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室内定位的“全球之王”
——测绘遥感信息工程国家重点实验室陈锐志团队采访记
发布时间:2018-05-15 16:58  作者:  来源:武汉大学报社、测绘遥感信息工程国家重点实验室  访问次数:

记者:肖珊   通讯员:郑星雨

如果你被蒙上眼睛,带进一栋陌生的11层楼复杂建筑(内有图书馆、多层办公区、地下室、仓库等),让你用3.5小时,独自闯关8道“魔鬼”关卡后,毫发无损地站在指定区域……这种高难度的迷宫游戏,你闯关成功的把握有多大?

这是美国国家标准与技术研究院(National Institute of Standards and TechnologyNIST)举办的PerfLoc(Performance Evaluation of Smart-phone Indoor Localization Apps)国际室内定位比赛的决赛规则。国家千人计划学者、测绘遥感信息工程国家重点实验室主任陈锐志教授带领的团队,获得全球总冠军。

团队和主办方合影,左四为陈锐志

全球共三支团队被邀进入决赛,包括加州理工大学、硅谷PNI公司代表队和武汉大学代表队。4月27日,决赛在美国马里兰州的盖瑟斯堡举行,只有武大代表队顺利闯关成功完成比赛。比赛结果于当天现场公布,NIST网站5月11日发布这一消息。

5月11日,NIST网站公布比赛结果

PerfLoc是室内定位领域难度最高、测试最严、影响最大的世界级赛事。分为初赛、决赛两个阶段。线上初赛从2017年3月至2018年1月,吸引世界各地153支队伍参赛,包括美国加州理工大学、卡耐基梅隆大学、韩国科学技术院等世界名校,以及来自硅谷、北京的多家科技公司。决赛获得Google公司高度关注。

▲赛后,陈锐志作报告介绍方案

陈锐志团队成功通过全部8个复杂的测试场景考验,夺得冠军,获2万美金奖励。团队将出席6月份在美国圣地亚哥举行的公共安全宽带会议,介绍参赛经验。另外,NIST将资助团队以PerfLoc比赛冠军的名义,参与今年9月份在法国南特(Nantes)举办的IPIN室内定位比赛。


三个硬指标,违反一个就淘汰

“决赛中必须同时满足三个硬指标:3.5小时的比赛时间内不能死机;响应时间不能超过5秒;响应时不能在同一个坐标位置。”陈锐志介绍。

比赛规则是这样的:比赛组织方的工作人员拿着手机,安装参赛团队设计的室内定位APP(计算机应用程序),进入大楼内开始测试这款APP的性能。

“这栋大楼我们是完全陌生的,只知道它的外部轮廓和WiFi位置。APP要在最短时间里,告诉工作人员‘我在哪里’。”团队成员、博士生郭光毅说,大楼里有书架高低间隔的图书馆、走道狭窄的储物间、没有信号的地下室、旋转楼梯、办公室等,不管工作人员怎么“花式前行”,APP都要在5秒内给出定位。

比如,工作人员把手机放在手推车里,以蛇行、舞步后退、爬行、进电梯等方式,推着手推车走一段距离后,要求报出此时的定位。如果响应时间超过5秒,就犯规了;或者无法定位,报出上次汇报时的同一坐标位置,也犯规了。


8个苛刻的“魔鬼场景”,算法要足够“聪明”

比赛设置了8个苛刻的“魔鬼场景”,无法预知工作人员会以何种方式将手机带到哪里。只有算法足够“聪明”,才能完成NIST的高难度赛制——

NIST直属美国商务部,拥有6名诺贝尓奖获奖者,从事物理、生物和工程方面的基础和应用研究,以及测量技术和测试方法方面的研究,提供标准、标准参考数据及有关服务。近年来,举办多项前沿领域的国际赛事,在国际上享有盛誉。

决赛为手机定位算法APP实时定位评测,首次采用IOS国际标准(ISO IEC 18305),从室内定位场景、用户行为模式、定位精度评价、算法响应速度等方面制定比赛规则。NIST花费20余万美金,请注册测量师打造精度评估系统,从定位精度及响应时间两个方面对定位算法进行实时测评。

比赛场景涉及多个未知复杂室内场景,包括:图书馆、多层办公区、仓库、地下室等。用户行为模式包含多种行走模式,包括:前进、后退、左右侧走、爬行、推车、上下楼梯及乘电梯等,实现了对日常用户的定位场景和模式的“全覆盖”测试。


除了WiFi,声光电场都是辅助参照物

“人们有八成时间都在室内活动。”陈锐志介绍,在全球卫星导航系统支撑下,室外定位技术已经成熟,但到室内就不那么灵敏了。

“我们平时用的各种计步APP,在很多日常情境下,比如,把手机放在推车里、进电梯等,精度就会产生很大的偏差。”陈锐志团队在研发这一款APP时,会融合声、光、电、场所有信息作为辅助参照物,想到各种各样的算法,尽量精准地自动识别步行者的行为。

陈锐志介绍,智能手机内置的传感器,如手机里自带的加速度计、陀螺仪、磁力计、气压计等,其实都能帮助定位。室内空间也有丰富的信号源,如WiFi、蓝牙、地磁以及门窗等都包含有地理信息。团队通过算法将这些信号“翻译”成位置,使智能手机相当于用户的“眼睛”。该团队通过手机实现视觉定位的精度已达到30厘米。

陈锐志目前正承担国家十三五重点研发计划高可用高精度室内智能混合定位与室内GIS技术”项目,这次比赛,也是对项目阶段性成果的一次很好的检验。我们也从比赛中发现了不足,项目的后半程需要更加努力,才能满足国家对我们的要求。陈锐志说。

在室内如何获得精准定位导航服务,成为科技创新和市场共同关注的焦点,Google、苹果、百度等巨头纷纷紧盯室内定位导航技术。陈锐志说,尤其结合物联网、人工智能等技术后,其应用需求将迎来爆发式增长。


“捧回冠军,我们这门课才算结课”

这是一支跨学科研发团队。由测绘遥感信息工程国家重点实验室教授陈锐志、柳景斌、陈亮,卫星导航定位技术研究中心教授牛小骥,计算机学院副教授牛晓光、艾浩军指导,测绘遥感信息工程国家重点实验室、卫星导航定位技术研究中心、计算机学院的多名博士后、博士和硕士研究生组成。

这支团队的另一个身份,是一门科学研究课程的师生。

去年8月,在研究生院的支持下,陈锐志联合上述教师组建授课团队,开设了一门面向研究生的研究学分课。8月底,陈锐志在网上看到PerfLoc比赛通知后,决定师生一起参赛,将参加这一高难度赛事与上课合二为一。

“PerfLoc的高难度,我们业界是知道的。所以,我们将结课的目标定为:获得冠军。”陈锐志笑着说。

网上报名后,可以下载比赛要求,它们成为课程内容。初赛共历时5个月,每天可以向系统提交3次测试评估点的坐标,但整个比赛的总提交次数不能超过150次。NIST的网上测评系统会拿这些数据去测试精度,据此得出成绩和排序。

每两周的周一晚上,团队召开讨论会,集思广益,同学们努力去发现科学问题和在导师们的指导下解决一个个问题。“比如,我们测试APP性能时,每天室内行走近4万步,尽可能地优化算法。”郭光毅和队友们在这门课中,进行了一次科研和体力的双重实践。

捧回国际冠军的奖牌,意味着这门课如愿结课;陈锐志说,这只是个开始。

(编辑:周丽园)


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