CN106501825A - 一种自动调整gps采样频率的方法与装置以及可穿戴设备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种自动调整GPS采样频率的方法与装置，所述方法包括：采集步骤，用于通过加速度传感器采集与用户所处状态相应的加速度数据；判断步骤，用于根据采集的加速度数据判断用户是否开始运动和运动状态；以及调整步骤，用于根据用户运动状态调整GPS采样频率。按照本发明实施例的自动调整GPS采样频率的方法与装置以及包括该装置的可穿戴设备，能够根据用户运动状态自动调整GPS采样频率，以及自动开关GPS，从而降低功耗，延长续航时间。

Description

一种自动调整GPS采样频率的方法与装置以及可穿戴设备
技术领域
本发明涉及一种自动调整GPS采样频率的方法与装置，特别是涉及一种根据用户运动状态自动调整GPS采样频率的方法与装置以及包括该装置的可穿戴设备。
背景技术
目前广泛使用的GPS芯片的功耗比较大，在定位完成后的连续追踪模式下电流也可达十几毫安，即使在采样频率为1Hz的省电模式下电流也在几个毫安。所以对于电池容量较小的设备，使用固定采样频率的GPS芯片会造成续航时间短的问题。
另外，在用户使用GPS过程中，若中途出现静止的情况，现有技术不会将GPS关闭来减少功耗，因为若GPS关闭后，现有方案不知何时再自动开启GPS。而且，现有技术不能根据用户的运动状态变化自动开启GPS，所以当用户在跑步或骑车时，如果忘记开启GPS，那么本次运动的轨迹无法记录。
因此，需要有一种自动调整GPS采样频率的方法与装置，能够根据用户运动状态调整GPS采样频率，以及自动开关GPS，从而降低功耗，延长续航时间。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术存在的缺陷，提供一种可根据用户运动状态自动调整GPS采样频率的方法与装置以及包括该装置的可穿戴设备。为了实现这一目的，本发明所采取的技术方案如下：
按照本发明实施例的第一方面，提供一种自动调整GPS采样频率的方法，所述方法包括：采集步骤，用于通过加速度传感器采集与用户所处状态相应的加速度数据；判断步骤，用于根据采集的加速度数据判断用户是否开始运动和运动状态；以及调整步骤，用于根据用户运动状态调整GPS采样频率。
按照再一个实施例，所述的自动调整GPS采样频率的方法还包括关闭步骤，用于在判定用户状态为静止并且累计的静止时段数达到预定的静止时段数阈值时，关闭GPS采样。
按照一个实施例，所述判断步骤进一步包括：将以预定频率采集的预定时间段的各三轴加速度数据分别平方和后再开平方,从而合并为一维加速度数据，并形成加速度与时间图形；计算预定时间段波形中的每个波峰与上个波峰之间的波形时间间隔，以及计算每个波峰与最近一个波谷之间的加速度的差值得到波形幅值；如果计算的波形幅值大于预定的迈步波形幅值阈值，且计算的波形时间间隔处于预定的迈步时间间隔范围，则迈步波形数加1；否则，如果计算的波形幅值大于预定的骑车波形幅值阈值，则骑车波形数加1；当预定时间段波形内有波形的时间间隔大于1秒或2秒内无波形产生时，则置起静止标志位Flag_S＝1，判定该预定时间段为静止，并将静止时段数Time_S加1；当预定时间段波形中的骑车波形数达到预定骑车波形数阈值时，则置起骑车标志位Flag_B＝1，判定该预定时间段为骑车，并将骑车时段数Time_B加1；当累加的迈步波形数达到预定的迈步波形数阈值时，则置起迈步标志位Flag_W＝1，判定该预定时间段为迈步，并将迈步时段数Time_W加1；以及当静止时段数、骑车时段数或迈步时段数超过预定时段数阈值时，则判定用户运动状态为静止、骑车或迈步，并清零所有时段数数据；否则，重新获取数据并重复上述过程。
按照又一个实施例，优选的是，在置起静止标志位或骑车标志位时，清零其他标志位和迈步波形数；在置起迈步标志位，清零其他标志位。
按照另一个实施例，如果判定用户运动状态为骑车，则开启GPS并在所述调整步骤中将GPS采样频率调整为预定的骑车采样频率。
按照再又一个实施例，优选的是，如果判定用户运动状态为迈步，则开启GPS并在所述调整步骤中根据累计的迈步时段内产生的迈步波形的时间间隔取均值而得到的平均时间间隔大小，相应调低或调高GPS采样频率。
按照其他一个实施例，优选的是，根据所述平均时间间隔处在以250ms、320ms、420ms、500ms和1000ms为端点的不同区间，而将GPS采样频率分别调整为0.25Hz、0.17Hz、0.125Hz、或0.1Hz。
按照本发明实施例的第二方面，提供一种自动调整GPS采样频率的装置，包括：采集模块，用于采集与用户所处状态相应的加速度数据；判断模块，用于根据采集的加速度数据判断用户是否开始运动和运动状态；以及调整模块，用于根据用户运动状态调整GPS采样频率。
按照再一个实施例，所述的自动调整GPS采样频率的装置还包括关闭模块，用于在判定用户状态为静止并且累计的静止时段数达到预定的静止时段数阈值时，关闭GPS采样。
按照本发明实施例的第三方面，提供一种可穿戴设备，包括按照本发明实施例的第二方面所述的自动调整GPS采样频率的装置。
按照本发明实施例的自动调整GPS采样频率的方法与装置以及包括该装置的可穿戴设备，能够根据用户运动状态自动调整GPS采样频率，以及自动开关GPS，从而降低功耗，延长续航时间。
下面将结合附图并通过实施例对本发明进行具体说明，其中相同或基本相同的部件采用相同的附图标记指示。
附图说明
图1是按照本发明一个实施例的自动调整GPS采样频率的方法的示意性流程图；
图2为用户运动(例如步行)时的一段时间内采集的加速度值合并为一维数据后形成的加速度-时间关系图形；
图3为用户骑车时的一段时间内采集的加速度值合并为一维数据后形成的加速度-时间关系图形；
图4是按照一个实例的自动调整GPS采样频率的方法的示意性流程图；
图5是按照本发明一个实施例的自动调整GPS采样频率的装置的示意性结构框图。
具体实施方式
按照本发明一个实施例，提供一种根据用户当前运动状态自动调整GPS的采样频率及自动开关GPS的方法。如图1所示，是按照一个实施例的自动调整GPS采样频率的方法的示意性流程图，所述方法主要包括：采集步骤100，判断步骤102，以及调整步骤104。在另一个实施例中，还可包括关闭步骤106。
其中采集步骤100用于通过加速度传感器采集与用户所处状态相应的加速度数据。例如，在一个实施例中，设备通过三轴加速度传感器以频率S(例如S＝25Hz，即T＝1/S＝40ms)的采样频率采集用户手腕上的三轴加速度数据。
判断步骤102用于根据采集的加速度数据判断用户是否开始运动以及运动状态。在判断步骤102中，将以预定频率采集的预定时间段的各三轴加速度数据分别平方和后再开平方,用公式表示即为(其中x,y,z表示三轴加速度数据)，从而合并为一维加速度数据，由此可形成加速度与时间图形，如图2所示，为约6秒的数据。然后，以每次按预定时间段进行计算，例如在一个实施例中以每50个点(即预定时间段为2秒)进行计算(当然，在其他实施例中不排除采用2秒左右或者其他时间段)，计算出50点数据(即预定时间段为2秒的波形)中出现的所有的波峰与波谷。每个波峰与上一个波峰(如图2中的C、A两点)间经过的采样点数乘以采样时间即为时间间隔；当前波峰与最近一个波谷(如图2中的C、B两点)的加速度采样值的差值为波形的幅值，幅值的大小反应的是用户运动时产生的加速度变化大小，当传感器的量程是±2g(g＝9.8m/s2)且分辨率是8bit时，幅值每变化1代表加速度变化了约0.15m/s2(即最小量程是19.6-(-19.6)/256约等于0.15m/s2)。手腕上的设备能采集人运动时垂直方向上的加速度变化。每计算出一个波峰时则认为产生了一个波形，并计算其时间间隔及幅值，计算完2秒内的所有数据后可得到若干波形。
对计算出的若干波形一一进行类型的判断。因为骑车振动的无规律，如图3所示是一段时间内骑车时得到的数据，骑车振动也有可能产生迈步时的波形且迈步波形的阈值要求较骑车波形的阈值严格，故先进行迈步波形的判断再进行骑车波形的判断。骑车波形与迈步波形互斥，一个波形判断为迈步波形时不再进行是否为骑车波形的判断。由大量的测量数据中得出人迈步时最小加速度幅值约为1.5m/s2(即按照一个实施例的预定的迈步波形幅值阈值)，且迈步频率在1Hz～4Hz(也就是250ms～1000ms，即按照一个实施例的预定的迈步时间间隔范围)，当波形的时间间隔及幅值符合这两个条件时认为是迈步波形，所以迈步波形数加1(Num_W+1)。因为骑车振动无规律，所以当波形的幅值超过0.45m/s2(在测试数据中得出的经验值)时可认为是骑车波形，则骑车波形数加1(Num_B+1)。当2秒内产生的若干波形都一一进行类型判断后，则进行类型波形数的阈值判断。
因为人的迈步频率在1Hz～4Hz(即250ms～1000ms)的范围内，且骑车时的振动频率大于1Hz，所以在计算出的若干波形内有波形的时间间隔大于1秒或2秒内无波形产生时，则置起静止标志位(Flag_S＝1)，清零骑车标志位(Flag_B＝0)，清零迈步标志位(Flag_W＝0)，以及清零迈步波形数(Num_W＝0)。
因为骑车时的振动可能产生迈步波形且上面是优先进行迈步波形的判断，在这种情况下如果骑车波形数的阈值也满足则是骑车的可能性更大，所以类型波形数阈值判断时先进行骑车波形数的阈值判断。判断2秒内骑车波形数(因为每2秒清除一次，所以此数是2秒内产生的)是否大于预定骑车波形数阈值(例如在一个实施例中预定骑车波形数阈值设定为5，此值是经验值)，如是则置起骑车标志位(Flag_B＝1)且清零静止标志位(Flag_S＝0)、清零迈步标志位(Flag_W＝0)、清零迈步波形数(Num_W＝0)；否则，判断累加的迈步波形数(因为是从清零后累加的，所以此数不一定完全在2秒内产生)是否大于预定迈步波形数阈值(例如在一个实施例中预定迈步波形数阈值设定为10，此值是经验值)，如是则置起迈步标志位(Flag_W＝1)且清零静止标志位(Flag_S＝0)、清零骑车标志位(Flag_B＝0)。
如果静止标志位Flag_S为1，则认为这2秒是静止，将静止时段数Time_S加1；如果骑车标志位Flag_B为1，则认为这2秒是骑车，将骑车时段数Time_B加1；如果迈步标志位(Flag_W)为1，则认为这2秒是迈步，将迈步时段数Time_W加1。
考虑到误判断及避免频繁切换等因素，故对GPS模块的操作都要对应的运动状态类型时段数超过预定时段数阈值。例如静止时段数Time_S大于预定时段数阈值15，则判定用户运动状态为静止，并清零所有时段数(即Time_S,Time_B,Time_W)。此阈值的取值考虑到三点：一是用户一些短时间的静止如等待红绿灯等情况；二是开关GPS的耗电及可节省的电量，因为GPS定位成功后在关闭后再次开启时处于热启动模式，在约几秒(视信号情况，信号差的情况下，即使不是重启GPS的情况下，GPS丢失定位时也会自动重新定位)内即可成功重新定位，如果GPS工作在1Hz情况下，定位时电流约达20mA，而低功耗模式是4mA，所以GPS关闭后用户静止的时间约5倍于重开GPS时的定位时间即可达到省电的目的；三是当一个用户静止的时间越长时，继续静止的几率越大。综上考虑后的静止时段数阈值设定为15。或者，如果骑车时段数Time_B大于预定时段数阈值15，则判定用户运动状态为骑车，并清零所有时段数(即Time_S,Time_B,Time_W)。再或者，如果迈步时段数Time_W大于预定时段数阈值15，则判定用户运动状态为迈步，并清零所有时段数(即Time_S,Time_B,Time_W)。因为骑车振动的无规律在2秒内就可以产生超过阈值5的波形数，为解决骑车波形数满足阈值后用户由骑车转为迈步时识别不出迈步状态的问题，骑车波形数每2秒清空。于是，可重新获取数据，并重复上述判断过程。
调整步骤104用于根据确定的用户运动状态调整GPS采样频率。在判定用户运动状态为骑车时，如果GPS模块关闭则重新开启，如果用户在设备上设置有运动时自动开启GPS则开启GPS功能，或者如果是由迈步状态切换至骑车状态，则调整GPS模块的采样率为预定的骑车采样频率。在一个实施例中，考虑到骑车时速度均较快的原因，故将骑车的采样频率都设置为0.75Hz。当然，在其他实施例中，不排除可将预定的骑车采样频率设定为0.75Hz左右或其他值。其中用户开始使用GPS时，一般给定的用于定位时使用的默认采样频率SRD为1Hz。
在判定用户运动状态为迈步时，如果GPS模块关闭则重新开启，否则如果用户在设备上设置有运动时自动开启GPS则开启GPS功能，并根据当前迈步状态的平均时间间隔大小，来调低或者调高GPS采样率。用户在迈步状态下，根据平均时间间隔Im来调整GPS采样频率，平均时间间隔由过去累计的迈步时间段例如30秒内产生的迈步波形的时间间隔取均值得到。当用户的移动速度越快时平均时间间隔Im减少，速度慢时则相反，故可据此动态调整GPS采样频率达到降低功耗的目的。在一个实施例中，GPS采样频率的调节可使用阈值来判断，如下所示：
其中SRwrn是GPS的采样频率，ThrSRIn是平均时间间隔的各种阈值。当平均时间间隔在不同区间时，可将GPS的采样频率调整为不同的值，这些区间及采样频率值是大量测试后得出的经验值。例如，在一个实施例中，通过实验测试采用如下阈值作为区间端点较为适当，在250ms～1000ms之间将平均时间间隔阈值设定为下述四个区间档，即ThrSRI1＝1000ms，ThrSRI2＝500ms，ThrSRI3＝420ms，ThrSRI4＝320ms，以及250ms；相应地，把采样频率分成四级，即SRwr1＝0.1Hz，SRwr2＝0.125Hz，SRwr3＝0.17Hz，SRwr4＝0.25Hz。条件判断时由公式下至上判断，即按SRwrn→SRwr(n-1)→...→SRwr2→SRwr1这个顺序判断。
关闭步骤106用于在判定用户状态为静止并且累计的静止时段数达到预定的静止时段数阈值时，关闭GPS采样并清零所有时段数(即Time_S,Time_B,Time_W)。设备关闭GPS功能，减少功耗。
如图4所示，是按照一个实例的自动调整GPS采样频率的方法的示意性流程图。在框400流程开始后，进入框402采集预定时间段为2秒的数据，并将其进行合并；然后，在框404计算出合并的数据所有的波形及其幅值和时间间隔，其中N代表计算出的若干波形个数；接着，在框406判断波形个数是否为零(即N＝0？)或者N个波形内是否有一个波形的时间间隔大于1秒，如果是则跳至框428，否则转到框408；在框408判断波形个数(N)是否为0？是则跳至框420，否则跳至框410。
在框410中，判断第N个波形是否为迈步波形，是则跳至框412，否则跳至框414；进入框412后，给迈步波形数(Num_W)加1；在框414判断第N个波形是否为骑车波形，是则跳至框416，否则跳至框418；进入框416后，给骑车波形数(Num_B)加1；在框418，波形个数(N)减1。随后，在进入框408。
进入框420后，判断骑车波形数(Num_B)是否大于5？是则跳至框422，否则跳至框424；在框422，置起骑车标志位(Flag_B＝1),清零静止标志位(Flag_S＝0)和迈步标志位(Flag_W＝0),清零迈步波形数(Num_W＝0)；进入框424，判断迈步波形数(Num_W)是否大于10？是则跳至框426，否则跳至框430；在框426，置起迈步标志位(Flag_W＝1),清零静止标志位(Flag_S＝0)和骑车标志位(Flag_B＝0)；或者，在框428置起静止标志位(Flag_S＝1),清零骑车标志位(Flag_B＝0)和迈步标志位(Flag_W＝0),清零迈步波形数(Num_W＝0)；随后，进入框430，判断静止标志位(Flag_S)是否为1？是则跳至框436，否则跳至框432；在框432判断骑车标志位(Flag_B)是否为1？是则跳至框438，否则跳至框434；在框434判断迈步标志位(Flag_W)是否为1？是则跳至框440，否则跳至框454。
在框436，静止时段数(Time_S)加1；在框438，骑车时段数(Time_B)加1；在框440，迈步时段数(Time_W)加1；随后，进入框442，判断静止时段数(Time_S)是否大于15？是则跳至框448，否则跳至框444；在框444，判断骑车时段数(Time_B)是否大于15？是则跳至框450，否则跳至框446；在框446，判断迈步时段数(Time_W)是否大于15？是则跳至框452，否则跳至框454。
在框448，认为用户静止，关闭GPS模块，清零所有时段数(Time_S,Time_B,Time_W)；在框450，认为用户骑车，如果GPS处于关闭状态或者用户已设置自动开启，则开启GPS功能并切换采样率，清零所有时段数(Time_S,Time_B,Time_W)；在框452，认为用户迈步，如果GPS处于关闭状态或者用户已设置自动开启，则开启GPS功能并切换采样率，清零所有时段数(Time_S,Time_B,Time_W)。最后，进入框454，清零骑车波形数(Num_B＝0)。
如图5所示，是按照本发明一个实施例的自动调整GPS采样频率的装置500的示意性结构框图，主要包括：采集模块502，判断模块504，以及调整模块506；在另一个实施例中，还可包括关闭模块508。这些模块可以通过软件、硬件、固件或者其组合来实现。其中：
-采集模块502用于执行步骤100，利用加速度传感器采集与用户所处状态相应的加速度数据；
-判断模块504用于执行步骤102，根据采集的加速度数据判断用户是否开始运动以及运动状态；
-调整模块506用于执行步骤104，根据用户运动状态调整GPS采样频率；以及
-关闭模块508用于执行步骤106，在判定用户状态为静止并且累计的静止时段数达到预定的静止时段数阈值时，关闭GPS采样。
按照上述实施例的自动调整GPS采样频率的装置500可实现在各种可穿戴设备中，例如智能手环、手表等等，并且可与可穿戴设备中的处理器、加速度传感器、GPS模块等等结合来实现。
以上通过具体的实施例对本发明进行了说明，但本发明并不限于这些具体的实施例。本领域技术人员应该明白，还可以对本发明做各种修改、等同替换、变化等等，例如将上述实施例中的一个步骤或模块分为两个或更多个步骤或模块来实现，或者相反，将上述实施例中的两个或更多个步骤或模块的功能放在一个步骤或模块中来实现。但是，这些变换只要未背离本发明的精神，都应在本发明的保护范围之内。另外，本申请说明书和权利要求书所使用的一些术语并不是限制，仅仅是为了便于描述。此外，以上多处所述的“一个实施例”、“另一个实施例”等等表示不同的实施例，当然也可以将其全部或部分结合在一个实施例中。

Claims (10)

1.一种自动调整GPS采样频率的方法，其特征在于，所述方法包括：
采集步骤，用于通过加速度传感器采集与用户所处状态相应的加速度数据；
判断步骤，用于根据采集的加速度数据判断用户是否开始运动和运动状态；以及
调整步骤，用于根据用户运动状态调整GPS采样频率。
2.如权利要求1所述的自动调整GPS采样频率的方法，其特征在于，还包括：
关闭步骤，用于在判定用户状态为静止并且累计的静止时段数达到预定的静止时段数阈值时，关闭GPS采样。
3.如权利要求1或2所述的自动调整GPS采样频率的方法，其特征在于，所述判断步骤进一步包括：
将以预定频率采集的预定时间段的各三轴加速度数据分别平方和后再开平方,从而合并为一维加速度数据，并形成加速度与时间图形；
计算预定时间段波形中的每个波峰与上个波峰之间的波形时间间隔，以及计算每个波峰与最近一个波谷之间的加速度的差值得到波形幅值；
如果计算的波形幅值大于预定的迈步波形幅值阈值，且计算的波形时间间隔处于预定的迈步时间间隔范围，则迈步波形数加1；否则，如果计算的波形幅值大于预定的骑车波形幅值阈值，则骑车波形数加1；
当预定时间段波形内有波形的时间间隔大于1秒或2秒内无波形产生时，则置起静止标志位Flag_S=1，判定该预定时间段为静止，并将静止时段数Time_S加1；当预定时间段波形中的骑车波形数达到预定骑车波形数阈值时，则置起骑车标志位Flag_B=1，判定该预定时间段为骑车，并将骑车时段数Time_B加1；当累加的迈步波形数达到预定的迈步波形数阈值时，则置起迈步标志位Flag_W=1，判定该预定时间段为迈步，并将迈步时段数Time_W加1；以及
当静止时段数、骑车时段数或迈步时段数超过预定时段数阈值时，则判定用户运动状态为静止、骑车或迈步，并清零所有时段数数据；否则，重新获取数据并重复上述过程。
4.如权利要求3所述的自动调整GPS采样频率的方法，其特征在于：在置起静止标志位或骑车标志位时，清零其他标志位和迈步波形数；在置起迈步标志位时，清零其他标志位。
5.如权利要求3所述的自动调整GPS采样频率的方法，其特征在于：如果判定用户运动状态为骑车，则开启GPS并在所述调整步骤中将GPS采样频率调整为预定的骑车采样频率。
6.如权利要求3所述的自动调整GPS采样频率的方法，其特征在于：如果判定用户运动状态为迈步，则开启GPS并在所述调整步骤中根据累计的迈步时段内产生的迈步波形的时间间隔取均值而得到的平均时间间隔大小，相应调低或调高GPS采样频率。
7.如权利要求6所述的自动调整GPS采样频率的方法，其特征在于： 根据所述平均时间间隔处在以250ms、320ms、420ms、500ms和1000ms为端点的不同区间，而将GPS采样频率分别调整为0.25Hz、0.17Hz、0.125Hz、或0.1Hz。
8.一种自动调整GPS采样频率的装置，其特征在于，包括：
采集模块，用于采集与用户所处状态相应的加速度数据；
判断模块，用于根据采集的加速度数据判断用户是否开始运动和运动状态；以及
调整模块，用于根据用户运动状态调整GPS采样频率。
9.如权利要求8所述的自动调整GPS采样频率的装置，其特征在于，还包括：
关闭模块，用于在判定用户状态为静止并且累计的静止时段数达到预定的静止时段数阈值时，关闭GPS采样。
10.一种可穿戴设备，其特征在于：包括权利要求8或9所述的自动调整GPS采样频率的装置。
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