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同济大学教授刘儿兀:室内定位技术研发现状

同济大学教授、英国工程技术学会(IET)会士刘儿兀就“室内定位技术研发现状”发表演讲。

以下是同济大学教授、英国工程技术学会(IET)会士刘儿兀的演讲内容(未经本人核实),演讲主题为“如何凸显地理空间大数据服务智慧城市的价值”。

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刘儿兀:各位下午好,我首先介绍一下题目,是叫室内定位技术研发和发展趋势。现在做的情况和今后的发展方向是往哪些方面去关注。

在具体的说一些技术之前,我先介绍一下自己,我是2001年博士毕业后在阿尔卡特朗讯工作,做业务方面的。之后2007年去英国理工大学工作了四年,2011年回来在同济大学。我们真正做室内定位这一块是在2012年底、2013年开始的,目前进展比较顺利。

我谈一下为什么我们要关注这个室内定位。因为我们知道80%的时间都在室内,根据谷歌、ABI的预测到2019年的时候,室内定位相关的延伸服务市场是几百亿美元,之前麦肯锡进一步的预测个人位置的大数据会达到上千亿,所以目前我想规格也好,ABI也好,可能估计会到几百亿这样的规模。但是受限于室内定位技术业务发展的一些因素,技术方面绝大多数的是要求1到3米的速度,这中间是否需要一些特殊的硬件以及是否需要额外的网络成本。

我们看一下,因为业内是把室内的定位业务称之为iLBS,包括消费领域和企业领域。消费领域包括商场超市这些等等,第一个主要是从消费者的角度出发的,我如何来更好的购物、消费,更好地服务于我的生活。这个本身并不直接看到太多的商业价值,真正的商业价值是在第二个,在企业领域,相当于有的一些地方需要用户的数据,我搜集上去以后做专门的营销,例如宜家跟我们接触,你在哪个柜台停留的时间比较多,你在那里做什么,这个精度不能超过3到5米。

目前的iLBS的精度是1到3米,WIFI、蓝牙、超宽带UWB定位等,定位精度低,需额外部署基站等。

主流的技术,包括WIFI,地磁,UWB,超声波、激光等等。这两者的技术上,从技术上是类似的,都是目前不光是iLBS还是WIFI都是基于信号的强度,但是为什么把它们归结为一类呢?iLBS做得比较好一点,它蓝牙本身的信号,所以说它的定位会做得比较好一点,但是除此之外没有的区别。下一代WIFI或者是蓝牙,它走的路径就不是这些。另外一个是蓝牙的5.0,所以他们两个是走不同的路径的。

另外一个惯导,用观星传感器的数据,拿到以后做一些检测、就可以获取为精确的传感数据用于定位。还有一个比较相对稳定的,它不需要额外的发射源,它需要地磁场,天生比较稳定。基于这个地磁场我们可以充分参与合作的采样间隔和差值,建模。

从上面目前了解到的情况是室内和室外的相比,包括桌子、椅子还有各种墙体,所以它的环境是复杂的,这种复杂不管是WIFI也好,都不能解决目前的精度的问题,成本的问题,部署的问题。所以需要有多种技术的方面来考虑。

另外在具体的技术实现上,我们的终端有一些问题,包括安卓的一些手机在低频的时候,它的信号强度会丢掉的,特别是苹果的系统它底层的信号,接口目前是没有开放的,还有一些微信的问题,它取一些硬件的接口还是提供比较少的,这些都是API的问题。另外蓝牙的本身,同时还有一个蓝牙打开的时候一般会12秒钟的时间。还有在具体的技术事先商,楼层判断,你单纯是用高度计还是嵌压计,因为嵌压计不是所有楼层都有。

下面再来看研发现状:主要的研发机构。

一个是我们做的,之后有俄罗斯、卡内基梅隆大学,还有微软亚洲研究院,牛津大学。这是2014年的技术,我们可以看一下前面包括WIFI、地磁、数据融合这几列是组重要的,因为它直接在手机上来做的。另外会加一些图的处理,包括地图的匹配,是有助于精度的提高。我们觉得这种东西在目前手机的处理能力上,可以尽量少一点,因为太多了对你的计算量也好或者是相应时间也好,都是很复杂的。

到2015年我们这里写的2D,基本上是靠手机的,比如说俄罗斯的(英文)公司,它是2015年微软的冠军,之后是FRAUNHOFER研究所,特点这里是有地图匹配,到2015年的时候我们就看到这个技术本身多考虑了一些地图匹配方面的东西。

到2016年也是2D的手机,我们也参加了这个比赛,我们就拿到了第二名的名次。包括有日本的RICOH公司,基本上这些是2014、2015、2016年囊括了当前国际上主流的公司所做的工作。

另外一个是3D的,用超宽带,我们可以看到这是2015年以及2016都是以超宽带的一些东西。超宽带的话最好的可以看到莱卡测量,主要是基于之前密西根大学在2015年做的,后来很多的公司都是用(英文)的。这个是比之前更详细的图,有几家单位,有两个研究院,包括德国的大学。

我们从上面的各种学校和企业、公司所开发的工作来看,有一个趋势是是多种定位技术,而这种是基于磁场指纹、信号强度、终端定位、网络定位、数据挖掘等。基于研发趋势,DWELT室内定位技术。这个图是我们的框架,这个左边是地磁指纹,右边是惯导。

目前我们做到一到三年室内的逐步导航,四用了异构的数据融合算法,我们可以做自动流程的检测。这个定位引擎是从手机的内部传感器收集数据,使用包含地磁、无线指纹的电子地图,地图可通过云端保存和获取。结合传感器和地图数据进行室内定位导航。利用手机现有的东西,不需要额外的硬件设备。这个是我们简单的界面,这个是无人机大会上做的几个展馆的定位。这个是在上海龙之梦做的实测。

最后,如果大家感兴趣的话可以扫描一下我们的二维码。

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