CN104990552A - 基于脚步感知的室内定位系统及定位方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于脚步感知的室内定位系统及定位方法。该系统包括脚步感知装置以及智能终端，脚步感知装置包括加速度传感器、陀螺仪，以及第一通信模块，智能终端包括处理器、第二通信模块和显示屏，并能够加载室内地图。脚步感知装置嵌入在用户的脚部穿戴物中，实时采集用户脚步移动的感知数据，并通过通信模块将感知数据传输至智能终端。智能终端基于收集的感知数据，对用户的移动行为进行感知，基于用户的特殊行为模式估算可能的参考位置。智能终端基于收集的感知数据，对用户的移动方向和移动距离进行估算，计算出用户的移动轨迹，并结合室内地图的拓扑结构和参考位置，将用户移动轨迹确定在室内地图中，实现室内定位机制。
Description
技术领域
本发明涉及一种室内定位系统，尤其涉及一种基于脚步感知的室内定位系统及定位方法。
背景技术
室内定位是指在室内环境中实现位置定位，主要采用无线通讯、基站定位、惯导定位等多种技术集成形成一套室内位置定位体系，从而实现人员、物体等在室内空间中的位置监控。
随着室内定位技术、可穿戴计算、嵌入式传感器芯片的发展，基于嵌入式传感器模块和智能终端的新型应用模式备受关注。借助于嵌入式传感器模块，实时监测用户的运动行为，再配合智能终端进行数据处理分析，应当是可以达到室内定位用户的目的。因此，如何能够将上述技术有效地结合并应用于室内定位领域成为业界技术人员日益关心、研究的课题。
发明内容
针对于上述技术问题，本发明所要解决的技术问题是提供一种基于脚步感知的室内定位系统及定位方法，该系统及方法可以通过用户的行为轨迹和参考位置，精确定位用户所在位置。
本发明所述的一种基于脚步感知的室内定位系统，包括脚步感知装置以及智能终端，其中：
脚步感知装置，其包括至少由加速度计和陀螺仪组成的传感器模块，与传感器模块相连的第一通信模块；脚步感知装置被嵌入于用户的脚部穿戴物中，实时采集用户脚步移动的感知数据，并通过第一通信模块将感知数据传输至智能终端进行处理。加速度传感器实时采集用户脚部运动的加速度，陀螺仪传感器实时采集用户脚部运动的角速度。
智能终端，包括相互连接的第二通信模块、处理器和显示屏，第二通信模块接收第一通信模块的感知数据，传输给处理器，处理器加载有室内地图并负责处理接收到的感知数据，之后将处理好的位置信息通过显示屏与用户交互。
所述第一及第二通信模块是蓝牙模块，由蓝牙通信模块实时将采集到的感知数据发送给智能终端。
本发明还提供了一种基于脚步感知的室内定位方法，其包括如下步骤：
1) 用户双脚穿着嵌入脚步感知装置的穿戴物；
2) 智能终端上的处理器加载室内地图；
3) 智能终端的第二通信模块与脚步感知装置的第一通信模块进行配对；
4) 嵌入脚步感知装置中的传感器模块通过加速度计和陀螺仪采集用户脚部的传感器数据；
5) 脚步感知装置的第一通信模块将采集到的传感器数据发送给智能终端的第二通信模块；
6) 智能终端的处理器通过收集到的感知数据，估算出用户的运动轨迹；
7) 智能终端的处理器通过收集到的感知数据，估算出用户的行为模式，结合加载的室内地图，估算出用户所在的参考位置；
8）智能终端结合估算出的运动轨迹和参考位置，估算出用户的位置，并通过显示屏显示。
上述步骤2）中加载的室内地图中标注基本建筑布局，包括电梯、楼梯的位置信息。
上述步骤6）中用户的运动轨迹包括用户的行走距离与行走方向。
所述行走距离的估算是通过加速度数据和陀螺仪数据，还原用户行走时的脚步运动轨迹，以每一步为单位，结合陀螺仪数据，分析加速度数据，将用户脚部腾空向前移动部分的加速度对于时间进行二重积分，测算用户每一步的行走距离，累加得到用户的行走距离，并通过双脚各自测算的行走距离进行相互校正。
所述行走方向的估算是通过加速度数据和陀螺仪数据，还原用户行走时的脚步运动轨迹，以每一步为单位，结合加速度数据，分析陀螺仪数据，估算用户的行走方向。
本发明通过可嵌入式传感器模块监测用户脚部的运动情况，采集加速度计，陀螺仪数据；通过蓝牙或者其他近距离无线通讯方式发送给用户所持有的智能终端。智能终端加载室内地图，并处理接收到的传感器数据；通过加速度和陀螺仪数据，估算用户走路的距离和方向，结合成为用户的行为轨迹；通过加速度，陀螺仪数据，将用户的行为模式进行归类，结合室内地图，在室内地图中计算出参考位置。通过用户的行为轨迹和参考位置，精确定位用户所在位置。
本发明使用嵌入式的传感器模块来监测用户行走轨迹，相对于无线通讯定位技术，更加轻量级，易部署，成本更加低廉。采用智能终端作为交互终端，高效处理采集到的传感器数据，并以友好的方式与用户进行交互。相比于基于无线通信的室内定位系统，易部署，成本更加低廉，以一种轻量级的方式将用户在室内环境的行为轨迹记录并显示个用户，具体表现为：
1. 容易部署：不需要WIFI、蓝牙节点等通讯设备的提前部署，仅仅依靠用户佩戴嵌有传感器模块的穿戴物和用户持有的智能终端，就可以完成对于用户的室内追踪定位。
2. 成本低廉：不需要部署高成本的WIFI、蓝牙节点等通讯设备，只需要被广泛用户持有的智能终端和成本低廉的传感器模块，就可以完成对于用户的室内追踪定位。
附图说明
图1绘示本发明系统的场景结构图。
图2绘示本发明基于脚步感知的室内定位系统的数据流图。
图3绘示本发明系统的工作原理图。
具体实施方式
为了便于本领域技术人员的理解，下面结合实施例与附图对本发明作进一步的说明，实施方式提及的内容并非对本发明的限定。
参照图1所示，本发明的一种基于脚步感知的室内定位系统，主要包括脚步感知装置和智能终端，二者通过蓝牙进行数据交互。该脚步感知装置上搭载嵌入加速度计，陀螺仪的传感器模块和蓝牙通讯模块。该智能终端搭载室内地图，接收来自传感器模块的传感器数据，通过进行分析处理，定位用户位置并与用户友好的交互。
上述的室内定位系统主要包括如下：
脚步感知装置，其被嵌入于用户的脚部穿戴物中，实时采集用户脚步移动的感知数据，并通过第一通讯模块（蓝牙模块）将感知数据传输至智能终端进行处理。
智能终端，包括第二通讯模块（蓝牙模块）、处理器和显示屏，并能够加载室内地图，由处理器负责处理接收到的感知数据，并且提供图形用户界面与用户交互。
参照图2所示，该系统具体工程过程为：
1) 用户双脚穿着嵌入脚步感知装置的穿戴物；
2) 智能终端上的处理器加载室内地图；
3) 智能终端的第二通信模块与脚步感知装置的第一通信模块进行配对；
4) 嵌入脚步感知装置中的传感器模块通过加速度计和陀螺仪采集用户脚部的传感器数据；
5) 脚步感知装置的第一通信模块将采集到的传感器数据发送给智能终端的第二通信模块；
6) 智能终端的处理器通过收集到的感知数据，估算出用户的运动轨迹；
7) 智能终端的处理器通过收集到的感知数据，估算出用户的行为模式，结合加载的室内地图，估算出用户所在的参考位置；
8）智能终端结合估算出的运动轨迹和参考位置，估算出用户的位置，并通过显示屏显示。
参照图3所示，其为定位系统的工作原理图，其中，通过加速度计和陀螺仪数据进行用户的行为分类。
当用户在走路时，以每一步为单位，计算用户的行走距离和行走方向，结合成为用户的行走路线。
当用户在上下楼梯或是乘坐电梯时，在室内地图中寻找楼梯或电梯的位置，作为参考位置。
结合行走路线与参考地点，在室内地图中根据参考地点确定用户行走路线的确切位置，从而完成用户的精确定位。
本发明具体应用途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种基于脚步感知的室内定位系统，其特征在于，该系统包括脚步感知装置以及智能终端，其中：
脚步感知装置，其包括至少由加速度计和陀螺仪组成的传感器模块，与传感器模块相连的第一通信模块；脚步感知装置被嵌入于用户的脚部穿戴物中，实时采集用户脚步移动的感知数据，并通过第一通信模块将感知数据传输至智能终端进行处理；
智能终端，包括相互连接的第二通信模块、处理器和显示屏，第二通信模块接收第一通信模块的感知数据，传输给处理器，处理器加载有室内地图并负责处理接收到的感知数据，之后将处理好的位置信息通过显示屏与用户交互。
2.根据权利要求1所述的基于脚步感知的室内定位系统，其特征在于，所述第一及第二通信模块是蓝牙模块。
3.一种基于脚步感知的室内定位方法，其特征在于包括如下步骤：
1) 用户双脚穿着嵌入脚步感知装置的穿戴物；
2) 智能终端上的处理器加载室内地图；
3) 智能终端的第二通信模块与脚步感知装置的第一通信模块进行配对；
4) 嵌入脚步感知装置中的传感器模块通过加速度计和陀螺仪采集用户脚部的传感器数据；
5) 脚步感知装置的第一通信模块将采集到的传感器数据发送给智能终端的第二通信模块；
6) 智能终端的处理器通过收集到的感知数据，估算出用户的运动轨迹；
7) 智能终端的处理器通过收集到的感知数据，估算出用户的行为模式，结合加载的室内地图，估算出用户所在的参考位置；
8）智能终端结合估算出的运动轨迹和参考位置，估算出用户的位置，并通过显示屏显示。
4.根据权利要求3所述的基于脚步感知的室内定位方法，其特征在于，步骤2）中加载的室内地图中标注基本建筑布局，包括电梯、楼梯的位置信息。
5.根据权利要求3或4所述的基于脚步感知的室内定位方法，其特征在于，步骤6）中用户的运动轨迹包括用户的行走距离与行走方向。
6.根据权利要求5所述的所述的基于脚步感知的室内定位方法，其特征在于，所述行走距离的估算是通过加速度数据和陀螺仪数据，还原用户行走时的脚步运动轨迹，以每一步为单位，结合陀螺仪数据，分析加速度数据，将用户脚部腾空向前移动部分的加速度对于时间进行二重积分，测算用户每一步的行走距离，累加得到用户的行走距离，并通过双脚各自测算的行走距离进行相互校正。
7.根据权利要求5所述的所述的基于脚步感知的室内定位方法，其特征在于，所述行走方向的估算是通过加速度数据和陀螺仪数据，还原用户行走时的脚步运动轨迹，以每一步为单位，结合加速度数据，分析陀螺仪数据，估算用户的行走方向。
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