一种基于移动智能终端的室内运动轨迹重构的方法和系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及室内定位与导航领域，尤其涉及一种基于移动智能终端的室内运动轨 迹重构的方法和系统。
【背景技术】
[0002] 随着无线通信网络技术的快速发展，包括智能手机在内的移动智能终端正逐渐深 入社会生活的各个层面，导航与移动智能终端也在进行紧密的结合，GPS卫星定位与导航已 经成为现在移动智能终端的基本配置和功能，而且借助2G和3G通信网络，可以方便用户进 行户外的定位，便捷了用户出行。
[0003] 但目前移动智能终端的导航功能大部分是户外导航，即通过终端中的GPS模块或 通信网络辅助定位来获取位置信息，其主要弊端是由于其卫星信号及精度等问题不能进行 室内的定位与导航，而大型公共场所的室内定位与导航技术对于公共安全、商业应用以及 军事应用等都具有重要应用意义与广阔的研究前景，因此，室内定位与导航技术已成为科 研工作者日益重视的热点研究领域。
[0004] 国外在室内定位与导航技术方面的研究开展的比较早，但实际的使用还在进一步 探索和实验当中。国内还没有大规模的进行室内导航的研究。目前室内定位与导航技术领 域的主要研究方向如下：
[0005] (1)蓝牙技术：现在大部分的移动智能终端都集成了蓝牙模块。通过蓝牙进行定 位及导航需要移动智能终端开启蓝牙并和其他蓝牙设备组成一个蓝牙局域网，局域网内的 蓝牙设备进行通信并交换数据来进行定位与导航，易用性非常方便。该技术的优点是不受 建筑物外壁的阻碍，但是在复杂的环境中蓝牙信号容易受噪声的干扰；
[0006] (2)射频技术：射频识别技术是利用射频通信实现非接触自动识别技术以达到识 别和定位的目的。它的优点是定位精确度很高，传输范围有保障，设备体积比较小，造价比 较低，成本不高。它的缺点是作用范围较为固定，范围较小，没有通信能力，最主要的是它和 其他技术不能很好地整合在一起；
[0007] (3) WiFi技术：无线局域网络（WLAN)是当今最流行的一种无线通信技术。WiFi定 位采用了一种名为三角定位的原理，也就是通过三个无线网络节点与移动智能终端进行无 线网络信号的交换来判别移动智能终端在室内所处的位置。它与无线网络节点的数量有密 切关系，当其分布越密集，定位就越精确；
[0008] (4) ZigBee技术：ZigBee是一种低成本、短距离和低速率的无线网络技术。它通过 在小的局域网内组建ZigBee网络，形成一个自组织网络系统，各个节点互相通信并交换信 息来进行定位与导航。它采用的是一些无线传感器，只需要很少的能量，而且通信效率非常 高，所以它是一种低功率和低成本的技术。
[0009] 除了以上提供的定位与导航技术，还有基于磁场的技术等。目前，已经开始初步应 用的是Google、NOKIA和富士通对于室内定位和成果导航系统的研究，Google获得室内楼 层的详细资料后，通过WIFI等设备获取用户在室内的位置进行导航；诺基亚的位置拓展协 议（Location Extension Protocol)利用分布在室内空间上方（例如天花板）的定位发射 器和蓝牙相连，运用和GPS类似的三角定位办法，移动智能终端就能在室内被精确定位；富 士通则通过一个名为UWBOJltra Wideband，译为：超宽带）的技术来实现，UWB技术是由一 台ControlPC(控制机）来控制，这台PC机由UWB定位系统和地图软件组成，可以定位室内 的每一个角落，用户通过移动智能终端访问该系统然后选择去向，系统收到信息并反馈给 用户行走路线。
[0010] 但上述三种定位与导航都有明显的缺点：Google地图需要依赖WIFI网络；NOKIA 室内地图基于蓝牙开发，容易受到室内噪声的干扰；而富士通的软件则依赖于基站网络，并 且需要一台ControlPC的配合。
[0011] 综上所述，目前的室内定位与导航技术方法由于硬件依赖、精度不足等不同原因 都存在其各自的局限性，无法大范围推广应用。
[0012] 本发明的主要工作是将智能手机所配备的惯性传感单元数据在运动过程中所产 生的数据进行预处理与融合分析，最终重构出运动轨迹并通过与实际轨迹进行比对给出误 差分析与可行性分析。
【发明内容】
[0013] 本发明所要解决的技术问题是提供一种易实现、高实时性以及低成本的基于移动 智能终端的室内运动轨迹重构的方法和系统。
[0014] 本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种基于移动智能终端的室内运动轨 迹重构的方法，包括以下步骤：
[0015] 步骤S1，采集室内运动过程中产生的加速度数据和方向角数据；
[0016] 步骤S2,对所述加速度数据进行预处理，得到线性加速度数据；
[0017] 步骤S3,将所述线性加速度数据和所述方向角数据进行融合分析，得到方向坐标 室内运动轨迹；
[0018] 步骤S4,将所述方向坐标室内运动轨迹转换为经炜度坐标室内运动轨迹。
[0019] 在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
[0020] 进一步地，步骤S2包括以下步骤：
[0021] 步骤S21，使用高通滤波器对加速度数据进行滤波处理，得到总加速度；
[0022] 步骤S22,剔除总加速度中的重力加速度，得到第一加速度；
[0023] 步骤S23,使用低通滤波器对第一加速度进行滤波处理，得到线性加速度。
[0024] 进一步地，步骤S3包括以下步骤：
[0025] 步骤S31，根据线性加速度计算每次采样间隔内的位移；
[0026] 步骤S32,根据每次采样间隔内的位移与方向角数据，得出方向坐标室内运动轨 迹；所述方向坐标室内运动轨迹构建在方向二维平面坐标系上，其纵轴的正方向为北，纵轴 的负方向为南，横轴的正方向为东，横轴的负方向为西，所述方向坐标室内运动轨迹中的每 个点的横坐标值和纵坐标值分别表示在横轴上的位移和在纵轴上的位移，且坐标（〇,〇)点 为方向坐标室内运动轨迹的起始点。
[0027] 进一步地，所述经炜度坐标室内运动轨迹构建在地理坐标系上，所述地理坐标系 为经炜度二维平面坐标系，其横轴和纵轴分别表示经度和炜度。
[0028] 进一步地，所述经炜度坐标室内运动轨迹的起始点的经炜度值需要由GPS获取。
[0029] 本发明解决上述技术问题的另一种技术方案如下：一种基于移动智能终端的室内 运动轨迹重构的系统，包括加速度传感器模块、方向传感器模块、预处理模块、融合分析模 块和轨迹转换模块；
[0030] 所述加速度传感器模块用于采集室内运动过程中产生的加速度数据；
[0031] 所述方向传感器模块用于采集室内运动过程中产生的方向角数据；
[0032] 所述预处理模块用于对所述加速度数据进行预处理，得到线性加速度数据；
[0033] 所述融合分析模块用于将所述线性加速度数据和所述方向角数据进行融合分析， 得到方向坐标室内运动轨迹；
[0034] 所述轨迹转换模块用于将所述方向坐标室内运动轨迹转换为经炜度坐标室内运 动轨迹。
[0035] 在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
[0036] 进一步地，所述预处理模块包括高通滤波处理单元、重力加速度剔除单元和低通 滤波处理单元；
[0037] 所述高通滤波处理单元用于使用高通滤波器对加速度数据进行滤波处理，得到总 加速度；
[0038] 所述重力加速度剔除单元用于剔除总加速度中的重力加速度，得到第一加速度；
[0039] 所述低通滤波处理单元用于使用低通滤波器对第一加速度进行滤波处理，得到线 性加速度。
[0040] 进一步地，所述融合分析模块包括位移计算单元和方向坐标室内运动轨迹生成单 元；
[0041] 所述位移计算单元用于根据线性加速度计算每次采样间隔内的位移；
[0042] 所述方向坐标室内运动轨迹生成单元用于根据每次采样间隔内的位移与方向角 数据，得出方向坐标室内运动轨迹；所述方向坐标室内运动轨迹构建在方向二维平面坐标 系上，其纵轴的正方向为北，纵轴的负方向为南，横轴的正方向为东，横轴的负方向为西，所 述方向坐标室内运动轨迹中的每个点