浅谈微惯导室内定位技术

发布时间:2019-03-21 14:54阅读次数:

       

北斗和GPS卫星导航定位技术迎来井喷式发展,但是卫星定位存在的“盲区”问题日益凸显,使室内定位技术在近年来成为颇受追捧的技术,国内外许多科研机构、企业均投入了大量精力于相关技术开发或应用中。室内定位在消费市场具有极大的想象空间,但是受制于行业配套技术体系的发展节奏,消费市场的室内定位(室内地图)服务商一直没有找到较好的盈利模式,一些针对消费市场的室内定位初创团队已经销声匿迹,市场风险仍然存在。
       谁来为消费市场的“室内定位服务”买单?目前还是难以回答的问题。那么,室内定位当前有没有“刚需”呢?答案是肯定的,对于消防救援、反恐处突、打击犯罪、抢险救灾等应急任务来说,指挥员需要实时了解现场特别是室内场景的人员活动状况,为正确决策和指挥提供直观、可靠的第一手信息,室内任务的执行人员也需要了解自己和队友所处的位置,便于行动开展以及与队友之间的协同。这些应急任务通常来不及或环境不允许布置外部定位设备,而业内主流室内定位技术普遍需要外部设施或先验数据库,没有一种可以满足紧急任务下自主定位的要求,也无法同时满足成本低、精度高、覆盖广的需求,所以采用不依赖外部设备或先验数据库的惯导定位技术是目前比较稳妥的手段。
       格纳微科技核心技术团队已专注室内定位技术多年,主要从事的是微惯导定位技术研究,立足于以低成本的通用MEMS器件为基础,通过载体运动模式学习、滤波算法的设计、硬件和结构的设计等,达到高精度室内定位的目标。不依赖于导航卫星、无线基站、电子标签等任何辅助设备,仅通过自身佩戴的小型惯性传感器,可完成任何场景下人员、车辆、机器人等的准确定位,结合北斗/GPS或者基站等技术能够形成“无缝的高精度的”定位结果。
       微惯导室内定位技术目前发展比较快,主要是用于紧急救援或者军事用途,大概分为三类:
       (1) 佩戴于腰部的惯导模块,采用传统PDR航位推算方案;
       (2) 佩戴于足部的惯导模块,基于足部运动模型开发,精度较高;
       (3) 采用外部基站辅助的惯导定位,一般采用超宽带信号辅助定位。
       腰上的方案实用性更强,但是对于侧移、转弯、原地踏步等步态就会产生明显的误差积累,我司腰部惯导产品的实验结果是2%~5%精度,走100米误差达到2~5m,业内知名度较大的Honeywell的DRM4000和SEER Technology的NAViSEER都是采用这类技术方案,但特殊步态无法适应是其短板,没有获得大规模应用。
       足部的方案精度高,相对稳定,我司对于足部算法研究了很多年,包括卡尔曼滤波、马尔可夫模型、粒子滤波、决策树判决等等,技术相对稳定、真正达到实用也是2016年1月份左右,能够稳定在0.3%以内的精度,基本能满足应急任务的需求了,消防、反恐、救援任务在建筑物内行走距离不长,行走1km误差累计3m,用户基本都可以接受。一般人可能对于0.3%精度仍有质疑,但是我司采用的是普通的低成本MEMS方案,就是智能手机中的G-Sensor,而且不依靠任何基站等辅助信息。这种低成本的MEMS器件,通常会有极高的方向漂移误差(≥100°/h)和加速度误差,如果仅采用普通的航位推算算法,加速度积分带来的速度和位移误差将高达10%以上。目前,业内很多知名的消防系统集成商都在使用我司的微惯导定位模块进行产品开发。
       无线超宽带信号定位目前主要是集中在Nanotron的2.4GHz和DecaWave的3.5~6.5GHz两个方案,这两个方案测距精度都可以达到10cm以内,我司实测过基于这两个频段进行三边或质心定位可以达到5~10cm左右的精度。但是一个非常大的问题就是信号近距离穿透一堵墙还可以,穿透两堵墙就很困难了,通常视距作用范围200米(我司开发的产品视距达到600米),而实际应用时每次定位需要同时获取三个以上的基站信号,在一般的建筑物内使用起来很难实现全覆盖,实际使用体验不好,因此这种纯靠超宽带的定位系统只能应用在开阔环境中,室内环境需要极高的部署密度,成本和可维护性都较差。
        目前在应急任务应用里面,微惯导定位会是主流,然后用外部基站(UWB、蓝牙等)进行辅助,我司目前的技术方案是以微惯导定位为主,通过间或获取的基站信号进行校准,被定位人员在建筑物内结合自身的惯导数据和间或获取的基站信息,就能获取一个稳定的高精度定位结果,实际测试结果体验较好,克服了基站同步的问题,系统架构简单,部署成本低,欢迎行业伙伴联系我们。(“微惯导+UWB”多人轨迹标定视频: http://cloud.video.taobao.com//play/u/2769208423/p/2/e/1/t/1/42870437.swf )
       在未来相当长一段时间内,微惯导定位将是应急任务室内定位解决方案中的核心技术,我司也会继续推出融合激光和视觉定位技术的新产品,提供核心技术解决方案。

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