一種基于移動(dòng)智能終端的室內(nèi)運(yùn)動(dòng)軌跡重構(gòu)的方法和系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及室內(nèi)定位與導(dǎo)航領(lǐng)域，尤其涉及一種基于移動(dòng)智能終端的室內(nèi)運(yùn)動(dòng)軌 跡重構(gòu)的方法和系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的快速發(fā)展，包括智能手機(jī)在內(nèi)的移動(dòng)智能終端正逐漸深 入社會(huì)生活的各個(gè)層面，導(dǎo)航與移動(dòng)智能終端也在進(jìn)行緊密的結(jié)合，GPS衛(wèi)星定位與導(dǎo)航已 經(jīng)成為現(xiàn)在移動(dòng)智能終端的基本配置和功能，而且借助2G和3G通信網(wǎng)絡(luò)，可以方便用戶進(jìn) 行戶外的定位，便捷了用戶出行。
[0003] 但目前移動(dòng)智能終端的導(dǎo)航功能大部分是戶外導(dǎo)航，即通過(guò)終端中的GPS模塊或 通信網(wǎng)絡(luò)輔助定位來(lái)獲取位置信息，其主要弊端是由于其衛(wèi)星信號(hào)及精度等問(wèn)題不能進(jìn)行 室內(nèi)的定位與導(dǎo)航，而大型公共場(chǎng)所的室內(nèi)定位與導(dǎo)航技術(shù)對(duì)于公共安全、商業(yè)應(yīng)用以及 軍事應(yīng)用等都具有重要應(yīng)用意義與廣闊的研究前景，因此，室內(nèi)定位與導(dǎo)航技術(shù)已成為科 研工作者日益重視的熱點(diǎn)研究領(lǐng)域。
[0004] 國(guó)外在室內(nèi)定位與導(dǎo)航技術(shù)方面的研究開展的比較早，但實(shí)際的使用還在進(jìn)一步 探索和實(shí)驗(yàn)當(dāng)中。國(guó)內(nèi)還沒(méi)有大規(guī)模的進(jìn)行室內(nèi)導(dǎo)航的研究。目前室內(nèi)定位與導(dǎo)航技術(shù)領(lǐng) 域的主要研究方向如下：
[0005] (1)藍(lán)牙技術(shù)：現(xiàn)在大部分的移動(dòng)智能終端都集成了藍(lán)牙模塊。通過(guò)藍(lán)牙進(jìn)行定 位及導(dǎo)航需要移動(dòng)智能終端開啟藍(lán)牙并和其他藍(lán)牙設(shè)備組成一個(gè)藍(lán)牙局域網(wǎng)，局域網(wǎng)內(nèi)的 藍(lán)牙設(shè)備進(jìn)行通信并交換數(shù)據(jù)來(lái)進(jìn)行定位與導(dǎo)航，易用性非常方便。該技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是不受 建筑物外壁的阻礙，但是在復(fù)雜的環(huán)境中藍(lán)牙信號(hào)容易受噪聲的干擾；
[0006] (2)射頻技術(shù)：射頻識(shí)別技術(shù)是利用射頻通信實(shí)現(xiàn)非接觸自動(dòng)識(shí)別技術(shù)以達(dá)到識(shí) 別和定位的目的。它的優(yōu)點(diǎn)是定位精確度很高，傳輸范圍有保障，設(shè)備體積比較小，造價(jià)比 較低，成本不高。它的缺點(diǎn)是作用范圍較為固定，范圍較小，沒(méi)有通信能力，最主要的是它和 其他技術(shù)不能很好地整合在一起；
[0007] (3) WiFi技術(shù)：無(wú)線局域網(wǎng)絡(luò)（WLAN)是當(dāng)今最流行的一種無(wú)線通信技術(shù)。WiFi定 位采用了一種名為三角定位的原理，也就是通過(guò)三個(gè)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)與移動(dòng)智能終端進(jìn)行無(wú) 線網(wǎng)絡(luò)信號(hào)的交換來(lái)判別移動(dòng)智能終端在室內(nèi)所處的位置。它與無(wú)線網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的數(shù)量有密 切關(guān)系，當(dāng)其分布越密集，定位就越精確；
[0008] (4) ZigBee技術(shù)：ZigBee是一種低成本、短距離和低速率的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。它通過(guò) 在小的局域網(wǎng)內(nèi)組建ZigBee網(wǎng)絡(luò)，形成一個(gè)自組織網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，各個(gè)節(jié)點(diǎn)互相通信并交換信 息來(lái)進(jìn)行定位與導(dǎo)航。它采用的是一些無(wú)線傳感器，只需要很少的能量，而且通信效率非常 高，所以它是一種低功率和低成本的技術(shù)。
[0009] 除了以上提供的定位與導(dǎo)航技術(shù)，還有基于磁場(chǎng)的技術(shù)等。目前，已經(jīng)開始初步應(yīng) 用的是Google、NOKIA和富士通對(duì)于室內(nèi)定位和成果導(dǎo)航系統(tǒng)的研究，Google獲得室內(nèi)樓 層的詳細(xì)資料后，通過(guò)WIFI等設(shè)備獲取用戶在室內(nèi)的位置進(jìn)行導(dǎo)航；諾基亞的位置拓展協(xié) 議（Location Extension Protocol)利用分布在室內(nèi)空間上方（例如天花板）的定位發(fā)射 器和藍(lán)牙相連，運(yùn)用和GPS類似的三角定位辦法，移動(dòng)智能終端就能在室內(nèi)被精確定位；富 士通則通過(guò)一個(gè)名為UWBOJltra Wideband，譯為：超寬帶）的技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)，UWB技術(shù)是由一 臺(tái)ControlPC(控制機(jī)）來(lái)控制，這臺(tái)PC機(jī)由UWB定位系統(tǒng)和地圖軟件組成，可以定位室內(nèi) 的每一個(gè)角落，用戶通過(guò)移動(dòng)智能終端訪問(wèn)該系統(tǒng)然后選擇去向，系統(tǒng)收到信息并反饋給 用戶行走路線。
[0010] 但上述三種定位與導(dǎo)航都有明顯的缺點(diǎn)：Google地圖需要依賴WIFI網(wǎng)絡(luò)；NOKIA 室內(nèi)地圖基于藍(lán)牙開發(fā)，容易受到室內(nèi)噪聲的干擾；而富士通的軟件則依賴于基站網(wǎng)絡(luò)，并 且需要一臺(tái)ControlPC的配合。
[0011] 綜上所述，目前的室內(nèi)定位與導(dǎo)航技術(shù)方法由于硬件依賴、精度不足等不同原因 都存在其各自的局限性，無(wú)法大范圍推廣應(yīng)用。
[0012] 本發(fā)明的主要工作是將智能手機(jī)所配備的慣性傳感單元數(shù)據(jù)在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中所產(chǎn) 生的數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理與融合分析，最終重構(gòu)出運(yùn)動(dòng)軌跡并通過(guò)與實(shí)際軌跡進(jìn)行比對(duì)給出誤 差分析與可行性分析。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0013] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種易實(shí)現(xiàn)、高實(shí)時(shí)性以及低成本的基于移動(dòng) 智能終端的室內(nèi)運(yùn)動(dòng)軌跡重構(gòu)的方法和系統(tǒng)。
[0014] 本發(fā)明解決上述技術(shù)問(wèn)題的技術(shù)方案如下：一種基于移動(dòng)智能終端的室內(nèi)運(yùn)動(dòng)軌 跡重構(gòu)的方法，包括以下步驟：
[0015] 步驟S1，采集室內(nèi)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中產(chǎn)生的加速度數(shù)據(jù)和方向角數(shù)據(jù)；
[0016] 步驟S2,對(duì)所述加速度數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，得到線性加速度數(shù)據(jù)；
[0017] 步驟S3,將所述線性加速度數(shù)據(jù)和所述方向角數(shù)據(jù)進(jìn)行融合分析，得到方向坐標(biāo) 室內(nèi)運(yùn)動(dòng)軌跡；
[0018] 步驟S4,將所述方向坐標(biāo)室內(nèi)運(yùn)動(dòng)軌跡轉(zhuǎn)換為經(jīng)煒度坐標(biāo)室內(nèi)運(yùn)動(dòng)軌跡。
[0019] 在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本發(fā)明還可以做如下改進(jìn)。
[0020] 進(jìn)一步地，步驟S2包括以下步驟：
[0021] 步驟S21，使用高通濾波器對(duì)加速度數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波處理，得到總加速度；
[0022] 步驟S22,剔除總加速度中的重力加速度，得到第一加速度；
[0023] 步驟S23,使用低通濾波器對(duì)第一加速度進(jìn)行濾波處理，得到線性加速度。
[0024] 進(jìn)一步地，步驟S3包括以下步驟：
[0025] 步驟S31，根據(jù)線性加速度計(jì)算每次采樣間隔內(nèi)的位移；
[0026] 步驟S32,根據(jù)每次采樣間隔內(nèi)的位移與方向角數(shù)據(jù)，得出方向坐標(biāo)室內(nèi)運(yùn)動(dòng)軌 跡；所述方向坐標(biāo)室內(nèi)運(yùn)動(dòng)軌跡構(gòu)建在方向二維平面坐標(biāo)系上，其縱軸的正方向?yàn)楸?，縱軸 的負(fù)方向?yàn)槟?，橫軸的正方向?yàn)闁|，橫軸的負(fù)方向?yàn)槲鳎龇较蜃鴺?biāo)室內(nèi)運(yùn)動(dòng)軌跡中的每 個(gè)點(diǎn)的橫坐標(biāo)值和縱坐標(biāo)值分別表示在橫軸上的位移和在縱軸上的位移，且坐標(biāo)（〇,〇)點(diǎn) 為方向坐標(biāo)室內(nèi)運(yùn)動(dòng)軌跡的起始點(diǎn)。
[0027] 進(jìn)一步地，所述經(jīng)煒度坐標(biāo)室內(nèi)運(yùn)動(dòng)軌跡構(gòu)建在地理坐標(biāo)系上，所述地理坐標(biāo)系 為經(jīng)煒度二維平面坐標(biāo)系，其橫軸和縱軸分別表示經(jīng)度和煒度。
[0028] 進(jìn)一步地，所述經(jīng)煒度坐標(biāo)室內(nèi)運(yùn)動(dòng)軌跡的起始點(diǎn)的經(jīng)煒度值需要由GPS獲取。
[0029] 本發(fā)明解決上述技術(shù)問(wèn)題的另一種技術(shù)方案如下：一種基于移動(dòng)智能終端的室內(nèi) 運(yùn)動(dòng)軌跡重構(gòu)的系統(tǒng)，包括加速度傳感器模塊、方向傳感器模塊、預(yù)處理模塊、融合分析模 塊和軌跡轉(zhuǎn)換模塊；
[0030] 所述加速度傳感器模塊用于采集室內(nèi)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中產(chǎn)生的加速度數(shù)據(jù)；
[0031] 所述方向傳感器模塊用于采集室內(nèi)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中產(chǎn)生的方向角數(shù)據(jù)；
[0032] 所述預(yù)處理模塊用于對(duì)所述加速度數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，得到線性加速度數(shù)據(jù)；
[0033] 所述融合分析模塊用于將所述線性加速度數(shù)據(jù)和所述方向角數(shù)據(jù)進(jìn)行融合分析， 得到方向坐標(biāo)室內(nèi)運(yùn)動(dòng)軌跡；
[0034] 所述軌跡轉(zhuǎn)換模塊用于將所述方向坐標(biāo)室內(nèi)運(yùn)動(dòng)軌跡轉(zhuǎn)換為經(jīng)煒度坐標(biāo)室內(nèi)運(yùn) 動(dòng)軌跡。
[0035] 在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本發(fā)明還可以做如下改進(jìn)。
[0036] 進(jìn)一步地，所述預(yù)處理模塊包括高通濾波處理單元、重力加速度剔除單元和低通 濾波處理單元；
[0037] 所述高通濾波處理單元用于使用高通濾波器對(duì)加速度數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波處理，得到總 加速度；
[0038] 所述重力加速度剔除單元用于剔除總加速度中的重力加速度，得到第一加速度；
[0039] 所述低通濾波處理單元用于使用低通濾波器對(duì)第一加速度進(jìn)行濾波處理，得到線 性加速度。
[0040] 進(jìn)一步地，所述融合分析模塊包括位移計(jì)算單元和方向坐標(biāo)室內(nèi)運(yùn)動(dòng)軌跡生成單 元；
[0041] 所述位移計(jì)算單元用于根據(jù)線性加速度計(jì)算每次采樣間隔內(nèi)的位移；
[0042] 所述方向坐標(biāo)室內(nèi)運(yùn)動(dòng)軌跡生成單元用于根據(jù)每次采樣間隔內(nèi)的位移與方向角 數(shù)據(jù)，得出方向坐標(biāo)室內(nèi)運(yùn)動(dòng)軌跡；所述方向坐標(biāo)室內(nèi)運(yùn)動(dòng)軌跡構(gòu)建在方向二維平面坐標(biāo) 系上，其縱軸的正方向?yàn)楸保v軸的負(fù)方向?yàn)槟?，橫軸的正方向?yàn)闁|，橫軸的負(fù)方向?yàn)槲?，?述方向坐標(biāo)室內(nèi)運(yùn)動(dòng)軌跡中的每個(gè)點(diǎn)