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在現(xiàn)代化的機(jī)場候機(jī)樓、醫(yī)院大樓、辦公樓、運(yùn)動(dòng)場、大學(xué)校園和零售商店中，方便易用的室內(nèi)導(dǎo)航應(yīng)用程序的市場日益擴(kuò)大。根據(jù) MarketWatch （道瓊斯旗下的新聞網(wǎng)站）的一份報(bào)告，預(yù)計(jì)到2022年，這一需求可望以 30% 的速度增長。而智能手機(jī)中磁力計(jì)、加速計(jì)和陀螺儀等先進(jìn)傳感器的出現(xiàn)將加速這一需求。為了滿足這一需求，IBM 愛爾蘭研究院建立了一個(gè)可用于生產(chǎn)環(huán)境的室內(nèi)定位系統(tǒng)，它比現(xiàn)有的應(yīng)用于不同智能手機(jī)上的商業(yè)解決方案精確度更高。
這一自學(xué)習(xí)、自適應(yīng)平臺(tái)通過部署最少量的低功耗藍(lán)牙（BLE,Bluetooth low energy）信標(biāo)來推斷用戶的行程，進(jìn)行學(xué)習(xí)，并最終為特定室內(nèi)區(qū)域的每個(gè)智能手機(jī)型號建立定制的磁力地圖（magnetic map）。新系統(tǒng)提供了強(qiáng)大的定位精度，而且與用于記錄特征指紋1和定位的手機(jī)型號無關(guān)。在研究團(tuán)隊(duì)最近發(fā)布的論文中，通過實(shí)驗(yàn)證明這一工具與基于磁場定位的商業(yè)解決方案相比，精度顯著提高。
圖1:系統(tǒng)架構(gòu)
最新的室內(nèi)定位系統(tǒng)利用了現(xiàn)代室內(nèi)環(huán)境中經(jīng)常出現(xiàn)的信號，如 WiFi 和低功耗藍(lán)牙信標(biāo)。因?yàn)槭褂?GPS 信號的外部定位方法不夠精確，無法有效地進(jìn)行室內(nèi)導(dǎo)航。室內(nèi)定位系統(tǒng)應(yīng)該能夠探測用戶在建筑物內(nèi)的位置，并指示用戶如何在建筑物內(nèi)導(dǎo)航。這些系統(tǒng)用于各種各樣的場景當(dāng)中。它們的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)能夠滿足特定的用戶需求。例如，在2017年，IBM 東京研究院為視障人士打造了一套實(shí)驗(yàn)性的高精度室內(nèi)外語音導(dǎo)航系統(tǒng)。
磁場法是一種低成本的方法，正越來越受歡迎，因?yàn)樗恍枰獙ｉT的傳感器安裝或維護(hù)，而是通過智能手機(jī)中已有的傳感器來實(shí)現(xiàn)。然而，不同型號智能手機(jī)傳感器讀數(shù)的差異嚴(yán)重影響了室內(nèi)定位精度。
對于現(xiàn)有的基于磁場方法來說，在最終用戶能夠使用這一系統(tǒng)之前需要一個(gè)室內(nèi)空間特征指紋識(shí)別階段。在此過程中，服務(wù)提供者需要使用智能手機(jī)收集所有行人可達(dá)區(qū)域的磁場讀數(shù)，并創(chuàng)建室內(nèi)空間的帶標(biāo)注的靜態(tài)地圖。在現(xiàn)實(shí)世界中，終端用戶的手機(jī)型號可能與用于這個(gè)階段的特征指紋識(shí)別的智能手機(jī)型號不同。在工作中，研究人員會(huì)將室內(nèi)定位系統(tǒng)的精度損失量化。
這個(gè)系統(tǒng)是自適應(yīng)的，并不斷重復(fù)訓(xùn)練，從而保證不同用戶和不同的智能手機(jī)型號都具有高精確度。其方法是分析終端用戶的定位會(huì)話，從而增強(qiáng)系統(tǒng)的知識(shí)庫，以便為不同型號的智能手機(jī)讀取磁場數(shù)據(jù)。一旦用戶退出智能手機(jī)室內(nèi)定位應(yīng)用程序，系統(tǒng)將在云基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)中處理記錄的傳感器讀數(shù)，并嘗試重構(gòu)用戶的路徑。這種新的技術(shù)稱為“路徑推理”，它基于粒子濾波和形狀匹配。它允許研究人員在該區(qū)域的磁圖上添加新的信息層。因此，同一款智能手機(jī)的后續(xù)定位會(huì)話具有更高的準(zhǔn)確率。
圖2:路徑推理和學(xué)習(xí)
與基于磁場定位的主流商業(yè)解決方案相比，對該工具的實(shí)驗(yàn)評估顯示出了顯著的精度改進(jìn)。具體來說，與商業(yè)替代品相比，它平均提高了大約15米的精確度。這些發(fā)現(xiàn)發(fā)表在最近的國際室內(nèi)定位和室內(nèi)導(dǎo)航會(huì)議（IPIN 2018）上。
圖3:實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示精度提高了15米
對于那些不需要系統(tǒng)再訓(xùn)練的設(shè)備所有者，這種自學(xué)習(xí)的人工智能工具提供一個(gè)低成本的解決方案。設(shè)備所有者和操作人員可以通過使用該工具迅速受益，從而做出更好的規(guī)劃決策，并為最終用戶提供無縫體驗(yàn)。
通過這個(gè)工具，可以更快，更容易，更精確地使用智能手機(jī)尋找會(huì)議室或公共辦公桌，服務(wù)于機(jī)場登機(jī)門，在大學(xué)校園中尋找演講廳，在醫(yī)院里訪問一個(gè)病人或參加一個(gè)預(yù)約，甚至在零售商店定位產(chǎn)品。
原論文見：Yiannis Gkoufas, Kostas Katrinis. Copernicus: A Robust AI-Centric Indoor Positioning System. Indoor Positioning and Indoor Navigation (IPIN) Conference, 2018.
1：譯者注：由于信號在傳輸過程中產(chǎn)生的反射，折射和衰減等現(xiàn)象，導(dǎo)致在每個(gè)特定位置形成了獨(dú)一無二的物理信號特征，這個(gè)特征稱為指紋。
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