于2s，则应重新回到计步静止状态，并且把计步时间清零，重新开始计步。如果小于则继 续执行，大于的话就重新回到静止状态判断，并将计时器清零。
[0055] 加速度传感器根据采集腿部在Y轴、Z轴上运动的加速度，进而使得坐标计算模块 得到步频及步长信息。
[0056] 方向传感器采集手机持有者运动方向信息。
[0057] 压力传感器采集其所在位置的海拔高度位置信息。
[0058] 无线发送模块用于将坐标计算模块计算得到的位置信息传递给上位机的无线接 收模块。
[0059] 上述定位系统的定位方法包括如下步骤：
[0060] 步骤一:设定每步步行时间的上阔值和下阔值，手机客户端进入初始状态。
[0061 ] 上阔值为2秒，下阔值为0.2秒。
[0062] 步骤二:定时器清零，开始计时，手机处理器开始计步，并判断是否介于上阔值与 下阔值之间：如果否，处理器判断手机持有者为静止状态，重复进行步骤二;如果是，则周期 循环执行a~f (优选的，监听周期为0.2s):
[0063] a.方向传感器采集手机持有者运动方向信息，压力传感器采集其所在位置的海拔 高度位置信息。
[0064] b.加速度传感器采集腿部在Y轴、Z轴上的运动加速度，并经处理器判断腿部Y轴加 速度、Z轴加速度是再增大还是减小。
[0065] 如果Y轴加速度增大、Z轴加速度增大，则为向前迈步状态；
[0066] 如果Y轴加速度增大、Z轴加速度减小，则为向后收步状态；
[0067] 如果Y轴加速度减小、Z轴加速度减小，则为计步状态。
[0068] C:判断计步时间是否介于上阔值与下阔值之间，如为否，则回到步骤二，如为是则 进行如下：
[0069] 如图1所示，当步骤a为向前迈步状态时，如果Y轴加速度减小、Z轴加速度增大，转 化为计步状态，当步骤a为向后收步状态，如果Y轴加速度减小、Z轴加速度减小，转化为计步 状态，步长信息采集结束，向前迈步或向后收步状态的起始时间为计步时间的起点，计步状 态的结束时间为计步时间的终点；
[0070] 步频探测可W根据计时器的计时结果进行计算，步频计算方程为：
[0071] f = l/〇.巧 timer_count
[0072] (公式 3-1)
[0073] 公式3-1通常会简化成：
[0074] f = 5/step_Interval [00巧](公式3-2)
[0076] 其中的stepjnterval是计步程序中代表计步总时间的符号，因为time;r_count只 能代表一次计数的数值，而当一次行走中，出现突然的静止状态时，需要考虑计步前一部分 time_count和后一部分time_count的计数总和。
[0077]步长估计程序，负责根据计步时得到的步频值估算具体的步长，根据人体步行的 时间规律，当步行人员步频大小处于合适的范围，步频和步长的关系可W近似理解为线性 关系。本文的步长估计就选择了线性步长估计模型，实时的步频与步长的模型如公式3-3:
[007引
[0079]式中：S为步幅，单位是米;f为步频。
[0080] d:坐标计算模块计算步频及步长值。
[0081 ] e :坐标计算模块根据步长值及运动方向信息，得到手机持有者所在位置的Χ/?坐 标值。
[0082] 由步长值和方向角，就可W求出定位人员的ΧΛ坐标值，满足如下公式：
[0083]
[0084] Displacement_X ,Disp 1日。61116]11:_￥分别代表 X 坐标值、Y坐标值，orientation* Math. PI/180代表手机在XY平面上的投影与巧由正向方向的弧度值。
[0085] f:无线发送模块将Χ/?坐标值发送给上位机，上位机进行对应手机客户端位置信 息显不。
[0086] 本领域技术人员应该理解，坐标值的传输，首先需要设置socket传输协议的IP地 址和端口号。在数据的写入时，使用化taOu化ut Instream包装类，新建一个数据输出流。运 两部分均是在程序的初始化部分完成。另外如果要避免使用socket协议出现错误提示，同 时需要对当前的aiKlroid版本号进行设置。
【主权项】
1. 一种基于手机内置传感器的室内三维定位系统，其特征在于，包括具有无线接收模 块的上位机端、手机客户端，所述手机客户端设置有处理器、坐标计算模块、加速度传感器、 计时器、方向传感器、压力传感器、无线发送模块； 上位机端用于与各个手机客户端进行通信，采集其在室内的位置信息，并进行位置显 示； 手机客户端固定于手机持有者的腿部； 所述坐标计算模块内置室内三维坐标系信息，所述室内三维坐标系以正北方向为Y轴 正向，正东方向为X轴正向，垂直于地面且向上的方向为Z轴正向； 所述坐标计算模块根据步频及步长信息、运动方向信息、海拔高度位置信息进行位置 运算； 所述处理器用于判断腿部的运动状态； 加速度传感器根据采集腿部在Y轴、Z轴上运动的加速度，进而使得坐标计算模块得到 步频及步长信息； 方向传感器采集手机持有者运动方向信息； 压力传感器采集其所在位置的海拔高度位置信息； 无线发送模块用于将坐标计算模块计算得到的位置信息传递给上位机的无线接收模 块。2. 如权利要求1所述的基于手机内置传感器的室内三维定位系统的定位方法，其特征 在于，包括如下步骤： 步骤一:设定每步步行时间的上阈值和下阈值，手机客户端进入初始状态； 步骤二：定时器清零，开始计时，手机处理器开始计步，并判断计步时间是否介于上阈 值与下阈值之间：如果是，则周期循环执行步骤a~f;如果否则处理器判断人员为静止状 态，重复进行步骤二； a:方向传感器采集手机持有者运动方向信息，压力传感器采集其所在位置的海拔高度 位置信息 b:加速度传感器采集腿部在Y轴、Z轴上的运动加速度，并经处理器判断腿部Y轴加速 度、Z轴加速度是再增大还是减小， 如果Y轴加速度增大、Z轴加速度增大，则为向前迈步状态； 如果Y轴加速度增大、Z轴加速度减小，则为向后收步状态； 如果Y轴加速度减小、Z轴加速度减小，则为计步状态； C:判断计步时间是否介于上阈值与下阈值之间，如为否，则回到步骤二，如为是则进行 如下： 当步骤a为向前迈步状态时，如果Y轴加速度减小、Z轴加速度增大，转化为计步状态，当 步骤a为向后收步状态，如果Y轴加速度减小、Z轴加速度减小，转化为计步状态，步长信息采 集结束，向前迈步或向后收步状态的起始时间为计步时间的起点，计步状态的结束时间为 计步时间的终点； d:坐标计算模块计算步频及步长值； e:坐标计算模块根据步长值及运动方向信息，得到手机持有者所在位置的X/Y坐标值； f:无线发送模块将X/Y坐标值发送给上位机，上位机进行对应手机客户端位置信息显 不。3. 如权利要求1所述的基于手机内置传感器的室内三维定位系统的定位方法，其特征 在于，步骤二中所述周期为0.2S。4. 如权利要求1所述的基于手机内置传感器的室内三维定位系统的定位方法，其特征 在于，最大时间阈值为2S，最小时间阈值为0.2S。5. 如权利要求3所述的基于手机内置传感器的室内三维定位系统的定位方法，其特征 在于，步骤d中计算步频的公式为:f = 5/step_Interval，其中f是步频，step_Interval是计 步时间； 计算步长的公式★·其中，S为步长，单位是米。6. 如权利要求3所述的基于手机内置传感器的室内三维定位系统的定位方法，其特征 在于，步骤e计算X/Y坐标值的公式为：式子中，Displacement_X, Displacement_Y*别代表 X 坐标值、Y坐标值，orientation* Math.PI/180代表手机在XY平面上的投影与Y轴正向方向的弧度值。
【专利摘要】本发明公开了一种基于手机内置传感器的室内三维定位系统及定位方法,利用手机加速度传感器的加速度数据估算每一步的步长，结合方位角得到测量人员的二维坐标，由压力传感器的压力值推算出海拔高度，进而实现室内人员的精确定位。本发明利用手机现有的零部件实现了手机持有者的室内定位，成本低，操作方便，完全满足室内定位的技术需求，具备很好的经济价值和实用价值。
【IPC分类】G01C21/20
【公开号】CN105628028
【申请号】CN201610005825
【发明人】张亮亮
【申请人】成都卫士通信息产业股份有限公司
【公开日】2016年6月1日
【申请日】2016年1月4日