CN108801263A - 行人导航定位系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种行人导航定位系统和方法。其中所述系统包括：GNSS接收模块，用于确定行人的初始位置信息；气压传感器内置于行人的鞋垫或鞋底的腔体内，用于检测腔体内的气压；步态识别模块用于周期性地对气压传感器输出的气压测量数据进行采样，并根据采集到的气压测量数据确定腔体内的气压变化规律，并根据采集到的气压测量数据和气压变化规律计算行人行走的步数、步长信息和高度变化值；行走方向确定模块，用于确定行人的行走方向；导航定位模块用于根据初始位置信息、步数、步长信息、高度变化值以及行走方向信息，基于PDR算法计算行人的当前位置。该系统充分利用了气压传感器测的测量功能，可减少系统体积、重量、功耗和成本。

Description

行人导航定位系统和方法

技术领域

本发明涉及导航定位系统领域，尤其涉及一种行人导航定位系统和导航定位方法。

背景技术

在行人导航领域中，主要通过PDR(Pedestrian Dead Reckoning，行人航位推算)方案实现行人的导航定位功能。相关技术中，在PDR行人航位推算方案中，主要利用足绑式惯性传感器的输出值计算行走的步数并估算步长，并利用气压传感器进行相对高度的测量，然后利用步数、步长、方位以及相对高度等信息，可以推算出行人的位置信息，例如，可以定位出行人在高楼中的具体位置信息。但是，在实现行人导航定位的过程中，通过使用大量的传感器才能推算出行人的位置，增加了定位系统的体积、重量功耗和成本，造成了传感器的冗余使用。

发明内容

本发明的目的旨在至少在一定程度上解决上述的技术问题之一。

为此，本发明的第一个目的在于提出一种行人导航定位系统。该系统充分利用了气压传感器测的测量功能，避免了传感器的冗余使用，同时可以减少大量传感器的配置，进而可减少系统体积、重量、功耗和成本。

本发明的第二个目的在于提出一种行人导航定位方法。

为达到上述目的，本发明第一方面实施例提出的行人导航定位系统，包括：GNSS接收模块、气压传感器、步态识别模块、行走方向确定模块和导航定位模块，其中，所述GNSS接收模块，用于确定行人的初始位置信息；所述气压传感器内置于所述行人的鞋垫或鞋底的腔体内，用于检测所述腔体内的气压；所述步态识别模块与所述气压传感器相连，用于周期性地对所述气压传感器输出的气压测量数据进行采样，并根据采集到的气压测量数据确定所述腔体内的气压变化规律，并根据所述采集到的气压测量数据和所述气压变化规律计算所述行人行走的步数、步长信息以及高度变化值；所述行走方向确定模块，用于确定所述行人的行走方向；所述导航定位模块分别与所述GNSS接收模块、步态识别模块和行走方向确定模块相连，用于根据所述初始位置信息、步数、步长信息、高度变化值以及行走方向信息，基于PDR算法计算所述行人的当前位置。

为达到上述目的，本发明第二方面实施例提出的行人导航定位方法，包括：确定行人的初始位置信息和行走方向信息；周期性地对气压传感器输出的气压测量数据进行采样，其中，所述气压传感器内置于所述行人的鞋垫或鞋底的腔体内；根据采集到的气压测量数据确定所述腔体内的气压变化规律，并根据所述采集到的气压测量数据和所述气压变化规律计算所述行人行走的步数、步长信息以及高度变化值；根据所述初始位置信息、步数、步长信息、高度变化值以及行走方向信息，基于PDR算法计算所述行人的当前位置。

根据本发明实施例的行人导航定位系统和导航定位方法，可先确定行人的初始位置信息，并通过气压传感器检测到的气压测量数据识别出行人行走的步数、步长信息以及高度变化值，并确定行人的行走方向，最后，根据初始位置信息、步数、步长信息、高度变化值以及行走方向信息，基于PDR算法计算行人的当前位置。在实现行人导航定位的过程中，通过气压传感器直接测量行人步态参数(如足部腾空状态和落地状态、步数等)，充分利用了气压传感器测的测量功能，避免了传感器的冗余使用，同时可以减少大量传感器的配置，进而可减少系统体积、重量、功耗和成本。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是根据本发明一个实施例的行人导航定位系统的结构示意图；

图2是根据本发明实施例的鞋垫的腔体结构示意图；

图3是根据本申请实施例的气压传感器检测的气压测量数据的波形示例图；

图4是根据本发明一个具体实施例的行人导航定位系统的结构示意图；

图5是根据本发明另一个具体实施例的行人导航定位系统的结构示意图；

图6是根据本发明一个实施例的行人导航定位方法的流程图；

图7是根据本发明实施例的行人导航定位方法的流程图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下面参考附图描述本发明实施例的行人导航定位系统和导航定位方法。

图1是根据本发明一个实施例的行人导航定位系统的结构示意图。如图1所示，该行人导航定位系统100可以包括：GNSS接收模块110、气压传感器120、步态识别模块130、行走方向确定模块140和导航定位模块150。

具体地，GNSS接收模块110用于确定行人的初始位置信息。例如，GNSS接收模块110可接收全球卫星导航系统发送的针对所述行人的位置信息，并将该位置信息作为所述行人的初始位置信息，该初始位置信息例如可包括经度和纬度信息。

气压传感器120用于检测腔体内的气压。其中，在本发明的实施例中，气压传感器120可内置于行人的鞋垫或鞋底的腔体内。例如，如图2所示，气压传感器120可内置于鞋垫的腔体A内。也就是说，鞋垫上可设置一个腔体A，气压传感器120可放置于该腔体A内，通过该气压传感器120检测所述腔体A内的气压。

步态识别模块130与气压传感器120相连，用于周期性地对气压传感器120输出的气压测量数据进行采样，并根据采集到的气压测量数据确定腔体内的气压变化规律，并根据采集到的气压测量数据和气压变化规律计算行人行走的步数、步长信息以及高度变化值。

需要说明的是，在本发明的实施例中，气压传感器120可以灵敏感知气压的变化，将气压传感器120内置于鞋垫(或鞋底)的腔体内。这样，人在行走时，由于足部与鞋垫(或鞋底)之间的挤压，放置气压传感器120的腔体空间大小发生变化，其内的气压会随着人体行走而产生明显变化，气压传感器120输出产生明显的随足部落地而产生的气压变化，足部腾空时，由于腔体未受力变形，气压值恢复正常，为此，本发明利用这个气压变化脉冲信号，可以准确地记录足部落地、腾空状态，并依此推导出人体运动步数、落地状态、腾空状态等步态信息，并估算出行人的步长信息。

在本发明的实施例中，步态识别模块130可先周期性地采集行人行走时气压传感器检测的气压测量数据。例如，可每隔5秒采集一次行人行走时气压传感器检测的气压测量数据，其中，采样时间可为10秒。也就是说，每隔5秒钟，可采集一次气压传感器在10秒内检测到的气压测量数据。步态识别模块130可根据采集到的所有气压测量数据来确定在采集时间段内腔体的气压变化规律。举例而言，可通过气压与时间之间的对应关系图来表示该气压变化规律。例如，如图3所示，将采集到的行人行走时气压传感器检测的气压测量数据，利用气压与时间之间的对应关系图来表示，通过该对应关系图即可确定出腔体内的气压变化规律，比如，如图3所示的E时间段内的气压变化较大，F时间段内的气压变化比较平稳。这样，步态识别模块130可对采集到的气压测量数据和所述气压变化规律进行一定的算法处理即可得到行人的步数。步态识别模块130在根据测量的相关数据估计出行人的步长信息。

具体而言，如图4所示，该步态识别模块130可包括：足部状态判定单元131、步数计算单元132、步长估算单元133和高度变化值计算单元134。其中，足部状态判定单元131用于根据采集到的气压测量数据对行人在每个采样时刻的足部状态进行判定，其中，足部状态包括落地状态和腾空状态；步数计算单元132用于根据气压变化规律、落地状态对应的气压值波形和腾空状态对应的气压值波形，计算行人在行走时的步数；步长估算单元133用于根据每步的气压值大小、落地时间和腾空时间进综合估算以得到所述行人行走的步长信息；高度变化值计算单元134用于根据所述采集到的气压测量数据中的气压变化与海拔高度的变化关系，得到所述行人行走时的高度变化值。

可选地，在本发明的一个实施例中，足部状态判定单元131可先从所述采集到的气压测量数据中确定当前采样时刻的气压值P_k，之后，计算所述当前采样时刻的气压值P_k与当前采样时刻的正常气压值P_N之间的差值，如果所述差值的绝对值大于目标阈值，则判定所述行人在所述当前采样时刻的足部状态为落地状态，其中，所述目标阈值T_p为当前采样时刻的正常气压值的均方差σ的3～5倍，所述当前采样时刻的正常气压值用于指示在当前采样时刻内处于稳定且持续一定时长状态的气压值；如果所述差值的绝对值小于所述目标阈值，则判定所述行人在所述当前采样时刻的足部状态为腾空状态。

可以理解，行人在行走时，足部可分为落地状态和腾空状态，在足部落地时，触地和起脚是一个连贯的过程，气压传感器120所在腔体受挤压，所述腔体周围气压发生较大变化，表现为快速增大或减小，如图3所示，其中，E时间段可认为是落地状态，F时间段可认为是足部腾空状态。

举例而言，在本示例中，假设采样时刻为k，足部状态判定单元131可从采集到的气压测量数据中确定当前采样时刻k的气压值P_k，并将所述当前采样时刻k的气压值P_k与当前采样时刻的正常气压值P_N之间的差值，与目标阈值T_p进行大小比对，例如，如果所述差值的绝对值大于目标阈值T_p，则可判定所述行人在所述当前采样时刻的足部状态为落地状态；如果所述差值的绝对值小于所述目标阈值T_p，则判定所述行人在所述当前采样时刻的足部状态为腾空状态。其中，在本申请的实施例中，所述采样时刻的正常气压值用于指示在采样时刻内处于稳定且持续一定时长状态的气压值；所述目标阈值T_p可通过以下公式计算而得到：T_p＝3～5σ，其中，σ为当前正常气压值的均方差，T_p表示当前采样时刻的正常气压值的均方差σ的3～5倍。

这样，足部状态判定单元可通过当前采样时刻的气压值P_k与正常气压值P_N之间的差值的绝对值来作为当前采样时刻的足部状态的判定值，并将该判定值与目标阈值进行大小比对，并根据比对结果来判定当前采样时刻的足部状态是落地状态还是腾空状态。

在本发明的一个实施例中，步数计算单元132可先根据所述落地状态对应的气压值波形，从所述气压变化规律中找出目标落地状态的气压值波形，其中，目标落地状态用于指示足部落地时刻的累计时间大于第一时间阈值的落地状态，之后，根据所述腾空状态对应的气压值波形，从所述气压变化规律中找出目标腾空状态的气压值波形，其中，所述目标腾空状态用于指示足部腾空时刻的累计时间大于第二时间阈值的腾空状态，然后，根据所述目标落地状态的气压值波形、目标腾空状态的气压值波形，从所述气压变化规律中，确定所述目标落地状态和目标腾空状态交替出现的次数，最后，根据所述目标落地状态和目标腾空状态交替出现的次数，计算所述行人在行走时的步数。例如，所述次数为一次，即所述步数为一步，所述次数为5次，则所述步数为5步。

举例而言，如图3所示，行人行走时，气压传感器输出的气压值会呈现出一定的周期性规律，步数计算单元132可对该周期性规律进行分析以得到行走步数。例如，假设腔体内的气压变化规律可由如图3所示的气压变化波形来表示，可根据足部落地状态和腾空状态的波形对如图3所示的气压变化波形进行分析处理，可得到行走步数M。

在本示例中，为避免误判，假定在一步周期内，足部需要有落地和腾空两种状态，且每种状态需要满足一定的时间长度。假设足部落地状态的累计时间为t_d，设足部腾空状态的累计时间为t_t；设足部落地或腾空状态用W表示，足部落地时W＝1，足部腾空时W＝0，设足部落地和腾空的时间阈值分别为t_d1(即第一时间阈值)和t_t1(即第二时间阈值)，该阈值的设定可以根据行人各种运动特征分析得到，后续也可以设计为自适应估计模式。在实际应用中，可实时判定当前足部落地状态，并实时记录足部当前一步落地和腾空累计时间t_d和t_t，那么行走步数计算方法可如下：

设定两个条件：

条件1：W＝1且t_d>t_d1；

条件2：W＝0且t_t>t_t1；

如果条件1和条件2同时满足，那么可实时判定当前运动为行走一步，当前行走步数为：M＝M+1。

在本发明的一个实施例中，步长估算单元133根据每步气压值大小，以及落地时间和腾空时间进行综合估算以得到所述步长信息。例如，假设一步行走过程中，可根据气压传感器计算得到足部落地时气压最大值、最小值、一步行走时间等，假设足部落地时气压最大值和最小值，分别为P_max、P_min(单位：hPa)，设一步时间为t(单位：秒)，步长估算单元133可通过如下公式估算得到所述步长信息：

d＝(P_max-P_min)×S×t

其中，d(单位：米)为所述步长信息，S为步长估算系数，单位：米/秒/hPa，其值可通过大量样本数据计算得到。

高度变化值计算单元134可根据气压变化与海拔高度的变化关系得到所述行人在行走时的高度变化值。例如，根据气压变化与海拔高度的变化关系可知，气压变化1hPa，高度变化8.43米，设当前气压值为P，设初始状态下气压为P₀，则高度变化值计算单元134可通过如下公式可计算出所述高度变化值：

H＝(P-P₀)×8.43

其中，H为当前气压下的相对高度变化值。

行走方向确定模块140用于确定行人的行走方向。作为一种示例，行走方向确定模块140可根据对地磁场的感应可以实时指出行人与正北方向的夹角，当行人绕着Z轴旋转时，该角度值将发生改变，此方向将作为行人的行走方向。

导航定位模块150分别与GNSS接收模块110、步态识别模块130和行走方向确定模块140相连，用于根据所述初始位置信息、步数、步长信息、高度变化值以及行走方向信息，基于PDR算法计算行人的当前位置。

可选地，导航定位模块150可通过以下方式计算所述行人的当前位置：假设水平初始坐标为(x₀,y₀,z₀),分别为初始横坐标、纵坐标和高度，坐标值均为相对值。设第i步的步长为d_i，设行走方向确定模块140测得的实时行走方向为θ_i，设所述行人的当前位置的水平坐标为(x_n,y_n,z_n),设当前的高度变化值为H，则所述当前位置的坐标值可根据如下公式计算得到：

x_n＝x₀+sum(d_i×cosθ_i),i＝1～n

y_n,＝y₀+sum(d_i×sinθ_i),i＝1～n

z_n＝z₀+H

由此，通过上述公式即可得到所述行人的当前位置。

为了提升用户的使用体验，可选地，在本发明的一个实施例中，GNSS接收模块110、步态识别模块130、行走方向确定模块140和导航定位模块150可均内置于移动终端上。也就是说，为了方便携带和使用，可将GNSS接收模块110、步态识别模块130、行走方向确定模块140和导航定位模块150内置于移动终端上；将气压传感器120内置于鞋底或鞋垫的腔体内。这样，通过气压传感器120与步态识别模块130之间的通信连接，实现将气压传感器120检测到的气压信号传送给步态识别模块130。

可选地，在本发明的实施例中，气压传感器120与步态识别模块130之间可通过无线通信的方式实现通信连接。作为一种示例，所述无线通信可为蓝牙通信、WiFi通信等近距离无线通信方式。

可选地，在本发明的一个实施例中，如图5所示，该行人导航定位系统100还可包括：电源模块160。其中，电源模块160可用于对气压传感器120提供电源。例如，可将电源模块160和气压传感器120集成于鞋底或鞋垫的腔体内，使得电源模块160为气压传感器120进行供电。可以理解，电源模块160可以是可充电式电池，或者是不可充电式电池。

需要说明的是，在本发明的一个实施例中，行人导航定位系统100中的所有模块均可集成于鞋垫或鞋底的腔体内。例如，可将GNSS接收模块110、气压传感器120、步态识别模块130、行走方向确定模块140和导航定位模块150集成为一个定位装置，并将该定位装置内置于如图2所示的鞋垫的腔体A内。由此，在行为穿戴该内置有行人导航定位系统的鞋子进行走路时，通过该内置的行人导航定位系统即可实现对行人的位置进行定位。

根据本发明实施例的行人导航定位系统，通过GNSS接收模块确定行人的初始位置信息，内置于鞋垫或鞋底的腔体内的气压传感器检测腔体内的气压，步态识别模块通过气压传感器检测到的气压测量数据识别出行人行走的步数、步长信息以及高度变化值，行走方向确定模块确定行人的行走方向，并通过导航定位模块根据初始位置信息、步数、步长信息、高度变化值以及行走方向信息，基于PDR算法计算行人的当前位置。在实现行人导航定位的过程中，通过气压传感器直接测量行人步态参数(如足部腾空状态和落地状态、步数等)，充分利用了气压传感器测的测量功能，避免了传感器的冗余使用，同时可以减少大量传感器的配置，进而可减少系统体积、重量、功耗和成本。

与上述几种实施例提供的行人导航定位系统相对应，本发明的一种实施例还提供一种行人导航定位方法，由于本发明实施例提供的行人导航定位方法与上述几种实施例提供的行人导航定位系统相对应，因此在前述行人导航定位系统的实施方式也适用于本实施例提供的行人导航定位方法，在本实施例中不再详细描述。图6是根据本发明一个实施例的行人导航定位方法的流程图。需要说明的是，本发明实施例的行人导航定位方法可应用于本发明实施例的行人导航定位系统上。

如图6所示，该行人导航定位方法可以包括：

S610，确定行人的初始位置信息和行走方向信息。

S620，周期性地对气压传感器输出的气压测量数据进行采样，其中，气压传感器内置于行人的鞋垫或鞋底的腔体内。

S630，根据采集到的气压测量数据确定腔体内的气压变化规律，并根据采集到的气压测量数据和气压变化规律计算行人行走的步数、步长信息以及高度变化值。

可选地，对采集到的气压测量数据和所述气压变化规律进行一定的算法处理即可得到行人的步态信息，如落地和腾空状态(也可称为落地和腾空时刻)、步数和步长信息等。作为一种示例，如图7所示，所述根据采集到的气压测量数据确定腔体内的气压变化规律，并根据采集到的气压测量数据和气压变化规律计算行人行走的步数、步长信息以及高度变化值的具体实现过程可包括以下步骤：

S710，根据采集到的气压测量数据对行人在每个采样时刻的足部状态进行判定，其中，足部状态包括落地状态和腾空状态；

可选地，从所述采集到的气压测量数据中确定当前采样时刻的气压值P_k，并计算所述当前采样时刻的气压值P_k与当前采样时刻的正常气压值P_N之间的差值，如果所述差值的绝对值大于目标阈值，则判定所述行人在所述当前采样时刻的足部状态为落地状态，其中，所述目标阈值T_p为当前采样时刻的正常气压值的均方差σ的3～5倍，所述当前采样时刻的正常气压值用于指示在当前采样时刻内处于稳定且持续一定时长状态的气压值；如果所述差值的绝对值小于所述目标阈值，则判定所述行人在所述当前采样时刻的足部状态为腾空状态。

S720，根据气压变化规律、落地状态对应的气压值波形和腾空状态对应的气压值波形，计算行人在行走时的步数；

可选地，根据所述落地状态对应的气压值波形，从所述气压变化规律中找出目标落地状态的气压值波形，其中，目标落地状态用于指示足部落地时刻的累计时间大于第一时间阈值的落地状态，并根据所述腾空状态对应的气压值波形，从所述气压变化规律中找出目标腾空状态的气压值波形，其中，所述目标腾空状态用于指示足部腾空时刻的累计时间大于第二时间阈值的腾空状态；之后，根据所述目标落地状态的气压值波形、目标腾空状态的气压值波形，从所述气压变化规律中，确定所述目标落地状态和目标腾空状态交替出现的次数，最后，根据所述目标落地状态和目标腾空状态交替出现的次数，计算所述行人在行走时的步数。

S730，根据每步的气压值大小、落地时间和腾空时间进综合估算以得到所述行人行走的步长信息；

例如，假设一步行走过程中，可根据气压传感器计算得到足部落地时气压最大值、最小值、一步行走时间等，假设足部落地时气压最大值和最小值，分别为P_max、P_min(单位：hPa)，设一步时间为t(单位：秒)，可通过如下公式估算得到所述步长信息：

d＝(P_max-P_min)×S×t

其中，d(单位：米)为所述步长信息，S为步长估算系数，单位：米/秒/hPa，其值可通过大量样本数据计算得到。

S740，根据所述采集到的气压测量数据中的气压变化与海拔高度的变化关系，得到所述行人行走时的高度变化值。

例如，根据气压变化与海拔高度的变化关系可知，气压变化1hPa，高度变化8.43米，设当前气压值为P，设初始状态下气压为P₀，则可通过如下公式可计算出所述高度变化值：

H＝(P-P₀)×8.43

其中，H为当前气压下的相对高度变化值。

S640，根据初始位置信息、步数、步长信息、高度变化值以及行走方向信息，基于PDR算法计算行人的当前位置。

例如，可通过以下方式计算所述行人的当前位置：假设水平初始坐标为(x₀,y₀,z₀),分别为初始横坐标、纵坐标和高度，坐标值均为相对值。设第i步的步长为d_i，设行走方向确定模块140测得的实时行走方向为θ_i，设所述行人的当前位置的水平坐标为(x_n,y_n,z_n),设当前的高度变化值为H，则所述当前位置的坐标值可根据如下公式计算得到：

x_n＝x₀+sum(d_i×cosθ_i),i＝1～n

y_n,＝y₀+sum(d_i×sinθ_i),i＝1～n

z_n＝z₀+H

由此，通过上述公式即可得到所述行人的当前位置。

根据本发明实施例的行人导航定位方法，可先确定行人的初始位置信息，并通过气压传感器检测到的气压测量数据识别出行人行走的步数、步长信息以及高度变化值，并确定行人的行走方向，最后，根据初始位置信息、步数、步长信息、高度变化值以及行走方向信息，基于PDR算法计算行人的当前位置。在实现行人导航定位的过程中，通过气压传感器直接测量行人步态参数(如足部腾空状态和落地状态、步数等)，充分利用了气压传感器测的测量功能，避免了传感器的冗余使用，同时可以减少大量传感器的配置，进而可减少系统体积、重量、功耗和成本。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。

在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统)使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，"计算机可读介质"可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下：具有一个或多个布线的电连接部(电子装置)，便携式计算机盘盒(磁装置)，随机存取存储器(RAM)，只读存储器(ROM)，可擦除可编辑只读存储器(EPROM或闪速存储器)，光纤装置，以及便携式光盘只读存储器(CDROM)。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。

应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。

本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。

此外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。

上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种行人导航定位系统，其特征在于，包括：GNSS接收模块、气压传感器、步态识别模块、行走方向确定模块和导航定位模块，其中，

所述GNSS接收模块，用于确定行人的初始位置信息；

所述气压传感器内置于所述行人的鞋垫或鞋底的腔体内，用于检测所述腔体内的气压；

所述步态识别模块与所述气压传感器相连，用于周期性地对所述气压传感器输出的气压测量数据进行采样，并根据采集到的气压测量数据确定所述腔体内的气压变化规律，并根据所述采集到的气压测量数据和所述气压变化规律计算所述行人行走的步数、步长信息以及高度变化值；

所述行走方向确定模块，用于确定所述行人的行走方向；

所述导航定位模块分别与所述GNSS接收模块、步态识别模块和行走方向确定模块相连，用于根据所述初始位置信息、步数、步长信息、高度变化值以及行走方向信息，基于PDR算法计算所述行人的当前位置。

2.如权利要求1所述的行人导航定位系统，其特征在于，所述步态识别模块包括：

足部状态判定单元，用于根据所述采集到的气压测量数据对所述行人在每个采样时刻的足部状态进行判定，其中，所述足部状态包括落地状态和腾空状态；

步数计算单元，用于根据所述气压变化规律、所述落地状态对应的气压值波形和所述腾空状态对应的气压值波形，计算所述行人在行走时的步数；

步长估算单元，用于根据每步的气压值大小、落地时间和腾空时间进综合估算以得到所述行人行走的步长信息；

高度变化值计算单元，用于根据所述采集到的气压测量数据中的气压变化与海拔高度的变化关系，得到所述行人行走时的高度变化值。

3.如权利要求2所述的行人导航定位系统，其特征在于，所述足部状态判定单元具体用于：

从所述采集到的气压测量数据中确定当前采样时刻的气压值P_k；

计算所述当前采样时刻的气压值P_k与当前采样时刻的正常气压值P_N之间的差值；

如果所述差值的绝对值大于目标阈值，则判定所述行人在所述当前采样时刻的足部状态为落地状态，其中，所述目标阈值T_p为当前采样时刻的正常气压值的均方差σ的3～5倍，所述当前采样时刻的正常气压值用于指示在当前采样时刻内处于稳定且持续一定时长状态的气压值；

如果所述差值的绝对值小于所述目标阈值，则判定所述行人在所述当前采样时刻的足部状态为腾空状态。

4.如权利要求2所述的行人导航定位系统，其特征在于，所述步数计算单元具体用于：

根据所述落地状态对应的气压值波形，从所述气压变化规律中找出目标落地状态的气压值波形，其中，目标落地状态用于指示足部落地时刻的累计时间大于第一时间阈值的落地状态；

根据所述腾空状态对应的气压值波形，从所述气压变化规律中找出目标腾空状态的气压值波形，其中，所述目标腾空状态用于指示足部腾空时刻的累计时间大于第二时间阈值的腾空状态；

根据所述目标落地状态的气压值波形、目标腾空状态的气压值波形，从所述气压变化规律中，确定所述目标落地状态和目标腾空状态交替出现的次数；

根据所述目标落地状态和目标腾空状态交替出现的次数，计算所述行人在行走时的步数。

5.如权利要求1至4中任一项所述的行人导航定位系统，其特征在于，所述GNSS接收模块、步态识别模块、行走方向确定模块和导航定位模块均内置于移动终端上。

6.如权利要求5所述的行人导航定位系统，其特征在于，所述系统还包括：

电源模块，用于对所述气压传感器提供电源。

7.一种行人导航定位方法，其特征在于，包括以下步骤：

确定行人的初始位置信息和行走方向信息；

周期性地对气压传感器输出的气压测量数据进行采样，其中，所述气压传感器内置于所述行人的鞋垫或鞋底的腔体内；

根据采集到的气压测量数据确定所述腔体内的气压变化规律，并根据所述采集到的气压测量数据和所述气压变化规律计算所述行人行走的步数、步长信息以及高度变化值；

根据所述初始位置信息、步数、步长信息、高度变化值以及行走方向信息，基于PDR算法计算所述行人的当前位置。

8.如权利要求7所述的行人导航定位方法，其特征在于，根据所述采集到的气压测量数据和所述气压变化规律计算所述行人行走的步数、步长信息以及高度变化值，包括：

根据所述采集到的气压测量数据对所述行人在每个采样时刻的足部状态进行判定，其中，所述足部状态包括落地状态和腾空状态；

根据所述气压变化规律、所述落地状态对应的气压值波形和所述腾空状态对应的气压值波形，计算所述行人在行走时的步数；

根据每步的气压值大小、落地时间和腾空时间进综合估算以得到所述行人行走的步长信息；

根据所述采集到的气压测量数据中的气压变化与海拔高度的变化关系，得到所述行人行走时的高度变化值。

9.如权利要求8所述的行人导航定位方法，其特征在于，根据所述采集到的气压测量数据对所述行人在每个采样时刻的足部状态进行判定，包括：

从所述采集到的气压测量数据中确定当前采样时刻的气压值P_k；

计算所述当前采样时刻的气压值P_k与当前采样时刻的正常气压值P_N之间的差值；

如果所述差值的绝对值大于目标阈值，则判定所述行人在所述当前采样时刻的足部状态为落地状态，其中，所述目标阈值T_p为当前采样时刻的正常气压值的均方差σ的3～5倍，所述当前采样时刻的正常气压值用于指示在当前采样时刻内处于稳定且持续一定时长状态的气压值；

如果所述差值的绝对值小于所述目标阈值，则判定所述行人在所述当前采样时刻的足部状态为腾空状态。

10.如权利要求8所述的行人导航定位方法，其特征在于，根据所述气压变化规律、所述落地状态对应的气压值波形和所述腾空状态对应的气压值波形，计算所述行人在行走时的步数，包括：

根据所述落地状态对应的气压值波形，从所述气压变化规律中找出目标落地状态的气压值波形，其中，目标落地状态用于指示足部落地时刻的累计时间大于第一时间阈值的落地状态；

根据所述腾空状态对应的气压值波形，从所述气压变化规律中找出目标腾空状态的气压值波形，其中，所述目标腾空状态用于指示足部腾空时刻的累计时间大于第二时间阈值的腾空状态；

根据所述目标落地状态的气压值波形、目标腾空状态的气压值波形，从所述气压变化规律中，确定所述目标落地状态和目标腾空状态交替出现的次数；

根据所述目标落地状态和目标腾空状态交替出现的次数，计算所述行人在行走时的步数。