用單支MTw Awinda慣性測量單元在多層樓內(nèi)實時跟蹤行人
意大利帕爾馬大學工程與建筑系物聯(lián)網(wǎng)實驗室聯(lián)合私企,、多所國內(nèi)外大學和各地研究所共同研究物聯(lián)網(wǎng)和智能系統(tǒng)。
定位和導航
物聯(lián)網(wǎng)實驗室的主要研究方向是定位和導航,，在不同的環(huán)境條件下確定物體和設備的位置,、跟蹤它們的移動，創(chuàng)造物聯(lián)網(wǎng)多種契機：基于位置的服務,、訪問控制,、行為監(jiān)測、苛刻環(huán)境中的導航。
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的技術在室外應用良好,，但是這些技術在市區(qū)內(nèi)和室內(nèi)環(huán)境中時,，可靠性和精度大幅降低。我們實驗室的目標是開發(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)的技術里,，基于慣性技術的導航是最有前途的。在理想狀態(tài)下,，我們可以通過使用慣性傳感器（例如：加速度計和陀螺儀）記錄數(shù)據(jù),，并在任何環(huán)境中重建運動物體的軌跡，而這不需要依靠外部的基礎設施（在我們的研究中指的是光學動捕系統(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致的,，噪聲可以導致數(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)秀的解決方案應當使用優(yōu)質(zhì)傳感器和針對項目而揀選的技術，以降低誤差,，尤其是在傳感器數(shù)量有限,、降低復雜度和壓縮成本時。
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。筆記本運行算法,。行人兜里內(nèi)裝手機,，用于提供網(wǎng)絡連接和GPS參考。
行人的航位推測法（PDF）
在我們的科研項目里,，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),。
每當系統(tǒng)檢測到支撐相時，系統(tǒng)就會計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,，用途是計算水平運動。MTw內(nèi)置的氣壓計的讀數(shù)可用于計算位移的垂直高度,。如圖2所示,。
獲取三維位置的過程是：先轉換經(jīng)度、緯度和高度坐標系,，然后用臨時執(zhí)行的API程序把它們發(fā)送到網(wǎng)絡服務器,。為了實現(xiàn)這個過程，行人兜里存放的手機負責提供上網(wǎng),。手機也用于接收GPS位置,，目的是做對比。
網(wǎng)絡服務器記錄坐標系,，用直觀的網(wǎng)絡界面輸出位置信息,，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路線,。
圖3,，網(wǎng)絡界面實時監(jiān)視估計的路徑。
測試是在意大利帕爾馬大學校園內(nèi)完成的,。網(wǎng)頁界面主要是由地圖和智能手機的GPS信息組成,。地圖上藍色的路線是由慣性導航系統(tǒng)估計的，紅點代表GPS信號,。此外,，網(wǎng)頁界面還顯示了地北、多層樓的樓層估計,，以及GPS的精度,。
物聯(lián)網(wǎng)實驗室
意大利帕爾馬大學工程與建筑系物聯(lián)網(wǎng)實驗室聯(lián)合私企、多所國內(nèi)外大學和各地研究所研究物聯(lián)網(wǎng)和智能系統(tǒng),。目前科研隊伍共有八名全職人員,，他們是學院的教師、博士后,、博士生和研究員并一同積極合作,。物聯(lián)網(wǎng)實驗室目前研究的三大交織領域如下：
- 信號處理
- 現(xiàn)代通信與網(wǎng)絡
- 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科性。我們實驗室發(fā)表的論文已在大量科學出版物上發(fā)表,，有幾個論文還在國外先進的論壇上獲獎,，實驗室目前擁有大型試驗臺（內(nèi)置模塊超過一百五十個）,，包括眾多無線連接標準。
本實驗室采購的Xsens設備由北約科技組織出資購買,，用于現(xiàn)代導航研發(fā)項目（用可穿戴生物傳感器和生理模型增強單兵作戰(zhàn)效率）的研究,。
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