基于加速度传感器、陀螺仪和移动定位技术的多移动设备位置匹配实现系统和方法

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基于加速度传感器、陀螺仪和移动定位技术的多移动设备\n位置匹配实现系统和方法\n技术领域\n[0001] 本发明涉及加速度传感器技术应用、陀螺仪技术应用和移动定位技术实现领域，尤其是一种基于加速度传感器、陀螺仪、WIFI热点探测、基站和GPS定位技术的多设备位置匹配实现系统和方法。\n背景技术\n[0002] 加速度传感器能感受加速度并转换成可用输出信号的传感器，通过实时采集运动件的加速度信号判断运动件当前的运动状态。陀螺仪能感受运动件的角速度和运动方向，通常是利用高速回转体的动量矩敏感壳体相对惯性空间绕正交于自转轴的一个或两个轴的角运动检测装置。\n[0003] 现有的加速度传感器和陀螺仪技术已经非常成熟，并广泛应用于多种电子设备，在移动电子设备上基本成为标准配置之一。\n[0004] 目前，市场上针对移动设备的加速度传感器和陀螺仪设计和开发的应用，主要集中在提升应用的娱乐性方面，而缺乏在位置匹配和互动推介方面的应用。\n发明内容\n[0005] 为实现多设备的位置匹配，本发明提供一种基于加速度传感器、陀螺仪、WIFI热点探测、基站和GPS定位技术的多移动设备位置匹配实现系统和方法。\n[0006] 基于加速度传感器、陀螺仪、WIFI热点探测、基站和GPS定位技术的多移动设备位置匹配实现系统，包括多个带有加速度传感器模块、陀螺仪模块、移动通信模块、GPS定位模块、WIFI/WAPI模块的移动设备和用于位置匹配计算的服务器，所述WIFI/WAPI包括相互电路连接的WIFI/WAPI芯片和WIFI/天线，所述移动通信模块包括GSM、GPRS、EDGE、3G、HSDPA、LTE通信模块；\n[0007] 所述多个移动设备通过网络通信模块，将加速度感应数据、陀螺仪角速度数据、WIFI热点探测数据、基站信息和GPS数据自定义数据流发送至服务器，服务器根据收到的数据进行位置匹配计算，获取多个设备当前位置和运动状态，判断多个设备是否在同一载体上，并将结果发送至客户端设备。\n[0008] 作为本发明的优选技术方案，所述带有加速度传感器模块、陀螺仪模块、移 动通信模块、GPS定位模块、WIFI/WAPI模块的移动设备包括手机、PDA、平板电脑和便携式游戏机。\n[0009] 采用本发明基于加速度传感器、陀螺仪、WIFI热点探测、基站和GPS定位技术的多移动设备位置匹配实现系统和方法，该方法包括以下步骤：\n[0010] 步骤一：移动设备在某一段时间内，通过加速度传感器模块获取加速度感应数据，通过陀螺仪模块获取角速度数据，通过WIFI/WAPI模块探测热点数据，通过GPS模块获取GPS数据，通过移动通信模块获取基站信息，将所有信息以自定义数据流发送至服务端；\n[0011] 步骤二：服务器接收到客户端发送过来的自定义数据流，根据数据中包含的加速度感应数据、陀螺仪角速度数据、WIFI热点数据、GPS数据和基站信息数据，以特定匹配算法计算出设备的当前位置和运动状态，判断多设备是否处于同一载体上，并将计算结果发送至客户端设备；\n[0012] 步骤三：循环步骤一和二，直至客户端退出。\n[0013] 作为本发明的优选技术方案，所述自定义数据流传输方法，其特征是：所述步骤一、二、三中，客户端与服务端通过网络协议进行连接和数据传输。\n[0014] 作为本发明的优选技术方案，所述步骤二中的特定匹配算法，其特征是，服务器通过以下步骤处理从客户端发送过来的自定义数据流：\n[0015] 1)解析自定义数据流，获取客户端基站信息，通过基站定位技术获取客户端所处的位置；\n[0016] 2)解析自定义数据流，如果包含WIFI热点数据，则通过WIFI热点数据再次定位客户端所处位置，使用得到的位置数据对步骤1中得到的位置进行校正；\n[0017] 3)解析自定义数据流，如果包含GPS数据，则通过GPS计算模块计算得到客户端所处位置，使用得到的地理位置数据对步骤1和步骤2中得到的位置进行校正，得到较精准的位置信息；\n[0018] 4)通过已有的设备位置信息，针对每个接入该系统的设备进行空间拓扑查询，获取与该设备之间的空间位置距离处于某阈值区间内的设备列表；\n[0019] 5)分析步骤4中获取的设备列表中设备发送过来的加速度感应数据，分别对设备在X，Y，Z方向上的加速度值变化进行曲线拟合，针对拟合后生成曲线进行模糊模式匹配，获取当前自态相似的设备列表；\n[0020] 6)分析步骤5中获取到的设备列表中的设备的陀螺仪角速度数据，对设备的自态进行校准，并得到设备当前的运动方式和前进方向、角度等，在空间中模拟还原设备的自态和运动方式，进行模糊匹配，判断多设备是否正处于同一区域的同一载体上，并将结果反馈至客户端。\n[0021] 本发明具有以下优点：1、定位精准，通过基站信息进行粗略定位之后，使用WIFI热点数据和GPS数据进行校正，使得定位更为精准；2、互动性强，通过对多设备的位置进行匹配，判断多设备是否处于同一区域的同一载体上，可以为用户提供更多的互动性服务。\n附图说明\n[0022] 图1是本发明基于加速度传感器、陀螺仪、WIFI热点探测、基站和GPS定位技术的多移动设备位置匹配实现系统的拓扑图；\n[0023] 图2是带有加速度传感器模块、陀螺仪模块、移动通信模块、GPS定位模块、WIFI/WAPI模块的移动设备的电路框图；\n[0024] 图3是本发明客户端程序流程图；\n[0025] 图4是本发明服务端程序流程图。\n具体实施方式\n[0026] 下面结合实例对本发明基于加速度传感器、陀螺仪、WIFI热点探测、基站和GPS定位技术的多移动设备位置匹配实现系统和方法做详尽的说明。\n[0027] 如图1所示，基于加速度传感器、陀螺仪、WIFI热点探测、基站和GPS定位技术的多移动设备位置匹配实现系统，包括多个带有加速度传感器模块、陀螺仪模块、移动通信模块、GPS定位模块、WIFI/WAPI模块的移动设备和多个用于位置匹配计算的服务器，其中每个移动设备包括电源和相互电路连接的主电路板、中央处理元、存储器单元、WIFI/WAPI模块、移动通信模块，所述WIFI/WAPI包括相互电路连接的WIFI/WAPI芯片和WIFI/天线，所述移动通信模块包括GSM、GPRS、EDGE、3G、HSDPA、LTE通信模块，多个移动设备通过网络通信模块将加速度感应数据、陀螺仪角速度数据、WIFI热点探测数据、基站信息和GPS数据发送至服务器，服务器根据收到的数据进行计算，计算出设备当前的位置和运动状态，通过特定的匹配算法判断设备是否处于同一载体上，并将结果发送至客户端。本实例中，所述带有加速度传感器模块、陀螺仪模块、移动通信模块、GPS 定位模块、WIFI/WAPI模块的移动设备包括手机、PDA、平板电脑和便携式游戏机。\n[0028] 基于加速度传感器、陀螺仪、WIFI热点探测、基站和GPS定位技术的多移动设备位置匹配实现系统和方法，该方法主要包括以下步骤：\n[0029] 步骤一：如图1中设备1，2，3在某一时间段内，通过加速度传感器模块获取设备的加速度感应数据，通过陀螺仪获取设备角速度数据，通过WIFI/WAPI模块探测WIFI热点数据，通过GPS定位模块获取GPS数据，通过移动通信模块获取基站信息，将所有信息以自定义数据流的方式通过网络通信模块发送至服务器端；\n[0030] 步骤二：服务器接收到设备1，2，3发送过来的自定义数据流，根据数据中包含的加速度感应数据、陀螺仪角速度数据、WIFI热点数据、GPS数据和基站信息数据，以特定匹配算法计算出设备的当前位置和运动状态，判断设备1，2，3是否处于同一载体上，并将计算结果发送至设备1，2，3；\n[0031] 步骤三：循环步骤一、二，直至客户端退出。\n[0032] 本实施例中，所述自定义数据传输方法，其特征是：所述步骤一、二、三中，设备1，\n2，3与服务器端使用网络协议进行连接和数据传输。\n[0033] 本实施例中，所述特定匹配算法，其特征是：服务端接收到设备1，2，3发送过来的基站信息粗略定位客户端设备所在位置区域，然后通过WIFI热点数据和GPS数据进行校正，得到较为精准的位置信息，查询距离大小在某阈值区间内的设备列表，根据列表中设备发送过来的加速度感应数据，分别对其X，Y，Z方向上的加速度值变化进行曲线拟合，针对拟合后生成曲线进行模糊模式匹配，得到匹配结果，再使用陀螺仪角速度进行校准，判断多设备是否正处于同一区域的同一载体上。\n[0034] 本发明的工作流程如下，如图3所示，首先在设备1，2，3上启动客户端，登录至应用服务器；提示用户是否开启WIFI/WAPI和GPS定位模块，用户选择“是”之后，开启WIFI/WAPI和GPS定位模块，并开始收集WIFI热点数据、GPS数据、加速度传感器的感应数据和陀螺仪角速度数据，每隔一段时间将数据打包成自定义数据流发送至服务器；然后接收服务器端发送回来的位置匹配数据，直到用户退出客户端，还原到初始状态。\n[0035] 如图4所示，首先启动服务端，监听客户端登录和数据传输；接收到如图1中设备\n1，2，3中客户端发送过来的自定义数据流后，服务器通过以下步骤来进行处理：\n[0036] 1)解析自定义数据流，获取客户端基站信息，通过基站定位技术获取如图1中设备1，2，3所处的位置；\n[0037] 2)解析自定义数据流，如果包含WIFI热点数据，则通过WIFI热点数据再次定位客户端所处位置，使用得到的位置数据对步骤1中得到的位置进行校正；\n[0038] 3)解析自定义数据流，如果包含GPS数据，则通过GPS计算模块计算得到设备所处位置，使用得到的地理位置数据对步骤1和步骤2中得到的位置进行校正，得到较精准的位置信息；\n[0039] 4)根据如图1中设备1，2，3的位置信息，分别对这三个设备进行空间拓扑查询，获取与该设备之间的空间位置距离处于某阈值区间内的设备列表；\n[0040] 5)分析步骤4中获取的设备列表(该实施例中，列表均包含如图1中设备1，2，3)中设备发送过来的加速度感应数据，分别对设备在X，Y，Z方向上的加速度值变化进行曲线拟合，针对拟合后生成曲线进行模糊模式匹配，获取当前自态相似的设备列表，例如本实施例中如图1中设备2和设备3自态相似，那么得到的设备列表中包含如图1中设备1和设备2；\n[0041] 6)分析步骤5中获取到的设备列表中的设备(如图1中设备1和设备2)的陀螺仪角速度数据，对设备的自态进行校准，并得到设备当前的运动方式和前进方向、角度等，在空间中模拟还原设备的自态和运动方式，进行模糊匹配，判断多设备是否正处于同一区域的同一载体上，如图1中所示，设备2和设备3处于同一个载体上(例如，前行的公交车上)；\n[0042] 7)针对步骤6中得到的判断结果，分别给如图1中设备1，2，3发送对应的反馈数据，如图1中设备2和设备3都从服务端获取了结果为B的位置匹配数据，而设备1获取的位置匹配数据为A，与设备2和设备3不处于同一载体上(例如，站立在公交车站等车的乘客)，通过服务端计算的结果可以为设备2和设备3提供更深入的交互内容；如此循环，直至服务关闭。