技术领域
[0001] 本发明涉及通信定位技术领域，具体为一种运动员跑步训练精准定位装置及方法，尤其涉及一种能够兼顾室内场景定位的运动员跑步训练定位装置及方法。
相关背景技术
[0002] 在体育运动项目中，跑步运动员在训练时，除了大量刻苦训练外，还需要对运动状态精确了解，为了记录运动员的训练情况，定位设备就尤为重要，通过定位装置获取的定位信息，来判断运动员的跑速、规划跑步路径等。
[0003] 现有的定位装置多依赖GPS，当持有者操作智能手环进入跑步模式后，软件会打开GPS定位或WIFI定位，但由于受客观环境因素影响，导致运动轨迹与实际跑步训练不符，不能准确地记录或评估持有者的跑步训练结果。
[0004] 虽然在室外情况下GPS有一定的优势，但是考虑到环境因素和室内训练场景，则还需要可用于室内的训练定位技术，来处理GPS信号环境不好的问题，并以此加强训练定位精确度。
[0005] 另外，运动穿戴设备主要是依靠GPS来计算跑步距离，但是，GPS定位受环境影响大的缺点影响了跑步距离的精确度，难以通过多方面数据进行精确定位、数据的监测、验证和校准；
[0006] 此外，通过GPS或者WiFi等无线通信定位，多依靠信号强度来判断定位位置，若设备出现信号终端、外部设备信号屏蔽或者GPS信号弱的情况下，无法继续获得更精确的定位，并且无法通过无线通信在定位的同时获取轨迹信息和监测移动轨迹，以监测移动路径不偏移超出限定轨迹路径的能力。
[0007] 为此，我们提出一种运动员跑步训练精准定位装置及方法。
具体实施方式
[0051] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0052] 实施例一
[0053] 请参阅图1和图5，本发明提供一种技术方案：
[0054] 一种运动员跑步训练精准定位装置，包括定位装置以及用于所述定位装置的无线定位系统，定位装置包括用于佩戴在身体任一部位的移动终端200和用于固定放置在任一平面的固定终端100，所述移动终端200和所述固定终端100通过无线通信进行相互数据反馈；
[0055] 在本实施例中，移动终端200和固定终端100均配置有用于进行无线通信和收发无线电波的模组；固定终端100配置有4G通信模块，用于连接定位平台（云服务器/云平台）。
[0056] 所述无线定位系统包括：
[0057] 通信识别模块301，用于生成无线通信传输路径，识别建立通信连接的移动终端200和固定终端100的硬件信息，连接定位平台后，基于硬件信息匹配相应的身份信息，并将所述硬件信息和所述身份进行集成显示；
[0058] 无线定位单元302，用于集成相应的传感器组件以及无线信号收发组件，将数据按照通信识别模块301识别的硬件信息进行分类和预处理，传输至相应模块组件中进行定位分析；
[0059] 围栏地图模块303，用于根据所述固定终端100反馈的定位分析数据，基于固定终端100的位置设立数据筛选规则，将超出设定规则部分的数据进行删除，形成数据围栏和数据边界；
[0060] 需要说明的是，作为优选的实施例，接收至少一个固定终端100实时反馈的数据及其定位数据，基于至少一个定位数据，建立数据围栏，并生成用于数据围栏的定位坐标系，移动终端200通过与固定终端100之间的无线通信反馈数据，获得数据围栏内的定位坐标和定位位置，其中，该数据围栏至少为一个，该数据围栏能够由人工进行调整，每一个生成的数据围栏数据和相应组件及功能模块的调节分布数据，上传至定位平台，由定位平台进行数据下载传输，基于历史的数据围栏生成方式，定位平台生成参数调节模板，再次实施时，可直接调用调节参数和数据围栏，并获取该数据围栏中的无线通信定位处理方式。
[0061] 预轨迹生成模块304，用于接收移动终端200的数据请求，基于围栏地图模块303获得的数据围栏，生成至少一个定位数据轨迹，该定位数据轨迹用于作为参照轨迹与移动终端200实时反馈的数据进行校对，其中，该定位数据轨以线条状轨迹路径显示；
[0062] 需要说明的是，具体步骤流程为：基于围栏地图模块303获得的数据围栏建立一个坐标数据集，将该包含定位坐标的坐标数据集传输至相应的功能模块中，将该坐标数据集转化成为数据围栏中的定位数据轨迹，并将轨迹可视化，同时对比移动终端200反馈的每一次定位数据，判断是否处于定位数据轨迹包含的坐标范围内，用以进行校准和监测。
[0063] 互通定位模块305，用于基于至少一个其它定位装置的无线信号数据，获取用于更新当前定位装置的数据，基于其它定位装置的反馈数据，进行定位数据更新。
[0064] 需要说明的是，具体步骤流程为：
[0065] 移动终端200连接固定终端100获取初始定位点，通过无线通信连接至少一个其他移动终端200和其他固定终端100，相互进行数据传输和反馈，其中，移动终端200每0.01‑0.5s主动发射一次无线信号，传输数据并接收各个固定终端100的反馈数据；
[0066] 当一个移动终端200接收到其他移动终端200或其他固定终端100的无线信号进行响应时，则立即反馈当前数据，并同时发送一次无线信号用以更新当前数据和将该次无线信号响应的数据反馈至信号发射源头设备处，获取数据的过程中，信号发射源头设备不进行相同的无线通信交互动作。
[0067] 定位解析模块306，用于对定位数据进行分析处理，获得定位结果数据包括定位距离数据、定位导航数据，并将定位结果数据输出到应用程序或其他功能模块组件中，进行可视化显示。
[0068] 需要说明的是，具体步骤流程为：
[0069] 将互通定位模块305获取的数据进行预处理，去除错误和重复的数据点后，将数据转换为围栏地图模块303所需的坐标系及坐标，分析移动终端200的移动参数数据，即：两次无线信号发射过程中的移动终端200移动距离、移动速度、移动方位、偏移角度；
[0070] 因为固定终端100的定位数据不变且能够作为参考数据，通过至少一个固定终端100的定位数据以及至少一个其他移动终端200的反馈数据获得当前位置数据，其中，使用最小二乘法进行校准，以提高精度。
[0071] 设已知点固定终端A(0，0，0)，其它移动终端B(𝓧 1，𝓨 1，𝓩 1)，移动终端/固定终端C(𝓧 2，𝓨 2，𝓩 2)，当前未知点P(𝓧 ，𝓨 ，𝓩 )。
[0072] 则有：
[0073] PA² = ² + ² + ²；
[0074] PB² = (𝓧 ‑ 𝓧 1)² + (𝓨 ‑ 𝓨 1)² + (𝓩 ‑ 𝓩 1)²；
[0075] PC² = (𝓧 ‑ 𝓧 2)² + (𝓨 ‑ 𝓨 2)² + (𝓩 ‑ 𝓩 2)²；
[0076] 通过求解上述方程组，可以得到未知点P的坐标。
[0077] 此外，在具有三个及以上的固定终端100的实时反馈数据时，通过上述方式获取三个固定终端100形成的围栏地图的中心位置坐标和数据，将中心位置坐标数据作为独立参考点数据。
[0078] 所述通信识别模块301与所述无线定位单元302相互连接，所述通信识别模块301分布连接所述互通定位模块305、所述围栏地图模块303和所述预轨迹生成模块304，所述无线定位单元302、所述互通定位模块305、所述围栏地图模块303和所述预轨迹生成模块304均与所述定位解析模块306相连接；
[0079] 在本申请的具体实施例中，通信识别模块301还连接有交互可视模块307，交互可视模块307用于连接各个功能模块，按照规则将数据转化为可视化显示，并生成用于交互显示操作的UI界面，传输至相应组件或者功能模块中；
[0080] 无线定位单元302包括蓝牙模组、RFID系统模组、UWB模组和GPS模组中的一个或者多个组合。
[0081] 实施例二
[0082] 如图3所示，在实施例一的基础上，通信识别模块301、无线定位单元302和互通定位模块305相互连接，用于基于无线通信组件生成局域连接网络，并由固定终端100收集并处理数据，建立与定位平台的数据沟通，其中，固定终端100收发无线通信信号、无线通信电波，每接收一次数据在本地/定位平台计算解析数据，向相应终端或者功能模块反馈位置定位数据，无线定位单元302采用wifi定位、蓝牙、UWB超宽带实现精确定位，固定终端100通过wifi或者4G通信与定位平台建立通信，所述固定终端100和所述移动终端200之间还建立wifi通信连接，通过wifi指纹算法来处理wifi信号数据，进行定位；
[0083] 另外的，无线定位单元302还包括RFID系统，固定终端100配置RFID读写模组，移动终端200配置RFID标签模组，用于在多个固定终端100按照特定顺序和排列分布情况下，多个固定终端100在相同通信并编序后，通过交互读取一个移动终端200中的RFID标签的时间和信息，来计算定位该移动终端200的移动距离和移动时间，并缩小无线定位所计算和分析的数据范围；优选的，固定终端100呈等距线性分布时（具体为直线跑道上等距分布若干固定终端100），移动终端200每经过一次固定终端100则能够代表已经移动了一定距离，即没经过一次固定终端100产生一次信号，该距离具有具体的正负数值，在返回上一固定终端100通信时，距离时相应减小，通过设置循环点即顺序通过任意两个固定点之间的距离完成一次循环，重新开始计算来进行循环计算，同时，分布排序的两个固定终端100形成分割区域，在移动终端200与其中一个固定终端100相应后，仅计算该固定终端100与前后一位排序的固定终端100之间区域的位置数据即可，提升定位效率。
[0084] 作为本申请一优选实施例，通信识别模块301、互通定位模块305、围栏地图模块303和与轨迹生成模块相互连接，用于通过固定终端100的已知定位数据，生成围栏地图，基于围栏地图建立新的坐标系，并为每个进行无线通信的移动终端200建立定位坐标，根据定位坐标数据分析并反馈其中一个移动终端200的移动距离、移动方向和位于围栏地图范围内的精确位置，其中，移动终端200在经过其中一个固定终端100时，由固定终端100读取RFID标签信息，记录当前读取信息的时间和移动终端200的坐标位置，在这个过程中，通过记录当前wifi信号的强度，通过定位平台匹配该信号强度数据，判断当前移动终端200的坐标位置，将其记录进入该次RFID标签读取的信息注释中；
[0085] 如图2所示，作为本申请另一优选实施例，无线定位单元302、互通定位模块305、围栏地图模块303和定位解析模块306，用于解析蓝牙通信、WiFi通信和UWB超宽带信号，使移动终端200定期发射无线信号，并接收匹配的围栏地图中所有已连接终端的反馈信息，其中，当出现2个及以上的固定终端100时，围栏地图则将其中最先发起通信的固定终端100作为最优先参照点，依此类推，使所有固定终端100同时生成并共享一个围栏地图，当围栏地图生成后，有新的固定终端100加入时则需要再围栏地图内的任一位置进行加入，否则，则基于最优先参照点生成新的坐标，并重新生成新的能够包括该新的固定终端100的围栏地图。
[0086] 具体流程为：
[0087] 设Wi‑Fi、UWB和蓝牙分别为 、 和 个信标；
[0088] 对于Wi‑Fi、UWB和蓝牙，分别计算信号强度或时间差（ToF）与每个信标之间的距离，假设距离分别为 、 和 。
[0089] 假设位置坐标为( )，位置估计公式为：
[0090]
[0091] 其中， i、 j和bk是权重因子，分别用于反映采用Wi‑Fi、UWB和蓝牙在定位中的重要性。
[0092] 如图4所示，作为本申请一优选实施例，定位解析模块306、预轨迹生成模块304、互通定位模块305和通信识别模块301相互连接，用于生成包含至少一个坐标数据集的轨迹路径，该轨迹路径验证和监测移动终端200实时反馈获得的位置坐标，通过调整轨迹路径中的坐标包含范围以及加入坐标验证规则，使轨迹路径进行移动方向定位，此外，该轨迹路径中设置有若干标记点，在标记点处存储和上传移动终端200自上一标记点生成后到当前标记点的所有数据。用于实现复盘、数据校准、数据核对以及人工数据验证。
[0093] 根据本发明的提供的另一实施例，一种运动员跑步训练精准定位方法。
[0094] 一种运动员跑步训练精准定位方法，包括以下步骤：
[0095] 步骤S1：用户佩戴移动终端200，并将固定终端100放置在训练区域中的一处并固定，开启所有设备的无线通信定位功能，固定终端100通过人工设定或者由定位平台设定获得现实坐标，并将现实坐标数据绑定生成一个虚拟坐标，该虚拟坐标用于作为固定的参考坐标；
[0096] 步骤S2：移动终端200和固定终端100均发射无线波（包括wifi、蓝牙、低毫米波雷达）进行通信，获得初始反馈数据，同时，通过反馈数据判断是否存在其它的定位装置终端组件，并一同建立通信连接（通信连接数量可以设置），并设定其中之一固定终端100作为数据中枢；
[0097] 步骤S3：通过固定终端100反馈的固定坐标数据，建立一个坐标地图，并在该坐标地图中生成一个围栏区域，通过定位平台或本地存在，仅处理在该围栏区域内的数据，以加快数据处理效率，同时通过定位装置进行本地的数据筛选；
[0098] 步骤S4：用户开启训练，并处于运动状态后，移动终端200以固定时间周期发射一次无线波，形成无线波纹，每一次发射在通信范围内的定位装置均对该次信号进行反馈，并将该次接收的反馈数据发送至已固定的所有固定终端100中，并根据固定终端100的优先级，指定其中之一固定终端100发送和解析该数据；
[0099] 步骤S5：固定终端100分别提取当前移动终端200距离所有固定终端100的距离，通过至少2个固定终端100的数据判断具体位置；
[0100] 步骤S6：固定终端100分别提取当前移动终端200距离所有其它移动终端200的距离，选择距离最近的其它移动终端200，并调取该移动终端200当前经步骤S5获得的位置数据，得到两个移动终端200之间的相对距离数据、相对方向数据，并校准位置数据，以进行精确监测定位；
[0101] 若移动终端200无法与至少一个固定终端100建立无线通信时，移动终端200会通过UWB将该次请求发送至通信范围内的另一移动终端200，由另一移动终端200将数据将入转发编号后进行相应的数据发送和接收反馈，即移动终端200可以仅保持超低功耗的UWB信号发送，也可以进行精确的位置定位。
[0102] 如图2所示，在一个室内定位的示例场景中：
[0103] 将固定终端100的坐标数据设为固定坐标点，将当前发射信号的移动终端200的坐标数据设为活动坐标点，将一个响应当前发射信号的其它移动终端200设为辅助坐标点；
[0104] 设由4个固定坐标点，4固定终端100呈“十”字形分布，4个固定终端100形成一个围栏地图区域，活动坐标点位于该区域内部。
[0105] 具体为：
[0106] 使用4个固定坐标点和1个活动坐标点，构建一个线性方程组。
[0107] 设活动坐标点为A( )、辅助坐标点为B( )，4个固定坐标点为 1()， 2 ( )， 3( )， 4( )。
[0108] 线性方程组：
[0109]
[0110] 由此可获得，活动坐标点为A和辅助坐标点为B的具体坐标；
[0111] 使用欧几里得距离公式计算A和B之间的距离：
[0112]
[0113] 计算方位角 ，即A到B的方向角，具体如下：
[0114]
[0115] 在本申请的具体实施例中，在进行测速和测定距离时，移动终端200以固定频率向其中之一定位终端发射无线信号，固定终端100以固定频率时间和位置坐标变化数据判断移动终端200的移动速度和运动轨迹，固定频率设置范围为0.05‑0.5S。
[0116] 在本申请的具体实施例中，监测定位包括以下步骤：
[0117] 在生成围栏地图后，地图内的坐标将重新设置并转化为可视化显示，通过交互动作如触摸、滑动即可生成用于围栏地图的轨迹生成的坐标数据集，该数据集会以轨迹、路径指示灯方式进行可视化显示，该数据集处定位坐标数据集外，还包含有移动距离信息和移动方向判断，即在数据集中进一步增加用于判断移动方向的坐标数据集以监测坐标变化信息。
[0118] 具体为：在已生成的坐标数据集中，设定生成用于监测的特征坐标数据集，并在特征坐标数据集生成若干具有编码的验证数据集；
[0119] 判断新接收的坐标特征数据，是否在设定的监测的特征数据集中，若新接收的坐标特征数据在特征坐标数据集中，并按照编码依次落入验证数据集中时，则判断训练路径和跑步方向是正确的；
[0120] 若新接收的坐标特征数据相较坐标数据集中的特征数据坐标出现增加或者减少情况时，则判断是否落入某一验证数据集中，根据编码的顺序以判断运动方向是否正确；
[0121] 若未落入某一验证数据集中，则判断该次移动是否偏离或者错误，获得结果后，记录并执行相应的动作指令。
[0122] 在一个实施例中，还提供了一种计算机可读存储介质，例如包括指令的存储器，上述指令可由处理器执行以完成上述实施例中的一种中央空调智能控制系统。
[0123] 例如，该计算机可读存储介质可以是只读存储器(read‑only memory，ROM)、随机存取存储器(random accessmemory，RAM)、只读光盘(compact disc read‑only memory，CD‑ROM)、磁带、软盘和光数据存储设备等。
[0124] 本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本发明的其它实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由权利要求指出。应当理解的是，本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。
[0125] 尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
