[發明專利]一種基于GPS的高山雪原地區運動人員定位及姿態確定方法

有效

• 申請號: 202011351271.3
• 申請日: 2020-11-27
• 公開（公告）號: CN112180405B
• 公開（公告）日: 2021-02-23
• 發明（設計）人: 劉文;左雪楠;胡德剛;郭富裕;丁名聰;張衡
• 申請（專利權）人: 北京建筑大學
• 主分類號: G01S19/19
• 分類號: G01S19/19;G01S19/42;G01S19/40;H04W4/02;H04W64/00;A61B5/00;A61B5/05;A61B5/11
• 代理公司: 山東誠杰律師事務所 37265
• 代理人: 王志強;孫廷方

1.一種基于GPS的高山雪原地區運動人員定位及姿態確定方法，其特征在于，所述方法包括：服務器、無人機、所述無人機上安裝有GPS、UWB定位基站，運動人員的頭盔上安裝有GPS，身上布置UWB標簽，所有設備通過無線連接；并采用如下步驟執行：

S1，在服務器上，加載當前高山雪原地區高精度DEM數據，根據待定位區域地形及范圍特征，選擇多個定位基點，獲得該多個定位基點的GPS坐標數據，將該GPS坐標數據矯正、疊加到該DEM數據上，使得同名定位基點的GPS坐標數據和DEM數據實現匹配；

S2，獲取運動人員當前時刻GPS坐標數據，及設定時間間隔后的GPS坐標數據，由這兩個數據構建一條三維定位線段，去除該三維定位線段的GPS坐標數據，僅保留長度和方向，形成一三維定位矢量；

S3，找到距離所述三維定位線段中點最近且分別位于該三維定位線段兩邊的兩個定位基點，形成兩個定位三角形，計算這兩個定位三角形的中線長度，分別以DEM數據上的與所述兩個定位基點分別同名的兩個定位基點為矯正三角形的頂點，以該三維定位矢量為矯正三角形的一條邊，該邊與該頂點相對，分別以該兩個定位三角形的中線長度為對應側矯正三角形的中線長度，形成兩批矯正三角形，以該兩批矯正三角形的三維定位矢量那條邊在DEM數據上重合的線段為運動人員的實際定位矢量；

S4，以該實際定位矢量起點和終點在DEM數據上的空間坐標形成的定位路徑，對所述三維定位線段進行校正，確定校正后的定位路徑為該運動人員的實際運動路徑；

S5，在運動人員的頭部、雙手腕、雙手肘、雙肩、肚臍、雙跨、雙膝、雙腳，布置UWB標簽，無人機上安裝GPS及UWB定位基站；

S6，該無人機以平行于步驟S4中確定的運動人員的實際運動路徑，且離地高度6-10m的空中線路為與該運動人員的實際運動路徑同時刻的飛行路線，該飛行路線基于所述設定時間間隔同步更新，無人機的飛行速度為三維定位線段除以所述設定時間間隔得到的速度；

S7，服務器接收UWB定位基站接收到的運動人員各部位的UWB標簽實時位置，通過計算，得到運動人員的UWB標簽構成的三維骨架姿態，服務器再將該三維骨架姿態渲染為運動人員的實時三維姿態；

S8，將該運動人員的實時三維姿態與無人機的GPS坐標數據進行匹配，得到該運動人員在實際運動路徑上的運動姿態數據。

2.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述設定時間間隔為1-5秒。

3.如權利要求1所述的方法，其特征在于，若兩個矯正三角形的三維定位矢量那條邊在DEM數據上無法完全重合，則選擇由那兩條邊距離最近時構成的矩形的與矢量方向同向的中軸線作為運動人員的實際定位矢量。

4.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述無人機的運動路徑起點在所述運動人員的實際運動路徑起點的后方3-5m。

5.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述對所述三維定位線段進行校正，采用最小二乘法或平均值的方式進行校正。