CN109596124A - 基于步行数据的单人定位方法、装置和电子设备 - Google Patents
基于步行数据的单人定位方法、装置和电子设备 Download PDFInfo
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Abstract
本申请涉及一种基于步行数据的单人定位方法、单人定位装置和电子设备。该方法包括：通过基于惯性测量单元的步态检测获取指示人员行走的每一步的步态数据；获取所述每一步的步长数据；利用磁强计信息计算所述每一步的航向角；以及，基于所述步态数据、所述步长数据和所述航向角确定人员位置。这样，可以通过惯性测量单元所获得的人员行走的步行数据来确定人员位置，从而实现了特定场景下的精准定位。
Description
技术领域
本申请总的来说涉及定位技术领域，且更为具体地，涉及一种基于步行数据的单人定位方法、装置和电子设备。
背景技术
随着定位技术的发展，出现了越来越多的通过无线信号定位的方式。例如，在室内定位领域，常见的定位方式有WIFI定位、蓝牙定位、红外线定位、RFID定位、超声波定位、ZigBee定位以及超宽带(UWB)定位。
这些无线定位技术主要通过目标节点到接收节点的距离或者角度对目标节点进行测距，进而计算位置信息。无线测距技术可分为基于信号接收强度(RSSI)的测距技术、基于信号达到角度(AOA)的测距技术、基于信号传输时间(TOF)的测距技术以和基于信号传输时间差(TDOA)的测距技术。其中，基于信号传输时间和基于信号传输时间差的技术是目前应用最广泛的测距技术。
例如，在应用于室内定位时，通常利用事先布置好的基站获得多个基站的测距信息，并通过最小二乘解算出位置。进一步地，可以通过和惯性导航的组合，并结合卡尔曼滤波进一步提高定位的精度。
但是，在不具有预先布置的基站或者基站损坏的情况下，就无法使用上述方式进行定位。
因此，需要针对特定场景的改进的定位方案。
发明内容
为了解决上述技术问题，提出了本申请。本申请的实施例提供了一种基于步行数据的单人定位方法、单人定位装置和电子设备，其通过惯性测量单元所获得的人员行走的步行数据来确定人员位置，从而实现了特定场景下的精准定位。
根据本申请的一方面，提供了一种基于步行数据的单人定位方法，包括：通过基于惯性测量单元的步态检测获取指示人员行走的每一步的步态数据；获取所述每一步的步长数据；利用磁强计信息计算所述每一步的航向角；以及，基于所述步态数据、所述步长数据和所述航向角确定人员位置。
在上述基于步行数据的单人定位方法中，通过基于惯性测量单元的步态检测获取指示人员行走的每一步的步态数据包括：以所述惯性测量单元采集加速度值；以及，基于一个周期内所述加速度值的信号峰值点来获取指示人员行走的每一步的步态数据。
在上述基于步行数据的单人定位方法中，基于一个周期内所述加速度值的信号峰值点来获取指示人员行走的每一步的步态数据包括：获取预定大小的滑动窗口内的所述加速度值；确定所述滑动窗口的中心数据是否为所述滑动窗口内的最大数据；响应于确定所述滑动窗口的中心数据是所述滑动窗口内的最大数据，确定所述窗口中心数据是否大于预设峰值域数值；响应于所述窗口中心数据大于预设峰值域数值，确定所述窗口中心数据对应的时刻与上一峰值时刻之间的差值是否大于预设最小迈步时间；以及，响应于所述窗口中心数据对应的时刻与上一峰值时刻之间的差值大于预设最小迈步时间，确定所述检测到所述一个周期内的所述加速度值的信号峰值点。
在上述基于步行数据的单人定位方法中，获取所述每一步的步长数据包括：以伪常数步长模型获取所述每一步的步长数据。
在上述基于步行数据的单人定位方法中，利用磁强计信息计算所述每一步的航向角包括：通过所述惯性测量单元的磁强计获得所述磁强计在人员的平面直角坐标系下的水平投影量和垂直投影量；基于所述水平投影量和所述垂直投影量获得所述平面直角坐标系的水平轴与磁北方向的第一夹角；以及，基于所述第一夹角获得所述每一步的航向角。
在上述基于步行数据的单人定位方法中，基于所述第一夹角获得所述每一步的航向角包括：基于所述第一夹角与地磁偏角之和获得所述平面直角坐标系的水平轴与真北方向的第二夹角；以及，基于所述第一夹角获得所述每一步的航向角。
在上述基于步行数据的单人定位方法中，通过所述惯性测量单元的磁强计获得所述磁强计在人员的平面直角坐标系下的水平投影量和垂直投影量包括：通过所述惯性测量单元的磁强计获得所述磁强计在人员的载体坐标系下的磁强计分量；获得所述载体坐标系到所述平面直角坐标系转过的欧拉角；以及，基于所述磁强计在人员的载体坐标系下的磁强计分量和所述欧拉角获得所述水平投影量和垂直投影量。
在上述基于步行数据的单人定位方法中，基于所述步态数据、所述步长数据和所述航向角确定人员位置包括：确定人员的初始位置；以及，基于所述初始位置以及所述每一步的步长数据与所述航向角的乘积之和确定所述人员位置。
在上述基于步行数据的单人定位方法中，基于所述步态数据、所述步长数据和所述航向角确定人员位置包括：基于所述步态数据、所述步长数据和所述航向角确定人员行走的速度数据；以及，对所述速度数据进行积分以确定所述人员位置。
在上述基于步行数据的单人定位方法中，所述惯性测量单元是设置于人员的脚部位置的微惯性测量单元。
根据本申请的另一方面，提供了一种基于步行数据的单人定位装置，包括：步态数据获取单元，用于通过基于惯性测量单元的步态检测获取指示人员行走的每一步的步态数据；步长数据获取单元，用于获取所述每一步的步长数据；航向角计算单元，用于利用磁强计信息计算所述每一步的航向角；以及，位置确定单元，用于基于所述步态数据、所述步长数据和所述航向角确定人员位置。
在上述基于步行数据的单人定位装置中，所述步态数据获取单元用于：以所述惯性测量单元采集加速度值；以及，基于一个周期内所述加速度值的信号峰值点来获取指示人员行走的每一步的步态数据。
在上述基于步行数据的单人定位装置中，所述步态数据获取单元基于一个周期内所述加速度值的信号峰值点来获取指示人员行走的每一步的步态数据包括：获取预定大小的滑动窗口内的所述加速度值；确定所述滑动窗口的中心数据是否为所述滑动窗口内的最大数据；响应于确定所述滑动窗口的中心数据是所述滑动窗口内的最大数据，确定所述窗口中心数据是否大于预设峰值域数值；响应于所述窗口中心数据大于预设峰值域数值，确定所述窗口中心数据对应的时刻与上一峰值时刻之间的差值是否大于预设最小迈步时间；以及，响应于所述窗口中心数据对应的时刻与上一峰值时刻之间的差值大于预设最小迈步时间，确定所述检测到所述一个周期内的所述加速度值的信号峰值点。
在上述基于步行数据的单人定位装置中，所述步长数据获取单元用于：以伪常数步长模型获取所述每一步的步长数据。
在上述基于步行数据的单人定位装置中，所述航向角计算单元用于：通过所述惯性测量单元的磁强计获得所述磁强计在人员的平面直角坐标系下的水平投影量和垂直投影量；基于所述水平投影量和所述垂直投影量获得所述平面直角坐标系的水平轴与磁北方向的第一夹角；以及，基于所述第一夹角获得所述每一步的航向角。
在上述基于步行数据的单人定位装置中，所述航向角计算单元基于所述第一夹角获得所述每一步的航向角包括：基于所述第一夹角与地磁偏角之和获得所述平面直角坐标系的水平轴与真北方向的第二夹角；以及，基于所述第一夹角获得所述每一步的航向角。
在上述基于步行数据的单人定位装置中，所述航向角计算单元通过所述惯性测量单元的磁强计获得所述磁强计在人员的平面直角坐标系下的水平投影量和垂直投影量包括：通过所述惯性测量单元的磁强计获得所述磁强计在人员的载体坐标系下的磁强计分量；获得所述载体坐标系到所述平面直角坐标系转过的欧拉角；以及，基于所述磁强计在人员的载体坐标系下的磁强计分量和所述欧拉角获得所述水平投影量和垂直投影量。
在上述基于步行数据的单人定位装置中，所述位置确定单元用于：确定人员的初始位置；以及，基于所述初始位置以及所述每一步的步长数据与所述航向角的乘积之和确定所述人员位置。
在上述基于步行数据的单人定位装置中，所述位置确定单元用于：基于所述步态数据、所述步长数据和所述航向角确定人员行走的速度数据；以及，对所述速度数据进行积分以确定所述人员位置。
在上述基于步行数据的单人定位装置中，所述惯性测量单元是设置于人员的脚部位置的微惯性测量单元。
根据本申请的再一方面，提供了一种电子设备，包括：处理器；以及，存储器，在所述存储器中存储有计算机程序指令，所述计算机程序指令在被所述处理器运行时使得所述处理器执行如上所述的基于步行数据的单人定位方法。
根据本申请的又一方面，提供了一种计算机可读介质，其上存储有计算机程序指令，所述计算机程序指令在被处理器运行时使得所述处理器执行如上所述的基于步行数据的单人定位方法。
本申请提供的基于步行数据的单人定位方法、装置和电子设备，可以通过惯性测量单元所获得的人员行走的步行数据来确定人员位置，从而实现了特定场景下的精准定位，具有不受外界环境干扰、自主性强、成本低、体积小且能输出连续导航结果的优点。
附图说明
通过阅读下文优选的具体实施方式中的详细描述，本申请各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。说明书附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本申请的限制。显而易见地，下面描述的附图仅仅是本申请的一些实施例，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。而且在整个附图中，用相同的附图标记表示相同的部件。
图1图示了根据本申请实施例的基于步行数据的单人定位方法的流程图；
图2图示了根据本申请实施例的微惯性测量单元设置于人的脚部的示意图；
图3图示了根据本申请实施例的步态峰值检测的示意性流程图；
图4图示了根据本申请实施例的通过地磁确定航向角的示意图；
图5图示了根据本申请实施例的确定人员位置的一个示例的示意图；
图6图示了根据本申请实施例的基于步行数据的单人定位装置的框图；
图7图示了根据本申请实施例的电子设备的框图。
具体实施方式
下面，将参考附图详细地描述根据本申请的示例实施例。显然，所描述的实施例仅仅是本申请的一部分实施例，而不是本申请的全部实施例，应理解，本申请不受这里描述的示例实施例的限制。
申请概述
如上所述，在某些场景，例如井下救援场景中，因为救援人员所处环境非常恶劣，一旦发生危险，需要及时进行救援，因此非常需要获得人员的精确位置。但是，在目前的救援指挥系统中，救援人员位置信息无法及时传输给现场指挥员，这就对井下救援人员自身的安全以及整个调度工作带来了很大的麻烦。
由于通常的室内定位方法需要利用事先布置好的基站，但是在井下救援等紧急情况下，不可能预先布置基站，或者即使预先已经有基站，也可能已经损毁，无法正常工作。并且，由于井下工作环境多为封闭的多遮挡环境，在其中工作的人员需要不断提供准确的导航信息。
传统的利用卫星的导航模式在室内会存在信号缺失、易受干扰等问题，无法得到应用。而基于超宽带(UWB)的定位方法又存在多路径误差，甚至需要事先有额外设备的辅助，不仅成本高、且还不能满足井下救援环境未知性的需求。
针对上述技术问题，本申请的基本构思是采用基于自包含传感器的个人导航方法来进行自主的定位，通过步态检测结合单人行动的需求，以适应这些特定场景下的定位需要。
具体地，本申请提供一种基于步行数据的单人定位方法、装置和电子设备，其首先通过基于惯性测量单元的步态检测获取指示人员行走的每一步的步态数据，并获取所述每一步的步长数据，然后利用磁强计信息计算所述每一步的航向角，最后基于所述步态数据、所述步长数据和所述航向角确定人员位置。这样，可以通过惯性测量单元所获得的人员行走的步行数据来确定人员位置，从而实现了特定场景下的精准定位，具有不受外界环境干扰、自主性强、成本低、体积小且能输出连续导航结果的优点。
这里，本领域技术人员可以理解，根据本申请实施例的基于步行数据的单人定位方法、装置和电子设备可以用于无基站或者基站损坏的场景，但是也可以与其它无线定位方法结合使用，从而进一步提高定位精度。
在介绍了本申请的基本原理之后，下面将参考附图来具体介绍本申请的各种非限制性实施例。
示例性方法
图1图示了根据本申请实施例的基于步行数据的单人定位方法的流程图。
如图1所示，根据本申请实施例的基于步行数据的单人定位方法包括：S110，通过基于惯性测量单元的步态检测获取指示人员行走的每一步的步态数据；S120，获取所述每一步的步长数据；S130，利用磁强计信息计算所述每一步的航向角；以及S140，基于所述步态数据、所述步长数据和所述航向角确定人员位置。
在步骤S110中，通过基于惯性测量单元的步态检测获取指示人员行走的每一步的步态数据。这里，所述惯性测量单元可以是适于由人员携带的微惯性测量单元(MIMU：MicroInertial Measurement Unit)。并且，所述微惯性测量单元可以可穿戴设备的形式由人员携带，或者安装在各种可穿戴设备中，例如人员佩戴的头盔，人员所穿的衣物等。
但是，由于人的脚部运动有明显的周期性，且运动状态较明显，根据脚部的运动信息，可以较明显地反映出行走的方向性和速度的变化，且当人体在行走时会出现短暂的停顿，也就是速度为0，便于运动状态的识别。因此在根据本申请实施例的基于步行数据的单人定位方法中，所述微惯性测量单元可以安装在人的脚部位置，如图2所示。这样，当人在行走时，就可以对MIMU的加速度计数据，陀螺仪数据等进行分析，从而计算出实时位置。图2图示了根据本申请实施例的微惯性测量单元设置于人的脚部的示意图。
具体地，在根据本申请实施例的基于步行数据的单人定位方法中，通过步态峰值检测算法辨识一个周期内加速度的信号峰值点来检测步频。首先，构建一个滑动窗口，比如2N+1大小的滑动窗口，并对加速度进行采集，以获得滑动窗口内的加速度值序列。例如，MIMU中的三轴加速度传感器在某时刻采集到的值分别为和则加速度值为其平方和开根号：
另外，可以对所获得的加速度值进行平滑以获得平滑值：
之后，判断窗口中心数据是否为窗口内的最大数据，如果是，则进一步判断窗口中心数据是否大于预设的峰值域PT。如果窗口中心数据大于预设的峰值域PT，则进一步判断窗口中心数据所对应的时刻与上一峰值时刻之间的时间差是否大于预设的最小迈步时间T。如果是，则可以判定检测到一步峰值。如果以上任意判定的判定结果为否，所以还没有检测到对应于一步的峰值，则继续获取加速度数据并更新窗口数据。
因此，在根据本申请实施例的基于步行数据的单人定位方法中，通过基于惯性测量单元的步态检测获取指示人员行走的每一步的步态数据包括：以所述惯性测量单元采集加速度值；以及，基于一个周期内所述加速度值的信号峰值点来获取指示人员行走的每一步的步态数据。
并且，在上述基于步行数据的单人定位方法中，基于一个周期内所述加速度值的信号峰值点来获取指示人员行走的每一步的步态数据包括：获取预定大小的滑动窗口内的所述加速度值；确定所述滑动窗口的中心数据是否为所述滑动窗口内的最大数据；响应于确定所述滑动窗口的中心数据是所述滑动窗口内的最大数据，确定所述窗口中心数据是否大于预设峰值域数值；响应于所述窗口中心数据大于预设峰值域数值，确定所述窗口中心数据对应的时刻与上一峰值时刻之间的差值是否大于预设最小迈步时间；以及，响应于所述窗口中心数据对应的时刻与上一峰值时刻之间的差值大于预设最小迈步时间，确定所述检测到所述一个周期内的所述加速度值的信号峰值点。
图3图示了根据本申请实施例的步态峰值检测的示意性流程图。如图3所示，在步骤S210，首先设置滑动窗口大小2N+1，峰值域PT和最小迈步时间T。之后，在步骤S220，获取加速度数据，并在步骤S230，更新窗口数据。优选地，在步骤S240，对窗口内的加速度数据进行平滑。随后，在步骤S250，判定窗口中心数据是否为窗口内的最大数据。在步骤S260，响应于步骤S250的判定为“是”，进一步判定窗口中心数据是否大于峰值域PT。在步骤S270，响应于步骤S260的判定为“是”，进一步判定窗口中心数据对应的时刻与上一峰值时刻之间的差值是否大于最小迈步时间T。最后，在步骤S280，响应于步骤S260的判定为“是”，确定检测到一步峰值。此外，如果在步骤S250，步骤S260和步骤S270的判定为“否”，则返回到步骤S220，继续获取加速度数据。
在步骤S120中，获取所述每一步的步长数据。具体地，在根据本申请实施例的基于步行数据的单人定位方法中，采用常用的伪常数步长模型估计步长，其假定步长为一个随机变量S，则有：
Si+1＝Si+ws
其中ws是高斯白噪声，且ws～N(0，σs)，Si为第i步的长度，S0通常为由参考源标定的步长平均数。
因此，在根据本申请实施例的基于步行数据的单人定位方法中，获取所述每一步的步长数据包括：以伪常数步长模型获取所述每一步的步长数据。
在步骤S130中，利用磁强计信息计算所述每一步的航向角。这里，在根据本申请实施例的基于步行数据的单人定位方法中，为了解决航向角漂移的问题，结合静态长时间下磁航向稳定的特定，借助地磁来确定人员移动的航向角。
图4图示了根据本申请实施例的通过地磁确定航向角的示意图。如图4所示，假定X、Y和Z是平面直角坐标系的坐标轴，且磁强计在X轴和Y轴上的投影量分别为Mx和My，Φ为磁倾角，则X轴与磁北夹角Ψ为：
进一步地，在磁北与真北方向之间可能存在地磁偏角λ，则在补偿该地磁偏角之后可得到X轴与真北方向的夹角：
Ψ真＝Ψ±λ
此外，在某些情况下，MIMU具有的三轴磁强计由于MIMU固定在人员的脚上，可能不能直接测量出地磁在上述平面直角坐标系的X轴和Y轴上的水平分量，则需要将所测量到的值映射到平面直角坐标系。
具体地，假设三轴磁强计的测量值分别为Mxb、Myb和Mzb，且γ和θ分别为从水平系到载体系转过的欧拉角，假定同一航向且水平角度为0时三轴磁强计的分量为Mx、My和Mz，则有：
令则有：
如果忽略地磁偏角λ，则载体欧拉航向角为：
因此，在根据本申请实施例的基于步行数据的单人定位方法中，利用磁强计信息计算所述每一步的航向角包括：通过所述惯性测量单元的磁强计获得所述磁强计在人员的平面直角坐标系下的水平投影量和垂直投影量；基于所述水平投影量和所述垂直投影量获得所述平面直角坐标系的水平轴与磁北方向的第一夹角；以及，基于所述第一夹角获得所述每一步的航向角。
并且，在上述基于步行数据的单人定位方法中，基于所述第一夹角获得所述每一步的航向角包括：基于所述第一夹角与地磁偏角之和获得所述平面直角坐标系的水平轴与真北方向的第二夹角；以及，基于所述第一夹角获得所述每一步的航向角。
此外，在上述基于步行数据的单人定位方法中，通过所述惯性测量单元的磁强计获得所述磁强计在人员的平面直角坐标系下的水平投影量和垂直投影量包括：通过所述惯性测量单元的磁强计获得所述磁强计在人员的载体坐标系下的磁强计分量；获得所述载体坐标系到所述平面直角坐标系转过的欧拉角；以及，基于所述磁强计在人员的载体坐标系下的磁强计分量和所述欧拉角获得所述水平投影量和垂直投影量。
最后，在步骤S140，基于所述步态数据、所述步长数据和所述航向角确定人员位置。
图5图示了根据本申请实施例的确定人员位置的一个示例的示意图。如图5所示，假定E和N分别表示东向位置分量和北向位置分量，初始时刻为t0，人员的初始位置为(E0，N0)。通过上述计算第一步的步骤为S1，对应的航向角为θ1，则得到的新位置(E1，N1)的计算方式为：
进一步计算，如果第i步的长度为Si，且对应的航向角为θi，则人员在经过n步行走之后的位置坐标(En，Nn)可计算为：
也就是，在根据本申请实施例的基于步行数据的单人定位方法中，基于所述步态数据、所述步长数据和所述航向角确定人员位置包括：确定人员的初始位置；以及，基于所述初始位置以及所述每一步的步长数据与所述航向角的乘积之和确定所述人员位置。
另外，在根据本申请实施例的基于步行数据的单人定位方法中，还可以计算人员行走的速度数据，并对速度进行积分以确定人员位置。
也就是，在根据本申请实施例的基于步行数据的单人定位方法中，基于所述步态数据、所述步长数据和所述航向角确定人员位置包括：基于所述步态数据、所述步长数据和所述航向角确定人员行走的速度数据；以及，对所述速度数据进行积分以确定所述人员位置。
因此，根据本申请实施例的基于步行数据的单人定位方法实现了导航所需解决的步态辨识、步长估计、航向估计、导航解算等问题，并且针对航向角漂移的问题，结合了静态长时间下磁航向稳定的特点，适于用作解决特殊场景的应用定位中的技术。
示意性装置
图6图示了根据本申请实施例的基于步行数据的单人定位装置的框图。
如图6所示，根据本申请实施例的基于步行数据的单人定位装置300包括：步态数据获取单元310，用于通过基于惯性测量单元的步态检测获取指示人员行走的每一步的步态数据；步长数据获取单元320，用于获取所述每一步的步长数据；航向角计算单元330，用于利用磁强计信息计算所述每一步的航向角；以及，位置确定单元340，用于基于所述步态数据、所述步长数据和所述航向角确定人员位置。
在一个示例中，在上述基于步行数据的单人定位装置300中，所述步态数据获取单元310用于：以所述惯性测量单元采集加速度值；以及，基于一个周期内所述加速度值的信号峰值点来获取指示人员行走的每一步的步态数据。
在一个示例中，在上述基于步行数据的单人定位装置300中，所述步态数据获取单元310基于一个周期内所述加速度值的信号峰值点来获取指示人员行走的每一步的步态数据包括：获取预定大小的滑动窗口内的所述加速度值；确定所述滑动窗口的中心数据是否为所述滑动窗口内的最大数据；响应于确定所述滑动窗口的中心数据是所述滑动窗口内的最大数据，确定所述窗口中心数据是否大于预设峰值域数值；响应于所述窗口中心数据大于预设峰值域数值，确定所述窗口中心数据对应的时刻与上一峰值时刻之间的差值是否大于预设最小迈步时间；以及，响应于所述窗口中心数据对应的时刻与上一峰值时刻之间的差值大于预设最小迈步时间，确定所述检测到所述一个周期内的所述加速度值的信号峰值点。
在一个示例中，在上述基于步行数据的单人定位装置300中，所述步长数据获取单元320用于：以伪常数步长模型获取所述每一步的步长数据。
在一个示例中，在上述基于步行数据的单人定位装置300中，所述航向角计算单元330用于：通过所述惯性测量单元的磁强计获得所述磁强计在人员的平面直角坐标系下的水平投影量和垂直投影量；基于所述水平投影量和所述垂直投影量获得所述平面直角坐标系的水平轴与磁北方向的第一夹角；以及，基于所述第一夹角获得所述每一步的航向角。
在一个示例中，在上述基于步行数据的单人定位装置300中，所述航向角计算单元330基于所述第一夹角获得所述每一步的航向角包括：基于所述第一夹角与地磁偏角之和获得所述平面直角坐标系的水平轴与真北方向的第二夹角；以及，基于所述第一夹角获得所述每一步的航向角。
在一个示例中，在上述基于步行数据的单人定位装置300中，所述航向角计算单元330通过所述惯性测量单元的磁强计获得所述磁强计在人员的平面直角坐标系下的水平投影量和垂直投影量包括：通过所述惯性测量单元的磁强计获得所述磁强计在人员的载体坐标系下的磁强计分量；获得所述载体坐标系到所述平面直角坐标系转过的欧拉角；以及，基于所述磁强计在人员的载体坐标系下的磁强计分量和所述欧拉角获得所述水平投影量和垂直投影量。
在一个示例中，在上述基于步行数据的单人定位装置300中，所述位置确定单元340用于：确定人员的初始位置；以及，基于所述初始位置以及所述每一步的步长数据与所述航向角的乘积之和确定所述人员位置。
在一个示例中，在上述基于步行数据的单人定位装置300中，所述位置确定单元340用于：基于所述步态数据、所述步长数据和所述航向角确定人员行走的速度数据；以及，对所述速度数据进行积分以确定所述人员位置。
在一个示例中，在上述基于步行数据的单人定位装置300中，所述惯性测量单元是设置于人员的脚部位置的微惯性测量单元。
这里，本领域技术人员可以理解，上述基于步行数据的单人定位装置300中的各个单元和模块的具体功能和操作已经在上面参考图1到图5描述的基于步行数据的单人定位方法中详细介绍，并因此，将省略其重复描述。
如上所述，根据本申请实施例的基于步行数据的单人定位装置300可以实现在各种终端设备中，例如用户的可穿戴设备，或者用于井下的定位服务器等。在一个示例中，根据本申请实施例的装置300可以作为一个软件模块和/或硬件模块而集成到终端设备中。例如，该装置300可以是该终端设备的操作系统中的一个软件模块，或者可以是针对于该终端设备所开发的一个应用程序；当然，该装置300同样可以是该终端设备的众多硬件模块之一。
替换地，在另一示例中，该基于步行数据的单人定位装置300与该终端设备也可以是分立的设备，并且该装置300可以通过有线和/或无线网络连接到该终端设备，并且按照约定的数据格式来传输交互信息。
示例性电子设备
下面，参考图7来描述根据本申请实施例的电子设备。
图7图示了根据本申请实施例的电子设备的框图。
如图7所示，电子设备10包括一个或多个处理器11和存储器12。
处理器11可以是中央处理单元(CPU)或者具有数据处理能力和/或指令执行能力的其他形式的处理单元，并且可以控制电子设备10中的其他组件以执行期望的功能。
存储器12可以包括一个或多个计算机程序产品，所述计算机程序产品可以包括各种形式的计算机可读存储介质，例如易失性存储器和/或非易失性存储器。所述易失性存储器例如可以包括随机存取存储器(RAM)和/或高速缓冲存储器(cache)等。所述非易失性存储器例如可以包括只读存储器(ROM)、硬盘、闪存等。在所述计算机可读存储介质上可以存储一个或多个计算机程序指令，处理器11可以运行所述程序指令，以实现上文所述的本申请的各个实施例的基于步行数据的单人定位方法以及/或者其他期望的功能。在所述计算机可读存储介质中还可以存储诸如上述步态数据、步长数据、航向角数据等各种内容。
在一个示例中，电子设备10还可以包括：输入装置13和输出装置14，这些组件通过总线系统和/或其他形式的连接机构(未示出)互连。
例如，该输入装置13可以包括例如键盘、鼠标等等。
该输出装置14可以向外部输出各种信息，例如所述人员的定位结果等。该输出设备14可以包括例如显示器、扬声器、打印机、以及通信网络及其所连接的远程输出设备等等。
当然，为了简化，图7中仅示出了该电子设备10中与本申请有关的组件中的一些，省略了诸如总线、输入/输出接口等等的组件。除此之外，根据具体应用情况，电子设备10还可以包括任何其他适当的组件。
示例性计算机程序产品和计算机可读存储介质
除了上述方法和设备以外，本申请的实施例还可以是计算机程序产品，其包括计算机程序指令，所述计算机程序指令在被处理器运行时使得所述处理器执行本说明书上述“示例性方法”部分中描述的根据本申请各种实施例的基于步行数据的单人定位方法中的步骤。
所述计算机程序产品可以以一种或多种程序设计语言的任意组合来编写用于执行本申请实施例操作的程序代码，所述程序设计语言包括面向对象的程序设计语言，诸如Java、C++等，还包括常规的过程式程序设计语言，诸如“C”语言或类似的程序设计语言。程序代码可以完全地在用户计算设备上执行、部分地在用户设备上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算设备上部分在远程计算设备上执行、或者完全在远程计算设备或服务器上执行。
此外，本申请的实施例还可以是计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序指令，所述计算机程序指令在被处理器运行时使得所述处理器执行本说明书上述“示例性方法”部分中描述的根据本申请各种实施例的基于步行数据的单人定位方法中的步骤。
所述计算机可读存储介质可以采用一个或多个可读介质的任意组合。可读介质可以是可读信号介质或者可读存储介质。可读存储介质例如可以包括但不限于电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。可读存储介质的更具体的例子(非穷举的列表)包括：具有一个或多个导线的电连接、便携式盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、光纤、便携式紧凑盘只读存储器(CD-ROM)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。
以上结合具体实施例描述了本申请的基本原理，但是，需要指出的是，在本申请中提及的优点、优势、效果等仅是示例而非限制，不能认为这些优点、优势、效果等是本申请的各个实施例必须具备的。另外，上述公开的具体细节仅是为了示例的作用和便于理解的作用，而非限制，上述细节并不限制本申请为必须采用上述具体的细节来实现。
本申请中涉及的器件、装置、设备、系统的方框图仅作为例示性的例子并且不意图要求或暗示必须按照方框图示出的方式进行连接、布置、配置。如本领域技术人员将认识到的，可以按任意方式连接、布置、配置这些器件、装置、设备、系统。诸如“包括”、“包含”、“具有”等等的词语是开放性词汇，指“包括但不限于”，且可与其互换使用。这里所使用的词汇“或”和“和”指词汇“和/或”，且可与其互换使用，除非上下文明确指示不是如此。这里所使用的词汇“诸如”指词组“诸如但不限于”，且可与其互换使用。
还需要指出的是，在本申请的装置、设备和方法中，各部件或各步骤是可以分解和/或重新组合的。这些分解和/或重新组合应视为本申请的等效方案。
提供所公开的方面的以上描述以使本领域的任何技术人员能够做出或者使用本申请。对这些方面的各种修改对于本领域技术人员而言是非常显而易见的，并且在此定义的一般原理可以应用于其他方面而不脱离本申请的范围。因此，本申请不意图被限制到在此示出的方面，而是按照与在此公开的原理和新颖的特征一致的最宽范围。
为了例示和描述的目的已经给出了以上描述。此外，此描述不意图将本申请的实施例限制到在此公开的形式。尽管以上已经讨论了多个示例方面和实施例，但是本领域技术人员将认识到其某些变型、修改、改变、添加和子组合。
Claims (13)
1.一种基于步行数据的单人定位方法，包括：
通过基于惯性测量单元的步态检测获取指示人员行走的每一步的步态数据；
获取所述每一步的步长数据；
利用磁强计信息计算所述每一步的航向角；以及
基于所述步态数据、所述步长数据和所述航向角确定人员位置。
2.根据权利要求1所述的基于步行数据的单人定位方法，其中，通过基于惯性测量单元的步态检测获取指示人员行走的每一步的步态数据包括：
以所述惯性测量单元采集加速度值；以及
基于一个周期内所述加速度值的信号峰值点来获取指示人员行走的每一步的步态数据。
3.根据权利要求2所述的基于步行数据的单人定位方法，其中，基于一个周期内所述加速度值的信号峰值点来获取指示人员行走的每一步的步态数据包括：
获取预定大小的滑动窗口内的所述加速度值；
确定所述滑动窗口的中心数据是否为所述滑动窗口内的最大数据；
响应于确定所述滑动窗口的中心数据是所述滑动窗口内的最大数据，确定所述窗口中心数据是否大于预设峰值域数值；
响应于所述窗口中心数据大于预设峰值域数值，确定所述窗口中心数据对应的时刻与上一峰值时刻之间的差值是否大于预设最小迈步时间；以及
响应于所述窗口中心数据对应的时刻与上一峰值时刻之间的差值大于预设最小迈步时间，确定所述检测到所述一个周期内的所述加速度值的信号峰值点。
4.根据权利要求1所述的基于步行数据的单人定位方法，其中，获取所述每一步的步长数据包括：
以伪常数步长模型获取所述每一步的步长数据。
5.根据权利要求1所述的基于步行数据的单人定位方法，其中，利用磁强计信息计算所述每一步的航向角包括：
通过所述惯性测量单元的磁强计获得所述磁强计在人员的平面直角坐标系下的水平投影量和垂直投影量；
基于所述水平投影量和所述垂直投影量获得所述平面直角坐标系的水平轴与磁北方向的第一夹角；以及
基于所述第一夹角获得所述每一步的航向角。
6.根据权利要求5所述的基于步行数据的单人定位方法，其中，基于所述第一夹角获得所述每一步的航向角包括：
基于所述第一夹角与地磁偏角之和获得所述平面直角坐标系的水平轴与真北方向的第二夹角；以及
基于所述第一夹角获得所述每一步的航向角。
7.根据权利要求5所述的基于步行数据的单人定位方法，其中，通过所述惯性测量单元的磁强计获得所述磁强计在人员的平面直角坐标系下的水平投影量和垂直投影量包括：
通过所述惯性测量单元的磁强计获得所述磁强计在人员的载体坐标系下的磁强计分量；
获得所述载体坐标系到所述平面直角坐标系转过的欧拉角；以及
基于所述磁强计在人员的载体坐标系下的磁强计分量和所述欧拉角获得所述水平投影量和垂直投影量。
8.根据权利要求1所述的基于步行数据的单人定位方法，其中，基于所述步态数据、所述步长数据和所述航向角确定人员位置包括：
确定人员的初始位置；以及
基于所述初始位置以及所述每一步的步长数据与所述航向角的乘积之和确定所述人员位置。
9.根据权利要求1所述的基于步行数据的单人定位方法，其中，基于所述步态数据、所述步长数据和所述航向角确定人员位置包括：
基于所述步态数据、所述步长数据和所述航向角确定人员行走的速度数据；以及
对所述速度数据进行积分以确定所述人员位置。
10.根据权利要求1到9中任意一项所述的基于步行数据的单人定位方法，其中，所述惯性测量单元是设置于人员的脚部位置的微惯性测量单元。
11.一种基于步行数据的单人定位装置，包括：
步态数据获取单元，用于通过基于惯性测量单元的步态检测获取指示人员行走的每一步的步态数据；
步长数据获取单元，用于获取所述每一步的步长数据；
航向角计算单元，用于利用磁强计信息计算所述每一步的航向角；以及
位置确定单元，用于基于所述步态数据、所述步长数据和所述航向角确定人员位置。
12.根据权利要求11所述的基于步行数据的单人定位装置，其中，其中，所述惯性测量单元是设置于人员的脚部位置的微惯性测量单元。
13.一种电子设备，包括：
处理器；以及
存储器，在所述存储器中存储有计算机程序指令，所述计算机程序指令在被所述处理器运行时使得所述处理器执行如权利要求1-10中任一项所述的基于步行数据的单人定位方法。
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