù)、步頻與姿態(tài)等信息，由圖資特征校正單元150判斷步距是否合理，若不合理則由計步閾值調(diào)整單元160修改閾值，再通過信號接收與傳送單元回傳給移動裝置；若步距合理，則將該步頻與步距關(guān)系代入該步距回歸單元170以更新該姿態(tài)的步距回歸曲線。
[0058]以上所述的具體實施例，對本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進行了進一步詳細(xì)說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種多姿態(tài)步距校正定位系統(tǒng)，其特征在于，包括: 至少一慣性感測元件，以感測移動裝置的至少一感測信號；以及 多姿態(tài)判斷單元，接收并判斷該感測信號而決定出該移動裝置的至少一姿態(tài)。
2.如權(quán)利要求1所述的多姿態(tài)步距校正定位系統(tǒng)，其中該感測信號用于該多姿態(tài)判斷包含磁力計的感測值。
3.如權(quán)利要求1所述的多姿態(tài)步距校正定位系統(tǒng)，其中再包括信號前處理單元，連接該感測元件，以處理該感測信號。
4.如權(quán)利要求3所述的多姿態(tài)步距校正定位系統(tǒng)，其中經(jīng)處理后用于該多姿態(tài)判斷的感測信號更包含加速度計、陀螺儀或磁力計的翻滾、俯仰或偏擺或其中之一。
5.如權(quán)利要求1所述的多姿態(tài)步距校正定位系統(tǒng)，其中再包括計步?jīng)Q策單元，依據(jù)經(jīng)處理過的感測信號，以計算出步數(shù)。
6.如權(quán)利要求5所述的多姿態(tài)步距校正定位系統(tǒng)，其中該計步?jīng)Q策單元，再依據(jù)該經(jīng)處理過的感測信號，計算每一步的步頻。
7.如權(quán)利要求1所述的多姿態(tài)步距校正定位系統(tǒng)，其中再包括: 圖資特征校正單元，接收步數(shù)、步頻與該姿態(tài)，以判斷步距是否符合條件； 計步閾值調(diào)整單元，當(dāng)該圖資特征校正單元判斷該步距為不符合該條件時，該計步閾值調(diào)整單元調(diào)整計步閾值； 步距回歸單元，當(dāng)該圖資特征校正單元判斷該步距為符合該條件時，該步距回歸單元根據(jù)該步頻與該步距，更新該姿態(tài)的`步距回歸曲線。
8.如權(quán)利要求1所述的多姿態(tài)步距校正定位系統(tǒng)，其中該慣性感測元件是加速度計以及陀螺儀或磁力計的其中之一。
9.如權(quán)利要求7所述的多姿態(tài)步距校正定位系統(tǒng)，其中調(diào)整該計步閾值是依據(jù)該感測信號于一方向的振幅值而決定。
10.如權(quán)利要求7所述的多姿態(tài)步距校正定位系統(tǒng)，其中調(diào)整該計步閾值是依據(jù)若該步距大于該條件時，則調(diào)低該計步閾值；若該步距小于該條件時，則調(diào)高該計步閾值。
11.如權(quán)利要求7所述的多姿態(tài)步距校正定位系統(tǒng)，其中該步距回歸曲線是由步距回歸演算而得到的。
12.如權(quán)利要求11所述的多姿態(tài)步距校正定位系統(tǒng)，其中該步距回歸演算是線性回歸方法、非線性回歸方法的其中之一。
13.如權(quán)利要求7所述的多姿態(tài)步距校正定位系統(tǒng)，其中該圖資特征校正單元，更包括轉(zhuǎn)彎信號圖資校正與多追蹤路徑圖資校正。
14.如權(quán)利要求13所述的多姿態(tài)步距校正定位系統(tǒng)，其中該轉(zhuǎn)彎信號圖資校正是依據(jù)經(jīng)處理過的感測信號中的二連續(xù)轉(zhuǎn)彎信號，與行走距離而決定的。
15.如權(quán)利要求14所述的多姿態(tài)步距校正定位系統(tǒng)，其中行走距離是由全球定位系統(tǒng)(Global Positioning System ;GPS)、紅外線(Infrared)、超音波(Ultrasound)、射頻辨識(Radio Frequency Identification)、超寬帶(Ultra Wideband)、可見光通訊(VisibleLight Communication)、藍(lán)芽(Bluetooth)、Zigbee、影像定位、WiFi或慣性感測元件的其中之一取得的。
16.如權(quán)利要求13所述的多姿態(tài)步距校正定位系統(tǒng)，其中該多追蹤路徑圖資校正是由判斷路徑的轉(zhuǎn)彎特征而決定的。
17.—種多姿態(tài)步距校正定位系統(tǒng)，適用于移動裝置與伺服裝置，其中該移動裝置包含: 至少一慣性感測元件，以感測該移動裝置的至少一感測信號； 多姿態(tài)判斷單元，接收并判斷該感測信號而決定出該移動裝置的至少一姿態(tài)； 其中該伺服裝置包含: 信號接收與傳送單元，以接收步數(shù)、步頻與姿態(tài)；以及 圖資特征校正單元，接收該步數(shù)、該步頻與該姿態(tài)，以判斷步距是否符合條件。
18.如權(quán)利要求17所述的多姿態(tài)步距校正定位系統(tǒng)，其中該感測信號用于該多姿態(tài)判斷包含磁力計的感測值。
19.如權(quán)利要求17所述的多姿態(tài)步距校正定位系統(tǒng)，其中該移動裝置更包括信號前處理單元，連接該感測元件，以處理該感測信號。
20.如權(quán)利要求19所述的多姿態(tài)步距校正定位系統(tǒng)，其中經(jīng)處理后用于該多姿態(tài)判斷的感測信號更包含加速度計、陀螺儀或磁力計的翻滾、俯仰或偏擺或其中之一。
21.如權(quán)利要求17所述的多姿態(tài)步距校正定位系統(tǒng)，其中該移動裝置更包括: 計步?jīng)Q策單元，依據(jù)經(jīng)處理過的感測信號，計算出步數(shù)及每一步的步頻；` 信號接收與傳送單元，以傳送該步數(shù)、該步頻與該姿態(tài)，并接收更改信息。
22.如權(quán)利要求17所述的多姿態(tài)步距校正定位系統(tǒng)，其中該伺服裝置更包括: 計步閾值調(diào)整單元，當(dāng)該圖資特征校正單元判斷該步距為不符合該條件時，該計步閾值調(diào)整單元調(diào)整計步閾值，并由該信號接收與傳送單元傳出；以及 步距回歸單元，當(dāng)該圖資特征校正單元判斷該步距為符合該條件時，該步距回歸單元根據(jù)該步頻與該步距，更新該姿態(tài)的步距回歸曲線。
23.如權(quán)利要求17所述的多姿態(tài)步距校正定位系統(tǒng)，其中該慣性感測元件是加速度計以及陀螺儀或磁力計的其中之一。
24.如權(quán)利要求22所述的多姿態(tài)步距校正定位系統(tǒng)，其中調(diào)整該計步閾值是依據(jù)該感測信號于一方向的振幅值而決定。
25.如權(quán)利要求22所述的多姿態(tài)步距校正定位系統(tǒng)，其中調(diào)整該計步閾值是依據(jù)若該步距大于該條件時，則調(diào)低該計步閾值;若該步距小于該條件時，則調(diào)高該計步閾值。
26.如權(quán)利要求22所述的多姿態(tài)步距校正定位系統(tǒng)，其中該步距回歸曲線是由步距回歸演算而得。
27.如權(quán)利要求26所述的多姿態(tài)步距校正定位系統(tǒng)，其中該步距回歸演算是線性回歸方法、非線性回歸方法的其中之一。
28.如權(quán)利要求22項所述的多姿態(tài)步距校正定位系統(tǒng)，其中該圖資特征校正單元，更包括轉(zhuǎn)彎信號圖資校正與多追蹤路徑圖資校正。
29.如權(quán)利要求28所述的多姿態(tài)步距校正定位系統(tǒng)，其中該轉(zhuǎn)彎信號圖資校正是依據(jù)經(jīng)處理過的感測信號中的二連續(xù)轉(zhuǎn)彎信號，與行走距離而決定的。
30.如權(quán)利要求29所述的多姿態(tài)步距校正定位系統(tǒng)，其中行走距離是由全球定位系統(tǒng)(Global Positioning System ;GPS)、紅外線(Infrared)、超音波(Ultrasound)、射頻辨識(Radio Frequency Identification)、超寬帶(Ultra Wideband)、可見光通訊(VisibleLight Communication)、藍(lán)芽(Bluetooth)、Zigbee、影像定位、WiFi或慣性感測元件的其中之一取得的。
31.如權(quán)利要求28所述的多姿態(tài)步距校正定位系統(tǒng)，其中該多追蹤路徑圖資校正是由判斷路徑的轉(zhuǎn)彎特征而決定的。
32.—種多姿態(tài)步距校正定位方法，其特征在于，包括以下步驟: 依據(jù)至少一感測信號。 依據(jù)該感測信號，進行姿態(tài)判斷，以決定姿態(tài)。
33.如權(quán)利要求32所述的多姿態(tài)步距校正定位方法，其中該感測信號用于該多姿態(tài)判斷包含磁力計的感測值。
34.如權(quán)利要求32所述的多姿態(tài)步距校正定位方法，其中該移動裝置更包括信號前處理單元，連接該感測元件，以處理該感測信號。
35.如權(quán)利要求34所述的多姿態(tài)步距校正定位方法，其中經(jīng)處理后用于該多姿態(tài)判斷的感測信號更包含加速度計、陀螺儀或磁力計的翻滾、俯仰或偏擺或其中之一。
36.如權(quán)利要求32所述的多姿態(tài)步距校正定位方法，其中再包括以下步驟: 依據(jù)處理過的感測信號，進行計步演算，以計算出步數(shù)。
37.如權(quán)利要求36所述的多姿態(tài)步距校正定位方法，其中再包括:依據(jù)經(jīng)處理過的感測信號，計算每一步的步頻。
38.如權(quán)利要求32所述的多姿態(tài)步距`校正定位方法，其中再包括以下步驟: 依據(jù)步數(shù)、步頻與該姿態(tài)，進行步距計算，并判斷該步距是否符合條件；當(dāng)該步距符合時，則依據(jù)該步距與該步頻，更新步距回歸曲線；當(dāng)該步距不符合時，則調(diào)整計步閾值，并重新進行計步演算。
39.如權(quán)利要求32所述的多姿態(tài)步距校正定位方法，其中更包括取得圖資特征信息的步驟。
40.如權(quán)利要求38所述的多姿態(tài)步距校正定位方法，其中調(diào)整該計步閾值是依據(jù)經(jīng)處理過的感測數(shù)據(jù)在一方向的振幅值。
41.如權(quán)利要求38所述的多姿態(tài)步距校正定位方法，其中調(diào)整該計步閾值是依據(jù)若該步距大于該條件時，則調(diào)低該計步閾值；若該步距小于該條件時，則調(diào)高該計步閾值。
42.如權(quán)利要求38所述的多姿態(tài)步距校正定位方法，其中該步距回歸曲線是根據(jù)步距回歸演算而得到的。
43.如權(quán)利要求42所述的多姿態(tài)步距校正定位方法，其中該步距回歸演算是線性回歸方法、非線性回歸方法的其中之一。
44.如權(quán)利要求38所述的多姿態(tài)步距校正定位方法，其中更包括圖資定位校正的步驟，此步驟包含轉(zhuǎn)彎信號圖資校正與多追蹤路徑圖資校正。
45.如權(quán)利要求44所述的多姿態(tài)步距校正定位方法，其中該轉(zhuǎn)彎信號圖資校正是依據(jù)經(jīng)處理過的感測信號中的二連續(xù)轉(zhuǎn)彎信號，與行走距離而決定的。
46.如權(quán)利要求45所述的多姿態(tài)步距校正定位系統(tǒng)，其中行走距離可由全球定位系統(tǒng)(Global Positioning System ;GPS)、紅外線(Infrared)、超音波(Ultrasound)、射頻辨識(Radio Frequency Identification)、超寬帶(Ultra Wideband)、可見光通訊(VisibleLight Communication)、藍(lán)芽(Bluetooth)、Zigbee、影像定位、WiFi與慣性感測元件的其中之一取得的。
47.如權(quán)利要求46所述的多姿態(tài)步距校正定位方法，其中該多追蹤路徑圖資校正是依據(jù)判斷路徑的轉(zhuǎn)彎特征而決定的。
48.一種多姿態(tài)步距校正定位方法，適用于移動裝置與伺服裝置，其中該移動裝置包含: 依據(jù)至少一感測信號； 依據(jù)該感測信號，進行姿態(tài)判斷，以決定該移動裝置的姿態(tài)； 其中該伺服裝置包含: 接收步數(shù)、步頻與姿態(tài)； 依據(jù)該步數(shù)、該步頻與該姿態(tài)，進行步距計算，并判斷該步距是否符合條件。
49.如權(quán)利要求48所述的多姿態(tài)步距校正定位方法，其中該感測信號用于該多姿態(tài)判斷包含磁力計的感測值。
50.如權(quán)利要求48所述的多姿態(tài)步距校正定位方法，其中該移動裝置更包括信號前處理單元，連接該感測元件，以處理該感測信號。
51.如權(quán)利要求50所述的多姿態(tài)步距校正定位方法，其中經(jīng)處理后用于該多姿態(tài)判斷的感測信號更包含加速度計、陀螺儀或磁力計的翻滾、俯仰或偏擺或其中之一。
52.如權(quán)利要求48所述的多姿態(tài)步距校正定位方法，其中該移動裝置更包括以下步驟:` 依據(jù)處理過的感測信號，進行計步演算，以計算出步數(shù)與每一步的步頻； 傳送該步數(shù)、該步頻與該姿態(tài)，并接收更改信息。
53.如權(quán)利要求48所述的多姿態(tài)步距校正定位方法，其中該伺服裝置更包括以下步驟: 當(dāng)該步距符合時，則依據(jù)該步距與該步頻，更新步距回歸曲線；當(dāng)該步距不符合時，貝1J調(diào)整計步閾值，并傳送更改信息。
54.如權(quán)利要求48所述的多姿態(tài)步距校正定位方法，其中更包括取得圖資特征信息的步驟。
55.如權(quán)利要求53所述的多姿態(tài)步距校正定位方法，其中調(diào)整該計步閾值是依據(jù)經(jīng)處理過的感測數(shù)據(jù)在一方向的振幅值。
56.如權(quán)利要求53所述的多姿態(tài)步距校正定位方法，其中調(diào)整該計步閾值是依據(jù)若該步距大于該條件時，則調(diào)低該計步閾值；若該步距小于該條件時，則調(diào)高該計步閾值。
57.如權(quán)利要求53所述的多姿態(tài)步距校正定位方法，其中該步距回歸曲線是根據(jù)步距回歸演算而得到的。
58.如權(quán)利要求57所述的多姿態(tài)步距校正定位方法，其中該步距回歸演算是線性回歸方法、非線性回歸方法的其中之一。
59.如權(quán)利要求53所述的多姿態(tài)步距校正定位方法，其中更包括圖資定位校正的步驟，此步驟包含轉(zhuǎn)彎信號圖資校正與多追蹤路徑圖資校正。
60.如權(quán)利要求59所述的多姿態(tài)步距校正定位方法，其中該轉(zhuǎn)彎信號圖資校正是依據(jù)經(jīng)處理過的感測信號中的二連續(xù)轉(zhuǎn)彎信號，與行走距離而決定。
61.如權(quán)利要求60所述的多姿態(tài)步距校正定位系統(tǒng)，其中行走距離可由全球定位系統(tǒng)(Global Positioning System ;GPS)、紅外線(Infrared)、超音波(Ultrasound)、射頻辨識(Radio Frequency Identification)、超寬帶(Ultra Wideband)、可見光通訊(VisibleLight Communication)、藍(lán)芽(Bluetooth)、Zigbee、影像定位、WiFi與慣性感測元件的其中之一取得的。
62.如權(quán)利要求59所述的多姿態(tài)步距校正定位方法，其中該多追蹤路徑圖資校正是依據(jù)判斷路徑的轉(zhuǎn)彎特征而決定的。`
【文檔編號】G01C21/16GK103884337SQ201310137189
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2013年4月19日 優(yōu)先權(quán)日:2012年12月19日
【發(fā)明者】姜仁杰, 馮坤齊, 何旭淜, 郭倫嘉 申請人:財團法人工業(yè)技術(shù)研究院