新技术采用加速计和WiFi精准实时测量室内运动

近期,美国研究人员开发了一种可精准测量室内环境中的速度和距离的技术。该技术采用了Wi-Fi信号和加速度传感器的新组合,来实时跟踪设备。

  目前,室内定位常用的定位方法,从原理上主要可以分为七种:邻近探测法、质心定位法、多边定位法、三角定位法、极点法、指纹定位法和航位推算法。不同的室内定位方法选择不同的观测量,通过不同的观测量提取算法所需要的信息。其中,WiFi是相对成熟且应用较多的技术。

新技术采用加速计和WiFi精准实时测量室内运动

WiFi室内定位技术示意图,资料图

  WiFi室内定位技术

  近年来,已有不少公司投入到WiFi室内定位领域。WiFi室内定位技术一般采用“近邻法”判断,即最靠近哪个热点或基站,即认为处在什么位置,如附近有多个信源,则可通过交叉定位(三角定位),提高定位精度。

  由于WiFi已普及,因此不需要再铺设专门的设备用于定位。用户在使用智能手机时开启过Wi-Fi、移动蜂窝网络,就可能成为数据源。该技术具有便于扩展、可自动更新数据、成本低的优势,因此最先实现了规模化。

  不过,WiFi热点受到周围环境的影响会比较大,精度较低,这就导致WiFi定位可实现复杂的大范围定位,但精度只能达到2米左右,无法做到精准定位。

  WiFi+加速计测量室内运动速度和距离

  近日,据外媒报道,美国北卡罗莱纳州立大学的研究人员开发了一种精准测量室内环境中的速度和距离的技术,可用来改进机器人、无人机或试图在机场周围找到路的行人的导航技术。该技术采用了Wi-Fi信号和加速度传感器技术的新组合,来实时跟踪设备。

新技术采用加速计和WiFi精准实时测量室内运动

采用WIO软件程序的硬件原型,资料图

  该论文的合著者、北卡罗莱纳州立大学的博士生Raghav Venkatnarayan说:“我们称我们的方法为Wi-Fi辅助惯性测距法(WIO),WIO使用Wi-Fi作为速度传感器,来精确跟踪物体移动了多远。可以把它想象成声纳,但要用无线电波,而不是声波。”

  例如,智能手机等诸多设备,大都采用了惯性测量单元(IMU)技术来计算设备的移动距离。然而,IMU存在较大的漂移误差,这意味着即使是微小的误差也会很快被放大。在户外环境中,许多设备使用GPS来校正IMU,但这在室内不起作用,因为GPS信号会受到影响。

  该论文的合著者、北卡罗莱纳州立大学计算机科学助理教授穆罕默德·沙赫扎德说:“我们创建了WIO,与设备的IMU一起工作,纠正任何错误,提高速度和距离计算的准确性。这种精确度的提高还有可能改善任何有无线信号的室内环境中设备精确位置的计算。”

  研究人员想测试WIO软件,但遇到了一个问题:他们无法在现成的设备,如智能手机或无人机中访问Wi-Fi网络接口卡。为解决这个问题,研究人员创造了一个原型装置,可与其他装置结合使用。

  研究人员发现,使用WIO大大提高了设备的速度和距离计算。例如,使用WIO的设备计算距离,误差范围为5.9%至10.5%。如果没有WIO,这些设备计算距离的误差范围为40%到49%。研究人员认为WIO可用于从室内导航工具到健身跟踪,以及互动游戏等诸多领域。

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