CN111770482A - 一种适用于智能设备的移动测距方法及应用 - Google Patents

一种适用于智能设备的移动测距方法及应用 Download PDF

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CN111770482A CN202010533305.4A CN202010533305A CN111770482A CN 111770482 A CN111770482 A CN 111770482A CN 202010533305 A CN202010533305 A CN 202010533305A CN 111770482 A CN111770482 A CN 111770482A
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郑超
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Abstract

本发明公开了一种适用于智能设备的移动测距方法及应用，涉及移动测距领域，所述方法包括：第一设备在与第二设备建立近距离通信连接后，第一设备连续多次测量第一移动距离、第一移动方向以及接收信号功率，并保存每次测量得到的第一移动距离、第一移动方向、接收信号功率和第一测量时间；第一设备通过与第二设备之间的近距离通信连接，接收第二设备在每次测量后发送的第二设备的第二移动距离、第二移动方向、第二测量时间和发射信号功率；第一设备根据第一和第二移动距离、第一和第二移动方向、第一和第二测量时间、发射信号功率和接收信号功率，确定每次测量时第一和第二设备之间的距离。

Description

一种适用于智能设备的移动测距方法及应用
技术领域
本发明涉及移动测距领域，特别涉及一种适用于智能设备的移动测距方法及应用。
背景技术
移动测距是指当测量设备与被测对象处于移动状态时，测量两者之间的距离，这类技术已广泛应用于交通导航和地理测量等领域，其最新应用是在医学领域，用于确定传染病接触关系，继而重建传播链，找出传染源和所有接触者。
已有手机软件中绝大多数只能准确判断用户曾位于某个区域，无法确定人与人之间的接触距离，因此不能确定易感者与染病者的接触情况，也对疾病防控部门重建传染链帮助有限。只有极少数软件能通过测量附近智能设备蓝牙信号的变化来测量两台智能设备之间的距离。但不同智能设备发射的蓝牙信号不尽相同，并且蓝牙信号的反射、散射、绕射受周围环境影响大，墙体、门、窗以及人体都会对蓝牙信号的传输产生影响。如果要实现准确测距，就需要针对不同的智能设备和不同的测距环境预先分别进行校准，分别建立信号传输衰减模型。但对于未知设备和开放场景的情况(如传染病接触和自动驾驶)，显然不具备预先校准、预先建模的条件。因此，类似TraceTogether的软件不能准确测量两台智能设备之间的距离。
现有的移动测距方法，无论是室内的、还是室外的，为了准确测距，都需要预先布置专门的系统，如卫星定位系统、雷达导航系统和室内导航系统。系统投资成本高，而且不够灵活。一旦脱离系统布置的范围，就不能测量，因此难以将其应用于需要测量人与人之间接触距离的场景，例如将其应用于传染病监测等场景时，难以准确地对人际接触情况进行评估。
发明内容
本发明实施例提供的一种适用于智能设备的移动测距方法及应用，仅利用智能设备标配的功能模块，就可以准确测量两台智能设备之间的距离，解决了已有技术在准确测量两台智能设备之间的距离时依赖专门系统的问题，并通过将其应用于传染病监测等场景，解决了传染病溯源的难题。
根据本发明实施例提供的一种适用于智能设备的移动测距方法，所述方法包括：
第一设备在与第二设备建立近距离通信连接后，第一设备连续多次测量第一移动距离、第一移动方向以及接收信号功率，并保存每次测量得到的第一移动距离、第一移动方向、接收信号功率和第一测量时间；
第一设备通过与第二设备之间的近距离通信连接，接收第二设备在每次测量后发送的第二移动距离、第二移动方向、发射信号功率和第二测量时间；
第一设备根据第一和第二移动距离、第一和第二移动方向、第一和第二测量时间、发射信号功率和接收信号功率，确定每次测量时第一和第二设备之间的距离。
优选地，第一设备利用测距模块测量第一移动距离；第一设备利用测向模块测量第一移动方向。
优选地，所述第一设备根据第一和第二移动距离、第一和第二移动方向、第一和第二测量时间、发射信号功率和接收信号功率，确定每次测量时第一和第二设备之间的距离包括：
对于任意一次测量，第一设备根据本次测量的第一和第二移动距离、第一和第二移动方向，确定第一和第二移动方向是否平行；
若确定第一和第二移动方向不平行，则由第一移动距离的两个端点、第二移动距离的两个端点、第一和第二移动距离在第一和第二移动方向的延长线的交点形成几何图形，并根据三角形余弦关系、三点共线关系、三角形正弦定理、四边形顶角关系，以及接收信号功率与距离的平方反比关系、接收信号功率与发射信号功率的正比关系，建立关于所述几何图形的多元方程组，从而通过求解方程组，确定第一和第二设备之间的距离；
若确定第一和第二移动方向平行，则由第一移动距离的两个端点、第二移动距离的两个端点形成几何图形，并根据三角形正弦定理、四边形顶角关系、相似三角形角度关系，以及接收信号功率与距离的平方反比关系、接收信号功率与发射信号功率的正比关系，建立关于所述几何图形的多元方程组，从而通过求解方程组，确定第一和第二设备之间的距离。
优选地，所述第一设备根据第一和第二移动距离、第一和第二移动方向、第一和第二测量时间、发射信号功率和接收信号功率，确定每次测量时第一和第二设备之间的距离包括：
当连续多次测量得到的第二移动距离均为0时，第一设备根据连续二次测量得到的二个第一移动方向，确定自身移动方向是否在一条直线上；
若确定自身移动方向不在一条直线上，则由最近二次测量得到的二个第一移动距离的三个端点以及第二设备所在的点形成几何图形，并根据三角形正弦定理、四边形顶角关系，以及接收信号功率与距离的平方反比关系、接收信号功率与发射信号功率的正比关系，建立关于所述几何图形的多元方程组，从而通过求解方程组，确定第一和第二设备之间的距离；
若确定自身移动方向在一条直线上，则由最近二次测量得到的二个第一移动距离的三个端点以及第二设备所在的点形成几何图形，并根据三角形正弦定理、三角形顶角关系，以及接收信号功率与距离的平方反比关系、接收信号功率与发射信号功率的正比关系，建立关于所述几何图形的多元方程组，从而通过求解方程组，确定第一和第二设备之间的距离。
优选地，所述第一设备根据第一和第二移动距离、第一和第二移动方向、第一和第二测量时间、发射信号功率和接收信号功率，确定每次测量时第一和第二设备之间的距离包括：
当连续多次测量得到的第一移动距离均为0时，第一设备根据连续二次测量得到的二个第二移动方向，确定第二设备的移动方向是否在一条直线上；
若确定第二设备的移动方向不在一条直线上，则由最近二次测量得到的二个第二移动距离的三个端点以及第一设备所在的点形成几何图形，并根据三角形正弦定理、四边形顶角关系，以及接收信号功率与距离的平方反比关系、接收信号功率与发射信号功率的正比关系，建立关于所述几何图形的多元方程组，从而通过求解方程组，确定第一和第二设备之间的距离；
若确定第二设备的移动方向在一条直线上，则由最近二次测量得到的二个第二移动距离的三个端点以及第一设备所在的点形成几何图形，并根据三角形正弦定理、三角形顶角关系，以及接收信号功率与距离的平方反比关系、接收信号功率与发射信号功率的正比关系，建立关于所述几何图形的多元方程组，从而通过求解方程组，确定第一和第二设备之间的距离。
优选地，当需要在多台设备之间连接测距时，至少可以有三种连接方式，去中心化连接、中心化连接和链式连接。
在去中心化连接方式中，所述第一设备和所述第二设备是多台设备中的任意两台设备；
在中心化连接方式中，所述第一设备是安置在固定位置的中心设备，所述第二设备是与中心设备连接的多台设备中的任意一台设备；
在链式连接方式中，
所述第一设备和所述第二设备分别是链式连接的多台设备中任意相邻的一台上游设备和一台下游设备，或者，所述第一设备是以链式方式连接的多台设备中的首端设备，第二设备是与所述首端设备连接的新加入设备，或者，所述第一设备是与所述末端设备连接的新加入设备，所述第二设备是以链式方式连接的多台设备中的末端设备，其中链式连接的多台设备中的任意一台设备仅接收来自其相连的上游设备的数据。
根据本发明实施例提供的一种基于移动测距的染病风险评估方法，所述方法包括：
第一设备在与第二设备建立近距离通信连接后，第一设备连续多次测量第一移动距离、第一移动方向以及接收信号功率，并保存每次测量得到的第一移动距离、第一移动方向、接收信号功率和第一测量时间；
第一设备通过与第二设备之间的近距离通信连接，接收第二设备在每次测量后发送的第二设备的第二移动距离、第二移动方向、第二测量时间和发射信号功率；
第一设备根据第一和第二移动距离、第一和第二移动方向、第一和第二测量时间、发射信号功率和接收信号功率，确定每次测量时第一和第二设备之间的距离；
第一设备将每次测量时第一和第二设备之间的距离发送至服务器，以供服务器在第二设备所属用户被确认为染病用户时，根据每次测量时第一和第二设备之间的距离以及第一测量时间，确定第一设备所属用户的染病风险值。
优选地，所述第一设备所属用户的染病风险值P染病通过以下公式确定：
Figure RE-GDA0002621075720000041
其中，ai和ti分别是第i个接触范围的染病风险系数和暴露时长。
在去中心化连接方式中，所述第一设备和所述第二设备是多台设备中的任意两台设备；
在中心化连接方式中，所述第一设备是安置在固定位置的中心设备，所述第二设备是与中心设备连接的多台设备中的任意一台设备；
在链式连接方式中，
所述第一设备和所述第二设备分别是链式连接的多台设备中任意相邻的一台上游设备和一台下游设备，或者，所述第一设备是以链式方式连接的多台设备中的首端设备，第二设备是与所述首端设备连接的新加入设备，或者，所述第一设备是与所述末端设备连接的新加入设备，所述第二设备是以链式方式连接的多台设备中的末端设备，其中链式连接的多台设备中的任意一台设备仅接收来自其相连的上游设备的数据。
根据本发明实施例提供的一种基于移动测距的染病风险评估系统，所述系统包括第一设备、第二设备、服务器，其中：
第二设备，用于在与第一设备建立近距离通信连接后，连续多次测量第二移动距离和第二移动方向，并将每次测量得到的第二移动距离、第二移动方向、第二测量时间和发射信号功率发送至第一设备；
第一设备，用于在与第二设备建立近距离通信连接后，连续多次测量第一移动距离、第一移动方向以及接收信号功率，并保存每次测量得到的第一移动距离、第一移动方向、接收信号功率和第一测量时间；通过与第二设备之间的近距离通信连接，接收第二设备在每次测量后发送的第二设备的第二移动距离、第二移动方向、第二测量时间和发射信号功率；根据第一和第二移动距离、第一和第二移动方向、第一和第二测量时间、发射信号功率和接收信号功率，确定每次测量时第一和第二设备之间的距离；将每次测量时第一和第二设备之间的距离发射至服务器；
服务器，用于在第二设备所属用户被确认为染病用户时，根据每次测量时第一和第二设备之间的距离以及第一测量时间，确定第一设备所属用户的染病风险值。
优选地，所述第一设备具有用于测量第一移动距离的第一测距模块和用于测量第一移动方向的第一测向模块；所述第二设备具有用于测量第二移动距离的第二测距模块和用于测量第二移动方向的第二测向模块。
优选地，所述第一设备所属用户的染病风险值P染病通过以下公式确定：
Figure RE-GDA0002621075720000061
其中，ai和ti分别是第i个接触范围的染病风险系数和暴露时长。
在去中心化连接方式中，所述第一设备和所述第二设备是多台设备中的任意两台设备；
在中心化连接方式中，所述第一设备是安置在固定位置的中心设备，所述第二设备是与中心设备连接的多台设备中的任意一台设备；
在链式连接方式中，
所述第一设备和所述第二设备分别是链式连接的多台设备中任意相邻的一台上游设备和一台下游设备，或者，所述第一设备是以链式方式连接的多台设备中的首端设备，第二设备是与所述首端设备连接的新加入设备，或者，所述第一设备是与所述末端设备连接的新加入设备，所述第二设备是以链式方式连接的多台设备中的末端设备，其中链式连接的多台设备中的任意一台设备仅接收来自其相连的上游设备的数据。
本发明实施例提供的一种适用于智能设备的移动测距方法及应用，使用智能设备具备的无线通信模块、测量自身移动距离的测距模块(如计步器、量程表等)、和测量自身移动方向的测向模块(如电子罗盘、三轴加速器传感器、陀螺仪等)，综合测定两台智能设备之间的距离，既不需要专门布景导航系统，大幅减少测距成本，也不依赖信号强度的绝对测量，适用于室内、室外各种需要测距和计算接近时间的复杂场景，例如(1)汽车导航，在信号不好区域中计算汽车和汽车之间的距离和时间；(2)通过有效计算人群之中人和人的接触距离和接触时间，可以协助流行病学分析；(3)其他需要移动测距的场景。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种适用于智能设备的移动测距方法的示意性流程图；
图2是本发明实施例提供的一种基于移动测距的染病风险评估方法的示意性流程图；
图3是本发明实施例提供的一种基于移动测距的染病风险评估系统的结构示意图；
图4是本发明实施例提供的第一设备的结构示意图；
图5是系统中服务器、两个智能设备A和B的交互示意图；
图6是两台设备都在移动且移动方向不同的示意图；
图7是两台设备都在移动且移动方向相同或相反的示意图；
图8是两台设备中仅一台设备移动，且移动方向不同的示意图；
图9是两台设备中仅一台设备移动，且移动方向相同的示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明实施例进行详细说明，应当理解，以下所说明的实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
图1是本发明实施例提供的一种适用于智能设备的移动测距方法的示意性流程图，如图1所示，所述方法可以包括：
步骤S101：第一设备在与第二设备建立近距离通信连接后，第一设备连续多次测量第一移动距离(即第一设备自身的移动距离)、第一移动方向(即第一设备自身的移动方向)以及接收信号功率(即第二设备发射信号后，第一设备测量得到的其接收来自第二设备的信号的功率)，并保存每次测量得到的第一移动距离、第一移动方向、接收信号功率和第一测量时间。
所述近距离通信连接可以是蓝牙连接、NFC连接、WIFI连接等，本发明优选蓝牙连接。第一和第二设备之间通过交互认证建立近距离通信连接的过程采用已有技术即可，在此不再赘述。需要指出的是，两台设备在建立通信连接时交换各自的设备标识，这样，设备自身可以了解与其进行近距离通信的其它设备是哪台设备。
第一设备可以利用自身的测距模块测量第一移动距离，测距模块可以是计步器、量程表等；可以利用自身的测向模块测量第一移动方向，测向模块可以是电子罗盘、三轴加速器传感器、陀螺仪等；可以利用自身的无线通信模块测量接收信号功率，此信号由第二设备发射。
同样地，第二设备可以利用自身的测距模块测量第二移动距离，可以利用自身的测向模块测量第二移动方向，其中，第二设备的测距模块可以是计步器、量程表等等，第二设备的测向模块可以是电子罗盘、三轴加速器传感器、陀螺仪等。
步骤S102：第一设备通过与第二设备之间的近距离通信连接，接收第二设备在每次测量后发送的第二移动距离(即第二设备自身的移动距离)、第二移动方向(即第二设备自身的移动方向)、发射信号功率(即第二设备的发射信号功率)和第二测量时间。
步骤S103：第一设备根据第一和第二移动距离、第一和第二移动方向、第一和第二测量时间、发射信号功率和接收信号的接收信号功率，确定每次测量时第一和第二设备之间的距离。
一般根据第一和第二测量时间，可以确定移动距离和移动方向是第几次测量的数据，以及第一和第二设备所属用户的接触时间。
在第一实施方式中，第一和第二设备均移动，此时所述步骤S103可以包括：对于任意一次测量，例如第二次测量及后续测量，第一设备根据本次测量的第一和第二移动距离、第一和第二移动方向，确定第一和第二移动方向是否平行；若确定第一和第二移动方向不平行，则由第一移动距离的两个端点、第二移动距离的两个端点、第一和第二移动距离在第一和第二移动方向的延长线的交点形成几何图形，并根据三角形余弦关系、三点共线关系、三角形正弦定理、四边形顶角关系，以及接收信号功率与距离的平方反比关系、接收信号功率与发射信号功率的正比关系，建立关于所述几何图形的多元方程组，从而通过求解方程组，确定第一和第二设备之间的距离；若确定第一和第二移动方向平行，则由第一移动距离的两个端点、第二移动距离的两个端点形成几何图形，并根据三角形正弦定理、四边形顶角关系、相似三角形角度关系，以及接收信号功率与距离的平方反比关系、接收信号功率与发射信号功率的正比关系，建立关于所述几何图形的多元方程组，从而通过求解方程组，确定第一和第二设备之间的距离。
在第二实施方式中，第一终端移动，第二终端安置在固定位置或短时间内未移动。此时所述步骤S103可以包括：当连续多次(例如三次)测量得到的第二移动距离均为0时，第一设备根据连续二次(例如最近两次)测量得到的二个第一移动方向，确定自身移动方向是否在一条直线上；若确定自身移动方向不在一条直线上，则由最近二次测量得到的二个第一移动距离的三个端点以及第二设备所在的点形成几何图形，并根据三角形正弦定理、四边形顶角关系，以及接收信号功率与距离的平方反比关系、接收信号功率与发射信号功率的正比关系，建立关于所述几何图形的多元方程组，从而通过求解方程组，确定第一和第二设备之间的距离；若确定自身移动方向在一条直线上，则由最近二次测量得到的二个第一移动距离的三个端点以及第二设备所在的点形成几何图形，并根据三角形正弦定理、三角形顶角关系，以及接收信号功率与距离的平方反比关系、接收信号功率与发射信号功率的正比关系，建立关于所述几何图形的多元方程组，从而通过求解方程组，确定第一和第二设备之间的距离。
在第三实施方式中，第二终端移动，第一终端安置在固定位置或短时间内未移动。此时所述步骤S103可以包括：当连续多次(例如三次)测量得到的第一移动距离均为0时，第一设备根据连续二次(例如最近两次)测量得到的二个第二移动方向，确定第二设备的移动方向是否在一条直线上；若确定第二设备的移动方向不在一条直线上，则由最近二次测量得到的二个第二移动距离的三个端点以及第一设备所在的点形成几何图形，并根据三角形正弦定理、四边形顶角关系，以及接收信号功率与距离的平方反比关系、接收信号功率与发射信号功率的正比关系，建立关于所述几何图形的多元方程组，从而通过求解方程组，确定第一和第二设备之间的距离；若确定第二设备的移动方向在一条直线上，则由最近二次测量得到的二个第二移动距离的三个端点以及第一设备所在的点形成几何图形，并根据三角形正弦定理、三角形顶角关系，以及接收信号功率与距离的平方反比关系、接收信号功率与发射信号功率的正比关系，建立关于所述几何图形的多元方程组，从而通过求解方程组，确定第一和第二设备之间的距离。
同样地，第二终端也可以按照第一至第三实施方式中与第一终端基本相同的方式确定第一和第二设备之间的距离，在此不再赘述。
进一步地，第一终端可以根据每次测量时的第一测量时间、第一和第二设备之间的距离，确定与第二终端的接触时间，并显示每次测量时确定的第一和第二设备之间的距离和接触时间。
在实施例1中，如果系统中的设备以去中心化连接方式两两连接，即以去中心化连接方式相互连接，则所述第一设备和所述第二设备是多台设备中的任意两台设备；如果系统中的设备以中心化连接方式连接，则所述第一设备是安置在固定位置的中心设备，所述第二设备是与中心设备连接的多台设备中的任意一台设备；如果系统中的设备以依次首尾相连的方式连接，即以链式连接方式连接，则所述第一设备和所述第二设备分别是链式连接的多台设备中任意相邻的一台上游设备和一台下游设备，或者，所述第一设备是以链式方式连接的多台设备中的首端设备，第二设备是与所述首端设备连接的新加入设备，或者，所述第一设备是与所述末端设备连接的新加入设备，所述第二设备是以链式方式连接的多台设备中的末端设备，其中链式连接的多台设备中的任意一台设备仅接收来自其相连的上游设备的数据。
需要指出的是，第二终端也可以与第一终端基本相同的方式确定第一和第二设备之间的距离，并上传至服务器，从而使得服务器根据第一设备确定的第一和第二设备之间的距离以及第二设备确定的第一和第二设备之间的距离，更准确地确定第一和第二设备之间的距离。
实施例2
图2是本发明实施例提供的一种移动测距方法的应用，即一种基于移动测距的染病风险评估方法，如图2所示，所述方法可以包括：
步骤S101：第一设备在与第二设备建立近距离通信连接后，第一设备连续多次测量第一移动距离、第一移动方向以及接收信号功率，并保存每次测量得到的第一移动距离、第一移动方向、接收信号功率和第一测量时间。
步骤S102：第一设备通过与第二设备之间的近距离通信连接，接收第二设备在每次测量后发送的第二设备的第二移动距离、第二移动方向、第二测量时间和发射信号功率。
步骤S103：第一设备根据第一和第二移动距离、第一和第二移动方向、第一和第二测量时间、发射信号功率和接收信号功率，确定每次测量时第一和第二设备之间的距离。
步骤S101至步骤S103的实施步骤与实施例1相同，在此不再赘述。
步骤S104：第一设备将每次测量时第一和第二设备之间的距离发送至服务器，以供服务器在第二设备所属用户被确认为染病用户时，根据每次测量时第一和第二设备之间的距离以及第一测量时间，确定第一设备所属用户的染病风险值。
所述第一设备所属用户的染病风险值P染病通过以下公式确定：
Figure RE-GDA0002621075720000101
其中，ai和ti分别是第i个接触范围的染病风险系数和暴露时长。
进一步地，第一设备可以从服务器获取暴露距离、暴露时长以及染病风险值，并在显示屏显示。
需要指出的是，两台设备在建立通信连接时交换各自的设备标识，这样，一方面，设备自身可以了解与其进行近距离通信的其它设备是那台设备，另一方面，在服务器中预先建立设备与用户之间的对应关系，可以确定近距离通信的两台设备的归属用户，从而达到快速溯源以及快速确定可能染病的用户的目的。
在实施例2中，如果系统中的设备以去中心化连接方式两两连接，即以去中心化连接方式相互连接，则所述第一设备和所述第二设备是多台设备中的任意两台设备；如果系统中的设备以中心化连接方式连接，则所述第一设备是安置在固定位置的中心设备，所述第二设备是与中心设备连接的多台设备中的任意一台设备；如果系统中的设备以依次首尾相连的方式连接，即以链式连接方式连接，则所述第一设备和所述第二设备分别是链式连接的多台设备中任意相邻的一台上游设备和一台下游设备，或者，所述第一设备是以链式方式连接的多台设备中的首端设备，第二设备是与所述首端设备连接的新加入设备，或者，所述第一设备是与所述末端设备连接的新加入设备，所述第二设备是以链式方式连接的多台设备中的末端设备，其中链式连接的多台设备中的任意一台设备仅接收来自其相连的上游设备的数据。
需要指出的是，第二终端也可以与第一终端基本相同的方式确定第一和第二设备之间的距离，并上传至服务器，从而使得服务器根据第一设备确定的第一和第二设备之间的距离以及第二设备确定的第一和第二设备之间的距离，更准确地确定第一和第二设备之间的距离。
实施例3
图3是本发明实施例提供的一种基于移动测距的染病风险评估提供的结构示意图，如图3所示，所述系统可以包括第一设备、第二设备、服务器，其中：
第二设备，用于在与第一设备建立近距离通信连接后，连续多次测量第二移动距离和第二移动方向，并将每次测量得到的第二移动距离、第二移动方向、第二测量时间和发射信号功率发送至第一设备；
第一设备，用于在与第二设备建立近距离通信连接后，连续多次测量第一移动距离、第一移动方向以及接收信号功率，并保存每次测量得到的第一移动距离、第一移动方向、接收信号功率和第一测量时间；通过与第二设备之间的近距离通信连接，接收第二设备在每次测量后发送的第二设备的第二移动距离、第二移动方向、第二测量时间和发射信号功率；根据第一和第二移动距离、第一和第二移动方向、第一和第二测量时间、发射信号功率和接收信号功率，确定每次测量时第一和第二设备之间的距离；将每次测量时第一和第二设备之间的距离发射至服务器；
服务器，用于在第二设备所属用户被确认为染病用户时，根据每次测量时第一和第二设备之间的距离以及第一测量时间，确定第一设备所属用户的染病风险值。
其中，如图4所示，所述第一设备可以包括：
测量模块，用于在与第二设备建立近距离通信连接后，第一设备连续多次测量第一移动距离、第一移动方向以及接收信号功率，并保存每次测量得到的第一移动距离、第一移动方向、接收信号功率和第一测量时间；
获取模块，用于通过第一设备与第二设备之间的近距离通信连接，接收第二设备在每次测量后发送的第二设备的第二移动距离、第二移动方向、第二测量时间和发射信号功率；
距离确定模块，用于根据第一和第二移动距离、第一和第二移动方向、第一和第二测量时间、发射信号功率和接收信号功率，确定每次测量时第一和第二设备之间的距离。
其中，所述近距离通信连接可以是蓝牙连接、NFC连接、WIFI连接等，第一和第二设备之间通过交互认证建立近距离通信连接的过程采用已有技术即可，在此不再赘述。需要指出的是，两台设备在建立通信连接时交换各自的设备标识，这样，一方面，设备自身可以了解与其进行近距离通信的其它设备是那台设备，另一方面，在服务器中预先建立设备与用户之间的对应关系，可以确定近距离通信的两台设备的归属用户，从而达到快速溯源以及快速确定可能染病的用户的目的。
其中，所述测量模块包括用于测量第一设备的第一移动距离的第一测距模块，以及用于测量第一设备的第一移动方向的第一测向模块，第一设备的第一测距模块可以是计步器、量程表等等，第一设备的第一测向模块可以是电子罗盘、三轴加速器传感器、陀螺仪等。
一般根据第一和第二测量时间，可以确定移动距离和移动方向是第几次测量的数据，以及第一和第二设备所属用户的接触时间。
在第一和第二设备均移动的场景下，所述第一设备的距离确定模块具体用于：对于任意一次测量，例如第二次测量及后续测量，根据本次测量的第一和第二移动距离、第一和第二移动方向，确定第一和第二移动方向是否平行；若确定第一和第二移动方向不平行，则由第一移动距离的两个端点、第二移动距离的两个端点、第一和第二移动距离在第一和第二移动方向的延长线的交点形成几何图形，并根据三角形余弦关系、三点共线关系、三角形正弦定理、四边形顶角关系，以及接收信号功率与距离的平方反比关系、接收信号功率与发射信号功率的正比关系，建立关于所述几何图形的多元方程组，从而通过求解方程组，确定第一和第二设备之间的距离；若确定第一和第二移动方向平行，则由第一移动距离的两个端点、第二移动距离的两个端点形成几何图形，并根据三角形正弦定理、四边形顶角关系、相似三角形角度关系，以及接收信号功率与距离的平方反比关系、接收信号功率与发射信号功率的正比关系，建立关于所述几何图形的多元方程组，从而通过求解方程组，确定第一和第二设备之间的距离。
在第一设备移动，第二设备安置在固定位置或短时间内未移动的场景下，所述第一设备的距离确定模块具体用于：当连续多次(例如三次)测量得到的第二移动距离均为0时，根据连续二次(例如最近两次)测量得到的二个第一移动方向，确定自身移动方向是否在一条直线上；若确定自身移动方向不在一条直线上，则由最近二次测量得到的二个第一移动距离的三个端点以及第二设备所在的点形成几何图形，并根据三角形正弦定理、四边形顶角关系，以及接收信号功率与距离的平方反比关系、接收信号功率与发射信号功率的正比关系，建立关于所述几何图形的多元方程组，从而通过求解方程组，确定第一和第二设备之间的距离；若确定自身移动方向在一条直线上，则由最近二次测量得到的二个第一移动距离的三个端点以及第二设备所在的点形成几何图形，并根据三角形正弦定理、三角形顶角关系，以及接收信号功率与距离的平方反比关系、接收信号功率与发射信号功率的正比关系，建立关于所述几何图形的多元方程组，从而通过求解方程组，确定第一和第二设备之间的距离。
在第一设备移动，第二设备安置在固定位置或短时间内未移动的场景下，所述第一设备的距离确定模块具体用于：当连续多次(例如三次)测量得到的第一移动距离均为0时，根据连续二次(例如最近两次)测量得到的二个第二移动方向，确定第二设备的移动方向是否在一条直线上；若确定第二设备的移动方向不在一条直线上，则由最近二次测量得到的二个第二移动距离的三个端点以及第一设备所在的点形成几何图形，并根据三角形正弦定理、四边形顶角关系，以及接收信号功率与距离的平方反比关系、接收信号功率与发射信号功率的正比关系，建立关于所述几何图形的多元方程组，从而通过求解方程组，确定第一和第二设备之间的距离；若确定第二设备的移动方向在一条直线上，则由最近二次测量得到的二个第二移动距离的三个端点以及第一设备所在的点形成几何图形，并根据三角形正弦定理、三角形顶角关系，以及接收信号功率与距离的平方反比关系、接收信号功率与发射信号功率的正比关系，建立关于所述几何图形的多元方程组，从而通过求解方程组，确定第一和第二设备之间的距离。
所述第一设备所属用户的染病风险值P染病通过以下公式确定：
Figure RE-GDA0002621075720000141
其中，ai和ti分别是第i个接触范围的染病风险系数和暴露时长。
在系统中，如果系统中的设备以去中心化连接方式两两连接，即以去中心化连接方式相互连接，则所述第一设备和所述第二设备是多台设备中的任意两台设备；如果系统中的设备以中心化连接方式连接，则所述第一设备是安置在固定位置的中心设备，所述第二设备是与中心设备连接的多台设备中的任意一台设备；如果系统中的设备以依次首尾相连的方式连接，即以链式连接方式连接，则所述第一设备和所述第二设备分别是链式连接的多台设备中任意相邻的一台上游设备和一台下游设备，或者，所述第一设备是以链式方式连接的多台设备中的首端设备，第二设备是与所述首端设备连接的新加入设备，或者，所述第一设备是与所述末端设备连接的新加入设备，所述第二设备是以链式方式连接的多台设备中的末端设备，其中链式连接的多台设备中的任意一台设备仅接收来自其相连的上游设备的数据。
需要指出的是，第二设备的结构可以与第一设备的结构一致，从而具备实现与第一设备相同功能的能力，这样第二设备可以按照与第一设备相同的方式确定第一和第二设备之间的距离，例如在与第一设备建立近距离通信连接后，连续多次测量自身的第二移动距离、第二移动方向和接收信号功率，并保存每次测量得到的第二移动距离、第二移动方向、接收信号功率和第二测量时间；通过与第一设备之间的近距离通信连接，接收第一设备在每次测量后发送的第一设备的第一移动距离、第一移动方向、第一测量时间和发射信号功率；根据第一和第二移动距离、第一和第二移动方向、第一和第二测量时间、第一设备的发射信号功率和第二设备获取的接收信号功率，确定每次测量时第一和第二设备之间的距离；将每次测量时第一和第二设备之间的距离发送至服务器，以便服务器可以根据第一设备确定的第一和第二设备之间的距离以及第二设备确定的第一和第二设备之间的距离，更准确地确定第一和第二设备之间的距离，并当其中一个设备所属用户被确认为染病用户时，将更准确地确定另一设备所属用户的染病风险值。
实施例4
智能设备通常具备与周围其它智能设备进行无线通信的模块。目前常用的无线通信技术有移动通信信号、移动热点、WIFI和蓝牙等。基于此类技术，应用已有公开的算法，根据通信信号强弱可以大致判断两台智能设备之间的距离变化，但不能准确确定相互之间的距离。
如果是移动智能设备，还会集成测量、记录自身移动距离和移动方向的模块。如果是智能手机，可以用计步器测量移动距离。如果是自动驾驶汽车，可以用里程表测量移动距离。为叙述方便，以下将计步器、里程表等测距模块统称为测距模块。移动方向一般用电子罗盘。但电子罗盘只能测水平面内两维方向(即东西南北)。如果要测三维方向，可以用三轴加速器传感器或者陀螺仪。基于移动智能设备已有的功能，可以知道智能设备携带者移动距离和移动方向随时间的变化。为叙述方便，以下将电子罗盘、三轴加速器传感器、陀螺仪等测量方向的模块统称为测向模块。
综合上述模块和模块能够测量两台移动智能设备之间的距离，或者一台移动设备与一个固定设备之间的距离。测量步骤：1).如果是移动智能设备，利用测距模块连续测量、记录移动距离；2).利用测向模块，与测距模块同步记录移动方向；3).利用无线通信模块，一台智能设备可以测量另一台的无线信号强度，同时向另一台设备发出通信请求，其中包含自己的唯一编号(ID号)。另一台予以应答。如果是第一次通信，发回自已的ID号。如果是移动智能设备，且是第二次及以后的通信，发出自身无线信号模块的发射信号强度、自身从上次通信以后移动的距离和移动的方向；4).通过连续两次或三次的测量，计算得到两台智能设备在每次测量时的间隔距离。测量可由一台设备完成或者两台设备完成。两台设备的测量方式可以减少测量误差。
图5是系统中服务器、两个智能设备A和B的交互示意图，如图5所示，步骤包括：
认证阶段：
(1)假设由智能设备A发起连接请求，由智能设备A申请和智能设备B 连接，如果第一次连接则需要验证，如果之前验证过，则智能设备可以自动连接。
(2)智能设备B返回连接验证信息(如果之前验证过，则无此步骤)。
(3)智能设备A验证通过，两台智能设备建立连接。
交互阶段：
(4)智能设备A和B，在建立连接后，发送自己当前的发射信号强度、移动距离、移动方向给对方。自己同时也要测量接收信号强度、移动距离、移动方向，根据发射信号强度、接收信号强度、两台设备的移动距离和移动方向，计算得到智能设备A和B之间的接触距离和接触时间。
(5)只要二者在连接范围内(约100米)，每隔一定时间(假设为3秒) 发送一次彼此信息，并重复该计算。
(6)两台设备会以一定时间，持续交互以及计算，直到一方主动终止或者超过一定时间没有数据交互或者超过通讯范围后，交互自动终止。
上传数据阶段：
(7)交互终止后，A设备发送A设备和设备B的接触距离、时间给服务器
(8)交互终止后，B设备发送B设备和设备A的接触距离、时间给服务器
综上所述，本发明通过无线信号的强弱判断，可以知道指定设备之间是接近还是远离，通过设备的测距模块和测向模块，可以知道设备的移动距离和方向。三者结合，实现准确测距，即准确测量两个设备之间的距离，无需布置专门的系统，适用于室内、室外各种场所。如果智能设备佩带在人或动物身上，或者固定在特定场所，就可以根据测量的间隔判断人、动物、场所是否发生接触；根据测距时间点，就可以计算接触时间。
下面通过图6至图9进行详细说明。
一、设备的连接和信号的获取。
1、系统的安装和设备的连接
系统包括服务器和智能终端A和B，A和B连接后，双方每个一定时间间隔进行一次通信，获得对方的发射信号强度、位移距离、方向一起计算，得到彼此的接触距离、时间。服务器在两台设备连接结束后，接收两台设备上传的数据，并根据两台设备上传的数据，综合分析，并存储。服务器会存储所有的设备之间的彼此数据，用于分析智能设备之间的接触距离、接触时间。
(1)系统的安装
该系统以APP形式，安装于智能设备内，无需特别定制的硬件设备。需要获取智能设备的无线连接、测距模块和测向模块权限，分别用来记录自身测得的和其它智设备发过来的信号强度，移动距离和移动方向。
(2)设备的连接
智能设备之间通过无线信号连接，例如移动通信信号，无线wifi信号，蓝牙通讯等。通过无线信号连接，可以进行距离数据和方向数据的相互传输，以及信号强度的检测。
以蓝牙模块为例，一个蓝牙模块能同时连接多个蓝牙设备，数据传输可随时在主设备和其他设备之间进行。设备可选择要访问的其他设备，典型的情况是，可以在设备之间以轮替的方式快速转换。首先如果智能设备是第一次连接，那么需要获取对方的授权，以建立连接。建立连接后，设备两两之间的数据传输不需要重复授权。当设备在一定范围内连接上后，该系统(智能设备上的APP)，以轮播方式，每隔一定时间逐个向连接的设备，发送自己的发射无线信号强度、移动距离和移动方向信息，同时也接收其他设备发送过来的这三个信息。最终在智能设备上计算两两设备之间的接触距离和时间。
2、信号的获取和处理
智能设备包含无线通信模块，包括运营商信号3/4/5G模块，无线WIFI模块，蓝牙模块等，并且在系统中提供了检测信号强度的功能等。
智能设备的步数获取，使用了加速度传感器模块，通过对智能设备的加速度传感器模块记录的值进行分析来获取用户的步数，计步算法主要是将每次取到加速度三个方向值的平方和开根存储起来作为基础信息，这个基础信息是一个波形图，通过取得波峰的数量来判断走了几步，另外增加算法来判断是否是步行移动的步数。得到了步数，乘以步数-距离转换系数，计算得到距离。步数- 距离转换系数根据用户个人信息(年龄，身高，性别)初始化，再让用户走已知的一定距离进一步准确确定。
目前智能设备几乎配有“电子罗盘”，“电子罗盘”是一个能对磁场做出响应的传感器，是基于“霍尔效应”原理的磁场测量器件。在各种地图APP中，方向的指示即使用该功能。而且现在“电子罗盘”不要求一定要水平放置智能设备，会自动根据手机状态，得到指示的方向，本发明可以读取智能设备程序接口，得到方向信息。
一个智能设备得到其他设备发射信号强度，位移距离，位移方向后，同时自己测量得到接收信号强度，位移距离，位移方向。根据发射信号强度，接收信号强度和两台设备各自的位移距离，位移方向，可以通过算法计算得到其接触距离，位移方向和速度，定义在两台设备在一定距离内停留为接触，统计两台设备不超过该段距离范围的时间，可以算出接触时间。
3、接触数据汇总分析
通过智能设备的无线通讯模块、测距模块和测向模块，得到信号强度衰减程度(发射信号强度，对比接收信号强度)，移动距离和移动方向信息，通过算法，系统可以计算二者实时的距离，移动趋势。系统汇总每台设备测得的数据，可以进一步分析，帮助实际工作，例如自动驾驶中不同车辆的运动判断，远洋航行中船和船运动规避，人和人之间相对距离的计算等。
本申请基于蓝牙Class A协议，两台智能设备可以在100米范围内进行数据交互。在第一次连接后，每隔一定时间(假设为3秒)，得到对方的发射信号强度、位移距离、位移方向的信息，以及自己的接收信号强度、位移距离、位移方向，通过算法能计算得到两台智能设备接触距离，在密切接触距离(假设定义为1米)内的停留时间。
当两台设备间交互终止之后，会将自己和该设备的交互信息上传服务器，服务器汇总每台设备的上传数据，分析得到更完整的密切接触距离和密切接触时间的信息，并进一步计算染病风险值P染病。管理部门可以通过P染病，判断密切接触者的感染风险。
假设一台智能设备的使用者是染病者用户A，那么其和A有过密切接触的暴露用户B的染病风险计算为：
染病风险值P染病通过如下公式确定：
P染病＝a染病×ta+b染病×tb+…
其中，a染病和b染病和系数是不同的接触范围内的染病风险系数，是通过实际数据(接触次数和感染比例)拟合得到；ta，tb和时间是在不同的接触范围内，暴露的时长。P染病可以帮助我们判断密切接触者的感染风险。
同时，管理部门也可以基于服务器计算的信息，在发现隔离人员或者染病人员有外出或者与其他设备有数据交互等情况时，及时发送提醒信息，提醒公众有效防疫。
二、二维间隔距离应用场景和计算方法。
1、信号强度和信号功率的转换关系。
两台设备的位置用符号Pij表示，历次测量的信号强度用Rij表示，其中i 是设备编号，取值1或2，j是测量次数编号，取值1、2、3、…。例如，R11 表示第1台第1次测量到的信号强度，这个信号是第2台设备发射的。又如， R23表示第2台第3次测量到的信号强度，这个信号是第1台设备发射的。信号强度是智能设备直接可以获取的，信号强度和信号功率是对数关系。为使计算距离的方程组表达简洁，先根据信号强度R，按照下面的公式，计算得到信号功率Iij，然后将Iij列入方程组。信号功率分为发射信号功率和接收信号功率。发射信号功率为Iijt，接收信号功率为Iijr，下标t和r分别代表发射设备和接收设备。
从智能设备可以获得的信号强度，根据公式：R＝10lgI，可以将信号强度R 转换为信号功率I。
距离发射端d处的接收功率I(d)服从如下Friis传播公式，定义It是发射端信号功率，Ir是接收端信号功率，Gt为发射增益，Gr为接收增益，d为传播距离。
Figure RE-GDA0002621075720000191
可见，接收信号功率与距离平方成反比，且与发射信号功率成正比。
2、后续图示和公式变量说明：
在下面的图示中，实线是已知量，虚线是求解变量：
如下各个示意图中，已知设备在两次测量之间移动的距离和方向(P11P12和P21P22)、由第1台测量的接收信号功率以及接收得到的发射信号功率，第一次和第二次测得的发射信号功率(I11t和I12t)，接收信号功率(I11r和I12r)。求第一次测量和第二次测量时两台设备之间的距离P11P21和P12P22。
如果两台设备移动方向不平行，做线段P12P11和线段P22P21的延长线，两条延长线相交于点P00，则<P12P00P22为已知角。
两次测量之间，两台智能设备的状态有以下几种组合情况。
a.两台都在移动，这种情况可以用两次测量结果计算间隔距离。
b.一台在移动，另一台保持不动。对于这种情况，需要再有一次移动，做第三次测量。
c.两台都不动，需要等至少一台移动，转变成情况a或情况b时才能测量。
下面结合这三种情况进行详细说明。
3、两台设备都在移动的情况。
两台设备都在移动，可以用两次测量结果计算间隔距离，并且分为两种情况，第一是移动方向不同，第二是移动方向相同或者相反。
(1)移动方向不同，如图6所示，P11、P12分别是第一个人(第一设备) 的两次测量时的位置，P21、P22分别是第二个人(第二设备)两次测量时的位置。
根据P11、P12、P21、P22以及P00形成的几何图形，可以计算第一次测量时P11 P21的距离，以及第二次测量时P12 P22的距离。具体如下：
根据三角余弦关系可以得到下面四个方程：
cos(∠P12P00P22)＝[(P11P00)2+(P21P00)2-(P11P21)2]/[2*(P11P00)*(P21P00)]
cos(∠P12P00P22)＝[(P12P00)2+(P22P00)2-(P12P22)2]/[2*(P12P00)*(P22P00)]
cos(∠P12P00P22)＝[(P11P00)2+(P22P00)2-(P11P22)2]/[2*(P11P00)*(P22P00)]
cos(∠P12P00P22)＝[(P12P00)2+(P21P00)2-(P12P21)2]/[2*(P12P00)*(P21P00)]
根据三点共线关系可以得到下面两个方程：
P12P11+P11P00＝P12P00
P22P21+P21P00＝P22P00
利用三角形正弦定理，可以得到4个连等方程：
Figure RE-GDA0002621075720000201
Figure RE-GDA0002621075720000211
Figure RE-GDA0002621075720000212
Figure RE-GDA0002621075720000213
利用四边形的顶角之间的关系可列出下面5个方程：
∠P11P12P21+∠P21P12P22＝∠P11P12P22
∠P12P22P11+∠P11P22P21＝∠P12P22P21
∠P22P21P12+∠P12P21P11＝∠P22P21P11
∠P21P11P22+∠P22P11P12＝∠P21P11P12
∠P11P12P22+∠P12P22P21+∠P22P21P11+∠P21P11P12＝360°
接收到的信号功率和距离是平方反比关系且和发射信号功率是正比关系， Iijr是接收端信号功率，Iijt是发射端信号功率，满足如下公式：
Figure RE-GDA0002621075720000214
从上可知，需要确定的长度变量有8个(P11P00,P12P00,P21P00,P22P00, P11P21,P11P22,P12P21,P12P22)，需要确定的角度变量有12个(∠P11P12P21, ∠P21P12P22,∠P11P12P22,∠P12P22P11,∠P11P22P21,∠P12P22P21,∠P22P21P12,∠P12P21P11, ∠P22P21P11,∠P21P11P22,∠P22P11P12,∠P21P11P12)。
根据余弦定理列的方程有4个；根据三点共线关系列的方程有2个；根据正弦定理列的方程有4个，因为是连等方程，相当于有8个独立方程；根据四边形的顶角关系列的方程有5个；根据信号功率变化关系列的方程有1个，总计20个方程。
用20个独立方程组成的方程组可以求解确定20个变量。
(2)移动方向相同或者相反，如图7所示，P11、P12分别是第一个人(第一设备)的两次测量时的位置，P21、P22分别是第二个人(第二设备)两次测量时的位置。
需要确定的长度变量有4个，角度变量有12个，需要至少列16个独立方程才能求解。
与图6的实施例相似，对4个三角形，根据正弦定理可列出4个连等方程，相当于8个独立方程；根据四边形的顶角关系可以列出5个方程；根据信号功率变化关系列的方程有1个方程。
另外，利用相似三角形角度相等的关系，可以列出以下2个方程：
∠P11P12P21＝∠P12P21P22
∠P11P22P21＝∠P12P11P22
四类方程共有16个独立方程。用16个独立方程组成的方程组可以求解确定16个变量。
如果移动方向相反且共线，则和上述情况类似，且求解更简单。
4、一台在移动，另一台保持不动，此时需要做第三次测量。
(1)以第一移动设备移动三次，且不同线为例，如图8所示，P11、P12、 P13是第一个人(第一设备)的三次测量时的位置，P21是第二个人(第二设备) 不动的位置。
假设第一设备P1在起始位置P11做一次测量，然后移动至位置P12，做第二次测量，然后再移至位置P13,做第三次测量。已知条件包括两次移动的距离 (P11P12和P12P13),两次移动方向的夹角(∠P11P12P13)，还有三次测量的信号功率(I11,I12,I13)。需要确定三次测量时两台设备之间的距离(P11P21,P12P21和 P13P21)。
根据正弦定理可以列出4个连等方程：
Figure RE-GDA0002621075720000221
Figure RE-GDA0002621075720000222
Figure RE-GDA0002621075720000223
Figure RE-GDA0002621075720000224
利用四边形的顶角之间的关系可列出下面5个方程：
∠P11P12P21+∠P21P12P13＝∠P11P12P13
∠P12P13P11+∠P11P13P21＝∠P12P13P21
∠P13P21P12+∠P12P21P11＝∠P13P21P11
∠P21P11P13+∠P13P11P12＝∠P21P11P12
∠P11P12P13+∠P12P13P21+∠P13P21P11+∠P21P11P12＝360°
接收到的信号功率和距离是平方反比关系且和发射信号功率是正比关系， Iijr是接收端信号功率，Iijt是发射端信号功率，可以得到下面2个方程：
Figure RE-GDA0002621075720000231
Figure RE-GDA0002621075720000232
从上可知，需要确定的长度变量有4个(P11P21,P11P13,P12P21,P13P21)；需要确定的角度变量有11个(∠P11P12P21,∠P21P12P13,∠P12P13P11,∠P11P13P21, ∠P12P13P21,∠P13P21P12,∠P12P21P11,∠P13P21P11,∠P21P11P13,∠P13P11P12, ∠P21P11P12)。需要确定的变量共有15个。
根据正弦定理列4个方程，因为是连等方程，相当于有8个独立方程；根据四边形的顶角关系列5个方程；根据信号功率变化关系列2个方程，总计15 个方程。
用15个独立方程组成的方程组可以求解确定15个变量。
(2)以第一移动设备移动三次，且两次移动同线，方向相同或者相反为例，如图8所示，P11、P12、P13是第一个人(第一设备)的三次测量时的位置， P21是第二个人(第二设备)不动的位置。
根据正弦定理可以列出3个连等方程：
Figure RE-GDA0002621075720000233
Figure RE-GDA0002621075720000234
Figure RE-GDA0002621075720000235
利用三个三角形的顶角关系可列出下面2个方程：
∠P11P12P21+∠P21P12P13＝180°
∠P12P21P11+∠P13P21P12＝∠P13P21P11
假设三次测量的信号功率与距离平方成反比，可得到以下2个方程：
Figure RE-GDA0002621075720000236
Figure RE-GDA0002621075720000241
由上可知，需要确定的长度变量有3个(P11P21,P12P21,P13P21)；需要确定的角度变量有7个(∠P11P12P21,∠P21P12P13,∠P12P13P21,∠P13P21P12,∠P12P21P11, ∠P13P21P11,∠P21P11P12)。需要确定的变量共有9个。
根据正弦定理列3个连等方程；根据三角形的顶角关系列2个方程；根据信号功率变化关系列2个方程，总计10个方程。用10个方程组成的方程组可以求解确定9个变量。
(3)第一次移动的设备没动，另一台设备移动，可以转换为两台设备都在移动的情况，并加以计算。
5、两台设备都不同。
需要等至少一台移动，转变为两台设备都在移动或者一台在移动，另一台不动，才能测量。
三维间隔距离计算方法比二维情况更复杂，基本思路可借鉴两维平面的计算方法，用立体几何知识推导公式，建立新方法，从而将二维方法推广到三维。
本发明可以应用于多台设备之间的距离测量，包括以下情况：
1.以去中心化的方式进行两两设备之间的单独测量。
如果某区域内，存在N台设备，那么每一台设备，会和其他N-1台设备建立连接进行通信，发送、接收移动距离、移动方向、发射和接收信号功率，并计算设备彼此之间的距离，以及进一步的基于彼此之间距离计算染病风险值P染病。
多台设备存在信号实时接收的问题，假设共有设备N台，N台设备彼此两两之间建立了连接。设备A和其他N-1台设备建立了连接，设备建立连接需要三次通讯，需要和其他设备逐次建立连接，按和每一台建立连接的时间开始，每间隔一定时间(例如2秒)，进行一次数据交互，测量并发送自己的数据，同时接受其他设备发送来的数据。无线通信技术小于20Byte数据单次传输的时间为6ms，在2秒的时间间隔下，可以支持大于300台数据的同时连接。
当需要连接的设备台数(N-1)大于设备A最多可连接的台数M时，至少可以采用两种方式处理。第一个办法是进一步扩大数据通讯间隔时间，进而加大M，使得(N-1)小于等于M。这种方式的优势在于，每个智能设备的数据，可以只存储在设备自己上，实现去中心化存储，在一些应用中可以更好的保护用户个人隐私。
另一种方式是，设备A从(N-1)台设备中选择信号最强的M台建立连接，进行两两测距；其它设备也采用相同的方式选择信号最强的若干台设备进行两两测距。当其它条件不变时，距离越近，信号越强，因此每台设备都是测量离自己近的设备。当M足够大(如50)时，每台设备测量的设备会有交集，每台设备都把自己测得的数据上传服务器。服务器对所有数据进行综合分析，可以得到所有设备两两之间的距离。
2.链式连接方式测距
假设有N台设备，那么设备之间是链式的连接方式，第i台设备(i＝2, 3,…,N-1)，只接收i-1台设备的发送信息，同时只把自己的信息，发送给第i+1 台设备，第i台设备计算自己和第i-1台设备的位置信息，并进一步计算特定场景下的值，例如汽车驾驶中的和前车的距离以及估算是否安全(根据当前车速，计算刹车距离，结合实际测量距离)。
采用这种方式，设备之间通讯除了发送移动距离、移动方向、发射信号功率外，还需要记录并发送自己的设备ID(设备的唯一硬件编码，大部分出厂自带)，以及接收数据的设备ID。
例如，当只有两台设备A和B时，两台设备A和B建立连接，谁先问询建立连接，则谁是发送端，假设是A发送数据给B。当第三台设备C接近时，第三台设备C通过接收信号功率确定与设备A还是与设备B建立连接，并与接收信号功率强的设备建立连接，如果与设备A建立连接，则A已经给B发送数据， C作为A的上一级设备，发送数据给A；如果与设备B建立连接，则B已经接收来自A的数据，则C作为B的下一级设备，接收B发送的数据。
若是已经有N台设备，则第N+1台设备加入时，建立连接时会询问已有设备，当找到最顶端或者最末端设备(只接收数据或者只发送数据的设备)之时，通过比较自身测量得到的接收信号强度，与接收信号强度最强的设备建立连接，作为其上一级或者下一级设备。
该方法可以知道两两设备之间的距离、方向，把数据上传服务器综合分析，可以知道所有设备之间彼此的关系。该多台设备连接方法可以降低单台设备的计算量，减少对设备的性能要求。
同时，将该方法应用于汽车驾驶中，可以得到前后车之间的距离S，基于当前速度V，计算距离S是否是安全距离，若是距离S小于安全距离，则可以给予提示甚至触发自动刹车等方式。
3、中心设备连接方式测距
采取一台中心设备收集数据模式，其他设备均向该设备发送数据。由中心设备计算和每一台其他设备之间的距离和方向。基于中心设备和其他设备的距离、方向，可以计算得到一区域内的二维分布图，并进一步计算设备和设备之间彼此的距离、方向。中心设备和其他每一台设备的测量方法如之前所述。
该方法可以应用于大型会议、大型活动等场合。
本发明依靠智能设备，安装使用方便快捷，成本低，不需要额外定制智能设备，可以应用于运动条件下需要准确计算人与人、人与物彼此之间的距离的应用场景中，数据准确度、精度高。
尽管上文对本发明进行了详细说明，但是本发明不限于此，本技术领域技术人员可以根据本发明的原理进行各种修改。因此，凡按照本发明原理所作的修改，都应当理解为落入本发明的保护范围。

Claims (12)

1.一种适用于智能设备的移动测距方法，其特征在于，所述方法包括：
第一设备在与第二设备建立近距离通信连接后，第一设备连续多次测量第一移动距离、第一移动方向以及接收信号功率，并保存每次测量得到的第一移动距离、第一移动方向、接收信号功率和第一测量时间；
第一设备通过与第二设备之间的近距离通信连接，接收第二设备在每次测量后发送的第二设备的第二移动距离、第二移动方向、第二测量时间和发射信号功率；
第一设备根据第一和第二移动距离、第一和第二移动方向、第一和第二测量时间、发射信号功率和接收信号功率，确定每次测量时第一和第二设备之间的距离。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
第一设备利用测距模块测量第一移动距离；
第一设备利用测向模块测量第一移动方向。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一设备根据第一和第二移动距离、第一和第二移动方向、第一和第二测量时间、发射信号功率和接收信号功率，确定每次测量时第一和第二设备之间的距离包括：
对于任意一次测量，第一设备根据本次测量的第一和第二移动距离、第一和第二移动方向，确定第一和第二移动方向是否平行；
若确定第一和第二移动方向不平行，则由第一移动距离的两个端点、第二移动距离的两个端点、第一和第二移动距离在第一和第二移动方向的延长线的交点形成几何图形，并根据三角形余弦关系、三点共线关系、三角形正弦定理、四边形顶角关系，以及接收信号功率与距离的平方反比关系、接收信号功率与发射信号功率的正比关系，建立关于所述几何图形的多元方程组，从而通过求解方程组，确定第一和第二设备之间的距离；
若确定第一和第二移动方向平行，则由第一移动距离的两个端点、第二移动距离的两个端点形成几何图形，并根据三角形正弦定理、四边形顶角关系、相似三角形角度关系，以及接收信号功率与距离的平方反比关系、接收信号功率与发射信号功率的正比关系，建立关于所述几何图形的多元方程组，从而通过求解方程组，确定第一和第二设备之间的距离。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一设备根据第一和第二移动距离、第一和第二移动方向、第一和第二测量时间、发射信号功率和接收信号功率，确定每次测量时第一和第二设备之间的距离包括：
当连续多次测量得到的第二移动距离均为0时，第一设备根据连续二次测量得到的二个第一移动方向，确定自身移动方向是否在一条直线上；
若确定自身移动方向不在一条直线上，则由最近二次测量得到的二个第一移动距离的三个端点以及第二设备所在的点形成几何图形，并根据三角形正弦定理、四边形顶角关系，以及接收信号功率与距离的平方反比关系、接收信号功率与发射信号功率的正比关系，建立关于所述几何图形的多元方程组，从而通过求解方程组，确定第一和第二设备之间的距离；
若确定自身移动方向在一条直线上，则由最近二次测量得到的二个第一移动距离的三个端点以及第二设备所在的点形成几何图形，并根据三角形正弦定理、三角形顶角关系，以及接收信号功率与距离的平方反比关系、接收信号功率与发射信号功率的正比关系，建立关于所述几何图形的多元方程组，从而通过求解方程组，确定第一和第二设备之间的距离。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一设备根据第一和第二移动距离、第一和第二移动方向、第一和第二测量时间、发射信号功率和接收信号功率，确定每次测量时第一和第二设备之间的距离包括：
当连续多次测量得到的第一移动距离均为0时，第一设备根据连续二次测量得到的二个第二移动方向，确定第二设备的移动方向是否在一条直线上；
若确定第二设备的移动方向不在一条直线上，则由最近二次测量得到的二个第二移动距离的三个端点以及第一设备所在的点形成几何图形，并根据三角形正弦定理、四边形顶角关系，以及接收信号功率与距离的平方反比关系、接收信号功率与发射信号功率的正比关系，建立关于所述几何图形的多元方程组，从而通过求解方程组，确定第一和第二设备之间的距离；
若确定第二设备的移动方向在一条直线上，则由最近二次测量得到的二个第二移动距离的三个端点以及第一设备所在的点形成几何图形，并根据三角形正弦定理、三角形顶角关系，以及接收信号功率与距离的平方反比关系、接收信号功率与发射信号功率的正比关系，建立关于所述几何图形的多元方程组，从而通过求解方程组，确定第一和第二设备之间的距离。
6.根据权利要求1-5任意一项所述的方法，其特征在于，
在去中心化连接方式中，所述第一设备和所述第二设备是多台设备中的任意两台设备；
在中心化连接方式中，所述第一设备是安置在固定位置的中心设备，所述第二设备是与中心设备连接的多台设备中的任意一台设备；
在链式连接方式中，所述第一设备和所述第二设备分别是链式连接的多台设备中任意相邻的一台上游设备和一台下游设备，或者，所述第一设备是以链式方式连接的多台设备中的首端设备，第二设备是与所述首端设备连接的新加入设备，或者，所述第一设备是与所述末端设备连接的新加入设备，所述第二设备是以链式方式连接的多台设备中的末端设备，其中链式连接的多台设备中的任意一台设备仅接收来自其相连的上游设备的数据。
7.一种基于移动测距的染病风险评估方法，其特征在于，所述方法包括：
第一设备在与第二设备建立近距离通信连接后，第一设备连续多次测量第一移动距离、第一移动方向以及接收信号功率，并保存每次测量得到的第一移动距离、第一移动方向、接收信号功率和第一测量时间；
第一设备通过与第二设备之间的近距离通信连接，接收第二设备在每次测量后发送的第二设备的第二移动距离、第二移动方向、第二测量时间和发射信号功率；
第一设备根据第一和第二移动距离、第一和第二移动方向、第一和第二测量时间、发射信号功率和接收信号功率，确定每次测量时第一和第二设备之间的距离；
第一设备将每次测量时第一和第二设备之间的距离发送至服务器，以供服务器在第二设备所属用户被确认为染病用户时，根据每次测量时第一和第二设备之间的距离以及第一测量时间，确定第一设备所属用户的染病风险值。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述第一设备所属用户的染病风险值P染病通过以下公式确定：
Figure FDA0002536194490000041
其中，ai和ti分别是第i个接触范围的染病风险系数和暴露时长。
9.根据权利要求7或8所述的方法，其特征在于，
在去中心化连接方式中，所述第一设备和所述第二设备是多台设备中的任意两台设备；
在中心化连接方式中，所述第一设备是安置在固定位置的中心设备，所述第二设备是与中心设备连接的多台设备中的任意一台设备；
在链式连接方式中，
所述第一设备和所述第二设备分别是链式连接的多台设备中任意相邻的一台上游设备和一台下游设备，或者，所述第一设备是以链式方式连接的多台设备中的首端设备，第二设备是与所述首端设备连接的新加入设备，或者，所述第一设备是与所述末端设备连接的新加入设备，所述第二设备是以链式方式连接的多台设备中的末端设备，其中链式连接的多台设备中的任意一台设备仅接收来自其相连的上游设备的数据。
10.一种基于移动测距的染病风险评估系统，其特征在于，所述系统包括第一设备、第二设备、服务器，其中：
第二设备，用于在与第一设备建立近距离通信连接后，连续多次测量第二移动距离和第二移动方向，并将每次测量得到的第二移动距离、第二移动方向、第二测量时间和发射信号功率发送至第一设备；
第一设备，用于在与第二设备建立近距离通信连接后，连续多次测量第一移动距离、第一移动方向以及接收信号功率，并保存每次测量得到的第一移动距离、第一移动方向、接收信号功率和第一测量时间；通过与第二设备之间的近距离通信连接，接收第二设备在每次测量后发送的第二设备的第二移动距离、第二移动方向、第二测量时间和发射信号功率；根据第一和第二移动距离、第一和第二移动方向、第一和第二测量时间、发射信号功率和接收信号功率，确定每次测量时第一和第二设备之间的距离；将每次测量时第一和第二设备之间的距离发射至服务器；
服务器，用于在第二设备所属用户被确认为染病用户时，根据每次测量时第一和第二设备之间的距离以及第一测量时间，确定第一设备所属用户的染病风险值。
11.根据权利要求10所述的系统，其特征在于，所述第一设备所属用户的染病风险值P染病通过以下公式确定：
Figure FDA0002536194490000051
其中，ai和ti分别是第i个接触范围的染病风险系数和暴露时长。
12.根据权利要求10或11所述的系统，其特征在于，
在去中心化连接方式中，所述第一设备和所述第二设备是多台设备中的任意两台设备；
在中心化连接方式中，所述第一设备是安置在固定位置的中心设备，所述第二设备是与中心设备连接的多台设备中的任意一台设备；
在链式连接方式中，
所述第一设备和所述第二设备分别是链式连接的多台设备中任意相邻的一台上游设备和一台下游设备，或者，所述第一设备是以链式方式连接的多台设备中的首端设备，第二设备是与所述首端设备连接的新加入设备，或者，所述第一设备是与所述末端设备连接的新加入设备，所述第二设备是以链式方式连接的多台设备中的末端设备，其中链式连接的多台设备中的任意一台设备仅接收来自其相连的上游设备的数据。
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