基于GPS和加速度传感器的运动类智能终端应用软件的设计浅析

叶思

摘要：随着宽带无线移动通信技术的发展和WEB技术的运用，移动互联网业务发展非常迅速，成为继宽带技术后的又一个推动力，为互联网发展提供了全新的平台，使互联网更加的普及，并且其还具有随身性和多功能的整合，实现了个性化的定制功能，为传统的互联网业务提供了新的发展平台，促进了商业的可持续发展。而且移动互联网业务的发展促进了网络应用空间的扩大，在社交、运动健身方面发挥了较为重要的作用。

关键词：GPS；加速传感器；智能终端；软件

中图分类号：TP311 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2016）34-0127-02

移动互联网充分地将移动通信和互联网结合起来，为用户提供了更多的便利。在刚刚过去的几十年里，移动互联网已经成为市场潜力最大的科技。随着移动互联网技术的普及，促进社会文明程度的深化，人们的生活观念发生了很大的变化。随着人们生活水平的提高，人们对自己的身体健康越来越关注，运动休闲已经成为人们生活中不可或缺的部分，其可以放松人们的身心。

1 基于手机GPS的运动数据统计计算法的设计与实现概述

如今，现有的运动类的手机软件主要通过对用户的运动数据进行分析，主要对运动的时间和日期进行记录，并且对人们运动持续的时间进行分析，对运动的距离进行记录，分析人们的运动速度和运动中各类能量的消耗。运动的日期和时间是基础的项目，在不同的软件上会以不同的方式呈现，但是统计的结果差别不大。在运动速度和卡路里消耗的分析上，要在对运动距离进行记录的基础上进行，所以，运动距离的记录是各项数据统计的基础。所以，软件要完善运动距离统计的精确性，通过对现有的统计方法的分析，主要分成对用户的步伐数的计算和借助手机GPS获取地理位置的方式，前者通過对人体的平均步伐的距离进行分析，从而对人们运动的距离进行估算，后者主要借助数学公式对人们的移动距离进行计算。前者的关键在于计算出用户的步伐数，要对人体步伐距离进行模拟，这两项数据在计算的过程中容易产生比较大的误差。后者采用手机GPS的方式，这种方法的精确性更高。

2 GPS介绍及地球球面距离的算法

2.1 GPS定位原理

GPS也可以称为全球定位系统，由3个备用卫星和21颗正在使用的卫星构成，其在2万高空上飞行，并且每12小时围绕地球旋转一周，通过借助GPS可以对用户的位置进行确定，GPS技术的运营原理要通过发射源来确定，分析发射的信号从发射开始到用户接收到的时间，这个信号与信号的传播时间和信号的速度有关。接收机可以在不同的角度对发射源的位置进行分析，通过广播信号的形式分析传播的时间，确定好自己的位置。一般情况下，GPS的精度在15米左右，很多高端的产品的精度更高。

GPS测量技术实现了动态化的测试，在建立瞬时坐标后，可以通过对卫星轨道的参数进行调整，从而将GPS卫星和用户接收天线的距离计算出来，然后采用后方交会的方式，将接受天线的位置确定好。借助上述的方法，借助手机GPS对卫星的信号进行模拟，从而可以实时的获取经纬度。通过建立待测点的坐标和空间直角坐标的方式，然后计算机接收机的钟差，卫星钟的钟差一般是由卫星星历提供。在不同的四个方位分别分析卫星和接收机之间的距离，然后建立两个待测点的基站，向已知的三个控制点的基站发出信号，计算出待定点的横坐标和纵坐标。通过分析前方交会的方式，对两个已知点进行分析，观察水平角的位置，从而通过对已知点坐标的分析，确定坐标定点。

2.2 GPS数据格式

如今，在国际上常常使用的GPS接收机的信息通常以两种格式呈现，一般是美国海洋电子协会制定的格式，呈现出二进制的格式。二进制格式呈现出多种定向数据的句型，而且各种句型的符号固定，这些数据可以明确地分析用户所处的位置、速度和航向等，分析卫星的状况。在二进制的格式中，首先确定时间，我国处于东八区，所以要在原时间上加上8，然后确定好当前的时间。其次完成状态的定位，确定好有效定位和无效定位，完成维度分析，确定好半球，完善精度定位，将地面的速率计算好，地面的速率如果没有移动，速率一般为零。通过对地面航向的分析，可以确定好状态。

将所有的GPS定位语句完成后，所有的信号都会传输到手机上，这样就可以借助相同的方法对信息进行解析和计算，从而完成设计的数据分析要求。

2.3 根据经纬度计算两点之间的距离

本文通过借助球面的弧长的近似值分析球面的距离，由于地球的表面非常不均匀，所以，在对两个点之间的距离测量中存在一定的问题，所以，应该借助简化的方式进行求解。在两点的经纬度已知的情况下，应该选择好另一个精准点，将这个精准点设计成C，然后采用公式L=πRa进行计算。在对经度圈进行计算的过程中，应该先选择半径的平均值，半径的平均值经过反复的计算为6371千米，在对纬度圈进行计算的过程中，要先选择半径为地球半径乘以精准点的余弦。

3 GPS误差来源和修正算法

3.1 GPS误差的来源

GPS产生误差的主要原因在于卫星、传播路径和接收机。

在运用卫星进行定位的过程中会产生卫星星史的误差，在给出的时间内结合卫星空间的位置，从而通过对实际位置的误差的分析，可以在地面监控系统分析的基础上，找到卫星轨道的误差。这是一种数据的误差，其大小与卫星跟踪站的数量和在太空中分布的情况有关，通过对卫星观测值和分布的精度的分析，可以对轨道进行计算，找出定轨的完善方法。星历误差是运用GPS定位中最常见的误差。卫星还会产生卫星钟差，这种误差指的是卫星的时间和GPS的时间会产生差别，为了确保时钟经度的准确性，GPS卫星一般都是采用高精度的原子钟的方式，其和GPS标准时间产生一定的时间差，一般时间差在1ms以内，仅仅在较短的时间内就会产生300千米的定位差。SA发生干扰也会产生误差，其会导致广播星历精度的降低。

传播路径也会导致一定的误差，这类误差一般在电离层中产生，由于气体会受到太阳等一些天体的影响，所以，在各类射线辐射的影响下，会产生很大的电离作用，自由电子和正离子的形成会导致GPS信号的减弱，在测量的过程中会发生很大的偏差。在运动智能终端使用的过程中，可以采用双频观测的方法防止误差对运动类智能终端应用软件产生的影响，而且可以借助不同频率的观测值组来分析，对延迟进行修正。对流层的折射对运动类智能终端应用软件产生的干扰比较大，这种情况一般在40千米以下的大气底层产生，由于电离层的密度比较小，其比大气的密度还小，所以，导致大气的状态不稳定，对流层与地面接触后，直接会将大量的热能进行辐射，导致温度的进一步降低。GPS信号对对流层产生作用，会导致传播路径不能呈现直线型，直接发生偏转。

接收机的使用也会导致误差的产生，GPS接收机采用的石英钟，其精度非常高，但是接收机的时间与GPS标准时间会产生误差。

3.2 误差修正的方法

在计步器软件中，应该通过合适的方法消除误差，防止多路径带来的误差影响距离计算的精确度，运用相应的算法对GPS数据源中的误差数据识别，然后分析误差数据之间的联系，从而可以得到最大程度的修正。通过对误差产生的特征进行分析，在静止状态下，通过对三种不同的环境产生误差进行分析，分别是开阔地、半开阔地和楼群间进行分析。

通过对多路径的特点进行分析，可以将大量的数据收集，在用户处于静止状态下，分析在三個不同的环境下收集到的数据，发现在静止状态下，三种环境中收集到的数据差别不大。在开阔地收集到的数据的精确度最高，误差几乎小于2米。在半开阔地，一般有分散的建筑，这时会产生多路径效应，这时误差在5米左右，误差的大小也不会对测量造成太大的影响。但是人们在平时都是出于楼群之间，所以本次研究的运动智能终端应用软件主要在楼群环境下使用，其误差范围一般在5米到20米之间，通过对观测到的数据进行分析，通过多次测量后，确定误差，通过平均计算的方式，修正误差，结合小二乘法原理将收集到的数据进行分析。测量好的数据一般都是最佳的估计值，收集到的不同的GPS点的数据还是会存在一些误差，对测量的结果产生较大的影响。为了提高检测的准确性，可以借助莱茵达算法，这种算法可以计算出数据的平均值，然后计算标准差，从而分析粗差，但是如果用户长期处于移动状态，GPS数据会发生频繁的变化。

4 结束语

如今，人们的生活水平得到改善，人们对自己的健康越来越关注，逐渐养成了锻炼的习惯，运动类智能终端应用软件的使用日渐普遍，所以，应该完善这类软件的精度，满足人们的使用要求。

参考文献：

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