固定线路的行人行走路线定位方法
【专利摘要】本发明一种固定线路的行人行走路线定位方法，首先，训练过程中，让用户佩戴设置有加速度传感器和方向传感器的定位装置并开启卫星定位功能，在确定的路径上行走至少一次，由此获取既定行走路线的样本数据，通过不断地进行动态更新训练样本数据，可以得出在既定行走路线上的所有标志点和相邻标志点之间的行走步数，并且记录下这条路径上采集到的位置数据信息，将其保存到训练样本数据中；在实际行走过程中，通过加速度传感器和方向传感器判断用户行走路线是否偏离既定路线，只有当传感器判断用户偏离既定路线时才开启卫星定位功能进行进一步确认，这样大大降低了功耗，减少了计算量，且不仅仅依赖卫星定位，具有更高的实用性。
【专利说明】固定线路的行人行走路线定位方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种固定线路的行人行走路线定位方法。
【背景技术】
[0002]目前社会环境复杂，很多情况下，我们需要获取亲人或是朋友在固定路线上行走的位置信息以及行走的轨迹情况，以确保他们没有偏离出既定的行走轨道。例如，儿童在上学、放学时走的都是固定的路线，有些家长因工作条件不允许，无法亲自接送孩子上学、放学，这时家长们就希望能够实时知晓孩子的位置信息、行走轨迹等，以确保自己的孩子能够安全及时的往来于家校之间。由于类似上述问题的出现，可穿戴的追踪器等产品应运而生，通常该种设备通过全球卫星定位等功能可以对行人的路线进行一个判断，但其功耗较大，对设备的续航能力要求较高，成本高而缺乏实用性，并且过于依赖全球卫星定位系统，在某些卫星定位系统无法实现定位的地方(如室内，隧道中等)，则使得该种设备也无法使用。
【发明内容】
[0003]本发明的目的在于提供一种固定线路的行人行走路线定位方法，具有较低的计算量、功耗较小，使得采用该方法的设备成本较低，具有实用性。
[0004]本发明一种固定线路的行人行走路线定位方法，包括如下步骤:
步骤1，让用户佩戴设置有加速度传感器和方向传感器的定位装置并开启卫星定位功能，在确定的路径上行走至少一次，由此获取既定行走路线的样本数据，接着通过反复动态更新训练样本数据，可以得出在既定行走路线上的所有标志点和相邻标志点之间的行走步数，并且记录下这条路径上采集到的位置数据信息，将其作为标准训练集:
(1)通过传感器实时采集行走时的数据，分析这些数据的数据特征，并利用常用记步算法实现记步；在既定行走路线样本数据采样开始时，执行下列步骤；
(2)实时通过加速度传感器与方向传感器采集加速度数据和方向数据，取出对应于每步行走的方向数据，并由此计算获得对应于该步的行走方向角值，并将其记录下来，针对每步的行走方向角值，计算其前预设M步所得方向角的平均值A，得到这M步行走的一个大致的行走方向，将这一计算结果与其后M步方向角的平均值B相比较，如果其差值没有超过设定的阈值，则更新上述计算结果，重复执行步骤(2)，直到用户到达目的地；②如果其差值超过设定的阈值，则将这前M步与后M步之间的分隔点设置为标志点，并记录下这一标志点以及其前后M步的平均方向角之间的差值，S卩|A-B|的值，接着同样更新上述计算结果，重新执行步骤(2)，直到用户到达目的地，这样可以得出这条路径上的所有标志点，并且通过步骤(I)的方法可以计算出相邻两个标志点之间行走的步数；
若在某些特殊地段，方向传感器返回的方向数据出现特殊的变化，则将这些点也作为标志点记录到样本数据中；
(3)取出用户在这段路径上行走得到位置数据信息，并将这组数据作为训练样本保存起来，作为后续判断用户是否偏离既定行走轨道的依据； 步骤2、判断用户所走路线是否偏离既定行走路线:
(1)在用户行走过程中，让其佩戴定位装置，该定位装置实时采集加速度传感器和方向传感器的数据，根据所采集的数据依照步骤I中的方法实时计算出用户行走的步数及判断标志点，并通过实时数据计算得到相邻标志点之间的行走步数与对应于每一标志点的前后M步的平均方向角之间的差值，将这里实时计算得到的结果与步骤I中获得的训练样本中的训练结果相对比，如果实时结果与训练样本中的训练结果有预设概率P的相似度，则认为该用户没有偏离既定行走路线，并将上述实时计算所得的运动路径信息添加到训练样本中，实现训练样本的动态更新，否则，开启卫星定位功能进行判断，将采集到的实时位置数据信息与训练样本中记录的位置数据信息进行对比，如果发现用户确实是偏离了既定行走路线，则定位装置向该用户的事先设定人发送提醒通知，否则说明用户没有偏离既定行走路线，这里同样将实时计算所得的运动路径信息添加到训练样本中，对训练样本进行动态更新，接着关闭卫星定位功能，继续进行上述判断；
(2)当定位装置的训练样本中的数据全部调用完毕，并且上述的判断结果均为用户没有偏离既定路线时，可认为用户安全到达了目的地，完成本次的路线判断。
[0005]由于本发明让用户佩戴设置有加速度传感器和方向传感器的定位装置并开启卫星定位功能，在确定的路径上行走至少一次，由此获取既定行走路线的样本数据，接着通过不断地动态更新训练样本数据，可以得出在既定行走路线上的所有标志点和相邻标志点之间的行走步数，并且记录下这条路径上采集到的位置数据信息，将其作为标准训练结果，然后通过加速度传感器和方向传感器判断用户行走路线是否偏离既定路线，只有当利用传感器判断出用户偏离既定路线时才开启卫星定位功能进行进一步的确认，这样大大降低了功耗，减少了计算量，使得采用该方法的设备成本较低，具有更高的实用性，对于在那些全球卫星定位系统无法实现定位的地方，依旧可以利用上述方法通过传感器对行人的行走路线是否偏离预定轨道作一个初步的判断，这样大大减少了设备对环境位置的要求。
【专利附图】
【附图说明】
[0006]图1为本发明中获得既定行走路线标志点的流程图；
图2为本发明中判断行走路线流程图。
[0007]以下结合附图和具体实施例对本发明做进一步详述。
【具体实施方式】
[0008]本发明为一种固定线路的行人行走路线定位方法，具体包括如下步骤:
步骤1，让用户佩戴设置有三轴加速度传感器和三轴磁场传感器(这里使用磁场传感器作为方向传感器，也可以是陀螺仪等)的定位装置并开启卫星定位功能(这里使用GPS作为全球卫星定位系统)，在确定的路径上行走至少一次，由此获取既定行走路线的样本数据，通过反复动态更新训练样本数据，可以得出在既定行走路线上的所有标志点和相邻标志点之间的行走步数，并且记录下这条路径上采集到的GPS数据信息，将其作为标准训练结果:
(I)通过传感器实时采集行走时的数据，分析这些数据的数据特征，并利用常用记步算法实现记步；本实施例中通过三轴加速度传感器实时采集三轴加速度数据，取出其中Z轴加速度值，统计其中超过阈值的峰值个数，即为行走步数值； (2)由于当用户在一条直线上行走时，佩戴在用户身上的磁场传感器采集到的磁场数据(分别包括X轴、y轴和z轴三个方向上的数据)其数值大小是大致相等的，因此由三轴磁场数据计算得出的方向角值应该也是大致相等的，这样通过计算行走过程中的方向角值就可以判断出用户的行走方向是否发生改变(这里先不考虑磁场特殊地段)。然而考虑到，在实际行走过程中，用户不可能严格地按照一条直线行走，例如，但其整体的其行走路线可能为S型一个行走方向却是一定的，这种情况下，如果仅仅考虑相邻两步之间的方向角值变化，这样会使得整个路线判断模型过于复杂，并且与实际路径情况相比会有明显得偏差。
[0009]考虑到上述因素，为了简化整个路线判断模型，并使判断结果与实际路径情况更加吻合，我们可以通过比较多步方向角的平均值来实现这一目标。如图1所示，既定行走路线样本数据采样开始时，实时通过三轴加速度传感器采集三轴加速度数据，取出其中Z轴加速度值在超过阈值的峰值时刻对应的三轴磁场数据，根据该三轴磁场数据可计算获得对应于这个三轴磁场数据的行走方向角值，记录下每步的行走方向角值，针对每步的行走方向角值，计算其前M步(这里步数M为一预定值)所得方向角的平均值A，得到这M步行走的一个大致的行走方向，将这一计算结果与其后M步方向角的平均值B相比较，①如果其差值没有超过设定的阈值，则更新上述计算结果，重复执行步骤(2)，直到用户到达目的地；②如果其差值超过设定的阈值，则将这前M步与后M步之间的分隔点设置为标志点，并记录下这一标志点以及其前后M步的平均方向角之间的差值(B卩|A-B|的值)，接着同样更新上述计算结果，重复执行步骤(2)，直到用户到达目的地。这样可以得出这条路径上的所有标志点，并且通过步骤(I)的方法可以计算出相邻两个标志点之间行走的步数。
[0010]在某些路段中，某些地点的磁场相对于这条路径的其他地方可能会出现特殊变化，将这些点也作为标志点记录到训练样本中；
(3)取出Z轴加速度值在超过阈值的峰值时刻对应的GPS位置数据，并将这组数据作为训练样本保存起来，作为后续判断用户是否偏离既定行走轨道的依据；
步骤2、判断用户所走路线是否偏离既定行走路线:
(1)如图2所示，在用户行走过程中，让其佩戴定位装置，该定位装置实时采集三轴加速度传感器和三轴磁场传感器的数据，根据所采集的数据依照步骤I中的方法实时计算出用户行走的步数及判断标志点，并可通过实时数据计算得到两相邻标志点之间的行走步数与对应于每一标志点的前后M步的平均方向角之间的差值，将这里实时计算得到的结果与步骤I获得的标准训练结果相对比，如果实时结果与训练样本中的训练结果有预设概率P的相似度，则认为该用户没有偏离既定行走路线，这时，为了让训练样本更加完善，将上述实时计算所得的运动路径信息添加到训练样本中，实现训练样本的动态更新，否则，开启GPS定位功能进行判断，将采集到的实时GPS数据与训练样本中记录的标准GPS数据进行对t匕，如果发现用户确实是偏离了既定行走路线，此时定位装置向该用户的事先设定人发送提醒通知，否则说明用户没有偏离既定行走路线，这里同样将实时计算所得的运动路线信息添加到训练样本中，对训练样本进行动态更新，接着关闭GPS定位功能，继续进行上述判断；
(2)当定位装置的训练样本中的数据全部调用完毕，并且上述的判断结果均为用户没有偏离既定路线时，可认为用户安全到达了目的地，完成本次的路线判断。
[0011]本发明的重点在于:先通过加速度传感器和方向传感器判断用户行走路线是否偏离既定路线，只有当传感器判断用户偏离既定路线时才开启GPS定位装置进行进一步确认，这样大大降低了功耗，减少了计算量，具有更高的实用性，对于在那些卫星定位无法实现定位的地方，依旧可以利用上述方法通过传感器对行人的行走路线是否偏离预定轨道作一个初步的判断，这样大大减少了设备对环境位置的要求。
[0012]以上所述，仅是本发明较佳实施例而已，并非对本发明的技术范围作任何限制，故凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何细微修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
【权利要求】
1.一种固定线路的行人行走路线定位方法，其具体包括如下步骤: 步骤1，让用户佩戴设置有加速度传感器和方向传感器的定位装置并开启卫星定位功能，在确定的路径上行走至少一次，由此获取既定行走路线的样本数据，接着通过反复动态更新训练样本数据，可以得出在既定行走路线上的所有标志点和相邻标志点之间的行走步数，并且记录下这条路径上采集到的位置数据信息，将其作为标准训练集: (1)通过传感器实时采集行走时的数据，分析这些数据的数据特征，并利用常用记步算法实现记步； (2)既定行走路线样本数据采样开始时，实时通过加速度传感器与方向传感器采集加速度数据和方向数据，取出对应于每步行走的方向数据，并由此计算获得对应于该步的行走方向角值，并将其记录下来，针对每步的行走方向角值，计算其前预设M步所得方向角的平均值A，得到这M步行走的一个大致的行走方向，将这一计算结果与其后M步方向角的平均值B相比较，如果其差值没有超过设定的阈值，则更新上述计算结果，重复执行步骤(2)，直到用户到达目的地；如果其差值超过设定的阈值，则将这前M步与后M步之间的分隔点设置为标志点，并记录下这一标志点以及其前后M步的平均方向角之间的差值，S卩|A-B|的值，接着同样更新上述计算结果，重复执行步骤(2)，直到用户到达目的地，这样可以得出这条路径上的所有标志点，并且通过步骤(I)的方法可以计算出相邻两个标志点之间行走的步数； 若在某些特殊地段，方向传感器返回的方向数据出现特殊的变化，则将这些点也作为标志点记录到样本数据中； (3)取出用户在这段路径上行走得到位置数据信息，并将这组数据作为训练样本保存起来，作为后续判断用户是否偏离既定行走轨道的依据； 步骤2、判断用户所走路线是否偏离既定行走路线: (1)在用户行走过程中，让其佩戴定位装置，该定位装置实时采集加速度传感器和方向传感器的数据，根据所采集的数据依照步骤I中的方法实时计算出用户行走的步数及判断标志点，并可以通过实时数据计算得到两相邻标志点之间的行走步数与对应于每一标志点的前后M步的平均方向角之间的差值，将这里实时计算得到的结果与步骤I中获得的训练样本中的训练结果相对比，与步骤I获得的训练样本中的训练结果相对比，如果实时结果与训练样本中的训练结果有预设概率P的相似度，则认为该用户没有偏离既定行走路线，并将上述实时计算所得的运动路径信息添加到训练样本中，实现训练样本的动态更新，否贝U，开启卫星定位功能进行判断，将采集到的实时位置数据与训练样本中记录的位置数据进行对比，如果发现用户确实是偏离了既定行走路线，则定位装置向该用户的事先设定人发送提醒通知，否则说明用户没有偏离既定行走路线，这里同样将实时计算所得的运动路径信息添加到训练样本中，对训练样本进行动态更新，接着关闭卫星定位功能，继续进行上述判断； (2)当定位装置的训练样本中的数据全部调用完毕，并且上述的判断结果均为用户没有偏离既定路线时，可认为用户安全到达了目的地，完成本次的路线判断。
【文档编号】G01C21/20GK104075718SQ201410254483
【公开日】2014年10月1日 申请日期:2014年6月10日 优先权日:2014年6月10日
【发明者】郑灵翔, 林詹健, 郑贤超, 唐玮玮, 黄民政, 伍俊华, 蔡燕福 申请人:厦门大学