人行道徑方位估算裝置的製作方法
2023-06-22 13:33:36
專利名稱：人行道徑方位估算裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型是關於一種航跡推算裝置，尤指ー種適用於行人的路徑方位估算裝置。
背景技術：
行人航跡推算的功能在於告知目前用戶的位置，讓用戶知道目前所在地點。常見的行人航跡推算系統可通過全球衛星定位系統(Global Positioning System,GPS)於全天候、連續提供實時高精度的三維位置和速度信息以推得行人航跡。然而，GPS接收機只有在接收到四顆以上的衛星信號才能完成定位計算。因此，當行人在高樓林立的市區、通過陸橋以及隧道時，衛星信號將容易受到遮擋，以致於無法提供行人連續、準確、可靠的航跡。 而另ー種常見的航跡推算系統為慣性導航系統(inertial navigation system,INS),是利用加速度計、陀螺儀…等慣性感測單元(inertial measurement units,IMU),以具有不依賴外界信息、隱蔽性好、抗輻射性強、可全天候量測的優點。然而，此慣性導航系統如同一般的開迴路控制系統，即量測誤差隨時間而累積，不適合長時間獨立工作，亦無法符合行人定位航跡推算需具備準確性和可靠性的特性。創作人因於此，本於積極創作的精神，亟思ー種推算行人於行進間走過的路線，並提升其連續性以及準確性的行人航跡推算裝置，幾經研究實驗終至完成此項嘉惠世人的創作。
實用新型內容鑑於現有技術中，使用単一的航跡推算系統無法滿足人們對行人航跡推算需具備連續、準確、可靠的特性。本實用新型利用全球衛星定位系統以及慣性導航系統推算行人行進路線，克服了全球衛星定位系統易受地形地物遮擋而導致定位中斷和慣性導航系統的量測誤差隨時間累積的缺點，進而提升行人航跡推算的連續性、準確性、及可靠性。為達成上述目的，本實用新型的主要目的在於提供ー種人行道徑方位估算裝置，包括ー慣性感測單元、一全球定位裝置、以及ー微控制単元。其中，慣性感測單元量測行人於行進間的方位角、三軸角速度、加速度、及氣壓值；全球定位裝置則每隔一第一時間間隔輸出全球定位信息；微控制單元耦接慣性感測單元以及全球定位裝置，以據此產生精確位置而獲得行人航跡；而輸出裝置則用來輸出行人航跡。本實用新型的有益效果由上述可知，本實用新型結合全球衛星定位系統以及慣性導航系統推算行人行進路線，除了克服了全球衛星定位系統容易受到地形地物遮蔽影響而導致定位中斷，透過電子羅盤不隨時間而累積誤差的特性以降低陀螺儀隨時間增加誤差的缺點，還提升了行人航跡推算的連續性、準確性、以及可靠性。
圖I是本實用新型一較佳實施例的人行道徑方位估算裝置的架構圖。[0009]圖2是本實用新型的行人參考位置推算示意圖。圖3是本實用新型一較佳實施例的人行道徑方位估算裝置的流程圖。圖4是本實用新型一較佳實施例的微控制單元於行人行進間計算此人當時的精確位置坐標。圖5是本實用新型一 較佳實施例的行人航跡示意圖。主要元件符號說明10慣性感測單元 20全球定位裝置30微控制單元40輸出裝置32濾波單元 34演算單元36航跡推算單元 38地圖修正單元11,21,22,31,41,51,52,61,71 步驟
具體實施方式
以上的概述與接下來的詳細說明皆為示範性質，是為了進ー步說明本實用新型的申請專利範圍。而有關本實用新型的其他目的與優點，將在後續的說明與圖式加以闡述。請參考圖1，本實用新型一較佳實施例的人行道徑方位估算裝置的架構圖。如圖I所示，本實施例包括一微控制単元30、ー慣性感測單元10、一全球定位裝置20以及ー輸出裝置40。慣性感測單元10具有電子羅盤、陀螺儀、加速計、氣壓計，以分別量測行人於行進間的方位角Ga、三軸角速度ぃ&、加速度33、及氣壓值Pa，其中，三軸角速度coa包含X軸、Y軸、及Z軸角速度；全球定位裝置20則每隔一第一時間間隔輸出全球定位信息Pg ;而微控制単元30則耦接該慣性感測單元10以及該全球定位裝置20，以據此產生一精確位置P獲得行人航跡，並傳送至輸出裝置40以輸出行人航跡。微控制單元30包含一濾波單元32、一演算單元34、ー航跡推算單元36、及一地圖修正単元38。其中，濾波單元32耦接慣性感測單元10，以分別濾除行人於行進間的方位角9a、三軸角速度ωεκ加速度aa、及氣壓值P a的噪聲。在本實施例中，濾波單元32為ー低通濾波器(low pass filter,LPF),將噪聲過濾以降低慣性感測單元10於量測時造成的誤差。接下來，演算単元34接收濾波後的方位角Θ a、三軸角速度《a、加速度aa、及氣壓值Pa，並讀取前一精確位置P，以每隔一第二時間間隔偵測行人於行進間的絕對角度Θ、行人的步伐是否有移動、移動距離D、及其所在位置高度hb (圖未示)。其中，演算単元34透過方位角Ga、及Z軸角速度偵測行人於行進間的絕對角度Θ。如下所述，演算単元34於接收到代表全球定位信息Pg的精確位置P吋，以方位角Ga作為行人於行進間的絕對角度Θ。而於接收到代表行人參考位置Pm的精確位置P吋，則通過Z軸角速度計算角度變化量來推得。在本實施例中，角度變化量為Z軸角速度經積分後而取得。而若行人的一個步伐之間的角度變化量小於ー第二門坎值時，此步伐被判定為直線運動，在此實施例中設定此第二門坎值為10度。演算単元34判斷行人的步伐是否有移動是根據ー總角速度求得，在本實施例中，與、角速1"t^rad/s)= V(0Xi)2 + ( r)2 + (6 )2，i = I. · · η,其中，i 為第 η 次的第二時間間隔，ωΧ、ωΥ、及ωΖ為X軸、Y軸、及Z軸角速度。而當總角速度大於ー第一門坎值時，演算単元34就判斷該行人的步伐有移動，反之，則判斷該行人的步伐未移動，在本實施例中設定此第ー門坎值為5rad/s。行人移動距離D是利用加速度aa與步距D之間的關係D=Mxi Y\Ak\
V k=\推算而得，其中，|Ak為行人在走一歩之間偵測到的加速度aa的值，η為行人在走一歩之間偵測到加速度aa的數量，而M則為ー常數值。接著，行人所在位置高度hb則根據氣壓計所量到的氣壓值P a,透過關係式
~RKt ~
/ ヽ--
h^=￥~ — -1而推得。P s為標準大氣壓，R為氣體常數，KT為溫度梯度，g0為重力
KT \PS)
加速度，TS為目前設定溫度。航跡推算単元耦接該演算単元，因此，航跡推算単元36即可接收上述行人於行進間的絕對角度Θ、行人的步伐是否有移動、移動距離D、及行人所在位置高度hb計算代表行人航跡的行人參考位置Pm。請同時參考圖2,在本實施例中，下一次的行人參考位置Pm的位置信息是從本次精確位置P推得，其關係式為
ηηXn = +YjD1 Xcosも凡=yn_x +YjD1 xcosも i = 0. . . n ；hn = hbk，k = I. · · n。
i=0 i=0其中，xn-1、yn-1、hn為目前行人位置信息，xn、yn、hn+1為下一次的行人位置信息，Di為行人移動距離，Θ i為行人於行進間的絕對角度，故通過上述關係式即可推得下一次的行人參考位置Pm。當航跡推算單元36於接收到全球定位信息Pg時,就以全球定位信息Pg作為精確位置P，並同時回傳至演算単元34 ;而在航跡推算単元36未接收到全球定位信息Pg吋，就以行人參考位置Pm作為精確位置P，並同時回傳至演算単元34，其中，第一時間間隔大於第二時間間隔。地圖修正単元38則耦接航跡推算単元36，是用來校正行人航跡。當行人走在路上時可能會定位到旁邊非路的地方，透過地圖修正単元38的校正，就可以把人拉回至還正確的位置，並傳送行人航跡至輸出裝置40。在本實施例中，輸出裝置為ー泛歐數字式行動電話系統(GSM)單元。接著，請參考圖3，本實用新型一較佳實施例的人行道徑方位估算裝置的流程圖。請同時參考圖4，全球定位裝置20於每隔一第一時間輸出全球定位信息Pg，而演算単元34則每隔一第二時間輸出行人於行進間的絕對角度Θ、行人的步伐是否有移動、移動距離D、及行人所在位置高度hb，且第一時間間隔大於第二時間間隔。在本實施例中，於時間t0、t4、t8…的第一時間間隔輸出全球定位信息Pg，而於時間tl、t2、t3、t4、t5…的第二時間間隔偵測行人於行進間的絕對角度Θ、行人的步伐是否有移動、移動距離D、及行人所在位置高度hb。首先，於時間to吋，由於微控制単元30剛開始計算行人航跡，故航跡推算単元36以全球定位裝置20輸出的全球定位信息PgO作為ー開始的精確位置PO且以慣性感測單元10輸出的方位角0aO作為ー開始的絕對角度Θ0，並傳送至演算単元34。而地圖修正単元38將接收並同時校正精確位置PO，以顯示行人航跡於輸出裝置40。[0034]於時間tl吋，ー開始航跡推算単元36將偵測全球定位裝置20是否有提供全球定位信息Pg (步驟11)。由於航跡推算単元36未偵測到全球定位信息PgO，因此，演算単元34以上一次的精確位置PO作為起始位置(步驟22)。接著，演算単元34根據Z軸角速度於此第二時間間隔求得其角度變化量以推算行人的絕對角度Θ I (步驟31)。接下來，演算單元34根據三軸角速度coal判斷行人的步伐是否有移動(步驟41)。若有，則根據加速度aal估算行人移動距離(步驟51);反之，則輸出行人未移動的信息至航跡推算単元36 (步驟52)，在本實施例中為行人有移動。接著，航跡推算單元36接收行人的絕對角度Θ1、行人移動距離D1、及其所在位置高度hbl信息，以推算代表行人航跡的行人參考位置Pml作為精確位置P1，並回傳至演算単元34。而接著地圖修正単元38將接收並同時校正精確位置P1，以顯示行人航跡於輸出裝置40。而由時間tl進入到時間t2、以及時間t3，其推算精 確位置P2、及P3方法步驟皆與時間tl相同，在此不作贅述。接下來進入時間t4，此時，航跡推算單元36偵測到全球定位信息Pgl，故航跡推算單元36以全球定位信息Pgl作為精確位置P4且以慣性感測單元10輸出的方位角0a4作為絕對角度Θ 4，並傳送至演算単元34(步驟21)，地圖修正単元38接收並同時校正精確位置P4，以顯示行人航跡於輸出裝置40。而於時間t5-t8推算絕對角度Θ、移動距離D、及精確位置P…等信息的方法步驟皆與時間tl-t4的方法步驟相同，在此不作贅述。再來，請參考圖5，本實用新型一較佳實施例的行人航跡示意圖。如圖5所示，「·」為於時間t0、t4、t8…輸出全球定位信息PgO、Pgl、Pg2···;而「 * 」則為於時間tl、t2、t3、t4、t5…輸出行人參考位置Pml、Pm2、Pm3、Pm4、Pm5..·。當航跡推算單元36接收到全球定位信息Pg時，精確位置P為全球定位信息Pg ;而當航跡推算單元36未接收到全球定位信息Pg時，精確位置P為行人參考位置Pm。接著，航跡推算単元36將連結每個時間點的精確位置P以獲得行人航跡(實線)，並傳送至地圖修正単元38作校正，以輸出行人航跡到輸出裝置40。上述實施例僅是為了方便說明而舉例而已，本實用新型所主張的權利範圍自應以申請專利範圍所述為準，而非僅限於上述實施例。
權利要求1.ー種人行道徑方位估算裝置，其特徵在於包括 ー慣性感測單元，量測行人於行進間的方位角、三軸角速度、加速度、及氣壓值； 一全球定位裝置，姆隔ー第一時間間隔輸出一全球定位信息； 一微控制単元，耦接該慣性感測單元以及該全球定位裝置，以據此產生一精確位置而獲得行人航跡；以及 ー輸出裝置，用以輸出該行人航跡。
2.如權利要求I所述的人行道徑方位估算裝置，其特徵在於，該輸出裝置為ー泛歐數字式行動電話系統單元。
3.如權利要求2所述的人行道徑方位估算裝置，其特徵在於，該慣性感測單元包括 ー電子羅盤，用以量測該方位角； 一陀螺儀，用以量測該三軸角速度； 一加速計，用以量測該加速度；以及 一氣壓計，用以量測該氣壓值。
專利摘要本實用新型是有關於一種人行道徑方位估算裝置，包括一慣性感測單元、一全球定位裝置、一微控制單元、及一輸出裝置。慣性感測單元量測行人於行進間的方位角、三軸角速度、加速度、及氣壓值。全球定位裝置每隔一第一時間間隔輸出全球定位信息。微控制單元耦接慣性感測單元以及全球定位裝置，以據此產生精確位置而獲得行人航跡，並輸出該行人航跡至輸出裝置。
文檔編號G01C21/34GK202648669SQ201220020268
公開日2013年1月2日 申請日期2012年1月17日 優先權日2011年7月27日
發明者藍明傳, 遊凱綸 申請人:康訊科技股份有限公司