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专利号: 2016108137143
申请人: 常州大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 测量;测试
更新日期:2023-12-11
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于智能手机的盲人引领式导航路线规划的方法,其特征在于,由引领者先带领盲人行走,记录路线,采用基于惯性导航的算法,生成路线轨迹,并在路线轨迹生成后根据实际情况设置语音提示点,并设置语音描述点;

所述轨迹生成的步骤包括:

(1)获取加速度数据:手机加速度传感器记录下三轴的加速度值,即为:A={a1,a2,...,an},对手机原始加速度进行降噪及去除重力影响:a′=αai+(1-α)ai-1-g

其中,α∈[0,1],i={2,3,...,n},n表示加速度序列的长度,g为重力;

(2)判断行走状态:用户在水平步行运动中,垂直和前进两个加速度会呈现周期性变化,在步行收脚的动作中,重心向上单只脚触地,垂直方向加速度是呈正向增加的趋势,之后继续向前,重心下移两脚触底,加速度相反;水平加速度在收脚时减小,在迈步时增加;

(3)计算步数:通过计算得出3个加速度的大小和方向,获得一条步行运动的正弦曲线轨迹;然后进行峰值检测,通过和上一次记录的加速度大小进行比较,如果相反,表示刚过峰值状态,则进入计步逻辑进行计步,否则舍弃;通过对峰值次数的累积可得到用户步行步数;根据人的步数、步长、行走的方向来计算人的位置,最终得到运动轨迹;

所述语音提示点设置包括直线段的语音点设置和非直线段的语音点设置:所述直线段包括室外直线和室内楼梯直线;在室外直线时,每隔10米取一个语音提示点;在室内楼梯直线时,在楼梯口前3m左右设置语音提示点,然后在楼梯上每隔6个台阶设置一个提示点,在楼梯拐角口前1m处设置一个语音提示点;

所述非直线段包括环形段和尖锐段;在环形段时,在内接于曲线的路径上设置语音提示点,个数为盲人每前行6-8步设置一个;在尖锐段时,借助于引领者预存储的语音,即盲人的行进过程与语音提示过程相同步;

所述步骤(3)的具体步骤包括:

1)计算方向:利用手机的方向传感器可获得方向数据,方向传感器返回的3个角度分别表示手机顶部的朝向与正北方向的夹角、手机的顶部或尾部翘起的角度和左侧或右侧翘起的角度,利用这3个角度即可确定手机的摆放位置;

2)基于最小二乘法计算步长:行走时的步长由行走时所产生的加速度计算出来;

3)生成轨迹:惯性导航轨迹生成算法根据人的步数、步长、行走的方向来计算人的位置:首先根据起点的坐标(x0,y0)为原点,第j步的坐标为(xj,yj),则第j步坐标为:其中,L为步长,φ为j步内所发生的方向变化之和;最终得出实际运动轨迹,γj表示第j步过程中的方向变化。

2.根据权利要求1所述的一种基于智能手机的盲人引领式导航路线规划的方法,其特征在于,所述步骤1)还包括校正的步骤:①首先记录人在行走过程中的水平手持手机时三轴陀螺仪所产生的数据,利用数据叠加去除高频噪声,得到人在水平方向的行走的角速度变化,即为R={r1,r2,...,rn};

②计算每一步所发生的方向变化,则第j步过程中的方向变化为:

③行走过程中同时记录指南针读数,记作:C={c1,c2,...,cn},对数据进行滤波平滑处理;获取指南针的第j步和第j+k步之间的方向变化 获取三轴陀螺仪的第j步和第j+k步之间的方向变化 设置 的角度阈值,当超过阈值时,利用指南针第j+k步的方向对三轴陀螺仪读数计算得到的第j+k步的方向变化进行修正,并将修正后的数据作为人在第j+k步的方向。

3.根据权利要求1所述的一种基于智能手机的盲人引领式导航路线规划的方法,其特征在于,所述步骤2)的具体步骤包括:①采集用户以规定步长行走时所产生的加速度,记作a,所对应的步长,记作l;

②计算加速度的方差,记作s;

③利用最小二乘法对s和l作最佳线性拟合,得到两者的关系:

l=(s-q)/p

其中,p和q是最佳线性拟合系数, 其中 为多次采样的均方差,为平均步长。