用單支MTw Awinda慣性測量單元在多層樓內(nèi)實(shí)時跟蹤行人
意大利帕爾馬大學(xué)工程與建筑系物聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗(yàn)室聯(lián)合私企、多所國內(nèi)外大學(xué)和各地研究所共同研究物聯(lián)網(wǎng)和智能系統(tǒng)。
定位和導(dǎo)航
物聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗(yàn)室的主要研究方向是定位和導(dǎo)航，在不同的環(huán)境條件下確定物體和設(shè)備的位置、跟蹤它們的移動，創(chuàng)造物聯(lián)網(wǎng)多種契機(jī)：基于位置的服務(wù)、訪問控制、行為監(jiān)測、苛刻環(huán)境中的導(dǎo)航。
圖1，Xsens公司MTw Awinda慣性測量單元放置在腳部，用鞋帶固定。
目前市場上基于GPS的技術(shù)在室外應(yīng)用良好，但是這些技術(shù)在市區(qū)內(nèi)和室內(nèi)環(huán)境中時，可靠性和精度大幅降低。我們實(shí)驗(yàn)室的目標(biāo)是開發(fā)方便易用、精確、可以在未知環(huán)境中定位跟蹤的系統(tǒng)。在目前我們考慮范圍內(nèi)的技術(shù)里，基于慣性技術(shù)的導(dǎo)航是最有前途的。在理想狀態(tài)下，我們可以通過使用慣性傳感器（例如：加速度計(jì)和陀螺儀）記錄數(shù)據(jù)，并在任何環(huán)境中重建運(yùn)動物體的軌跡，而這不需要依靠外部的基礎(chǔ)設(shè)施（在我們的研究中指的是光學(xué)動捕系統(tǒng)），也不依靠其他信號（例如：基于GPS的解決方案）。
遺憾的是在現(xiàn)實(shí)案例中，想要精確地跟蹤位置和方向是很難的，這是由于影響傳感器測量的噪聲導(dǎo)致的，噪聲可以導(dǎo)致數(shù)據(jù)漂移現(xiàn)象，讓系統(tǒng)長期處于不可靠狀態(tài)。因此，優(yōu)秀的解決方案應(yīng)當(dāng)使用優(yōu)質(zhì)傳感器和針對項(xiàng)目而揀選的技術(shù)，以降低誤差，尤其是在傳感器數(shù)量有限、降低復(fù)雜度和壓縮成本時。
圖2，系統(tǒng)綜述：慣性測量單元放置在腳部，Xsens適配器與筆記本電腦相連。筆記本運(yùn)行算法。行人兜里內(nèi)裝手機(jī)，用于提供網(wǎng)絡(luò)連接和GPS參考。
行人的航位推測法（PDF）
在我們的科研項(xiàng)目里，我們開發(fā)出了一套行人航位推測系統(tǒng)，系統(tǒng)使用一支Xsens公司出品的MTw Awinda傳感器，傳感器放置在行人的鞋面上，作用是重建行人的三維運(yùn)動軌跡。傳感器被鞋帶固定在鞋面上，采集的數(shù)據(jù)通過筆記本上的適配器傳輸?shù)焦P記本電腦里。筆記本上運(yùn)行的MatLab軟件程序由Xsens公司提供的API生成，用于讀取和處理采集的數(shù)據(jù)。
每當(dāng)系統(tǒng)檢測到支撐相時，系統(tǒng)就會計(jì)算出腳部的三維位移。修改版的ZUPT算法是由擺動相時傳感器記錄的線性加速度雙積分組成的，用途是計(jì)算水平運(yùn)動。MTw內(nèi)置的氣壓計(jì)的讀數(shù)可用于計(jì)算位移的垂直高度。如圖2所示。
獲取三維位置的過程是：先轉(zhuǎn)換經(jīng)度、緯度和高度坐標(biāo)系，然后用臨時執(zhí)行的API程序把它們發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器。為了實(shí)現(xiàn)這個過程，行人兜里存放的手機(jī)負(fù)責(zé)提供上網(wǎng)。手機(jī)也用于接收GPS位置，目的是做對比。
網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器記錄坐標(biāo)系，用直觀的網(wǎng)絡(luò)界面輸出位置信息，通過這樣的方式，行人可以在筆記本上的地圖里看到自己的行進(jìn)路線。
圖3，網(wǎng)絡(luò)界面實(shí)時監(jiān)視估計(jì)的路徑。
測試是在意大利帕爾馬大學(xué)校園內(nèi)完成的。網(wǎng)頁界面主要是由地圖和智能手機(jī)的GPS信息組成。地圖上藍(lán)色的路線是由慣性導(dǎo)航系統(tǒng)估計(jì)的，紅點(diǎn)代表GPS信號。此外，網(wǎng)頁界面還顯示了地北、多層樓的樓層估計(jì)，以及GPS的精度。
物聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗(yàn)室
意大利帕爾馬大學(xué)工程與建筑系物聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗(yàn)室聯(lián)合私企、多所國內(nèi)外大學(xué)和各地研究所研究物聯(lián)網(wǎng)和智能系統(tǒng)。目前科研隊(duì)伍共有八名全職人員，他們是學(xué)院的教師、博士后、博士生和研究員并一同積極合作。物聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗(yàn)室目前研究的三大交織領(lǐng)域如下：
- 信號處理
- 現(xiàn)代通信與網(wǎng)絡(luò)
- 物聯(lián)網(wǎng)與智能系統(tǒng)
所有科研活動的主要原則就是跨學(xué)科性。我們實(shí)驗(yàn)室發(fā)表的論文已在大量科學(xué)出版物上發(fā)表，有幾個論文還在國外先進(jìn)的論壇上獲獎，實(shí)驗(yàn)室目前擁有大型試驗(yàn)臺（內(nèi)置模塊超過一百五十個），包括眾多無線連接標(biāo)準(zhǔn)。
本實(shí)驗(yàn)室采購的Xsens設(shè)備由北約科技組織出資購買，用于現(xiàn)代導(dǎo)航研發(fā)項(xiàng)目（用可穿戴生物傳感器和生理模型增強(qiáng)單兵作戰(zhàn)效率）的研究。
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