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1、(10)申请公布号 CN 103557862 A (43)申请公布日 2014.02.05 CN 103557862 A (21)申请号 201310521057.1 (22)申请日 2013.10.29 G01C 21/10(2006.01) (71)申请人 南京邮电大学 地址 210003 江苏省南京市鼓楼区新模范马 路 66 号 (72)发明人 徐小龙 李硕 李玲娟 马玲玲 张琳 孔媛媛 魏建 邱国霞 杨宝杰 徐友武 (74)专利代理机构 南京经纬专利商标代理有限 公司 32200 代理人 许方 (54) 发明名称 一种移动终端运动轨迹检测方法 (57) 摘要 本发明涉及一种移动终端运动。
2、轨迹检测方 法， 针对加速度传感器所检测到的测量加速度， 去 除掉由于重力对其所带来的影响， 获得移动终端 准确的实时加速度， 以此作为基础， 获得移动终端 的运动轨迹， 具有准确度高， 能够准确识别移动终 端运动轨迹， 且具有时间复杂度良好， 占用资源少 的优点。 (51)Int.Cl. 权利要求书 2 页 说明书 5 页 附图 1 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书2页 说明书5页 附图1页 (10)申请公布号 CN 103557862 A CN 103557862 A 1/2 页 2 1. 一种移动终端运动轨迹检测方法， 其中， 移动终端包括加速度。
3、传感器， 运动轨迹检测 方法基于移动终端建立基础坐标系， 首先获取移动终端分别沿各坐标轴方向上的实时加速 度 ； 然后根据移动终端的初始速度、 以及沿各坐标轴方向上的实时加速度， 获取移动终端的 运动轨迹 ； 其特征在于 ： 通过加速度传感器， 获取所述移动终端分别沿各坐标轴方向上的 测量加速度， 对应去除重力 g 分别作用在移动终端上沿各坐标轴方向上的重力附加加速度 后， 获取所述移动终端分别沿各坐标轴方向上的实时加速度。 2. 根据权利要求 1 所述一种移动终端运动轨迹检测方法， 其特征在于， 包括如下步骤 ： 步骤 001. 基于所述移动终端建立基础坐标系， 其中， x 轴和 y 轴位于。
4、所述移动终端表 面上， z 轴垂直于所述移动终端上表面向上 ； 获取重力 g 分别作用在 x 轴、 y 轴和 z 轴上的 重力分量， 进而获得重力 g 分别作用在移动终端上 x 轴、 y 轴和 z 轴上的重力附加加速度 ； 步骤002.通过设置在移动终端上的加速度传感器， 获取所述移动终端分别沿x轴、 y轴 和 z 轴上的测量加速度， 对应去除重力 g 分别作用在移动终端上 x 轴、 y 轴和 z 轴上的重力 附加加速度后， 获取所述移动终端沿 x 轴、 y 轴和 z 轴的实时加速度 ； 步骤 003. 根据移动终端的初始速度、 以及移动终端沿 x 轴、 y 轴和 z 轴的实时加速度， 获取移。
5、动终端的运动轨迹。 3.根据权利要求2所述一种移动终端运动轨迹检测方法， 其特征在于， 所述步骤001包 括如下步骤 ： 步骤 001-1. 基于所述移动终端的基础坐标系， 获取所述移动终端与水平面之间的夹 角 ， 根据夹角 获取重力 g 作用在 z 轴上的重力分量 g cos， 以及平行于所述移动终 端所在平面的重力分量 gsin， 获取重力分量 gsin 与 x 轴之间的夹角 ， 根据夹角 ， 获取重力分量 gsin 作用在 x 轴上的重力分量 gsincos， 以及获取重力分量 gsin 作用在 y 轴上的重力分量 gsinsin ； 步骤 001-2. 根据重力 g 分别作用在 x 轴。
6、、 y 轴和 z 轴上的重力分量 gsincos、 gsinsin、 gcos， 获取重力 g 分别作用在 x 轴、 y 轴和 z 轴上的重力附加加速度。 4.根据权利要求2所述一种移动终端运动轨迹检测方法， 其特征在于， 所述步骤003包 括如下步骤 ： 根据所述移动终端沿 x 轴、 y 轴和 z 轴的实时加速度， 获取所述移动终端沿水平运动方 向上的实时加速度 ； 根据所述移动终端的初始速度、 以及所述移动终端沿水平运动方向上 的实时加速度， 获取所述移动终端的水平运动轨迹。 5.根据权利要求2所述一种移动终端运动轨迹检测方法， 其特征在于， 所述步骤003包 括如下步骤 ： 根据所述移动。
7、终端沿 x 轴、 y 轴和 z 轴的实时加速度， 获取所述移动终端沿水平运动方 向上和垂直运动方向上的实时加速度 ； 根据所述移动终端的初始速度、 以及沿水平运动方 向上和垂直运动方向上的实时加速度， 获取所述移动终端的立体运动轨迹。 6.根据权利要求5所述一种移动终端运动轨迹检测方法， 其特征在于， 所述步骤003还 包括如下步骤 ： 针对获取所述移动终端的立体运动轨迹， 采用垂直投影的方式， 获取所述移 动终端的水平运动轨迹。 7. 根据权利要求 2 所述一种移动终端运动轨迹检测方法， 其特征在于， 所述步骤 002 中， 针对所述获取的测量加速度进行数据平滑处理， 测量加速度在经过数据平。
8、滑处理后， 再 权 利 要 求 书 CN 103557862 A 2 2/2 页 3 对应去除重力 g 分别作用在移动终端上 x 轴、 y 轴和 z 轴上的重力附加加速度后， 获取所述 移动终端沿 x 轴、 y 轴和 z 轴的实时加速度。 8. 根据权利要求 7 所述一种移动终端运动轨迹检测方法， 其特征在于 ： 所述数据平滑 处理采用三点加权移动平均法。 9. 根据权利要求 8 所述一种移动终端运动轨迹检测方法， 其特征在于 ： 所述三点加权 移动平均法采用如下模型 ： 其中 其中， xi+j表示由设置在所述移动终端上的加速度传感器沿坐标轴方向获取的第 i 个 加速度数据采集点采集到的测量加。
9、速度， wj表示预设坐标轴对应加速度数据采集点的权 重， si代表沿坐标轴方向上第 i 个加速度数据采集点采集到的加速度数据经过平滑处理后 的加速度值， k 取值为 1， j=-1、 0、 1， i=0、 1、 2、 3、。 权 利 要 求 书 CN 103557862 A 3 1/5 页 4 一种移动终端运动轨迹检测方法 技术领域 0001 本发明涉及一种移动终端运动轨迹检测方法。 背景技术 0002 据最新报道， 近年来， 随着安卓移动操作系统和智能手机、 平板电脑等大屏幕智能 移动终端的推出， 移动计算、 传感器技术得到了迅猛的发展。目前， 智能终端用户已经突破 10 亿大关， 基于安卓。
10、平台的应用程序层出不穷， 其中基于智能终端上各种传感器的应用也 是数以亿计。 0003 传感器是一种检测装置， 能将检测到的信息， 按一定的规律变换为电信号或其它 所需形式的信号输出， 以满足信息的传输、 处理、 存储、 显示、 记录和控制的要求， 它是实现 自动检测和自动控制的首要环节。 0004 传感器的种类有很多， 常见的传感器有加速度传感器、 陀螺仪传感器、 光传感器、 姿态传感器、 磁力传感器、 温度传感器、 距离传感器、 和压力传感器。 人们说传感器是人类五 官的延伸， 这是对传感器的巨大作用的形象描述， 不仅因为传感器可以获取准确可靠的信 息， 可以监视和控制生产过程中的各个参数。
11、， 更因为借助于传感器， 我们可以推动科学的发 展， 进而推动人类社会的向前发展。 0005 利用传感器识别移动物体的姿态应用广泛。 在军事上， 通过获取目标的实时轨迹， 可以实现战略目的 ； 在医疗上， 通过脉搏传感器和脑电波传感器分别获取患者的实时脉搏 和脑电波变化图， 有助于对患者的疾病进行病理性分析 ； 在交通驾驶中， 利用加速度传感器 识别方向盘的运动， 从而进一步分析出驾驶员的疲劳状态， 及时提醒驾驶员远离危险驾驶 ； 在游戏娱乐中， 互动性比较强的拳击、 棒球、 网球、 投篮等游戏就是利用各种传感器检测到 参与者的移动轨迹、 移动频率、 力量大小等特点， 进而做出相应的反应， 如。
12、出拳、 击球、 投篮 等。 0006 有研究人员利用时延神经网络获取物体的位置、 形状、 方向等参数， 进而动态识别 物体的运动轨迹 ； 还有研究者发明了一种数字笔， 用户利用这个笔可以写出数字或者做出 手势， 手的移动加速度可以通过这个笔中内嵌的加速度传感器测量出来， 通过无线通信的 方式将数据传送到服务器， 有服务器对笔的移动进行轨迹识别。 0007 上述方法的优点是都可以准确获取终端的移动轨迹， 但是实时性不佳， 对设备的 要求比较高， 而且时空复杂度也比较高， 而且最终移动轨迹的获得精度不高， 存在着一定的 误差。 发明内容 0008 针对上述技术问题， 本发明所要解决的技术问题是提供。
13、一种原理简单， 消除重力 g 对加速度传感器采集到的数据的影响， 精度高， 能够准确识别移动终端运动轨迹的移动终 端运动轨迹检测方法。 0009 本发明为了解决上述技术问题采用以下技术方案 ： 本发明设计了一种移动终端运 说 明 书 CN 103557862 A 4 2/5 页 5 动轨迹检测方法， 其中， 移动终端包括加速度传感器， 运动轨迹检测方法基于移动终端建立 基础坐标系， 首先获取移动终端分别沿各坐标轴方向上的实时加速度 ； 然后根据移动终端 的初始速度、 以及沿各坐标轴方向上的实时加速度， 获取移动终端的运动轨迹 ； 其中， 通过 加速度传感器， 获取所述移动终端分别沿各坐标轴方向。
14、上的测量加速度， 对应去除重力 g 分别作用在移动终端上沿各坐标轴方向上的重力附加加速度后， 获取所述移动终端分别沿 各坐标轴方向上的实时加速度。 0010 作为本发明的一种优选技术方案， 包括如下步骤 ： 0011 步骤 001. 基于所述移动终端建立基础坐标系， 其中， x 轴和 y 轴位于所述移动终 端表面上， z 轴垂直于所述移动终端上表面向上 ； 获取重力 g 分别作用在 x 轴、 y 轴和 z 轴 上的重力分量， 进而获得重力 g 分别作用在移动终端上 x 轴、 y 轴和 z 轴上的重力附加加速 度 ； 0012 步骤 002. 通过设置在移动终端上的加速度传感器， 获取所述移动终。
15、端分别沿 x 轴、 y 轴和 z 轴上的测量加速度， 对应去除重力 g 分别作用在移动终端上 x 轴、 y 轴和 z 轴上 的重力附加加速度后， 获取所述移动终端沿 x 轴、 y 轴和 z 轴的实时加速度 ； 0013 步骤 003. 根据移动终端的初始速度、 以及移动终端沿 x 轴、 y 轴和 z 轴的实时加 速度， 获取移动终端的运动轨迹。 0014 作为本发明的一种优选技术方案， 所述步骤 001 包括如下步骤 ： 0015 步骤 001-1. 基于所述移动终端的基础坐标系， 获取所述移动终端与水平面之间 的夹角 ， 根据夹角 获取重力 g 作用在 z 轴上的重力分量 g cos， 以及。
16、平行于所述移 动终端所在平面的重力分量 gsin， 获取重力分量 gsin 与 x 轴之间的夹角 ， 根据 夹角 ， 获取重力分量 gsin 作用在 x 轴上的重力分量 gsincos， 以及获取重 力分量 gsin 作用在 y 轴上的重力分量 gsinsin ； 0016 步 骤 001-2. 根 据 重 力 g 分 别 作 用 在 x 轴、 y 轴 和 z 轴 上 的 重 力 分 量 gsincos、 gsinsin、 gcos， 获取重力 g 分别作用在 x 轴、 y 轴和 z 轴上 的重力附加加速度。 0017 作为本发明的一种优选技术方案， 所述步骤 003 包括如下步骤 ： 001。
17、8 根据所述移动终端沿 x 轴、 y 轴和 z 轴的实时加速度， 获取所述移动终端沿水平运 动方向上的实时加速度 ； 根据所述移动终端的初始速度、 以及所述移动终端沿水平运动方 向上的实时加速度， 获取所述移动终端的水平运动轨迹。 0019 作为本发明的一种优选技术方案， 所述步骤 003 包括如下步骤 ： 0020 根据所述移动终端沿 x 轴、 y 轴和 z 轴的实时加速度， 获取所述移动终端沿水平运 动方向上和垂直运动方向上的实时加速度 ； 根据所述移动终端的初始速度、 以及沿水平运 动方向上和垂直运动方向上的实时加速度， 获取所述移动终端的立体运动轨迹。 0021 作为本发明的一种优选技。
18、术方案， 所述步骤 003 还包括如下步骤 ： 针对获取所述 移动终端的立体运动轨迹， 采用垂直投影的方式， 获取所述移动终端的水平运动轨迹。 0022 作为本发明的一种优选技术方案， 所述步骤 002 中， 针对所述获取的测量加速度 进行数据平滑处理， 测量加速度在经过数据平滑处理后， 再对应去除重力 g 分别作用在移 动终端上 x 轴、 y 轴和 z 轴上的重力附加加速度后， 获取所述移动终端沿 x 轴、 y 轴和 z 轴的 实时加速度。 说 明 书 CN 103557862 A 5 3/5 页 6 0023 作为本发明的一种优选技术方案 ： 所述数据平滑处理采用三点加权移动平均法。 00。
19、24 作为本发明的一种优选技术方案 ： 所述三点加权移动平均法采用如下模型 ： 0025 其中 0026 其中， xi+j表示由设置在所述移动终端上的加速度传感器沿坐标轴方向获取的第i 个加速度数据采集点采集到的测量加速度， wj表示预设坐标轴对应加速度数据采集点的权 重， si代表沿坐标轴方向上第 i 个加速度数据采集点采集到的加速度数据经过平滑处理后 的加速度值， k 取值为 1， j=-1、 0、 1， i=0、 1、 2、 3、。 0027 本发明所述一种移动终端运动轨迹检测方法采用以上技术方案与现有技术相比， 具有以下技术效果 ： 0028 （1） 本发明设计的移动终端运动轨迹检测方。
20、法， 原理简单， 实时性好， 消除重力 g 对加速度采集到的数据的影响， 准确度高， 能够准确识别移动终端运动轨迹， 且具有时间复 杂度良好， 占用资源少的优点 ； 0029 （2） 本发明设计的移动终端运动轨迹检测方法， 对设备的要求低， 且占用资源少， 能够实现针对各种移动终端运动轨迹的检测 ； 0030 （3） 本发明设计的移动终端运动轨迹检测方法中， 采用的设备结构简单， 易于实 现， 且具有能耗低的优点。 附图说明 0031 图 1 是本发明设计移动终端运动轨迹检测方法的流程图 ； 0032 图 2 是本发明设计中移动终端上基础坐标系示意图。 具体实施方式 0033 下面结合说明书附。
21、图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。 0034 如图 1 和图 2 所示， 本发明设计了一种移动终端运动轨迹检测方法， 其中， 移动终 端包括加速度传感器， 运动轨迹检测方法基于移动终端建立基础坐标系， 首先获取移动终 端分别沿各坐标轴方向上的实时加速度 ； 然后根据移动终端的初始速度、 以及沿各坐标轴 方向上的实时加速度， 获取移动终端的运动轨迹 ； 其中， 通过加速度传感器， 获取所述移动 终端分别沿各坐标轴方向上的测量加速度， 对应去除重力 g 分别作用在移动终端上沿各坐 标轴方向上的重力附加加速度后， 获取所述移动终端分别沿各坐标轴方向上的实时加速 度。以上过程在具体应用中， 。
22、包括如下步骤 ： 0035 步骤 001. 基于所述移动终端建立基础坐标系， 其中， x 轴和 y 轴位于所述移动终 端表面上， z 轴垂直于所述移动终端上表面向上 ； 获取重力 g 分别作用在 x 轴、 y 轴和 z 轴 上的重力分量， 进而获得重力 g 分别作用在移动终端上 x 轴、 y 轴和 z 轴上的重力附加加速 度， 具体包括如下步骤 ： 0036 步骤 001-1. 基于所述移动终端的基础坐标系， 获取所述移动终端与水平面之间 的夹角 ， 根据夹角 获取重力 g 作用在 z 轴上的重力分量 g cos， 以及平行于所述移 动终端所在平面的重力分量 gsin， 获取重力分量 gsin。
23、 与 x 轴之间的夹角 ， 根据 夹角 ， 获取重力分量 gsin 作用在 x 轴上的重力分量 gsincos， 以及获取重 说 明 书 CN 103557862 A 6 4/5 页 7 力分量 gsin 作用在 y 轴上的重力分量 gsinsin ； 0037 步 骤 001-2. 根 据 重 力 g 分 别 作 用 在 x 轴、 y 轴 和 z 轴 上 的 重 力 分 量 gsincos、 gsinsin、 gcos， 获取重力 g 分别作用在 x 轴、 y 轴和 z 轴上 的重力附加加速度， 其中应用到作用力等于被作用物体质量乘以作用力对应的加速度公式 进行实现。 0038 步骤 002。
24、. 通过设置在移动终端上的加速度传感器， 获取所述移动终端分别沿 x 轴、 y 轴和 z 轴上的测量加速度， 并针对所述获取的测量加速度进行数据平滑处理， 测量加 速度在经过数据平滑处理后， 再对应去除重力 g 分别作用在移动终端上 x 轴、 y 轴和 z 轴上 的重力附加加速度后， 获取所述移动终端沿 x 轴、 y 轴和 z 轴的实时加速度 ； 0039 其中， 针对以上去除重力 g 分别作用在移动终端上 x 轴、 y 轴和 z 轴上的重力附加 加速度的过程， 需要考虑到重力 g 分别作用在移动终端上 x 轴、 y 轴和 z 轴上的重力附加加 速度的方向与移动终端实际的运动方向之间的关系， 。
25、根据各个重力附加加速度方向与移动 终端实际的运动方向之间的关系， 确定各个重力附加加速度是与运动方向正向的， 还是反 向的， 以此作为标准， 针对测量加速度进行去除重力附加加速度的操作， 以提高最终运动轨 迹的测量精度。 0040 步骤 003. 根据移动终端的初始速度、 以及移动终端沿 x 轴、 y 轴和 z 轴的实时加 速度， 获取移动终端的运动轨迹 ； 针对步骤 003， 我们可以通过如下两种方式分别获取所述 移动终端的水平运动轨迹和所述移动终端的立体运动轨迹。 0041 其中， 获取所述移动终端的水平运动轨迹采用步骤 ： 0042 根据所述移动终端沿 x 轴、 y 轴和 z 轴的实时加。
26、速度， 获取所述移动终端沿水平运 动方向上的实时加速度 ； 根据所述移动终端的初始速度、 以及所述移动终端沿水平运动方 向上的实时加速度， 获取所述移动终端的水平运动轨迹。 0043 获取所述移动终端的立体运动轨迹采用步骤 ： 0044 根据所述移动终端沿 x 轴、 y 轴和 z 轴的实时加速度， 获取所述移动终端沿水平运 动方向上和垂直运动方向上的实时加速度 ； 根据所述移动终端的初始速度、 以及沿水平运 动方向上和垂直运动方向上的实时加速度， 获取所述移动终端的立体运动轨迹。 0045 也可以基于获取所述移动终端的立体运动轨迹， 采用垂直投影的方式， 获取所述 移动终端的水平运动轨迹。 0。
27、046 基于以上技术方案， 针对所述数据平滑处理采用三点加权移动平均法， 越靠近平 滑窗口边缘的点权值越小， 即边缘的点权值较小， 中间的点权值较大， 所有数据的权值之和 为 1， 这样可以获得比较好的平滑效果 ； 其中， 三点加权移动平均法采用如下模型 ： 0047 其中 0048 其中， xi+j表示由设置在所述移动终端上的加速度传感器沿坐标轴方向获取的第 i 个加速度数据采集点采集到的测量加速度， wj表示预设坐标轴对应加速度数据采集点的 权重， si代表沿坐标轴方向上第 i 个加速度数据采集点采集到的加速度数据经过平滑处理 后的加速度值， k 取值为 1， j=-1、 0、 1， i=。
28、0、 1、 2、 3、。具体应用中， 预设 说 明 书 CN 103557862 A 7 5/5 页 8 三个点的权重因素之后为 1, 采用三点加权移动平均法分别作用在各个坐标轴方向 上各个加速度数据采集点采集到的测量加速度， 即分别作用在沿x轴、 y轴、 z轴方向上各个 加速度数据采集点采集到的测量加速度。 0049 本发明中， 针对最终获取到的运动轨迹采用如下方法进行绘制 ： 针对移动终端所 处位置， 采用和加速度方向获得移动终端的运动轨迹， 并且 s 的获得采用周 期方式获取移动终端的移动位置， 周期可以设置为 5ms， 以此获得该移动终端的实时运动轨 迹 ； 其中， s 表示该移动终端。
29、运动路程， v0表示该移动终端的初始速度， a 表示该移动终端的 加速度， t 为运动时间， 这里每个 5ms 运算一次， 即 t=5ms， t 的选取尽可能的小， 以保证最终 移动终端运动轨迹检测的精度， 通过该方法获得是大量的坐标点位置， 将各个点依次连接， 构成该移动终端的运动轨迹。 0050 本发明中之所以针对所述获取的测量加速度进行数据平滑处理， 是由于大部分时 间序列都存在一个重要问题 ： 存在噪音， 也就是某个值的大小随机变化， 现实世界中很多数 据集里都存在噪音， 但通常只通过改善测量数据的仪器或采集一个大一点的样本再求平均 的方法减少噪音。 然而事实上这种做法并不理想， 并不。
30、能很好的平滑数据 ； 传感器采集到的 数据或多或少存在着误差， 所以在利用采集到的数据进行移动物体轨迹识别之前， 有必要 对数据进行基本的数据平滑处理。 0051 多传感器信息融合， 又称多传感器数据融合， 指的是对不同知识源和多个传感器 所获得的信息进行综合处理， 消除多传感器信息之间可能存在的冗余和矛盾， 利用信息互 补， 降低不确定性， 以形成对系统环境相对完整一致的理解， 从而提高智能系统决策、 规划 的科学性， 反应的快速性和正确性， 进而降低决策风险的过程 ； 由于移动终端中的加速度传 感器所采集到的数据包含重力g的影响， 而实际应用中需要排除重力g对数据的影响， 所以 需要针对加。
31、速度传感器所采集到的数据， 进行消除重力 g 影响的操作， 用以提高精度。 0052 本发明设计的移动终端运动轨迹检测方法， 原理简单， 实时性好， 消除重力 g 对加 速度采集到的数据的影响， 准确度高， 能够准确识别移动终端运动轨迹， 且具有时间复杂度 良好， 占用资源少的优点 ； 而且对设备的要求低， 且占用资源少， 能够实现针对各种移动终 端运动轨迹的检测 ； 不仅如此， 本发明设计中， 采用的设备结构简单， 易于实现， 且具有能耗 低的优点。 0053 上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明， 但是本发明并不限于上述实施 方式， 在本领域普通技术人员所具备的知识范围内， 还可以在不脱离本发明宗旨的前提下 做出各种变化。 说 明 书 CN 103557862 A 8 1/1 页 9 图 1 图 2 说 明 书 附 图 CN 103557862 A 9 。