CN108332771A - 一种在复杂环境中计算运动距离的方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种在复杂环境中计算运动距离的方法和装置，包括：在第一阶段，通过GPS相邻采样点之间的固定采样时间戳来采样GPS定位数据，并根据GPS定位数据获取运动者的实时配速和GPS方向角；在第二阶段，根据实时配速设置GPS相邻采样点之间的动态采样时间戳，根据动态采样时间戳采样GPS定位数据；根据已采样的GPS定位数据绘制运动轨迹；根据GPS方向角的角速度确定运动轨迹中的拐弯；累加运动轨迹中相邻采样点之间的距离并根据确定出的运动轨迹中的拐弯对累加得到的运动轨迹的距离进行动态补偿，计算出运动者的运动距离。本发明通过运动者的运动配速和GPS的运动方向来动态设置采样时间戳并进行动态补偿来准确计算在复杂环境中运动者的运动距离。

Description

一种在复杂环境中计算运动距离的方法及系统

技术领域

本发明实施方式涉及GPS(全球定位系统)监测技术领域，尤其涉及一种在复杂环境中计算运动距离的方法及系统。

背景技术

GPS是近年来开发的最具有开创意义的高新技术之一，其全球性、全能性和全天候性的导航定位、定时和测速优势必然会在诸多领域中得到越来越广泛的应用。目前是一个运动与健康时代，体育锻炼，例如跑步、骑车等已经是大众的爱好，每年在世界大中小城市举办的马拉松数不胜数，运动者通常会通过不同的电子设备，例如内置GPS的智能穿戴设备，来计算运动距离。

在实施本发明的过程中，发明人发现现有技术至少存在如下问题：

在GPS定位数据采集过程中，可穿戴设备在运动中通过GPS固定时间戳来采样GPS定位数据，然后通过计算，累加所有GPS相邻采样点之间的距离来计算此次运动的总距离，这种技术在运动者直线的运动轨迹时比较准确，但面对复杂环境，经常会出现采集到的数据和定位目标实际位置有较大差异。例如当运动者的配速比较小，也就是运动者的速度比较快的时候，此时如果运动者的运动轨迹环境比较复杂，例如运动轨迹是拐弯或者跑圈，GPS相邻采样点之间的距离就会比较大，同时配合此时的运动轨迹，测算出来的距离就会不同程度的偏小，运动轨迹也会不准确，导致根据这些数据指标计算出来的总距离会和此次运动实际总距离存在很大的误差，很难能够精确的计算出运动者实际的距离数据。

应该注意，上面对技术背景的介绍只是为了方便对本发明的技术方案进行清楚、完整的说明，并方便本领域技术人员的理解而阐述的。不能仅仅因为这些方案在本发明的背景技术部分进行了阐述而认为上述技术方案为本领域技术人员所公知。

发明内容

针对上述问题，本发明实施方式的目的在于提供一种在复杂环境中计算运动距离的方法及系统，通过运动者的运动配速和GPS的运动方向来动态切换GPS采样时间戳并进行动态补偿来准确计算在复杂环境中运动者的运动距离。

为实现上述目的，本发明实施方式提供一种在复杂环境中计算运动距离的方法，包括：在第一阶段，智能终端通过GPS相邻采样点之间的固定采样时间戳来采样GPS定位数据，并根据所述GPS定位数据获取运动者的实时配速和GPS方向角；在第二阶段，根据所述运动者的实时配速设置GPS相邻采样点之间的动态采样时间戳，根据所述动态采样时间戳采样GPS定位数据；根据已采样的GPS定位数据绘制运动轨迹；根据所述运动者的GPS方向角的角速度确定所述运动轨迹中的拐弯；累加所述运动轨迹中相邻采样点之间的距离，并根据确定出的所述运动轨迹中的拐弯对累加得到的所述运动轨迹的距离进行动态补偿，计算出运动者的运动距离。

进一步地，所述第一阶段为预设时间内，或者预设距离内，或者预设数量的采样GPS定位数据内；所述第二阶段为超过预设时间，或者超过预设距离，或者超过预设数量的采样GPS定位数据。

进一步地，所述根据采样的GPS定位数据获取运动者的实时配速的计算公式为：P＝T/S；其中，T为N个采样时间戳的间隔时间；S为所述间隔时间对应的GPS定位数据采样点之间的距离；P为所述间隔时间内运动者的实时配速；所述实时配速P的范围为(A,B]，则设置所述动态设置采样时间戳TS的取值范围为A≦TS≦B。

进一步地，所述根据运动者的GPS方向角的角速度确定运动轨迹中的拐弯，包括：如果GPS方向角的平均角速度的持续变化范围大于90度，则认为所述运动轨迹中存在拐弯。

进一步地，所述GPS方向角的角速度加权平均计算公式如下：V＝(V1+V2+V3+……Vn)/n；其中V代表当前平均角速度，V1、V2、V3…Vn代表包括当前角速度的n个连续的角速度，并根据采样时间戳来动态确定计算平均角速度平均角速度V的取值个数n。

进一步地，所述根据确定出的所述运动轨迹中的拐弯对累加得到的所述运动轨迹的距离进行动态补偿，包括：确定所述拐弯的起点和的尾点；计算所述拐弯过程中根据步数乘以步长得到的距离T1；累加所述拐弯的起点和的尾点中相邻采样点的距离T2；则进行动态补偿的所述拐弯的距离T＝T2+(T1-T2)/2。

为实现上述目的，本发明实施方式还提供一种在复杂环境中计算运动距离的装置，所述装置为智能终端，包括：第一处理模块，用于在第一阶段，智能终端通过GPS相邻采样点之间的固定采样时间戳来采样GPS定位数据，并根据所述GPS定位数据获取运动者的实时配速和GPS方向角；第二处理模块，用于根据所述运动者的实时配速设置GPS相邻采样点之间的动态采样时间戳，根据所述动态采样时间戳采样GPS定位数据；第三处理模块，用于根据已采样的GPS定位数据绘制运动轨迹；第四处理模块，用于根据所述运动者的GPS方向角的角速度确定所述运动轨迹中的拐弯；第五处理模块，用于累加所述运动轨迹中相邻采样点之间的距离并根据确定出的所述运动轨迹中的拐弯对累加得到的所述运动轨迹的距离进行动态补偿，计算出运动者的运动距离。

由上可见，本发明实施方式提供的一种在复杂环境中计算运动距离的方法和装置，通过根据运动者的实时距离动态设置采样时间戳，例如运动速度快，设置采样时间戳较小，而运动速度慢，设置采样时间戳较大，从而对运动轨迹中复杂情况，例如拐弯或者跑圈的计算距离和实际距离误差起到一定程度的减小。此外，还通过运动者的GPS方向角的角速度确定运动轨迹中的拐弯，在累加已采样的GPS定位数据中所有GPS相邻采样点之间的距离之上，还会根据运动轨迹的拐弯对累加得到的距离进行动态补偿，从而使计算距离和实际距离更加接近，进一步减少误差。从而实现准确计算在复杂环境中运动者的运动距离。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图逐一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施方式提供的在复杂环境中计算运动距离的方法的流程示意图；

图2为本发明实施方式提供的在复杂环境中计算运动距离的装置的功能模块图。

具体实施方式

为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。

本发明实施方式可适用于在复杂环境中计算运动者的运动距离，该方法可以由装置来执行，该装置可以由硬件和/或软件组成，并一般可以集成于智能终端中，该智能终端可以是手机、穿戴设备(如智能手环、智能手表)等，还可以是手机和穿戴设备的结合，即由穿戴设备中的传感器采集相应数据并进行简单计算，由手机进行较为复杂的计算并进行显示。

本发明实施方式提供一种在复杂环境中计算运动距离的方法。请参阅图1，所述方法可以包括以下步骤：

步骤S1：启动智能终端的运动监测，在第一阶段，所述智能终端通过GPS相邻采样点之间的固定采样时间戳来采样GPS定位数据，并根据采样的GPS定位数据获取运动者的实时配速和GPS方向角。

在本实施方式中，运动者通过携带的智能终端的GPS定位数据进行运动检测。在第一阶段，可以是预设时间(例如60秒)内，或者预设距离(例如100米)内，或者预设数量的采样GPS定位数据(例如30个)内等等方式，通过GPS相邻采样点之间的固定采样时间戳(例如3s)来采样GPS定位数据。以上仅为举例，并不作限制之用。

GPS定位数据中包含时间戳，因此能够根据已采样的GPS定位数据获取运动者的实时配速。配速的计算公式为：

P＝T/S；

其中，P代表配速，S代表距离，T代表时间。

例如，T设置为N个采样时间戳的间隔时间，S为该间隔时间对应的GPS定位数据采样点之间的距离，则P则为该间隔时间内运动者的实时配速。

步骤S2：在第二阶段，根据运动者的实时配速设置GPS相邻采样点之间的动态采样时间戳，根据所述动态采样时间戳采样GPS定位数据，并根据已采样的GPS定位数据绘制运动轨迹。

当运动达到相对稳定的状态，例如运动时间超过60秒，运动距离超过100米，或者已采集到30个GPS定位数据后，采样时间戳可以根据运动者的实时配速进行动态调整，即进入第二阶段。

在本实施方式中，实时配速P的范围为(A,B]，则动态设置采样时间戳(TimeStamp,TS)的取值范围为A≦TS≦B。例如P(0,3]代表配速在4分钟以下，则设置GPS的采样时间戳为3s，如果P(4,5]设置GPS的采样时间戳为4s，同理P(5,6]设置GPS的采样时间戳为5s，P(6,7]设置GPS的采样时间戳为6s。当然还可以是其他数值，并不作限制之用。

步骤S3：根据已采样的GPS定位数据绘制运动轨迹。

在本实施方式中，将所有已采样的GPS定位数据逐个连接，绘制出运动者的运动轨迹。其中，所有已采样的GPS定位数据包括根据固定采样时间戳采样的GPS定位数据以及根据动态采样时间戳采样的GPS定位数据。

步骤S4：根据GPS方向角的角速度确定运动轨迹中的拐弯。

在本实施方式中，通过GPS方向角的平均角速度变化来确定运动者的运动轨迹是否存在拐弯。在运动过程中，也存在连续拐弯形成的跑圈或者Z形路线。

GPS方向角的平均角速度计算公式如下：

平均角速度V＝(V1+V2+V3+……Vn)/n

其中，V代表当前平均角速度，V1、V2、V3…Vn代表包括当前角速度为尾的n个连续的角速度。具体地，根据采样时间戳来动态确定计算平均角速度V的取值个数n，即设定时间内根据采样时间戳(可以是动态采样时间戳，也可以是固定采样时间戳)获得的GPS定位数据中GPS方向角的角速度的个数，例如默认60S内采样到10个GPS定位数据，根据该10个GPS定位数据获取到10个GPS方向角的角速度。在本优选实施例中，n的最大取值可以为10。当然也可以是其他数值，在此并不作限制。此外，如果GPS方向角的平均角速度的持续变化范围>90度，则认为该运动轨迹中存在拐弯。

步骤S4：累加所述运动轨迹中相邻采样点之间的距离，并根据确定出的所述运动轨迹的拐弯对累加得到的所述运动轨迹的距离进行动态补偿，计算运动者的运动距离。

在GPS定位数据采集过程中，累加根据GPS固定时间戳和动态时间戳已采样的GPS定位数据中GPS相邻采样点之间的距离，来计算运动轨迹的距离。

当确定运动轨迹中存在拐弯，设定拐弯的起点为GPS采样点A，和拐弯的尾点GPS采样点B，计算出这GPS点A和点B点之间的两个距离T1和T2。具体地，根据非拐弯运动(例如直线运动)时可以在一定距离和步数估算出每一步的步长，然后计算出拐弯过程中根据步数乘以步长的距离T1，T2为GPS采样点累加计算的距离，然后用T1对T2做补偿，得到进行动态补偿的所述拐弯的距离T＝T2+(T1-T2)/2。

通过上述方法可以看出，通过动态时间戳的设置，可以对运动轨迹中拐弯的计算距离和实际距离误差起到一定程度的减小。但是，当配速低也就是速度大时，虽然通过动态设置使得GPS的采样时间戳减小，GPS定位数据的采集比较密集，但是还是存在弧度和直线问题，而且误差是累加误差，如果时间越长，拐弯或者跑圈的轨迹越多，则会导致误差就越大。

为了进一步减少误差，累加已采样的GPS定位数据中所有GPS相邻采样点之间的距离，并根据运动轨迹的拐弯对累加得到的距离进行动态补偿，从而使总距离和实际距离更加接近，误差更加的小。

请参阅图2。本发明实施方式提供一种在复杂环境中计算运动距离的装置，所述装置为智能终端，包括：

第一处理模块，用于在第一阶段，智能终端通过GPS相邻采样点之间的固定采样时间戳来采样GPS定位数据，并根据所述GPS定位数据获取运动者的实时配速和GPS方向角；

第二处理模块，用于根据所述运动者的实时配速设置GPS相邻采样点之间的动态采样时间戳，根据所述动态采样时间戳采样GPS定位数据；

第三处理模块，用于根据已采样的GPS定位数据绘制运动轨迹；

第四处理模块，用于根据所述运动者的GPS方向角的角速度确定所述运动轨迹中的拐弯；

第五处理模块，用于累加所述运动轨迹中相邻采样点之间的距离，并根据确定出的所述运动轨迹中的拐弯对累加得到的所述运动轨迹的距离进行动态补偿，计算出运动者的运动距离。

其中，

所述第一处理模块根据采样的GPS定位数据获取运动者的实时配速的计算公式为：

P＝T/S；

其中，

T为N个采样时间戳的间隔时间；

S为所述间隔时间对应的GPS定位数据采样点之间的距离；

P为所述间隔时间内运动者的实时配速。

所述实时配速P的范围为(A,B]，则所述第二处理模块设置所述动态设置采样时间戳TS为A≦TS≦B。

如果判断出GPS方向角的平均角速度的持续变化范围大于90度，则所述第三处理模块判断出所述运动轨迹中存在拐弯；

所述GPS方向角的平均角速度计算公式如下：

V＝(V1+V2+V3+……Vn)/n；

其中V代表当前平均角速度，V1、V2、V3…Vn代表包括当前角速度的n个连续的角速度，并根据采样时间戳来动态确定计算平均角速度平均角速度V的取值个数n。

所述第五处理模块根据确定出的所述运动轨迹中的拐弯对累加得到的所述运动轨迹的距离进行动态补偿，包括：

确定所述拐弯的起点和的尾点；

计算所述拐弯过程中根据步数乘以步长得到的距离T1；

累加所述拐弯的起点和的尾点中相邻采样点的距离T2；

则进行动态补偿的所述拐弯的距离T＝T2+(T1-T2)/2。

上述的在复杂环境中计算运动距离的装置涉及到的具体技术细节和在复杂环境中计算运动距离的方法中类似，故不再具体赘述。

由上可见，本发明实施方式提供的一种在复杂环境中计算运动距离的方法和装置，通过根据运动者的实时距离动态设置采样时间戳，例如运动速度快，设置采样时间戳较小，而运动速度慢，设置采样时间戳较大，从而对运动轨迹中复杂情况，例如拐弯或者跑圈的计算距离和实际距离误差起到一定程度的减小。此外，还通过运动者的GPS方向角的角速度确定运动轨迹中的拐弯，在累加已采样的GPS定位数据中所有GPS相邻采样点之间的距离之上，还会根据运动轨迹的拐弯对累加得到的距离进行动态补偿，从而使计算距离和实际距离更加接近，进一步减少误差。从而实现准确计算在复杂环境中运动者的运动距离。

本说明书中的各个实施方式均采用递进的方式描述，各个实施方式之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施方式重点说明的都是与其他实施方式的不同之处。

最后应说明的是：上面对本发明的各种实施方式的描述以描述的目的提供给本领域技术人员。其不旨在是穷举的、或者不旨在将本发明限制于单个公开的实施方式。如上所述，本发明的各种替代和变化对于上述技术所属领域技术人员而言将是显而易见的。因此，虽然已经具体讨论了一些另选的实施方式，但是其它实施方式将是显而易见的，或者本领域技术人员相对容易得出。本发明旨在包括在此已经讨论过的本发明的所有替代、修改、和变化，以及落在上述申请的精神和范围内的其它实施方式。

Claims (10)

1.一种在复杂环境中计算运动距离的方法，其特征在于，包括：

在第一阶段，智能终端通过GPS相邻采样点之间的固定采样时间戳来采样GPS定位数据，并根据所述GPS定位数据获取运动者的实时配速和GPS方向角；

在第二阶段，根据所述运动者的实时配速设置GPS相邻采样点之间的动态采样时间戳，根据所述动态采样时间戳采样GPS定位数据；

根据已采样的GPS定位数据绘制运动轨迹；

根据所述运动者的GPS方向角的角速度确定所述运动轨迹中的拐弯；

累加所述运动轨迹中相邻采样点之间的距离，并根据确定出的所述运动轨迹中的拐弯对累加得到的所述运动轨迹的距离进行动态补偿，计算出运动者的运动距离。

2.根据权利要求1所述的在复杂环境中计算运动距离的方法，其特征在于，所述第一阶段为预设时间内，或者预设距离内，或者预设数量的采样GPS定位数据内；

所述第二阶段为超过预设时间，或者超过预设距离，或者超过预设数量的采样GPS定位数据。

3.根据权利要求1所述的在复杂环境中计算运动距离的方法，其特征在于，根据所述GPS定位数据获取运动者的实时配速的计算公式为：

P＝T/S；

其中，

T为N个采样时间戳的间隔时间；

S为所述间隔时间对应的GPS定位数据采样点之间的距离；

P为所述间隔时间内运动者的实时配速；

所述实时配速P的范围为(A,B]，则设置所述动态设置采样时间戳TS的取值范围为A≦TS≦B。

4.根据权利要求1所述的在复杂环境中计算运动距离的方法，其特征在于，所述根据运动者的GPS方向角的角速度确定运动轨迹中的拐弯，包括：

如果GPS方向角的平均角速度的持续变化范围大于90度，则判断出所述运动轨迹中存在拐弯。

5.根据权利要求5所述的在复杂环境中计算运动距离的方法，其特征在于，所述GPS方向角的平均角速度加权计算公式如下：

V＝(V1+V2+V3+……Vn)/n；

其中V代表当前平均角速度，V1、V2、V3…Vn代表包括当前角速度的n个连续的角速度，并根据采样时间戳来动态确定计算平均角速度平均角速度V的取值个数n。

6.根据权利要求5所述的在复杂环境中计算运动距离的方法，其特征在于，所述根据确定出的所述运动轨迹中的拐弯对累加得到的所述运动轨迹的距离进行动态补偿，包括：

确定所述拐弯的起点和的尾点；

计算所述拐弯过程中根据步数乘以步长得到的距离T1；

累加所述拐弯的起点和的尾点中相邻采样点的距离T2；

则进行动态补偿的所述拐弯的距离T＝T2+(T1-T2)/2。

7.一种在复杂环境中计算运动距离的装置，所述装置为智能终端，其特征在于，包括：

第一处理模块，用于在第一阶段，智能终端通过GPS相邻采样点之间的固定采样时间戳来采样GPS定位数据，并根据所述GPS定位数据获取运动者的实时配速和GPS方向角；

第二处理模块，用于根据所述运动者的实时配速设置GPS相邻采样点之间的动态采样时间戳，根据所述动态采样时间戳采样GPS定位数据；

第三处理模块，用于根据已采样的GPS定位数据绘制运动轨迹；

第四处理模块，用于根据所述运动者的GPS方向角的角速度确定所述运动轨迹中的拐弯；

第五处理模块，用于累加所述运动轨迹中相邻采样点之间的距离，并根据确定出的所述运动轨迹中的拐弯对累加得到的所述运动轨迹的距离进行动态补偿，计算出运动者的运动距离。

8.根据权利要求7所述的在复杂环境中计算运动距离的装置，其特征在于，所述第一处理模块根据采样的GPS定位数据获取运动者的实时配速的计算公式为：

P＝T/S；

其中，

T为N个采样时间戳的间隔时间；

S为所述间隔时间对应的GPS定位数据采样点之间的距离；

P为所述间隔时间内运动者的实时配速；

所述实时配速P的范围为(A,B]，则所述第二处理模块设置所述动态设置采样时间戳TS的取值范围为A≦TS≦B。

9.根据权利要求7所述的在复杂环境中计算运动距离的装置，其特征在于，如果判断出GPS方向角的平均角速度的持续变化范围大于90度，则所述第三处理模块判断出所述运动轨迹中存在拐弯；

所述GPS方向角的平均角速度计算公式如下：

V＝(V1+V2+V3+……Vn)/n；

其中V代表当前平均角速度，V1、V2、V3…Vn代表包括当前角速度的n个连续的角速度，并根据采样时间戳来动态确定计算平均角速度平均角速度V的取值个数n。

10.根据权利要求7所述的在复杂环境中计算运动距离的装置，其特征在于，所述第五处理模块根据确定出的所述运动轨迹中的拐弯对累加得到的所述运动轨迹的距离进行动态补偿，包括：

确定所述拐弯的起点和的尾点；

计算所述拐弯过程中根据步数乘以步长得到的距离T1；

累加所述拐弯的起点和的尾点中相邻采样点的距离T2；

则进行动态补偿的所述拐弯的距离T＝T2+(T1-T2)/2。