CN107582062A - 一种室内人体运动轨迹及姿态采集呈现方法和装置 - Google Patents

一种室内人体运动轨迹及姿态采集呈现方法和装置 Download PDF

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王计斌
许科奎
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Abstract

本发明公开一种室内人体运动轨迹及姿态采集呈现方法和装置，该方法包括以下步骤：(1)将三轴陀螺仪、三轴加速度计、三轴地磁计组合构成的九轴传感器固定在人体的左右脚面、大腿和小腿上；(2)采集计算出运动系数R；(3)选择起始位置,根据运动系数R，九轴传感器按时间频率采集，输出自有空间向量X、Y和Z；(4)根据时间按照室内图纸的固有空间向量输出室内人体运动轨迹及动作姿态；(5)根据时间按照室内图纸的固有空间向量回放室内人体运动轨迹及动作姿态。可广泛用于安全、医疗、通信等领域，用于判断和回溯室内人员的位置、运动轨迹及动作姿态，为室内人员的安全、医疗和通信数据采集提供可靠的数据支撑。

Description

一种室内人体运动轨迹及姿态采集呈现方法和装置
技术领域
本发明属于安全、医疗、通信技术领域，尤其是涉及一种基于九轴传感器的室内人体运动轨迹及姿态采集呈现方法和装置。
背景技术
在安全、医疗、通信等领域，对精确的室内人员的位置、运动轨迹及动作姿态，一直没有很好的解决方案。现在最先进的解决方案是通过在室内部署有源的定位天线，通过人身上的定位标签来精确采集室内人员的位置和轨迹。但是此方案有如下缺陷：
(1)需要在室内部署有源的定位天线，单楼部署复杂，而且成本大；
(2)全国范围内，楼宇数量大，全部部署不现实；
(3)有源定位天线+定位标签，只采集定位和轨迹，无法采集人体运动动作姿态。
以上弊端，造成在安全、医疗、通信等领域，在大规模全面采集、回放和分析室内人员的位置、运动轨迹和动作数据方面有较大的技术瓶颈。
发明内容
本发明要解决的问题是提供一种用于判断和回溯室内人员的位置、运动轨迹及动作姿态，为室内人员的安全、医疗和通信数据采集提供可靠的数据支撑的基于九轴传感器的室内人体运动轨迹及姿态采集呈现方法。
为解决上述技术问题，本发明采用的方案是：该室内人体运动轨迹及姿态采集呈现方法，包括以下步骤：
(1)将三轴陀螺仪、三轴加速度计、三轴地磁计组合构成的九轴传感器固定在人体的左右脚面、大腿和小腿上；
(2)根据人体小距离运动,采集计算出运动系数R；
(3)选择起始位置,根据所述步骤(2)中得到的运动系数R，九轴传感器按时间频率采集，输出自有空间向量X、Y和Z；
(4)根据时间按照室内图纸的固有空间向量输出室内人体运动轨迹及动作姿态；
(5)根据时间按照室内图纸的固有空间向量回放室内人体运动轨迹及动作姿态。
与现有技术相比，上述技术方案可广泛用于安全、医疗、通信等领域，用于判断和回溯室内人员的位置、运动轨迹及动作姿态，为室内人员的安全、医疗和通信数据采集提供可靠的数据支撑。
对于运动系数R，首先需要明确的是九轴传感器按照时间输出的X、Y和Z轴不是距离，而是一个变化量。比如第一个点我们记录为0点，经过行走运动，我们采集了99个值，走了10米，输出的值是：
0点：X0＝1.0768，Y0＝1.0768，Z0＝0.0768；99点：X99＝3.0768，Y99＝4.0768，Z99＝2.0768；
则运动系数R的计算公式：
一般是R值采集时，行走距离要超过5米，如果继续行走，走了输出到了9999值：X9999＝378.0738，Y9999＝245.0938，Z9999＝171.0869；
那实际走的距离为抬腿、跳跃等动作姿态，是根据X、Y、Z的变化量计算来展现出来的。
优选的，在所述步骤(1)中，固定在人体的左右脚面、大腿和小腿上的九轴传感器的传感器序号是唯一的；若固定错误，校正重置。
右大腿、左大腿、右小腿、右小腿、右脚面、左脚面均按顺序将传感器通过绑带、黏贴或裤子内置等方法固定好，传感器序号是唯一的，进一步提高了数据的准确性，
优选的，在所述步骤(1)中，确认固定在人体的左右脚面、大腿和小腿上的九轴传感器是否与动作姿态匹配；如不匹配情况下，校正匹配。
可通过人体小幅度动作姿态，确认九轴传感器与人体动作姿态是否匹配，主要判断传感器有没有固定错位。
优选的，在所述步骤(3)中，选择起始采集位置是基于固有空间向量，手动选择,起始采集位置选择室内或室外。
优选的，在所述步骤(3)中，在采集过程中，自动判断输出的自有空间向量X、Y和Z是否有较大偏差，如有较大偏差，校正九轴传感器。
确保采集数据的准确性，使得能够根据时间按照室内图纸的固有空间向量准确的输出室内人体运动轨迹及动作姿态。
优选的，在所述步骤(3)中，校正九轴传感器后，继续根据运动系数R，九轴传感器按时间频率实时采集输出自有空间向量X、Y和Z；所述步骤(4)完成后，采集结束，并上传数据结束,根据时间按照室内图纸的固有空间向量回放室内人体运动轨迹及动作姿态。
本发明要解决的另一个问题是，提供一种基于九轴传感器的室内人体运动轨迹及姿态采集呈现装置，该装置包括有九轴传感器，所述九轴传感器由三轴陀螺仪、三轴加速度计、三轴地磁计组合构成；所述九轴传感器与智能客户端通信连接，所述智能客户端包括有动作姿态匹配模块，用于确认传感器是否与动作姿态匹配，所述动作姿态匹配模块与所述智能客户端的指令模块相连接，所述智能客户端还包括有与所述指令模块相连接的空间向量偏差判断模块，用于自动判断输出的自有空间向量X、Y和Z是否有较大偏差，所述智能客户端还设置有输出模块，用于根据时间按照室内图纸的固有空间向量输出室内人体运动轨迹及动作姿态；该装置还包括有与所述智能客户端相连接的系统平台，用于根据时间按照室内图纸的固有空间向量回放室内人体运动轨迹及动作姿态。
优选的，所述九轴传感器和所述智能客户端的通信连接是WiFi、或Bluetooth、或ZigBee、或NB-IOT、或有线。
附图说明
下面结合附图和本发明的实施方式进一步详细说明：
图1是九轴传感器人体正面携带示意图；
图2是九轴传感器人体侧面携带示意图；
图3是本发明室内人体运动轨迹及姿态采集呈现方法的流程图；
图4是图3中室内人体运动轨迹及姿态采集呈现方法的具体操作流程图；
图5是本发明室内人体运动轨迹及姿态采集呈现装置的结构示意图。
具体实施方式
本发明的室内人体运动轨迹及姿态采集呈现方法方法，图3所示的是流程图，包括以下步骤：
(1)将三轴陀螺仪、三轴加速度计、三轴地磁计组合构成的九轴传感器固定在人体的左右脚面、大腿和小腿上；
如图1、2所示，按照传感器1在右大腿、传感器2在左大腿、传感器3在右小腿、传感器4在右小腿、传感器5在右脚面、传感器6在左脚面的顺序将传感器通过绑带、黏贴或裤子内置等方法固定好；
固定在人体的左右脚面、大腿和小腿上的九轴传感器的传感器序号是唯一的；若固定错误，校正重置；
确认固定在人体的左右脚面、大腿和小腿上的九轴传感器是否与动作姿态匹配；如不匹配情况下，校正匹配；
(2)根据人体小距离运动,采集计算出运动系数R；
(3)选择起始位置,根据所述步骤(2)中得到的运动系数R，九轴传感器按时间频率采集，输出自有空间向量X、Y和Z；
选择起始采集位置是基于固有空间向量，手动选择,起始采集位置选择室内或室外；
在采集过程中，自动判断输出的自有空间向量X、Y和Z是否有较大偏差，如有较大偏差，校正九轴传感器；
校正九轴传感器后，继续根据运动系数R，九轴传感器按时间频率实时采集输出自有空间向量X、Y和Z；
(4)根据时间按照室内图纸的固有空间向量输出室内人体运动轨迹及动作姿态；
采集结束，并上传数据结束,根据时间按照室内图纸的固有空间向量回放室内人体运动轨迹及动作姿态；
(5)根据时间按照室内图纸的固有空间向量回放室内人体运动轨迹及动作姿态。
如图5所示，与本发明上述方法相对应的，本发明的室内人体运动轨迹及姿态采集呈现装置，包括有九轴传感器，所述九轴传感器由三轴陀螺仪、三轴加速度计、三轴地磁计组合构成；所述九轴传感器与智能客户端通信连接，所述智能客户端包括有动作姿态匹配模块，用于确认传感器是否与动作姿态匹配，所述动作姿态匹配模块与所述智能客户端的指令模块相连接，所述智能客户端还包括有与所述指令模块相连接的空间向量偏差判断模块，用于自动判断输出的自有空间向量X、Y和Z是否有较大偏差，所述智能客户端还设置有输出模块，用于根据时间按照室内图纸的固有空间向量输出室内人体运动轨迹及动作姿态；该装置还包括有与所述智能客户端相连接的系统平台，用于根据时间按照室内图纸的固有空间向量回放室内人体运动轨迹及动作姿态；
智能客户端确认采集数据正确后，即由指令模块发送指令给输出模块，根据时间按照室内图纸的固有空间向量输出室内人体运动轨迹及动作姿态。
所述九轴传感器和所述智能客户端的通信连接是WiFi、或Bluetooth、或ZigBee、或NB-IOT、或有线。
如图4所示，本发明具体实施例的流程包括如下步骤：
101、如上所述在人体的左右脚面、大腿、小腿按顺序固定九轴传感器；
102、九轴传感器与智能客户端通信判断并确认；
103、如果判断不能成功通信，再次重启九轴传感器，并通信判断并确认，反复操作，直到确认可成功通信为止；如判断能成功通信，则进入下一步；
104、通过人体小幅度动作姿态，确认九轴传感器与人体动作姿态是否匹配(主要判断传感器有没有固定错位)；
105、如判断九轴传感器与人体动作姿态不匹配，则通过106进行校正；如判断九轴传感器与人体动作姿态匹配，则进入107步骤；
106、九轴传感器校正，通过指令一键校正，再返回104确认九轴传感器与人体动作姿态是否匹配；
107、根据固有空间向量,九轴传感器根据人体小距离运动,采集计算出运动系数R(一般是一键采集计算，通过人正常行走5-10米的距离，计算得出R，计算方式如前面所述(相当于一个人平均步幅大小))；因同一个人，只需要采集计算一次，所以同一个人第二次测试时，可以跳过此步骤；
108、选择起始位置,开始采集；选择起始位置的方法是手动选择，起始位置可以选择室内也可以选择室外；
109、据运动系数R,九轴传感器按时间(S)频率实时采集输出自有空间向量X、Y和Z；
1010、智能客户端根据时间按照室内图纸的固有空间向量输出室内人体运动轨迹及动作姿态；
1011、在采集过程中，智能客户端会自动判断输出的自有空间向量X、Y和Z是否有较大偏差，如有较大偏差，进入1012步骤，校正九轴传感器。如无较大偏差，九轴传感器一直按时间(S)频率实时采集输出自有空间向量X、Y和Z，直至进入步骤1013；
1012、通过指令自动校正传感器，返回109，继续据运动系数R,九轴传感器按时间(S)频率实时采集输出自有空间向量X、Y和Z；
1013、采集结束，并上传数据结束；
1014、系统平台根据时间按照室内图纸的固有空间向量回放室内人体运动轨迹及动作姿态。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明；凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内；如九轴传感器固定的位置的改变，固定在其他位置也能采集人体运动轨迹及动作姿态。

Claims (8)

1.一种室内人体运动轨迹及姿态采集呈现方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将三轴陀螺仪、三轴加速度计、三轴地磁计组合构成的九轴传感器固定在人体的左右脚面、大腿和小腿上；
(2)根据人体小距离运动,采集计算出运动系数R；
(3)选择起始位置,根据所述步骤(2)中得到的运动系数R，九轴传感器按时间频率采集，输出自有空间向量X、Y和Z；
(4)根据时间按照室内图纸的固有空间向量输出室内人体运动轨迹及动作姿态；
(5)根据时间按照室内图纸的固有空间向量回放室内人体运动轨迹及动作姿态。
2.根据权利要求1中所述的室内人体运动轨迹及姿态采集呈现方法，其特征在于，在所述步骤(1)中，固定在人体的左右脚面、大腿和小腿上的九轴传感器的传感器序号是唯一的；若固定错误，校正重置。
3.根据权利要求1中所述的室内人体运动轨迹及姿态采集呈现方法，其特征在于，在所述步骤(1)中，确认固定在人体的左右脚面、大腿和小腿上的九轴传感器是否与动作姿态匹配；如不匹配情况下，校正匹配。
4.根据权利要求1中所述的室内人体运动轨迹及姿态采集呈现方法，其特征在于，在所述步骤(3)中，选择起始采集位置是基于固有空间向量，手动选择,起始采集位置选择室内或室外。
5.根据权利要求4中所述的室内人体运动轨迹及姿态采集呈现方法，其特征在于，在所述步骤(3)中，在采集过程中，自动判断输出的自有空间向量X、Y和Z是否有较大偏差，如有较大偏差，校正九轴传感器。
6.根据权利要求5中所述的室内人体运动轨迹及姿态采集呈现方法，其特征在于，在所述步骤(3)中，校正九轴传感器后，继续根据运动系数R，九轴传感器按时间频率实时采集输出自有空间向量X、Y和Z；所述步骤(4)完成后，采集结束，并上传数据结束,根据时间按照室内图纸的固有空间向量回放室内人体运动轨迹及动作姿态。
7.一种室内人体运动轨迹及姿态采集呈现装置，包括有九轴传感器，其特征在于，所述九轴传感器由三轴陀螺仪、三轴加速度计、三轴地磁计组合构成；所述九轴传感器与智能客户端通信连接，所述智能客户端包括有动作姿态匹配模块，用于确认传感器是否与动作姿态匹配，所述动作姿态匹配模块与所述智能客户端的指令模块相连接，所述智能客户端还包括有与所述指令模块相连接的空间向量偏差判断模块，用于自动判断输出的自有空间向量X、Y和Z是否有较大偏差，所述智能客户端还设置有输出模块，用于根据时间按照室内图纸的固有空间向量输出室内人体运动轨迹及动作姿态；该装置还包括有与所述智能客户端相连接的系统平台，用于根据时间按照室内图纸的固有空间向量回放室内人体运动轨迹及动作姿态。
8.根据权利要求7所述的室内人体运动轨迹及姿态采集呈现装置，其特征在于，所述九轴传感器和所述智能客户端的通信连接是WiFi、或Bluetooth、或ZigBee、或NB-IOT、或有线。
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