道面坡度测量对于精细化导航系统及场面运行模拟系统的开发具有重要意义。采用微机械电子系统(micro-electro-mechanical system,MEMS)传感器进行加速度估计的方法提取道面坡度通常需要增加额外的传感器,同时还会受到累积误差的困扰。本文提出的基于智能手机MEMS传感器的道面坡度提取方法,不需要额外的传感器支持,采用零加速状态检测的方法实现对累积误差的修正,进而通过旋转四元数估计与一种新的坡度提取方法实现了位置解算与坡度提取。首先,介绍了用于数据采集的智能手机中MEMS传感器的工作原理,即三轴加速度计、三轴陀螺仪与三轴磁力计的工作原理,说明了常用坐标系以及坐标系之间的转换关系。然后,提出了零加速状态检测方法,实现了不需额外传感器的累计误差处理。根据零加速状态检测的两种不同输出结果,提出了在零加速状态下进行旋转四元数初始化的方法,进行旋转四元数的估计。根据获得的旋转四元数和传感器采集的数据可以对加速度进行坐标转换和重力加速度补偿,将得到的运动加速度进行积分,实现了平台位置的解算。提出了利用重力加速度方向不变性,通过载体坐标系中的重力加速度矢量方向的变化的方法,实现了道面坡度信息提取。最后,利用智能手机搭建了三种实验平台进行数据采集,通过IP互联的方式,将所采集数据通过手机端mobile MATLAB同步到电脑端MATLAB中,从而对数据进行阈值设置、零加速状态检测和旋转四元数估计的处理。通过对三种实验方案的结果分析,验证了本文所提出的位置解算与坡度提取算法的正确性与有效性。