一种行人步幅测量系统技术方案

本发明专利技术公开了一种行人步幅测量系统，它包括腰部测量装置1、大腿部测量装置2、小腿部测量装置3、足面测量装置4以及网关5，其中，腰部测量装置1、大腿部测量装置2、小腿部测量装置3以及足面测量装置4分别用于测量步态周期期间行人步态的各个测量数据，通过无线通信将各个测量数据发送至网关5并传输至PC机。该系统具有体积小、结构简单、功耗低、无线通信便于扩展、能对多人同时测量、成本低等优点；无需历史数据支持，不但可以准确测量水平路面的行人步幅，而且还可以准确测量斜坡路面的行人步幅。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术主要设及到行人步态测量领域，特指一种行人步幅测量方法及系统。
技术介绍
行人步行过程中的步幅对于医疗步态分析、行人导航定位具有重要意义，因此如 何获取精确的行人步幅成为很多应用领域需要解决的一个基本问题。 采用传统的测量器件，如论文"人体步态模型实验研究"《中国博±学位论文全文 数据库，赵凌燕，41页-64页》一文中将角度计安装于行人下肢关节部位，通过角度计测 量关节角度，再利用关节角度计算行人步幅，该种方式设备复杂、数据难于统计；利用摄像 机拍摄行人步行过程可W精确计算出步幅，但限制了行人步行范围；如"基于GI^S和自包含 传感器的行人室内外无缝定位算法研究"《中国博±学位论文全文数据库，陈伟，48页-61 页》一文中采用=轴微巧螺和=轴微加速度计等组成测量系统安装于行人身上，通过有线 方式将传感器和笔记本电脑相连，实现行人步幅测量，该种方式线路和设备较为复杂不利 于推广使用。 传统步幅计算方法，如=星电子株式会社专利2009年的专利"基于步幅的线路 指引设备和方法"专利号CN100561131C中使用的常数步幅计算方法，通过一段固定时间 内距离除W步数得到一个固定的步幅，并将其作为行人在一定时间段内的常数步幅，该中 计算方法最简单，缺点是步幅计算误差较大。又如2007年IE邸SensorsApplications Symposium中出片反的AdaptiveStepLengthEstimationAlgorithmUsingLow-Cost MEMSInertialSensors-文中提出的线性步幅计算方法，缺点是待定参数较多，需要基 于历史数据对每个行人进行参数学习训练，不便于实现。如2007年Grejner-Brzezinska D在IntelligentSignalProcessing国际会议中发表的Pedestriantrackingand navigationusinganadaptiveknowledgesystembasedonneuralnetworksand 化zzyLogic-文中提出的智能步幅计算方法，有着良好的计算精度，缺点是需要基于历 史数据的训练学习阶段，对硬件资源要求较高、处理时间较长，很难在可穿戴的设备上实 现。如 2014 年杂志IE邸TRANSACTIONSONHUMAN-MACHI肥SYSTEMS第 2 期 44 卷中，作 者Kun-ChanLanandWen-YuahShih在文章UsingSmart-PhonesandFloorPlansfor IndoorLocationTracking中提出的基于钟摆模型的步幅计算方法，未考虑步行过程中行 人的膝关节角度和踩关节角度对步幅计算的影响，导致步幅计算精度不高。上述步幅计算 方法是针对水平路面提出的，斜坡路面步幅计算误差较大。 到目前为止，现有步幅测量设备结构较为复杂，不利于导航定位等推广使用；现有 简单的步幅测量方法精度较低，无法准确测量斜坡路面上的步幅，精度较高的步幅测量方 法需要历史数据的支持、对硬件资源要求较高、处理时间较长，很难在嵌入式设备中实现。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题就在于；针对现有技术存在的技术问题，本专利技术提供一 种结构简单、无需历史数据支持，适用于能够正确测量水平路面和斜坡路面的行人步幅测 量系统。 为解决上述技术问题，本专利技术提出的解决方案为：[000引本专利技术提出一种行人步幅测量系统，它包括腰部测量装置1、大腿部测量装置2、 小腿部测量装置3、足面测量装置4W及网关5,其中，腰部测量装置1、大腿部测量装置2、 小腿部测量装置3W及足面测量装置4分别用于测量步态周期期间行人步态的各个测量数 据，通过无线通信将各个测量数据发送至网关5并传输至PC机，其特征在于： 所述的腰部测量装置1安装于行人腰部位置，腰部测量装置1包括腰部=轴微巧 螺11、腰部=轴微加速度计12、腰部无线数据收发模块13、腰部嵌入式微处理器14,其中， 腰部=轴微巧螺11和腰部=轴微加速度计12分别用于读取测量行人腰部的旋转角速度数 据和加速度数据并传送给腰部嵌入式微处理器13 ;腰部嵌入式微处理器13用于接收腰部 =轴微巧螺11、腰部=轴微加速度计12的测量的旋转角速度数据W及加速度数据；腰部无 线数据收发模块14接收或发送旋转角速度数据W及加速度数据，将其发送给网关5 ; 所述的大腿部测量装置2安装于行人大腿部位置，且包括大腿部=轴微巧螺21、 大腿部=轴微加速度计22、大腿部嵌入式微处理器23、大腿部无线数据收发模块24,其中， 大腿部=轴微巧螺21和大腿部=轴微加速度计22分别用于读取测量行人大腿部的旋转角 速度数据和加速度数据并传送给大腿部嵌入式微处理器23 ;大腿部嵌入式微处理器23用 于接收大腿部=轴微巧螺21、大腿部=轴微加速度计22的测量的旋转角速度数据W及加 速度数据；大腿部无线数据收发模块24接收或发送旋转角速度数据W及加速度数据，将其 发送给网关5 ; 所述的小腿部测量装置3安装于行人小腿部位置，且包括小腿部=轴微巧螺31、 小腿部S轴微加速度计32、小腿部嵌入式微处理器33、小腿部无线数据收发模块34,其中， 小腿部=轴微巧螺31和小腿部=轴微加速度计32分别用于读取测量行人小腿部的旋转角 速度数据和加速度数据并传送给小腿部嵌入式微处理器33 ;小腿部嵌入式微处理器33用 于接收小腿部=轴微巧螺31、小腿部=轴微加速度计32的测量的旋转角速度数据W及加 速度数据；小腿部无线数据收发模块34用于接收或发送旋转角速度数据W及加速度数据， 将其发送给网关5 ; 所述的足面测量装置4安装于行人足面位置，且包括足面=轴微巧螺41、足面= 轴微加速度计42、足面嵌入式微处理器43、足面无线数据收发模块44,其中，足面=轴微巧 螺41和足面=轴微加速度计42分别用于读取测量行人足面部的旋转角速度数据和加速度 数据并传送给足面嵌入式微处理器43 ;足面嵌入式微处理器43用于接收足面=轴微巧螺 41、足面=轴微加速度计42的测量的旋转角速度数据W及加速度数据；足面无线数据收发 模块44用于接收或发送旋转角速度数据W及加速度数据，将其发送给网关5 ; 所述的网关5用于计算行人的水平路面步幅化(j)、斜坡路面步幅化(j)，它将步 幅计算结果发送至传输给PC机，该模块包括网关无线数据收发模块51、网关嵌入式微处理 器52、网关非易失存储模块53、网关显示模块54和网关W太网通信模块55,其中， 所述网关无线数据收发模块51用于接收腰部测量装置1、大腿部测量装置2、小腿 部测量装置3W及足面测量装置4发来的各测量数据，并发当前第1页1 2 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种行人步幅测量系统，它包括腰部测量装置(1)、大腿部测量装置(2)、小腿部测量装置(3)、足面测量装置(4)以及网关(5)，其中，腰部测量装置(1)、大腿部测量装置(2)、小腿部测量装置(3)以及足面测量装置(4)分别用于测量步态周期期间行人步态的各个测量数据，通过无线通信将各个测量数据发送至网关(5)并传输至PC机，其特征在于：所述的腰部测量装置(1)安装于行人腰部位置，腰部测量装置(1)包括腰部三轴微陀螺(11)、腰部三轴微加速度计(12)、腰部无线数据收发模块(13)、腰部嵌入式微处理器(14)，其中，腰部三轴微陀螺(11)和腰部三轴微加速度计(12)分别用于读取测量行人腰部的旋转角速度数据和加速度数据并传送给腰部嵌入式微处理器(13)；腰部嵌入式微处理器(13)用于接收腰部三轴微陀螺(11)、腰部三轴微加速度计(12)的测量的旋转角速度数据以及加速度数据；腰部无线数据收发模块(14)接收或发送旋转角速度数据以及加速度数据，将其发送给网关(5)；所述的大腿部测量装置(2)安装于行人大腿部位置，且包括大腿部三轴微陀螺(21)、大腿部三轴微加速度计(22)、大腿部嵌入式微处理器(23)、大腿部无线数据收发模块(24)，其中，大腿部三轴微陀螺(21)和大腿部三轴微加速度计(22)分别用于读取测量行人大腿部的旋转角速度数据和加速度数据并传送给大腿部嵌入式微处理器(23)；大腿部嵌入式微处理器(23)用于接收大腿部三轴微陀螺(21)、大腿部三轴微加速度计(22)的测量的旋转角速度数据以及加速度数据；大腿部无线数据收发模块(24)接收或发送旋转角速度数据以及加速度数据，将其发送给网关(5)；所述的小腿部测量装置(3)安装于行人小腿部位置，且包括小腿部三轴微陀螺(31)、小腿部三轴微加速度计(32)、小腿部嵌入式微处理器(33)、小腿部无线数据收发模块(34)，其中，小腿部三轴微陀螺(31)和小腿部三轴微加速度计(32)分别用于读取测量行人小腿部的旋转角速度数据和加速度数据并传送给小腿部嵌入式微处理器(33)；小腿部嵌入式微处理器(33)用于接收小腿部三轴微陀螺(31)、小腿部三轴微加速度计(32)的测量的旋转角速度数据以及加速度数据；小腿部无线数据收发模块(34)用于接收或发送旋转角速度数据以及加速度数据，将其发送给网关(5)；所述的足面测量装置(4)安装于行人足面位置，且包括足面三轴微陀螺(41)、足面三轴微加速度计(42)、足面嵌入式微处理器(43)、足面无线数据收发模块(44)，其中，足面三轴微陀螺(41)和足面三轴微加速度计(42)分别用于读取测量行人足面部的旋转角速度数据和加速度数据并传送给足面嵌入式微处理器(43)；足面嵌入式微处理器(43)用于接收足面三轴微陀螺(41)、足面三轴微加速度计(42)的测量的旋转角速度数据以及加速度数据；足面无线数据收发模块(44)用于接收或发送旋转角速度数据以及加速度数据，将其发送给网关(5)；所述的网关(5)用于计算行人的水平路面步幅SL(j)、斜坡路面步幅SL(j)，它将步幅计算结果发送至传输给PC机，该模块包括网关无线数据收发模块(51)、网关嵌入式微处理器(52)、网关非易失存储模块(53)、网关显示模块(54)和网关以太网通信模块(55)，其中，所述网关无线数据收发模块(51)用于接收腰部测量装置(1)、大腿部测量装置(2)、小腿部测量装置(3)以及足面测量装置(4)发来的各测量数据，并发送给网关嵌入式微处理器模块(52)；所述网关嵌入式微处理器(52)用于计算行人步幅SL(j)，并存储于非易失存储模块(53)中；所述非易失存储模块(53)用于存储来自网关嵌入式微处理器(52)的测量数据以及步幅计算结果；所述显示模块(54)用于显示非易失存储模块(53)中的步幅计算结果；所述以太网通信模块(55)用于将各测量数据以及步幅计算结果从网关(5)中传输至PC机中；所述网关嵌入式微处理器(52)用于计算行人水平路面步幅SL(j)和斜坡路面步幅SL(i)，具体如下：计算行人水平路面步幅，记为SL(j)，计算式如下：SL(j)=2LA1A2(sin(θ1(j))+sin(φ1(j)))+2LA2A3[sin(θ1(j)+θ2(j))+sin(φ1(j)+φ2(j))]-2LA3A4[cos(θ1(j)+θ2(j)+θ3(j)-π2)]+2Sf---(2)]]>计算斜坡路面步幅，记为SL(i)，计算式如下：SL(i)=2LA1A2(sin(θ1(j))+sin(φ1(j)))sin(θ3(tm(j))-θ3(tm(0)))+2LA2A3[sin(...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：郑学理，付敬奇，陈寄秋，赵珊，
申请(专利权)人：上海大学，
类型：发明
国别省市：上海;31