专利名称：行人路径方位估算装置的制作方法
技术领域：
本实用新型是关于一种航迹推算装置，尤指ー种适用于行人的路径方位估算装置。
背景技术：
行人航迹推算的功能在于告知目前用户的位置，让用户知道目前所在地点。常见的行人航迹推算系统可通过全球卫星定位系统(Global Positioning System,GPS)于全天候、连续提供实时高精度的三维位置和速度信息以推得行人航迹。然而，GPS接收机只有在接收到四颗以上的卫星信号才能完成定位计算。因此，当行人在高楼林立的市区、通过陆桥以及隧道时，卫星信号将容易受到遮挡，以致于无法提供行人连续、准确、可靠的航迹。 而另ー种常见的航迹推算系统为惯性导航系统(inertial navigation system,INS),是利用加速度计、陀螺仪…等惯性感测单元(inertial measurement units,IMU),以具有不依赖外界信息、隐蔽性好、抗辐射性强、可全天候量测的优点。然而，此惯性导航系统如同一般的开回路控制系统，即量测误差随时间而累积，不适合长时间独立工作，亦无法符合行人定位航迹推算需具备准确性和可靠性的特性。创作人因于此，本于积极创作的精神，亟思ー种推算行人于行进间走过的路线，并提升其连续性以及准确性的行人航迹推算装置，几经研究实验终至完成此项嘉惠世人的创作。
实用新型内容鉴于现有技术中，使用単一的航迹推算系统无法满足人们对行人航迹推算需具备连续、准确、可靠的特性。本实用新型利用全球卫星定位系统以及惯性导航系统推算行人行进路线，克服了全球卫星定位系统易受地形地物遮挡而导致定位中断和惯性导航系统的量测误差随时间累积的缺点，进而提升行人航迹推算的连续性、准确性、及可靠性。为达成上述目的，本实用新型的主要目的在于提供ー种行人路径方位估算装置，包括ー惯性感测单元、一全球定位装置、以及ー微控制単元。其中，惯性感测单元量测行人于行进间的方位角、三轴角速度、加速度、及气压值；全球定位装置则每隔一第一时间间隔输出全球定位信息；微控制单元耦接惯性感测单元以及全球定位装置，以据此产生精确位置而获得行人航迹；而输出装置则用来输出行人航迹。本实用新型的有益效果由上述可知，本实用新型结合全球卫星定位系统以及惯性导航系统推算行人行进路线，除了克服了全球卫星定位系统容易受到地形地物遮蔽影响而导致定位中断，透过电子罗盘不随时间而累积误差的特性以降低陀螺仪随时间增加误差的缺点，还提升了行人航迹推算的连续性、准确性、以及可靠性。
图I是本实用新型一较佳实施例的行人路径方位估算装置的架构图。[0009]图2是本实用新型的行人參考位置推算示意图。图3是本实用新型一较佳实施例的行人路径方位估算装置的流程图。图4是本实用新型一较佳实施例的微控制单元于行人行进间计算此人当时的精确位置坐标。图5是本实用新型一 较佳实施例的行人航迹示意图。主要元件符号说明10惯性感测单元 20全球定位装置30微控制单元40输出装置32滤波单元 34演算单元36航迹推算单元 38地图修正单元11,21,22,31,41,51,52,61,71 步骤
具体实施方式
以上的概述与接下来的详细说明皆为示范性质，是为了进ー步说明本实用新型的申请专利范围。而有关本实用新型的其他目的与优点，将在后续的说明与图式加以阐述。请參考图1，本实用新型一较佳实施例的行人路径方位估算装置的架构图。如图I所示，本实施例包括一微控制単元30、ー惯性感测单元10、一全球定位装置20以及ー输出装置40。惯性感测单元10具有电子罗盘、陀螺仪、加速计、气压计，以分别量测行人于行进间的方位角Ga、三轴角速度ぃ&、加速度33、及气压值Pa，其中，三轴角速度coa包含X轴、Y轴、及Z轴角速度；全球定位装置20则每隔一第一时间间隔输出全球定位信息Pg ;而微控制単元30则耦接该惯性感测单元10以及该全球定位装置20，以据此产生一精确位置P获得行人航迹，并传送至输出装置40以输出行人航迹。微控制单元30包含一滤波单元32、一演算单元34、ー航迹推算单元36、及一地图修正単元38。其中，滤波单元32耦接惯性感测单元10，以分别滤除行人于行进间的方位角9a、三轴角速度ωεκ加速度aa、及气压值P a的噪声。在本实施例中，滤波单元32为ー低通滤波器(low pass filter,LPF),将噪声过滤以降低惯性感测单元10于量测时造成的误差。接下来，演算単元34接收滤波后的方位角Θ a、三轴角速度《a、加速度aa、及气压值Pa，并读取前一精确位置P，以每隔一第二时间间隔侦测行人于行进间的绝对角度Θ、行人的步伐是否有移动、移动距离D、及其所在位置高度hb (图未示)。其中，演算単元34透过方位角Ga、及Z轴角速度侦测行人于行进间的绝对角度Θ。如下所述，演算単元34于接收到代表全球定位信息Pg的精确位置P吋，以方位角Ga作为行人于行进间的绝对角度Θ。而于接收到代表行人參考位置Pm的精确位置P吋，则通过Z轴角速度计算角度变化量来推得。在本实施例中，角度变化量为Z轴角速度经积分后而取得。而若行人的一个步伐之间的角度变化量小于ー第二门坎值时，此步伐被判定为直线运动，在此实施例中设定此第二门坎值为10度。演算単元34判断行人的步伐是否有移动是根据ー总角速度求得，在本实施例中，与、角速1"t^rad/s)= V(0Xi)2 + ( r)2 + (6 )2，i = I. · · η,其中，i 为第 η 次的第二时间间隔，ωΧ、ωΥ、及ωΖ为X轴、Y轴、及Z轴角速度。而当总角速度大于ー第一门坎值时，演算単元34就判断该行人的步伐有移动，反之，则判断该行人的步伐未移动，在本实施例中设定此第ー门坎值为5rad/s。行人移动距离D是利用加速度aa与步距D之间的关系D=Mxi Y\Ak\
V k=\推算而得，其中，|Ak为行人在走一歩之间侦测到的加速度aa的值，η为行人在走一歩之间侦测到加速度aa的数量，而M则为ー常数值。接着，行人所在位置高度hb则根据气压计所量到的气压值P a,透过关系式
~RKt ~
/ ヽ--
h^=￥~ — -1而推得。P s为标准大气压，R为气体常数，KT为温度梯度，g0为重力
KT \PS)
加速度，TS为目前设定温度。航迹推算単元耦接该演算単元，因此，航迹推算単元36即可接收上述行人于行进间的绝对角度Θ、行人的步伐是否有移动、移动距离D、及行人所在位置高度hb计算代表行人航迹的行人參考位置Pm。请同时參考图2,在本实施例中，下一次的行人參考位置Pm的位置信息是从本次精确位置P推得，其关系式为
ηηXn = +YjD1 Xcosも凡=yn_x +YjD1 xcosも i = 0. . . n ；hn = hbk，k = I. · · n。
i=0 i=0其中，xn-1、yn-1、hn为目前行人位置信息，xn、yn、hn+1为下一次的行人位置信息，Di为行人移动距离，Θ i为行人于行进间的绝对角度，故通过上述关系式即可推得下一次的行人參考位置Pm。当航迹推算单元36于接收到全球定位信息Pg时,就以全球定位信息Pg作为精确位置P，并同时回传至演算単元34 ;而在航迹推算単元36未接收到全球定位信息Pg吋，就以行人參考位置Pm作为精确位置P，并同时回传至演算単元34，其中，第一时间间隔大于第二时间间隔。地图修正単元38则耦接航迹推算単元36，是用来校正行人航迹。当行人走在路上时可能会定位到旁边非路的地方，透过地图修正単元38的校正，就可以把人拉回至还正确的位置，并传送行人航迹至输出装置40。在本实施例中，输出装置为ー泛欧数字式移动电话系统(GSM)单元。接着，请參考图3，本实用新型一较佳实施例的行人路径方位估算装置的流程图。请同时參考图4，全球定位装置20于每隔一第一时间输出全球定位信息Pg，而演算単元34则每隔一第二时间输出行人于行进间的绝对角度Θ、行人的步伐是否有移动、移动距离D、及行人所在位置高度hb，且第一时间间隔大于第二时间间隔。在本实施例中，于时间t0、t4、t8…的第一时间间隔输出全球定位信息Pg，而于时间tl、t2、t3、t4、t5…的第二时间间隔侦测行人于行进间的绝对角度Θ、行人的步伐是否有移动、移动距离D、及行人所在位置高度hb。首先，于时间to吋，由于微控制単元30刚开始计算行人航迹，故航迹推算単元36以全球定位装置20输出的全球定位信息PgO作为ー开始的精确位置PO且以惯性感测单元10输出的方位角0aO作为ー开始的绝对角度Θ0，并传送至演算単元34。而地图修正単元38将接收并同时校正精确位置PO，以显示行人航迹于输出装置40。[0034]于时间tl吋，ー开始航迹推算単元36将侦测全球定位装置20是否有提供全球定位信息Pg (步骤11)。由于航迹推算単元36未侦测到全球定位信息PgO，因此，演算単元34以上一次的精确位置PO作为起始位置(步骤22)。接着，演算単元34根据Z轴角速度于此第二时间间隔求得其角度变化量以推算行人的绝对角度Θ I (步骤31)。接下来，演算单元34根据三轴角速度coal判断行人的步伐是否有移动(步骤41)。若有，则根据加速度aal估算行人移动距离(步骤51);反之，则输出行人未移动的信息至航迹推算単元36 (步骤52)，在本实施例中为行人有移动。接着，航迹推算单元36接收行人的绝对角度Θ1、行人移动距离D1、及其所在位置高度hbl信息，以推算代表行人航迹的行人參考位置Pml作为精确位置P1，并回传至演算単元34。而接着地图修正単元38将接收并同时校正精确位置P1，以显示行人航迹于输出装置40。而由时间tl进入到时间t2、以及时间t3，其推算精 确位置P2、及P3方法步骤皆与时间tl相同，在此不作赘述。接下来进入时间t4，此时，航迹推算单元36侦测到全球定位信息Pgl，故航迹推算单元36以全球定位信息Pgl作为精确位置P4且以惯性感测单元10输出的方位角0a4作为绝对角度Θ 4，并传送至演算単元34(步骤21)，地图修正単元38接收并同时校正精确位置P4，以显示行人航迹于输出装置40。而于时间t5-t8推算绝对角度Θ、移动距离D、及精确位置P…等信息的方法步骤皆与时间tl-t4的方法步骤相同，在此不作赘述。再来，请參考图5，本实用新型一较佳实施例的行人航迹示意图。如图5所示，“·”为于时间t0、t4、t8…输出全球定位信息PgO、Pgl、Pg2···;而“ * ”则为于时间tl、t2、t3、t4、t5…输出行人參考位置Pml、Pm2、Pm3、Pm4、Pm5..·。当航迹推算单元36接收到全球定位信息Pg时，精确位置P为全球定位信息Pg ;而当航迹推算单元36未接收到全球定位信息Pg时，精确位置P为行人參考位置Pm。接着，航迹推算単元36将链接每个时间点的精确位置P以获得行人航迹(实线)，并传送至地图修正単元38作校正，以输出行人航迹到输出装置40。上述实施例仅是为了方便说明而举例而已，本实用新型所主张的权利范围自应以申请专利范围所述为准，而非仅限于上述实施例。
权利要求1.ー种行人路径方位估算装置，其特征在于包括 ー惯性感测单元，量测行人于行进间的方位角、三轴角速度、加速度、及气压值； 一全球定位装置，姆隔ー第一时间间隔输出一全球定位信息； 一微控制単元，耦接该惯性感测单元以及该全球定位装置，以据此产生一精确位置而获得行人航迹；以及 ー输出装置，用以输出该行人航迹。
2.如权利要求I所述的行人路径方位估算装置，其特征在于，该输出装置为ー泛欧数字式移动电话系统单元。
3.如权利要求2所述的行人路径方位估算装置，其特征在于，该惯性感测单元包括 ー电子罗盘，用以量测该方位角； 一陀螺仪，用以量测该三轴角速度； 一加速计，用以量测该加速度；以及 一气压计，用以量测该气压值。
专利摘要本实用新型是有关于一种行人路径方位估算装置，包括一惯性感测单元、一全球定位装置、一微控制单元、及一输出装置。惯性感测单元量测行人于行进间的方位角、三轴角速度、加速度、及气压值。全球定位装置每隔一第一时间间隔输出全球定位信息。微控制单元耦接惯性感测单元以及全球定位装置，以据此产生精确位置而获得行人航迹，并输出该行人航迹至输出装置。
文档编号G01C21/34GK202648669SQ201220020268
公开日2013年1月2日 申请日期2012年1月17日 优先权日2011年7月27日
发明者蓝明传, 游凯纶 申请人:康讯科技股份有限公司