基于GPS和加速度傳感器的運(yùn)動(dòng)類智能終端應(yīng)用軟件的設(shè)計(jì)淺析

葉思

摘要：隨著寬帶無線移動(dòng)通信技術(shù)的發(fā)展和WEB技術(shù)的運(yùn)用，移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)發(fā)展非常迅速，成為繼寬帶技術(shù)后的又一個(gè)推動(dòng)力，為互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展提供了全新的平臺，使互聯(lián)網(wǎng)更加的普及，并且其還具有隨身性和多功能的整合，實(shí)現(xiàn)了個(gè)性化的定制功能，為傳統(tǒng)的互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)提供了新的發(fā)展平臺，促進(jìn)了商業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。而且移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的發(fā)展促進(jìn)了網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用空間的擴(kuò)大，在社交、運(yùn)動(dòng)健身方面發(fā)揮了較為重要的作用。

關(guān)鍵詞：GPS；加速傳感器；智能終端；軟件

中圖分類號：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044（2016）34-0127-02

移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)充分地將移動(dòng)通信和互聯(lián)網(wǎng)結(jié)合起來，為用戶提供了更多的便利。在剛剛過去的幾十年里，移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)成為市場潛力最大的科技。隨著移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的普及，促進(jìn)社會文明程度的深化，人們的生活觀念發(fā)生了很大的變化。隨著人們生活水平的提高，人們對自己的身體健康越來越關(guān)注，運(yùn)動(dòng)休閑已經(jīng)成為人們生活中不可或缺的部分，其可以放松人們的身心。

1 基于手機(jī)GPS的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)計(jì)算法的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)概述

如今，現(xiàn)有的運(yùn)動(dòng)類的手機(jī)軟件主要通過對用戶的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，主要對運(yùn)動(dòng)的時(shí)間和日期進(jìn)行記錄，并且對人們運(yùn)動(dòng)持續(xù)的時(shí)間進(jìn)行分析，對運(yùn)動(dòng)的距離進(jìn)行記錄，分析人們的運(yùn)動(dòng)速度和運(yùn)動(dòng)中各類能量的消耗。運(yùn)動(dòng)的日期和時(shí)間是基礎(chǔ)的項(xiàng)目，在不同的軟件上會以不同的方式呈現(xiàn)，但是統(tǒng)計(jì)的結(jié)果差別不大。在運(yùn)動(dòng)速度和卡路里消耗的分析上，要在對運(yùn)動(dòng)距離進(jìn)行記錄的基礎(chǔ)上進(jìn)行，所以，運(yùn)動(dòng)距離的記錄是各項(xiàng)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)的基礎(chǔ)。所以，軟件要完善運(yùn)動(dòng)距離統(tǒng)計(jì)的精確性，通過對現(xiàn)有的統(tǒng)計(jì)方法的分析，主要分成對用戶的步伐數(shù)的計(jì)算和借助手機(jī)GPS獲取地理位置的方式，前者通過對人體的平均步伐的距離進(jìn)行分析，從而對人們運(yùn)動(dòng)的距離進(jìn)行估算，后者主要借助數(shù)學(xué)公式對人們的移動(dòng)距離進(jìn)行計(jì)算。前者的關(guān)鍵在于計(jì)算出用戶的步伐數(shù)，要對人體步伐距離進(jìn)行模擬，這兩項(xiàng)數(shù)據(jù)在計(jì)算的過程中容易產(chǎn)生比較大的誤差。后者采用手機(jī)GPS的方式，這種方法的精確性更高。

2 GPS介紹及地球球面距離的算法

2.1 GPS定位原理

GPS也可以稱為全球定位系統(tǒng)，由3個(gè)備用衛(wèi)星和21顆正在使用的衛(wèi)星構(gòu)成，其在2萬高空上飛行，并且每12小時(shí)圍繞地球旋轉(zhuǎn)一周，通過借助GPS可以對用戶的位置進(jìn)行確定，GPS技術(shù)的運(yùn)營原理要通過發(fā)射源來確定，分析發(fā)射的信號從發(fā)射開始到用戶接收到的時(shí)間，這個(gè)信號與信號的傳播時(shí)間和信號的速度有關(guān)。接收機(jī)可以在不同的角度對發(fā)射源的位置進(jìn)行分析，通過廣播信號的形式分析傳播的時(shí)間，確定好自己的位置。一般情況下，GPS的精度在15米左右，很多高端的產(chǎn)品的精度更高。

GPS測量技術(shù)實(shí)現(xiàn)了動(dòng)態(tài)化的測試，在建立瞬時(shí)坐標(biāo)后，可以通過對衛(wèi)星軌道的參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，從而將GPS衛(wèi)星和用戶接收天線的距離計(jì)算出來，然后采用后方交會的方式，將接受天線的位置確定好。借助上述的方法，借助手機(jī)GPS對衛(wèi)星的信號進(jìn)行模擬，從而可以實(shí)時(shí)的獲取經(jīng)緯度。通過建立待測點(diǎn)的坐標(biāo)和空間直角坐標(biāo)的方式，然后計(jì)算機(jī)接收機(jī)的鐘差，衛(wèi)星鐘的鐘差一般是由衛(wèi)星星歷提供。在不同的四個(gè)方位分別分析衛(wèi)星和接收機(jī)之間的距離，然后建立兩個(gè)待測點(diǎn)的基站，向已知的三個(gè)控制點(diǎn)的基站發(fā)出信號，計(jì)算出待定點(diǎn)的橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)。通過分析前方交會的方式，對兩個(gè)已知點(diǎn)進(jìn)行分析，觀察水平角的位置，從而通過對已知點(diǎn)坐標(biāo)的分析，確定坐標(biāo)定點(diǎn)。

2.2 GPS數(shù)據(jù)格式

如今，在國際上常常使用的GPS接收機(jī)的信息通常以兩種格式呈現(xiàn)，一般是美國海洋電子協(xié)會制定的格式，呈現(xiàn)出二進(jìn)制的格式。二進(jìn)制格式呈現(xiàn)出多種定向數(shù)據(jù)的句型，而且各種句型的符號固定，這些數(shù)據(jù)可以明確地分析用戶所處的位置、速度和航向等，分析衛(wèi)星的狀況。在二進(jìn)制的格式中，首先確定時(shí)間，我國處于東八區(qū)，所以要在原時(shí)間上加上8，然后確定好當(dāng)前的時(shí)間。其次完成狀態(tài)的定位，確定好有效定位和無效定位，完成維度分析，確定好半球，完善精度定位，將地面的速率計(jì)算好，地面的速率如果沒有移動(dòng)，速率一般為零。通過對地面航向的分析，可以確定好狀態(tài)。

將所有的GPS定位語句完成后，所有的信號都會傳輸?shù)绞謾C(jī)上，這樣就可以借助相同的方法對信息進(jìn)行解析和計(jì)算，從而完成設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)分析要求。

2.3 根據(jù)經(jīng)緯度計(jì)算兩點(diǎn)之間的距離

本文通過借助球面的弧長的近似值分析球面的距離，由于地球的表面非常不均勻，所以，在對兩個(gè)點(diǎn)之間的距離測量中存在一定的問題，所以，應(yīng)該借助簡化的方式進(jìn)行求解。在兩點(diǎn)的經(jīng)緯度已知的情況下，應(yīng)該選擇好另一個(gè)精準(zhǔn)點(diǎn)，將這個(gè)精準(zhǔn)點(diǎn)設(shè)計(jì)成C，然后采用公式L=πRa進(jìn)行計(jì)算。在對經(jīng)度圈進(jìn)行計(jì)算的過程中，應(yīng)該先選擇半徑的平均值，半徑的平均值經(jīng)過反復(fù)的計(jì)算為6371千米，在對緯度圈進(jìn)行計(jì)算的過程中，要先選擇半徑為地球半徑乘以精準(zhǔn)點(diǎn)的余弦。

3 GPS誤差來源和修正算法

3.1 GPS誤差的來源

GPS產(chǎn)生誤差的主要原因在于衛(wèi)星、傳播路徑和接收機(jī)。

在運(yùn)用衛(wèi)星進(jìn)行定位的過程中會產(chǎn)生衛(wèi)星星史的誤差，在給出的時(shí)間內(nèi)結(jié)合衛(wèi)星空間的位置，從而通過對實(shí)際位置的誤差的分析，可以在地面監(jiān)控系統(tǒng)分析的基礎(chǔ)上，找到衛(wèi)星軌道的誤差。這是一種數(shù)據(jù)的誤差，其大小與衛(wèi)星跟蹤站的數(shù)量和在太空中分布的情況有關(guān)，通過對衛(wèi)星觀測值和分布的精度的分析，可以對軌道進(jìn)行計(jì)算，找出定軌的完善方法。星歷誤差是運(yùn)用GPS定位中最常見的誤差。衛(wèi)星還會產(chǎn)生衛(wèi)星鐘差，這種誤差指的是衛(wèi)星的時(shí)間和GPS的時(shí)間會產(chǎn)生差別，為了確保時(shí)鐘經(jīng)度的準(zhǔn)確性，GPS衛(wèi)星一般都是采用高精度的原子鐘的方式，其和GPS標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間產(chǎn)生一定的時(shí)間差，一般時(shí)間差在1ms以內(nèi)，僅僅在較短的時(shí)間內(nèi)就會產(chǎn)生300千米的定位差。SA發(fā)生干擾也會產(chǎn)生誤差，其會導(dǎo)致廣播星歷精度的降低。

傳播路徑也會導(dǎo)致一定的誤差，這類誤差一般在電離層中產(chǎn)生，由于氣體會受到太陽等一些天體的影響，所以，在各類射線輻射的影響下，會產(chǎn)生很大的電離作用，自由電子和正離子的形成會導(dǎo)致GPS信號的減弱，在測量的過程中會發(fā)生很大的偏差。在運(yùn)動(dòng)智能終端使用的過程中，可以采用雙頻觀測的方法防止誤差對運(yùn)動(dòng)類智能終端應(yīng)用軟件產(chǎn)生的影響，而且可以借助不同頻率的觀測值組來分析，對延遲進(jìn)行修正。對流層的折射對運(yùn)動(dòng)類智能終端應(yīng)用軟件產(chǎn)生的干擾比較大，這種情況一般在40千米以下的大氣底層產(chǎn)生，由于電離層的密度比較小，其比大氣的密度還小，所以，導(dǎo)致大氣的狀態(tài)不穩(wěn)定，對流層與地面接觸后，直接會將大量的熱能進(jìn)行輻射，導(dǎo)致溫度的進(jìn)一步降低。GPS信號對對流層產(chǎn)生作用，會導(dǎo)致傳播路徑不能呈現(xiàn)直線型，直接發(fā)生偏轉(zhuǎn)。

接收機(jī)的使用也會導(dǎo)致誤差的產(chǎn)生，GPS接收機(jī)采用的石英鐘，其精度非常高，但是接收機(jī)的時(shí)間與GPS標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間會產(chǎn)生誤差。

3.2 誤差修正的方法

在計(jì)步器軟件中，應(yīng)該通過合適的方法消除誤差，防止多路徑帶來的誤差影響距離計(jì)算的精確度，運(yùn)用相應(yīng)的算法對GPS數(shù)據(jù)源中的誤差數(shù)據(jù)識別，然后分析誤差數(shù)據(jù)之間的聯(lián)系，從而可以得到最大程度的修正。通過對誤差產(chǎn)生的特征進(jìn)行分析，在靜止?fàn)顟B(tài)下，通過對三種不同的環(huán)境產(chǎn)生誤差進(jìn)行分析，分別是開闊地、半開闊地和樓群間進(jìn)行分析。

通過對多路徑的特點(diǎn)進(jìn)行分析，可以將大量的數(shù)據(jù)收集，在用戶處于靜止?fàn)顟B(tài)下，分析在三個(gè)不同的環(huán)境下收集到的數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)在靜止?fàn)顟B(tài)下，三種環(huán)境中收集到的數(shù)據(jù)差別不大。在開闊地收集到的數(shù)據(jù)的精確度最高，誤差幾乎小于2米。在半開闊地，一般有分散的建筑，這時(shí)會產(chǎn)生多路徑效應(yīng)，這時(shí)誤差在5米左右，誤差的大小也不會對測量造成太大的影響。但是人們在平時(shí)都是出于樓群之間，所以本次研究的運(yùn)動(dòng)智能終端應(yīng)用軟件主要在樓群環(huán)境下使用，其誤差范圍一般在5米到20米之間，通過對觀測到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，通過多次測量后，確定誤差，通過平均計(jì)算的方式，修正誤差，結(jié)合小二乘法原理將收集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。測量好的數(shù)據(jù)一般都是最佳的估計(jì)值，收集到的不同的GPS點(diǎn)的數(shù)據(jù)還是會存在一些誤差，對測量的結(jié)果產(chǎn)生較大的影響。為了提高檢測的準(zhǔn)確性，可以借助萊茵達(dá)算法，這種算法可以計(jì)算出數(shù)據(jù)的平均值，然后計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)差，從而分析粗差，但是如果用戶長期處于移動(dòng)狀態(tài)，GPS數(shù)據(jù)會發(fā)生頻繁的變化。

4 結(jié)束語

如今，人們的生活水平得到改善，人們對自己的健康越來越關(guān)注，逐漸養(yǎng)成了鍛煉的習(xí)慣，運(yùn)動(dòng)類智能終端應(yīng)用軟件的使用日漸普遍，所以，應(yīng)該完善這類軟件的精度，滿足人們的使用要求。

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