CN114089397B - 一种智能定位方法、装置和设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种智能定位方法、装置和设备，涉及智能定位技术领域，解决了现有技术中定位技术适用环境受限、成本高，导致不能精准定位、无法大范围推广的技术问题；本发明根据卫星信号强度对智能定位技术进行切换，且智能定位技术的切换保证时间重叠，通过智能定位技术和压力传感器配合，确定用户的移动行为，并形成移动轨迹；本发明保证了对用户的实时精准定位，且无定位空隙，成本低，适用范围广；本发明在通信正常的情况下，关联人能够及时接收用户的位置信息，在通信异常的情况下，能够智能获取疑似区域，用于辅助对用户的搜寻，避免用户遭遇极端环境造成的位置信息缺失，进一步保证了用户的生命安全。
Description
技术领域
本发明属于智能定位技术领域，涉及应用于智能穿戴设备的智能定位技术，具体是一种智能定位方法、装置和设备。
背景技术
利用卫星定位技术可以准确地获取用户的地理位置信息，从而实现对用户的精准定位；但是卫星定位技术受限于用户所处的环境，一旦卫星信号受到遮挡，则无法利用卫星定位及时实现精准定位。
现有技术在卫星定位技术无法继续工作时，则利用蓝牙、RFID等室内定位技术对用户的位置进行定位；但是现有技术需要利用机器学习等方法对场地进行预处理，成本较高，且由于技术本身限制，在矿井、自然遮挡的环境中也无法很好地实现精准定位；因此，亟需一种应用范围广的智能定位方法、装置和设备。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一；为此，本发明提出了一种智能定位方法、装置和设备，用于解决现有技术中定位技术适用环境受限、成本高，导致不能精准定位、无法大范围推广的技术问题，本发明通过GPS定位技术、北斗定位技术和超声波定位技术结合实现低成本的精准定位解决了上述问题。
为实现上述目的，根据本发明的第一方面的实施例提出一种智能定位方法，包括：
智能定位装置采集用户双脚的脚掌压力值，根据脚掌压力值和双脚位置信息分析获取用户的移动行为，以及移动行为中用户的静止脚和移动脚；其中，移动行为包括水平移动、向上移动或者向下移动；
通过用户脚上配置的超声波发射器发射超声波信号至超声波接收器；根据用户静止脚的位置信息和超声波信号传输参数更新移动脚的位置信息；
智能定位装置根据用户的移动行为、与所述移动行为相邻的前一移动行为以及用户移动脚的位置信息获取用户位置信息；
通过历史位置信息对用户位置信息进行校验，并绘制用户移动轨迹。
优选的，在智能定位装置采集用户双脚的脚掌压力值之前，所述智能定位方法还包括：
智能定位装置获取卫星信号强度；
当卫星信号强度低于强度阈值时，或者当卫星信号强度在设定时间间隔内持续衰减时，则控制数据采集模块进行工作；其中，强度阈值大于等于35dB，且设定时间间隔大于1分钟。
优选的，根据脚掌压力值和双脚位置信息分析获取用户的移动行为，包括：
当用户发生移动时，则获取两脚的位置信息；其中，基于脚掌压力值判定用户是否发生移动；
根据两脚位置信息获取静止脚和移动脚的垂直高度，根据垂直高度判断用户移动行为的类别。
优选的，基于脚掌压力值判定用户的静止脚和移动脚，包括：
根据用户前脚掌压力值和后脚掌压力值的变化判断静止脚和移动脚；或者
根据用户脚掌压力值在同一时间段的大小判定静止脚和移动脚。
优选的，在智能定位装置采集用户双脚的脚掌压力值之前，所述智能定位方法还包括：
获取智能定位装置中数据处理模块和数据采集模块之间的相对位置关系。
优选的，基于用户静止脚的位置信息和超声波信号传输参数更新移动脚的位置信息，包括：
两个超声波接收器接收到超声波信号之后，获取超声波发射器和两个超声波接收器之间的距离，分别标记为距离一和距离二；
分别以距离一和距离二为半径，以对应超声波接收器为圆心建立两个球面，获取两个球面的交点；
根据超声波信号传输时间对交点进行筛选，获取目标交点，目标交点即为移动脚位置；
根据静止脚位置信息确定并更新移动脚位置信息。
优选的，所述智能定位装置根据历史位置信息对用户位置信息进行验证，包括：
获取历史位置信息和用户位置信息的水平距离和垂直距离，以及间隔时间；其中，历史位置信息为前一时刻的用户位置信息；
根据水平距离、垂直距离和间隔时刻验证用户位置信息的合理性。
一种智能定位装置，包括：
数据采集模块：分别设置于用户的两只脚，包括压力传感器、超声波发射器；其中，压力传感器用于检测用户的脚掌压力值；
数据处理模块：包括无线通讯单元、数据分析单元、GPS定位单元、北斗定位单元和至少两个超声波接收器；其中，所述 超声波接收器和数据分析单元相连接，且至少两个超声波接收器配置的位置不重叠；
数据展示模块：用于接收用户位置信息；
所述超声波发射器配置在用户脚上，用于向超声波接收器发送超声波信号；
所述超声波接收器用于接收超声波信号；
所述数据分析单元根据超声波信号确定用户位置信息。
一种智能定位设备，包括存储器、处理器以及存储在处理器中的控制程序，所述处理器执行控制程序时，实现上述智能定位方法。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明根据卫星信号强度对智能定位技术进行切换，且智能定位技术的切换保证时间重叠，通过智能定位技术和压力传感器配合，确定用户的移动行为，并形成移动轨迹；本发明保证了对用户的实时精准定位，且无定位空隙，成本低，适用范围广。
2、本发明在通信正常的情况下，关联人能够及时接收用户的位置信息，在通信异常的情况下，能够智能获取疑似区域，用于辅助对用户的搜寻，避免用户遭遇极端环境造成的位置信息缺失，进一步保证了用户的生命安全。
附图说明
图1为本发明的工作步骤示意图。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
当前生活中，最普遍的定位技术为GPS定位，即利用卫星定位技术实现精准定位，但是GPS信号的抗干扰能力不强，容易受气候、空间等环境因素的影响；比如在阴天、雾霾、雨雪天气下，GPS信号都会减弱，在隧道、地下室等场所设置会失效，需要卫星信号强度至少达到35dB才能够达到定位要求。
由于GPS定位的局限性，现有技术中通常使用蓝牙、RFID等室内定位技术对用户位置进行定位，但是这些技术会涉及到场地的预处理，需要利用机器学习等技术，效率受限，且成本高，无法实现低成本的精准定位；本发明通过GPS定位技术和超声波定位技术结合实现低成本的精准定位。
本申请的目的是能够为老人、儿童、探险人员等提供一种适用环境广、定位精准的智能定位方法和设备，方便关联联系人能够及时知晓上述人员的位置，避免发生安全问题；本申请其他未公开技术可参考文献号为CN105699974B的发明专利。
请参阅图1，本申请提供了一种智能定位方法，包括：
智能定位装置采集用户双脚的脚掌压力值，根据脚掌压力值和双脚位置信息分析获取用户的移动行为，以及移动行为中用户的静止脚和移动脚；
通过用户脚上配置的超声波发射器发射超声波信号至超声波接收器；根据用户静止脚的位置信息和超声波信号传输参数更新移动脚的位置信息；
智能定位装置根据用户的移动行为、与移动行为相邻的前一移动行为以及用户移动脚的位置信息获取用户位置信息；
通过历史位置信息对用户位置信息进行校验，并绘制用户移动轨迹。
本申请中的移动行为主要包括水平移动、向上移动和向下移动；这里的水平移动不是绝对意义上的水平移动，缓坡、路面起伏等垂直高度变化不大的情况也在水平移动的范畴，向上移动具体可以理解为上楼梯、爬山等，向下移动具体可以理解为下楼梯、下山等。
本申请中的静止脚和移动脚是一个相对的概念，通过脚掌压力值来判定，具体根据用户前脚掌压力值和后脚掌压力值的变化判断静止脚和移动脚；在另外一些优选的实施例中，也可以根据用户脚掌压力值在同一时间段的大小判定静止脚和移动脚，如用户移动时，支撑脚（压力值大）作为静止脚，则另外一只脚（压力值小）即为移动脚。
本申请中根据脚掌压力值和双脚位置信息分析获取用户的移动行为，包括：
当用户发生移动时，则获取两脚的位置信息；
根据两脚位置信息获取静止脚和移动脚的垂直高度，根据垂直高度判断用户移动行为的类别。
参考前文关于确定静止脚和移动脚的描述，可以基于脚掌压力值判定用户是否发生移动，如两脚的脚掌压力值相差大时，则可理解用户未发生移动；当用户发生移动时，则需要判定用户移动行为的种类到底是水平移动、向上移动、向下移动中的哪一种。
以移动脚的高度减去静止脚的高度获取两脚的垂直高度；当垂直高度大于0且绝对值大于高度阈值时，则可以判定用户的移动行为为向上移动，当垂直高度小于0且绝对值大于高度阈值时，则可以判定用户的移动行为为向下移动，当垂直高度的绝对值小于高度阈值时，则可以判定用户的移动行为为水平移动；可以理解的是，本申请中的高度阈值为一个相对值，当判定用户是否上楼梯时，则高度阈值应该按照一个楼梯的标准来设置，如高度阈值设置为150mm（单阶楼梯的标准高度范围为160mm-170mm）。
本申请中智能定位装置根据历史位置信息对用户位置信息进行验证，包括：
获取历史位置信息和用户位置信息的水平距离和垂直距离，以及间隔时间；
根据水平距离、垂直距离和间隔时刻验证用户位置信息的合理性。
历史位置信息为前一时刻的用户位置信息，避免短时间内相邻的两个用户位置信息不合理。
本申请中，在智能定位装置采集用户双脚的脚掌压力值之前，智能定位方法还包括：
获取智能定位装置中数据处理模块和数据采集模块之间的相对位置关系。
本申请中数据处理模块用于对数据进行处理，还包括超声波接收器，数据采集模块用于采集数据，还包括超声波发射器，超声波定位依据的是传播时间和/或传播距离，因此需要对数据采集模块和数据处理模块的位置进行校准。
本申请其中一个用途就是用于智能穿戴设备，如将数据采集模块设置在智能交换或者智能运动鞋中，将数据处理模块设置于吊坠或者腰带上，且数据处理模块中超声波接收器的位置不重叠，因此需要获取数据采集模块和数据处理模块的相对位置关系，这个相对位置关系和用户的身高、体重有着很大的关系，相对位置关系的获取比较简单；值得注意的是，数据处理模块中的超声波接收器的位置不能重叠，否则无法实现超声波测距和定位。
本申请中基于用户静止脚的位置信息和超声波信号传输参数更新移动脚的位置信息，包括：
两个超声波接收器接收到超声波信号之后，获取超声波发射器和两个超声波接收器之间的距离，分别标记为距离一和距离二；
分别以距离一和距离二为半径，以对应超声波接收器为圆心建立两个球面，获取两个球面的交点；
根据超声波信号传输时间对交点进行筛选，获取目标交点，目标交点即为移动脚位置；
根据静止脚位置信息确定并更新移动脚位置信息。
本申请中超声波信号传输参数主要包括超声波信号传输的时间和距离；本申请至少有两个超声波接收器，针对同一个超声波发射器，可以获取距离一和距离二，以距离一和距离二作为半径，以对应超声波接收器获取两个球面，这两个球面肯定有交点，再结合传输时间即可确定目标交点，目标交点即为移动脚位置。
在获取移动脚位置的过程中，静止脚的位置是固定的，结合数据采集模块和数据处理模块的相对位置关系，即可确定移动脚的位置信息。
本申请所解决的核心问题之一是GPS定位技术和超声波定位技术的切换，因此需要获取两个技术切换的临界值。
在一个实施例中，本申请提供的智能定位方法还包括：
智能定位装置获取GPS信号强度；
当GPS信号强度低于强度阈值时，或者当GPS信号强度在设定时间间隔内持续衰减时，则控制数据采集模块进行工作。
当智能定位装置中GPS定位单元获取的GPS信号强度比较弱，甚至小于强度阈值时，则可以判定此刻的GPS定位单元已经无法满足精准定位要求，则需要开启超声波定位；强度阈值是一个经验值，如大于等于35dB。
也可以对设定时间间隔内的GPS信号进行连续监测分析，如2分钟内GPS信号持续衰减，可以理解为当前环境不适用GPS定位，需要开启超声波定位。
GPS定位技术或者北斗定位技术适用于二维定位，因此GPS定位技术/北斗定位技术还可以和超声波定位技术相结合，如只需要进行二维定位，但是在一段需要进行三维定位（高度定位），则GPS定位技术可以和超声波定位技术结合使用。
值得注意的是，在GPS定位技术和超声波定位技术进行切换时，需要保证二者的无缝切换，也可以理解为二者的工作时间存在重叠，才能保证不间断的精准定位。
具体来说，假设GPS信号强度低于35dB时，GPS定位技术的精度已经不能满足要求，则将强度阈值设置为40dB，即从GPS信号强度低于40dB的时刻，超声波定位技术已经开始工作；在35dB和40dB之间，既可以继续通过GPS定位技术进行定位，超声波定位技术进行辅助验证，又可以通过超声波定位技术进行定位，以GPS定位技术进行辅助验证。
本申请所解决的核心问题之二是在信号无法传输的情况下，如何尽可能定位用户位置。
在一个实施例中，在信号可以传输的情况下，通过GPS定位技术和超声波定位技术的配合，绘制用户移动轨迹，在无法进行信号传输的时候，则获取疑似区域，包括：
当信号无法传输时，获取前一时刻的用户位置信息，并标记为初始位置，同时获取当前时刻和最后一次信号传输时刻的时间差；
根据初始位置和时间差可以确定一个圆形区域或者半圆区域，作为目标区域，则该目标区域即为用户当前所在的区域范围；
在搜寻过程中，工作人员携带超声波接收器在目标区域内搜索即可确定用户的位置。
一种智能定位装置，包括：
数据采集模块：分别设置于用户的两只脚，包括压力传感器、超声波发射器；其中，压力传感器用于检测用户的脚掌压力值；
数据处理模块：包括无线通讯单元、数据分析单元、GPS定位单元、北斗定位单元和至少两个超声波接收器；其中， 超声波接收器和数据分析单元相连接，且至少两个超声波接收器配置的位置不重叠；
数据展示模块：用于接收用户位置信息；
超声波发射器配置在用户脚上，用于向超声波接收器发送超声波信号；
超声波接收器用于接收超声波信号；
数据分析单元根据超声波信号确定用户位置信息。
本申请中数据展示模块用于关联人实时接收用户位置信息，如家长获取子女的位置信息、子女获取父母位置信息、好友获取探险者位置信息；北斗定位单元和GPSD定位单元同时存在一个即可。
一种智能定位设备，包括存储器、处理器以及存储在处理器中的控制程序，处理器执行控制程序时，实现上述智能定位方法。
本发明的工作原理：
根据卫星信号强度对智能定位技术进行切换，且智能定位技术的切换保证时间重叠。
智能定位装置采集用户双脚的脚掌压力值，根据脚掌压力值和双脚位置信息分析获取用户的移动行为，以及移动行为中用户的静止脚和移动脚。
通过用户脚上配置的超声波发射器发射超声波信号至超声波接收器；根据用户静止脚的位置信息和超声波信号传输参数更新移动脚的位置信息。
智能定位装置根据用户的移动行为、与移动行为相邻的前一移动行为以及用户移动脚的位置信息获取用户位置信息。
通过历史位置信息对用户位置信息进行校验，并绘制用户移动轨迹。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方法而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方法进行修改或等同替换，而不脱离本发明技术方法的精神和范围。
Claims (9)
1.一种智能定位方法，其特征在于，包括：
根据卫星信号强度对智能定位技术进行切换，且智能定位技术的切换保证时间重叠；其中，智能定位技术包括超声波定位技术、GPS定位技术和北斗定位技术；
智能定位装置采集用户双脚的脚掌压力值，根据脚掌压力值和双脚位置信息分析获取用户的移动行为，以及移动行为中用户的静止脚和移动脚；其中，移动行为包括水平移动、向上移动或者向下移动；
通过用户脚上配置的超声波发射器发射超声波信号至超声波接收器；根据用户静止脚的位置信息和超声波信号传输参数更新移动脚的位置信息；
智能定位装置根据用户的移动行为、与所述移动行为相邻的前一移动行为以及用户移动脚的位置信息获取用户位置信息；
通过历史位置信息对用户位置信息进行校验，并绘制用户移动轨迹；
在无法进行超声波信号传输的时候，则获取疑似区域，包括：
当信号无法传输时，获取前一时刻的用户位置信息，并标记为初始位置，同时获取当前时刻和最后一次信号传输时刻的时间差；
根据初始位置和时间差可以确定一个圆形区域或者半圆区域，作为目标区域，则该目标区域即为用户当前所在的区域范围；
在搜寻过程中，工作人员携带超声波接收器在目标区域内搜索即可确定用户的位置。
2.根据权利要求1所述的一种智能定位方法，其特征在于，在智能定位装置采集用户双脚的脚掌压力值之前，还包括：
智能定位装置获取卫星信号强度；
当卫星信号强度低于强度阈值时，或者当卫星信号强度在设定时间间隔内持续衰减时，则控制数据采集模块进行工作；其中，强度阈值大于等于35dB，且设定时间间隔大于1分钟。
3.根据权利要求1所述的一种智能定位方法，其特征在于，根据脚掌压力值和双脚位置信息分析获取用户的移动行为，包括：
当用户发生移动时，则获取两脚的位置信息；其中，基于脚掌压力值判定用户是否发生移动；
根据两脚位置信息获取静止脚和移动脚的垂直高度，根据垂直高度判断用户移动行为的类别。
4.根据权利要求1所述的一种智能定位方法，其特征在于，基于脚掌压力值判定用户的静止脚和移动脚，包括：
根据用户前脚掌压力值和后脚掌压力值的变化判断静止脚和移动脚；或者
根据用户脚掌压力值在同一时间段的大小判定静止脚和移动脚。
5.根据权利要求1所述的一种智能定位方法，其特征在于，在智能定位装置采集用户双脚的脚掌压力值之前，还包括：
获取智能定位装置中数据处理模块和数据采集模块之间的相对位置关系。
6.根据权利要求1所述的一种智能定位方法，其特征在于，基于用户静止脚的位置信息和超声波信号传输参数更新移动脚的位置信息，包括：
两个超声波接收器接收到超声波信号之后，获取超声波发射器和两个超声波接收器之间的距离，分别标记为距离一和距离二；
分别以距离一和距离二为半径，以对应超声波接收器为圆心建立两个球面，获取两个球面的交点；
根据超声波信号传输时间对交点进行筛选，获取目标交点，目标交点即为移动脚位置；
根据静止脚位置信息确定并更新移动脚位置信息。
7.根据权利要求1所述的一种智能定位方法，其特征在于，所述智能定位装置根据历史位置信息对用户位置信息进行验证，包括：
获取历史位置信息和用户位置信息的水平距离和垂直距离，以及间隔时间；其中，历史位置信息为前一时刻的用户位置信息；
根据水平距离、垂直距离和间隔时刻验证用户位置信息的合理性。
8.一种智能定位装置，其特征在于，用于实现如权利要求1至7任意一项权利要求所述的智能定位方法，包括：
数据采集模块：分别设置于用户的两只脚，包括压力传感器、超声波发射器；其中，压力传感器用于检测用户的脚掌压力值；
数据处理模块：包括无线通讯单元、数据分析单元、GPS定位单元、北斗定位单元和至少两个超声波接收器；其中，所述 超声波接收器和数据分析单元相连接，且至少两个超声波接收器配置的位置不重叠；
数据展示模块：用于接收用户位置信息；
所述超声波发射器配置在用户脚上，用于向超声波接收器发送超声波信号；
所述超声波接收器用于接收超声波信号；
所述数据分析单元根据超声波信号确定用户位置信息。
9.一种智能定位设备，其特征在于，包括存储器、处理器以及存储在处理器中的控制程序，所述处理器执行控制程序时，实现如权利要求1至7任意一项权利要求所述的智能定位方法。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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