[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

本發明公開了一種基于GPS的高山雪原地區運動人員定位及姿態確定方法，該方法通過配準DEM數據和GPS數據，以運動人員相鄰時刻的GPS數據構建一三維定位矢量，分別以DEM上的兩個與GPS定位基點同名的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，形成兩個矯正三角形，該兩個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，以該定位矢量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，以該運動路徑引導安裝了GPS及UWB定位基站的無人機對運動人員進行運動姿態數據的獲取，該方法克服了高山雪原地區GPS信號弱反射率高無法精準定位的問題。

技術領域

本發明涉及運動人員的運動路徑及運動姿態確定的技術領域。

背景技術

衛星導航技術尤以其高靈敏度導航信號接收技術的研究和應用，大大拓展了衛星導航的可用范圍。但有些地區在衛星信號弱，特別是高山雪原地區，由于云層厚薄不一，且地面覆蓋積雪反射率高，使得采用常規的GPS定位設備無法準確的獲得用戶的位置。

現有的高山雪原地區GPS定位常常采用的是高級定制定位設備，造價昂貴且難保養維護，使得其擴大應用受阻，特別的是在需要進行運動人員的定位時，由于采用單點定位的方式，其運動的路徑定位精度不高，且目前對于運動人員的運動姿態的確定方式往往是通過大量的圖像識別算法或者對數量眾多的多軸傳感器或者壓力傳感器數據解算進行的，解算時間較長，其姿態獲取的及時性不高，姿態的精度也受算法的解算結果精度影響。

針對上述問題，目前仍沒有可行的解決方案。

發明內容

為了解決現有技術的上述問題，本發明提出了一種基于GPS的高山雪原地區運動人員定位及姿態確定方法，其通過配準DEM數據和GPS數據，以運動人員相鄰時刻的GPS數據構建一三維定位矢量，分別以DEM上的兩個與GPS定位基點同名的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，形成兩個矯正三角形，該兩個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，以該定位矢量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，以該運動路徑引導安裝了GPS及UWB定位基站的無人機對運動人員進行運動姿態數據的獲取，該方法克服了高山雪原地區GPS信號弱反射率高無法精準定位的問題。

本發明實施例的具體技術方案是：

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，待定位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數據，將該GPS數據矯正、疊加到該DEM數據上，使得同名定位基點的GPS數據和DEM數據實現匹配；

S2，獲取運動人員當前時刻GPS數據，及設定時間間隔后的GPS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上的兩個同名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；