CN104703132B - 用于儿童定位服务的自适应定位周期设定方法 - Google Patents

用于儿童定位服务的自适应定位周期设定方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于儿童定位服务的自适应定位周期设定方法，解决了现有固定周期定位方法通信量大、耗能高等问题。该自适应定位周期设定方法包括以下步骤：(1)将电子地图上不同区域对目标的危险程度分别划分为不同安全等级的区域并设置对应的定位周期；(2)在电子地图上为不同区域进行电子地图围栏；(3)对目标所处位置进行初始定位，确定目标所处的电子地图围栏；(4)经过定位周期T后，再次对目标进行定位；(5)根据两次定位结果，估算目标的移动轨迹和移动速度；(6)计算经过T时刻后目标所处位置；(7)根据目标所处位置采用对应的定位周期。本发明降低了定位终端与服务器通信量，改善现有定位技术中续航能力。

Description

用于儿童定位服务的自适应定位周期设定方法
技术领域
本发明涉及一种定位方法，具体地讲，是涉及一种用于儿童定位服务的自适应定位周期设定方法。
背景技术
随着社会不断提高的开放度、日趋增多的流动人口，在促进社会发展的同时也带来了不安全的隐患。中小学、幼儿园学生的安全问题日趋严重，各个年龄阶段在校学生的安全成为国家、社会、学校和家长关注的焦点问题。目前对少年儿童保护的技术手段主要通过校园内部的监控、防盗、电子巡查等技防设施的建设和应用来提高校园安防水平。但是这些系统仅能对校园环境内的少年儿童进行保护，由于儿童在校园外活动范围的不确定性，使得对校外活动儿童进行有效的保护成为一个难点。
随着无线通信技术的发展，移动定位服务得到了长足的发展和普遍的应用。目前，移动定位服务使得用户能够通过电信移动运营商的无线通信网络，采用各种定位技术，获取移动用户的经、纬度信息后，再结合GIS系统，为客户提供基于位置查询服务。同时，随着GPS定位技术和电子地图的不断发展，在车辆定位导航服务中，研究者提出了使用GPS电子围栏技术用于限定车辆的行驶区域、行驶路线，按照行政区划、多边形区域、规划路线设置车辆的行驶路径。
目前已有一些儿童定位服务的产品面世，例如360智能手环，开咪儿童智能手表，HereO智能手表等，它们都具有实时定位，电子围栏、智能预警等功能，能够自动识别儿童在佩戴手环/手表期间常去的位置为安全区域，或设定一些区域为安全区域，一旦儿童的位置超出这些安全区域，系统就会自动向家长的手机发出报警，以提示孩子可能面临危险。然而现有设备都采用了等周期定位的方式，这种方式存在严重的弊端：首先，基于等周期的定位方式，没有考虑儿童的移动特征，也无法准确判断儿童所在其他区域的安全程度，从而难以有效对儿童的安全进行全面守护与报警。其次，采用等周期定位方式，儿童定位终端会等周期定位并将定位信息上报服务器，若此时儿童处于安全区域内，则会造成不必要的流量消耗，增加用户的使用成本。第三，采用等周期定位方式无法有效利用设备有限的能源，降低设备的续航能力。
发明内容
本发明的目的在于克服上述缺陷，提供一种降低定位终端与服务器通信量，改善现有定位技术中续航能力的用于儿童定位服务的自适应定位周期设定方法。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种用于儿童定位服务的自适应定位周期设定方法，包括以下步骤：
(1)将电子地图上不同区域对目标的危险程度分别划分为不同安全等级的区域并设置对应的定位周期，且安全等级越高定位周期越长；
(2)在电子地图上为不同区域进行电子地图围栏；
(3)对目标所处位置进行初始定位，确定目标所处的电子地图围栏；
(4)经过目标所处的电子地图围栏对应的定位周期T后，再次对目标进行定位；
(5)根据两次定位结果，估算目标的移动轨迹和移动速度；
(6)根据目标的移动轨迹和移动速度计算经过T时刻后目标所处位置；
(7)判断经过T时刻后目标所处位置是否处于前一次定位时的电子地图围栏中，若是，计算目标与该电子地图围栏边界距离Δd，若Δd＜Dthresh，则仍采用原定位周期T，若Δd＞Dthresh，采用定位周期T'＝T-Δt；若否，采用目标经过T时刻后所处电子地图围栏对应的定位周期；
其中，Dthresh为预设的距离阈值，Δt为常数。
进一步的，还包括根据电子地图围栏结果，设定目标处于不同电子地图围栏中的报警频率。
具体的说，根据两次定位结果，估算目标的移动轨迹和移动速度的具体方法如下：(51)设Si(lati,lngi,ti)为第i次定位结果的坐标，Si+1(lati+1,lngi+1,ti+1)为第i+1次定位结果的坐标；
(52)按照0度经线的基准，东经取经度的正值，西经取经度的负值，北纬取90-维度值，南纬取90+维度值，将坐标Si(lati,lngi,ti)转换为Si(Mlati,Mlngi,ti)，将坐标Si+1(lati+1,lngi+1,ti+1)转换为Si+1(Mlati+1,Mlngi+1,ti+1)；
(53)根据式(1)计算中间变量C
C＝sin(Mlati)·sin(Mlati+1)·cos(Mlngi-Mlngi+1)+cos(Mlati)·cos(Mlati+1) (1)；
(54)根据(2)计算两个定位中标之间的球面距离：
Dis＝R·Arccos(C)·Pi/180 (2)
(55)根据式(3)计算出目标的移动速度v：
v＝Dis/(ti+1-ti) (3)；
(56)得到目标的移动方向，根据目标的移动方向和移动速度计算出目标的移动轨迹；假设目标的移动方向与移动速度在未来T时刻内不进行改变，则可以计算出目标在T时刻后的位置。
其中，lati表示第i次定位的维度，lngi表示第i次定位的经度，ti表示第i次定位的定位时间，lati+1表示第i+1次定位的维度，lngi+1表示第i+1次定位的经度，ti+1表示第i+1次定位的定位时间，R表示地球的平均半径，值等于6371.004km。
当有家长陪伴时，可将定位周期设置为无穷大。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明基于现有的电子地图，将电子地图各区域进行电子地图围栏，采用GPS/AGPS/北斗/AGPS+CELLID+GPS/AGPS+GPS/Glonass或其组合等定位技术，结合儿童特征和移动轨迹，根据儿童所处电子地图围栏对定位周期进行适应性的设定和更新，不仅定位周期更科学合理，而且与现有固定的定位周期相比，采用本发明的平均能耗和流量均小于现有技术，从而降低了定位终端与服务器通信量，改善现有定位技术中续航能力，并可对儿童的安全进行更有针对性的防护。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明，本发明的实施方式包括但不限于下列实施例。
实施例
本实施例提供了一种用于儿童定位服务的自适应定位周期设定方法，儿童身上配置有定位装置，该定位装置与后台服务器之间实现通信，另一方通过后台服务器读取定位信息。该定位周期的设定方法的原理如下：基于现有的电子地图，将电子地图各区域进行电子地图围栏，采用GPS/AGPS/北斗/AGPS+CELLID+GPS/AGPS+GPS/Glonass或其组合等定位技术，结合儿童特征和移动轨迹，根据儿童所处电子地图围栏对定位周期进行适应性的设定和更新。
用于儿童定位服务的自适应定位周期设定法包括两种定位模式
其一
有家长陪同下的定位模式，在该模式下，可以选择是否开启定位功能和电子围栏功能，若选择不开启，则在此模式下，定位周期被设置为无穷大，若选择开启，则与无家长陪同下的定位模式相同。
其二
无家长陪同的定位模式，主要包括以下步骤：
步骤一
将电子地图上不同区域对目标的危险程度分别划分为不同安全等级的区域，根据划分区域，设置对应的定位周期，且安全等级越高定位周期越长，即越危险，定位周期越短，越安全，定位周期越长；区域的划分及对应的危险等级如下：a.将儿童所在幼儿园，家(亲戚朋友家中)设置为绝对安全区，将儿童在该区域内的定位周期设置为Tsafe，b.将餐厅、商店、游乐场等区域设置为较安全区域，儿童在该区域内的定位周期设置为Tbsafe，c.将电影院、剧场、医院等区域设置为安全等级一般的区域，儿童在该区域内的定位周期设置为Tcom，d.将旅游景区、公园、动物园设置为危险区域，儿童在该区域内的定位周期设置为Tdanger，e.将大坝、水库、湖泊、城市街道等区域设置为高危区域，儿童在该区域内的定位周期设置为Tudanger。其中，Tsafe＞Tbsafe＞Tcom＞Tdanger＞Tudanger。
步骤二
在电子地图上为不同区域进行电子地图围栏；根据电子地图围栏结果，设定目标处于不同电子地图围栏中的报警频率；
步骤三
对目标所处位置进行初始定位，确定目标所处的电子地图围栏；本实施例中对目标应当进行两次连续的定位，所述的初始定位是指两次定位中的第一次定位；
步骤四
经过目标所处的电子地图围栏对应的定位周期T后，再次对目标进行定位；此为两次定位中的第二次定位；
步骤五
根据两次定位结果，估算目标的移动轨迹和移动速度；估算目标的移动轨迹和移动速度的具体方法如下：
一、设Si(lati,lngi,ti)为第i次定位结果的坐标，Si+1(lati+1,lngi+1,ti+1)为第i+1次定位结果的坐标；Si(lati,lngi,ti)和Si+1(lati+1,lngi+1,ti+1)两个坐标可通过后台服务器直接读取，其为现有技术，在此不作赘述；
二、按照0度经线的基准，东经取经度的正值，西经取经度的负值，北纬取90-维度值，南纬取90+维度值，将坐标Si(lati,lngi,ti)转换为Si(Mlati,Mlngi,ti)，将坐标Si+1(lati+1,lngi+1,ti+1)转换为Si+1(Mlati+1,Mlngi+1,ti+1)；
三、根据式(1)计算中间变量C
C＝sin(Mlati)·sin(Mlati+1)·cos(Mlngi-Mlngi+1)+cos(Mlati)·cos(Mlati+1) (1)；
四、根据(2)计算两个定位中标之间的球面距离：
Dis＝R·Arccos(C)·Pi/180 (2)
五、根据式(3)计算出目标的移动速度v：
v＝Dis/(ti+1-ti) (3)；
六、得到目标的移动方向，根据目标的移动方向和移动速度计算出目标的移动轨迹；
步骤六
根据目标的移动轨迹和移动速度计算经过T时刻后目标所处位置；基于移动轨迹，儿童的移动速度乘以定位时间T即可计算出儿童移动的距离，即其经过时间T之后所达到的目的地；
步骤七
判断经过T时刻后目标所处位置是否处于前一次定位时的电子地图围栏中，若是，计算目标与该电子地图围栏边界距离Δd，若Δd＜Dthresh，则仍采用原定位周期T，若Δd＞Dthresh，采用定位周期T'＝T-Δt；若否，采用目标经过T时刻后所处电子地图围栏对应的定位周期；一般地，Dthresh≤电子地图围栏的半径，Δt可根据儿童不同的年龄段来设定，其为一个常数。
测试例
选取六名适龄儿童作为测试目标，年纪均为4岁，且接受的教育背景和生长环境均相同或相似，其中，对比实验0为采用本发明的定位方式，对比试验1至对比试验5为采用现有等距定位方式，为了排除时长对儿童移动的影响，本测试例所有测试目标均为两个小时的移动时间，所采用的定位装置的功耗相同，测试结果如下表所示：
定位装置剩余工作时长 通信流量消耗
对比实验0 5.6h 10M
对比实验1 2.0h 30M
对比实验2 1.8h 32M
对比实验3 2.1h 30M
对比实验4 2.3h 28M
对比实验5 1.9h 30M
由上表可知，本发明与对五组现有技术相比，定位装置的剩余工作时长远大于采用现有技术的定位装置的剩余工作时长，对应的，其通信流量消耗则小于现有技术。
按照上述实施例，便可很好地实现本发明。值得说明的是，基于上述设计原理的前提下，为解决同样的技术问题，即使在本发明所公开的结构基础上做出的一些无实质性的改动或润色，所采用的技术方案的实质仍然与本发明一样，故其也应当在本发明的保护范围内。

Claims (4)

1.一种用于儿童定位服务的自适应定位周期设定方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将电子地图上不同区域对目标的危险程度分别划分为不同安全等级的区域并设置对应的定位周期，且安全等级越高定位周期越长；
(2)在电子地图上为不同区域进行电子地图围栏；
(3)对目标所处位置进行初始定位，确定目标所处的电子地图围栏；
(4)经过目标所处的电子地图围栏对应的定位周期T后，再次对目标进行定位；
(5)根据两次定位结果，估算目标的移动轨迹和移动速度；
(6)根据目标的移动轨迹和移动速度计算经过T时刻后目标所处位置；
(7)判断经过T时刻后目标所处位置是否处于前一次定位时的电子地图围栏中，若是，计算目标与该电子地图围栏边界距离Δd，若Δd＜Dthresh，则仍采用原定位周期T，若Δd＞Dthresh，采用定位周期T'＝T-Δt；若否，采用目标经过T时刻后所处电子地图围栏对应的定位周期；
其中，Dthresh为预设的距离阈值，Δt为常数。
2.根据权利要求1所述的用于儿童定位服务的自适应定位周期设定方法，其特征在于，还包括根据电子地图围栏结果，设定目标处于不同电子地图围栏中的报警频率。
3.根据权利要求1所述的用于儿童定位服务的自适应定位周期设定方法，其特征在于，根据两次定位结果，估算目标的移动轨迹和移动速度的具体方法如下：
(51)设Si(lati,lngi,ti)为第i次定位结果的坐标，Si+1(lati+1,lngi+1,ti+1)为第i+1次定位结果的坐标；
(52)按照0度经线的基准，东经取经度的正值，西经取经度的负值，北纬取90-维度值，南纬取90+维度值，将坐标Si(lati,lngi,ti)转换为Si(Mlati,Mlngi,ti)，将坐标Si+1(lati+1,lngi+1,ti+1)转换为Si+1(Mlati+1,Mlngi+1,ti+1)；
(53)根据式(1)计算中间变量C
C＝sin(Mlati)·sin(Mlati+1)·cos(Mlngi-Mlngi+1)+cos(Mlati)·cos(Mlati+1) (1)
(54)根据(2)计算两个定位中标之间的球面距离：
Dis＝R·Arccos(C)·Pi/180 (2)
(55)根据式(3)计算出目标的移动速度v：
v＝Dis/(ti+1-ti) (3)；
(56)根据两个定位中标的位置关系可以得到目标的移动方向，根据目标的移动方向和移动速度计算出目标的移动轨迹；
其中，lati表示第i次定位的维度，lngi表示第i次定位的经度，ti表示第i次定位的定位时间，lati+1表示第i+1次定位的维度，lngi+1表示第i+1次定位的经度，ti+1表示第i+1次定位的定位时间，R表示地球的平均半径。
4.根据权利要求1所述的用于儿童定位服务的自适应定位周期设定方法，其特征在于，当有家长陪伴时，可将定位周期设置为无穷大。
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