CN109001784A - 一种智能定位鞋系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种智能定位鞋系统,包括室外定位模块、室内定位模块、主控芯片、电源模块和服务器;电源模块用于分别向室外定位模块、室内定位模块和主控芯片提供电能;室外定位模块用于接收卫星信号数据;室内定位模块用于采集行人的航向角数据、加速度数据以及地磁数据;主控芯片通过卫星信号数据得到行人的室外定位数据,并且在室外定位模块接收到的卫星数量小于设定值时,主控芯片基于室外定位数据并通过室内定位模块采集到的数据得到行人的室内定位数据;服务器通过室外定位数据和室内定位数据得到较高精度行人室内外定位数据。该系统具有精度高、功耗低、硬件电路简单、通用性强等特点。

Description

一种智能定位鞋系统
技术领域
[0001] 本发明涉及室内外定位领域,具体涉及一种智能定位鞋系统。
背景技术
[0002] 随着人类的发展和社会的进步,人们的社会活动越来越多,人们的出行也越来越 多的离不开对位置信息的需求。当今社会,人们大部分的活动是在室内进行,在室内时人们 不能通过卫星定位系统获得自己的位置信息,这时就需要用到室内定位系统。通过室外定 位系统和室内定位系统的共同定位可以获得行人在室内外的精确位置。
[0003] 现有技术中可以实现行人定位的智能鞋系统,大部分系统都是通过GPS/北斗来进 行定位,这只是可以实现行人较高精度的室外定位,而室内定位的精度则大大下降;部分系 统是通过WIFI和GPS/北斗系统实现行人的室内外定位,但系统需要在布设有WIFI的室内才 可以实现室内定位,而对于没有WIFI的室内则不可以使用。如下述公开的四项专利:
[0004]申请号为2〇in〇73〇379.5的中国专利公开了 “一种智能定位鞋”,其主要技术是利 用GPS接收机实现行人的定位。申请号为20161〇314403.2的中国专利公开了“一种智能定位 鞋系统”,其主要技术是利用GPS定位模块、WIFI定位模块和手机基站定位模块三种定位方 式实现行人的定位。申请号为2〇1610842122.4的中国专利公开了“一种可定位的无线智能 鞋子”,其主要技术是利用GPS定位模块实现行人的定位,通过GSM模块与智能手机等设备无 线连接,从可以对视掌握穿戴者的位置信息。申请号为201710342088.9中国专利公开了“一 种GPS定位语音导航智能鞋”,其主要技术是利用GPS定位模块实现行人的定位,在鞋底设置 有摄像头和距离感应器,能够实时监测路面情况并通过薄片振动器反馈给脚掌,让穿行者 能够安全行走,鞋体内还设有GPS定位模块、语音模块能够实现定位导航的功能,鞋子信息 通过无线模块与移动终端连接,可实现远程监控,显示穿行者的位置。
[0005]上述的四种智能定位鞋系统以及方法,有三种是只通过GPS接收机实现行人的定 位,对行人室内定位的精度有很大的衰减;一种是通过GPS定位模块、WIFI定位模块和手机 基站定位模块三种定位方式实现行人的定位,但系统需要在布设有WIFI的室内才可以实现 室内定位,而对于没有WIFI的室内则不可以使用。同时系统存在如下缺陷:
[0006] 1、需要投入了大量的WIFI设备,这些设备需要定期的维护,并且设备体积大、功耗 较高、成本高;
[0007] 2、行人所携带的接收系统功耗较高,系统的电源不能满足行人长时间行走定位的 需求;
[000S] 3、主要依赖外部设备实现行人的定位,不能实现自主定位,在突发状况下系统可 能会失去定位功能的缺点。
发明内容
[0009]综上所述,为克服现有技术的不足,本发明所要解决的技术问题是提供一种智能 定位鞋系统,提出了新的设计思想以及改进了相关定位算法,使得该系统具有精度高、成本 低、体枳小、低功耗等特点。
[0010]本发明解决上述技术问题的技术方案如下:一种智能定位鞋系统,包括室外定位 模块、室内定位模块、主控芯片、电源模块和服务器;所述室外定位模块、所述室内定位模 块、所述主控芯片和所述电源模块均安装在行人的鞋上;
[0011]所述室外定位模块,其用于接收卫星信号数据,并将接收到的卫星信号数据发送 给所述主控芯片;
[0012]所述室内定位模块,其用于采集行人的航向角数据、加速度数据以及地磁数据,并 将采集到的数据发送给所述主控芯片;
[0013] _所述主控芯片,其用于对所述室外定位模块接收到的卫星信号数据进行计算处理 以得到行人的室外定位数据,并且在所述室外定位模块接收到的卫星数量小于设定值时, 所述主控芯片基于室外定位数据对所述室内定位模块采集到的数据进行计算处理以得到 行人的室内定位数据;
[0014]所述电源模块,其用于分别向所述室外定位模块、所述室内定位模块和所述主控 芯片提供电能;
[0015]所述服务器,其用于接收存储所述主控芯片得到的室外定位数据和室内定位数 据,并对室外定位数据和室内定位数据进行卡尔曼滤波解算得到较高精度行人室内外定位 数据,再将行人室内外定位数据实时发送到行人以及其家人的手机中。
[0016]本发明的有益效果是:定位可以达到分米级定位的精度,并且将行人的定位信息 发送到自己以及家人的手机中,可以让自己以及家人实时获取自己的位置信息,并且该装 置具有精度高、功耗低、硬件电路简单、通用性强等特点。
[0017]在上述技术方案的基础上,本发明还可以做如下改进:
[0018]进一步,所述主控芯片对所述室外定位模块接收到的卫星信号数据通过载波相位 平滑伪距算法消除伪距噪声,还通过对所述室外定位模块接收到的卫星信号数据改进差分 定位算法并提高算法效率后得到行人的室外定位数据。
[0019] 采用上述进一步方案的有益效果是:实现行人的室外定位。
[0020] 进一步,所述室外定位模块包括GPS/北斗接收机和第一无线通信模块,所述GPS/ 北斗接收机和所述第一无线通信模块安装在行人的鞋内,并且所述GPS/北斗接收机通过接 收天线接收卫星信号数据并将接收到的卫星信号数据传输给所述主控芯片。
[0021] 进一步,所述室内定位模块包括惯性测量单元、磁力计和第二无线通信模块;所述 惯性测量单元、所述磁力计和所述第二无线通信模块安装在行人的鞋内,并且所述惯性测 量单元采集行人的航向角数据和加速度数据,所述磁力计采集行人的地磁数据,所述惯性 测量单元和所述磁力计将采集到的数据传输给所述主控芯片,所述主控芯片再根据所述惯 性测量单元和所述磁力计采集到的数据进行融合,并解算出行人姿态以得到行人的室内定 位数据。
[0022] 进一步,所述惯性测量单元包括陀螺仪传感器和加速度传感器;所述陀螺仪传感 器和所述加速度传感器分别采集行人的航向角数据和加速度数据。
[0023]采用上述进一步方案的有益效果是:基于室外定位的数据,实现对行人的室内精 确定位。
[0024]进一步,当所述主控芯片检测到融合数据低于其预设的阈值时,所述主控芯片认 为行人处于零速阶段并对所述惯性测量单元和所述磁力计采集的数据误差进行修正,最后 将修正后的数据进行融合,并解算出行人姿态以得到行人的室内定位数据。
[00K]采用上述进一步方案的有益效果是:因为陀螺仪传感器采集的数据存在漂移,并 且误差会随着时间的推移不断累积,主控芯片不断对传感器数据进行校正,以得到较高精 度的传感器数据。
[0026]进一步,所述服务器通过无线通信模块接收存储所述主控芯片得到的室外定位数 据和室内定位数据,并且所述服务器还通过无线通信模块将卡尔曼滤波解算得到的行人室 内外定位数据实时发送到行人以及其家人的手机中。
附图说明
[0027]图1为本发明的组成框图;
[0028]图2为室外定位模块的定位框图;
[0029]图3为室内定位模块定位的定位框图;
[0030]图4为本发明的流程框图。
具体实施方式
[0031]以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述,所举实例只用于解释本发明,并 非用于限定本发明的范围。
[0032]如图1-3所示,一种智能定位鞋系统,包括室外定位模块、室内定位模块、主控芯 片、电源模块和服务器。所述电源模块安装在鞋内用于分别向所述室外定位模块、所述室内 $位模块和所述主控芯片提供电能,并且电源模块采用无线充电方式,方便用户对系统进 行充电。所述室外定位模块,其包括GPS/北斗接收机,所述GPS/北斗接收机安装在行人的鞋 内,并且所述GPS/北斗接收机通过接收天线接收卫星信号数据,再将接收到的卫星信号数 据通传输给所述主控芯片。
[0033]所述室内定位模块,其包括惯性测量单元和磁力计;所述惯性测量单元和所述磁 力计安装在行人的鞋内,所述惯性测量单元包括陀螺仪传感器和加速度传感器,所述陀螺 仪传感器和所述加速度传感器分别采集行人的航向角数据和加速度数据。所述磁力计采集 行人的地磁数据,所述惯性测量单元和所述磁力计将采集到的数据传输给所述主控芯片。 [0034]所述主控芯片对所述室外定位模块接收到的卫星信号数据通过载波相位平滑伪 距算法消除伪距噪声,还通过对所述室外定位模块接收到的卫星信号数据改进差分定位算 法并提高算法效率后得到行人的室外定位数据。并且在所述室外定位模块接收到的卫星数 量小于设定值时,所述主控芯片基于室外定位数据对所述室内定位模块采集到的数据进行 融合解算行人姿态以得到行人的室内定位数据。
[0035]所述服务器,其通过无线通信模块接收存储所述主控芯片得到的室外定位数据和 室内定位数据,并对室外定位数据和室内定位数据进行卡尔曼滤波解算得到较高精度行人 室内外定位数据,所述服务器还通过无线通信模块将卡尔曼滤波解算得到的行人室内外定 位数据实时发送到行人以及其家人的手机中。
[0036]该智能定位鞋系统的室外定位模块的工作模式如下:
[0037] GPS/北斗接收机通过接收天线接收到卫星信号数据,然后将接收到卫星信号数据 传输给主控芯片。主控芯片对接收的卫星信号数据进行分析处理,通过载波相位平滑伪距 算法消除伪距噪声,还通过对所述室外定位模块接收到的卫星信号数据改进差分定位算法 并提高算法效率后得到行人的室外定位数据,然后通过无线通信模块将室外定位数据上传 到服务器。服务器将从主控芯片上传过来的室外定位数据进行存储。
[0038]该智能定位鞋系统的室内定位模块的工作模式如下:
[0039]室外定位模块的GPS/北斗接收机通过接收天线接收卫星信号,当其接收到的卫星 数小于预设卫星数时,主控芯片基于其得到的室外定位数据运行室内定位模块:陀螺仪传 感器、加速度传感器、地磁计分别采集行人的航向角数据、加速度数据、地磁数据,然后将这 些数据发送到主控芯片。主控芯片通过室外定位数据确定室内定位模块从什么地方开始继 续定位,然后通过室内定位模块采集的航向角数据、加速度数据、地磁数据(九轴数据)进行 融合,并解算出行人姿态以得到行人的室内定位数据。另外,当所述主控芯片检测到融合数 据低于其预设的阈值时,所述主控芯片认为行人处于零速阶段并对所述惯性测量单元和所 述磁力计采集的数据误差进行修正,最后将修正后的数据进行融合,并解算出行人姿态以 得到行人的室内定位数据。因为陀螺仪传感器采集的数据存在漂移,并且误差会随着时间 的推移不断累积,所以就需要主控芯片不断对传感器数据进行校正,以得到较高精度的传 感器数据。由于行人在行走过程中,每一步在落地阶段脚部会存在短时间的速度为〇的特 性,在零速时刻,通过主控芯片的输出对采集数据的误差进行修正,从而提高导航精度。最 后,主控芯片将室内定位数据通过无线通信模块上传到服务器。服务器将从主控芯片上传 过来的室内定位数据进行存储。
[0040]服务器将主控芯片上传的室外定位数据和室内定位数据进行进一步的处理,得到 较高精度的室内外定位数据。最后服务器通过无线通信模块实时发送行人的室内外定位数 据到行人以及其家人的手机中,行人及家人通过发送到手机中的数据获取行人的高精度位 置信息。
[0041]该智能定位鞋系统还包括用于设置行人活动范围的电子围栏。如对年幼的孩童或 者患有老年痴呆的老龄人等其他特殊人群,可通过电子围栏设置其活动范围,当期活动范 围超出预设的范围时,系统发出报警提示其家人或者监护人,防止该类特殊人群走失。
[0042]如图4所示,行人在室外时利用室外定位模块进行定位,当收到等于或者大于预设 数量的卫星定位信号时,使用室外定位模块的室外定位数据;当接收到少于预设数量的定 位信号时,则将室外定位模块的室外定位数据传输至室内定位模块,室内定位模块通过惯 性测量单元、磁力计实现行人的室内定位数据,服务器将主控芯片上传的室外定位数据和 室内定位数据进行卡尔曼滤波,得到较高精度的室内外定位数据,从而达到行人的室内外 高精度定位。在定位的同时服务器通过无线通信模块将定位信息发送到行人以及家人的手 机上,即可以通过手机获得行人的位置信息,从而实现行人的高精度定位。通过电子围栏设 置行人的活动范围,当行人的活动范围越过电子围栏时系统会发出警报,同时系统会将警 告信息发送到家人的手机中,提醒家人注意行人的活动范围。该系统具有室内外高精度定 位,实时性强,体积小并且成本低的优势,并且系统搭建简单,由接收机和服务器组成。
[0043]以上所述仅为本发明的较佳实施例,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和 原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

  1. 、#1 •一种智能定位鞋系统,其特征在于,包括室外定位模块、室内定位模块、主控芯片、电 源模块和服务器;所述室外定位模块、所述室内定位模块、所述主控芯片和所述电源模块均 安装在行人的鞋上; 所述室外定位模块,其用于接收卫星信号数据,并将接收到的卫星信号数据发送给所 述主控芯片; 所述室内定位模块,其用于采集行人的航向角数据、加速度数据以及地磁数据,并将采 集到的数据发送给所述主控芯片; J所述主控芯片,其用于对所述室外定位模块接收到的卫星信号数据进行计算处理以得 到行人的室外定位数据,并且在所述室外定位模块接收到的卫星数量小于设定值时,所述 主控芯片基于室外定位数据对所述室内定位模块采集到的数据进行计算处理以得到行人 的室内定位数据; 所述电源模块,其用于分别向所述室外定位模块、所述室内定位模块和所述主控芯片 提供电能; 所述服务器,其用于接收存储所述主控芯片得到的室外定位数据和室内定位数据,并 对室外定位数据和室内定位数据进行卡尔曼滤波解算得到较高精度行人室内外定位数据, 再将行人室内外定位数据实时发送到行人以及其家人的手机中。
  2. 2.根据权利要求1所述的智能定位鞋系统,其特征在于,所述主控芯片对所述室外定位 模块接收到的卫星信号数据通过载波相位平滑伪距算法消除伪距噪声,还通过对所述室外 定位模块接收到的卫星信号数据改进差分定位算法并提高算法效率后得到行人的室外定 位数据。
  3. 3.根据权利要求1所述的智能定位鞋系统,其特征在于,所述室外定位模块包括GPS/北 斗接收机和第一无线通信模块,所述GPS/北斗接收机和所述第一无线通信模块安装在行人 的鞋内,并且所述GPS/北斗接收机通过接收天线接收卫星信号数据并将接收到的卫星信号 数据传输给所述主控芯片。
  4. 4. 根据权利要求1所述的智能定位鞋系统,其特征在于,所述室内定位模块包括惯性测 量单元、磁力计和第二无线通信模块;所述惯性测量单元、所述磁力计和所述第二无线通信 模块安装在行人的鞋内,并且所述惯性测量单元采集行人的航向角数据和加速度数据,所 述磁力计采集行人的地磁数据,所述惯性测量单元和所述磁力计将采集到的数据传输给所 述主控芯片,所述主控芯片再根据所述惯性测量单元和所述磁力计采集到的数据进行融 合,并解算出行人姿态以得到行人的室内定位数据。
  5. 5. 根据权利要求4所述的智能定位鞋系统,其特征在于,所述惯性测量单元包括陀螺仪 传感器和加速度传感器;所述陀螺仪传感器和所述加速度传感器分别采集行人的航向角数 据和加速度数据。
  6. 6. 根据权利要求4所述的智能定位鞋系统,其特征在于,当所述主控芯片检测到融合数 据低于其预设的阈值时,所述主控芯片认为行人处于零速阶段并对所述惯性测量单元和所 述磁力计采集的数据误差进行修正,最后将修正后的数据进行融合,并解算出行人姿态以 得到行人的室内定位数据。
  7. 7. 根据权利要求1所述的智能定位鞋系统,其特征在于,所述服务器通过无线通信模块 接收存储所述主控芯片得到的室外定位数据和室内定位数据,并且所述服务器还通过无线 通信模块将卡尔曼滤波解算得到的行人室内外定位数据实时发送到行人以及其家人的手 机中。
  8. 8.根据权利要求1至7任一项所述的智能定位鞋系统,其特征在于,还包括用于设置行 人活动范围的电子围栏。
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