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從室內定位看慣性導航
發布時間:2017-07-05 瀏覽次數:1492 來源:歐美大地

  

  今年四月份,在奧地利維也納,微軟、徠卡測量系統和谷歌聯合舉辦了新一屆的室內定位大賽。自2014年起,微軟室內定位大賽已經連續舉辦了三屆,每一屆都吸引了大量的公司和高校團隊參加。在今年的比賽中,國內同濟大學的劉兒兀教授和他的團隊憑借自主研發的室內定位技術——基于動態加權的路徑追蹤算法(DWELT),以高定位精度摘得大賽第一名。

  

  目前的室內定位技術,可以大致分為兩大類:基于無線信號和基于慣性傳感器。第一類技術需要在應用場景中布置信號發射機或者接收機,在辦公室、工廠、家庭等場所中較多使用。此類技術包括WiFi、ZigBee、WiMax、Bluetooth、Ad hoc 和Ultra Wide-Band(UWB)等,其中UWB超寬帶技術被認為是最有應用前景的短距離無線定位技術之一,在今年的微軟室內定位大賽的3D組中,超過一半以上的選手利用了UWB技術。

  

  第二種技術不需要布置基礎設施,一般由多個慣性傳感器,并通過特定算法組合而成(如卡爾曼濾波算法和粒子濾波算法),有些還會借助地磁信號和商場等隨處可見的WiFi信號。在今年的大賽中,同濟大學利用的就是這項技術。

  慣性導航技術所用到的傳感器包括陀螺儀,加速度計,有時還包括磁力計,氣壓計等。其應用集中于緊急救援或者軍事用途上。美國普渡大學(Purdue Universit)曾利用MicroStrain的3DM-GX4慣性傳感器做計步導航實驗。該實驗將通過將3DM-GX4綁在腰間,在預先知道佩戴人員步伐大小的情況下,由慣性測量單元進行導航定位。實驗結果顯示,在二維測試下誤差為最大行動距離的1%,三維測試則是5%。另外,國內也有公司從事這方面的研究,據說精度可以做到千分之三。

  

  在消防或者緊急救援行動中,由于其特殊環境,無法利用GPS信號導航。時間的緊迫性也不允許臨時布置基礎定位設施。這時可以利用的技術便是慣性導航。早期的慣性傳感器,特別是陀螺儀,單個造價非常高,一般的用戶根本無法負擔。而隨著MEMS技術的發展與成熟,成批生產陀螺儀成為可能,價格只要幾塊錢。在尺寸上也縮小到只有拇指大小。價格與尺寸上的優勢,很大的擴展了慣性傳感器的可應用前景。

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