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在現(xiàn)代化的機場候機樓、醫(yī)院大樓、辦公樓、運動場、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大。根據(jù) MarketWatch （道瓊斯旗下的新聞網(wǎng)站）的一份報告，預(yù)計到2022年，這一需求可望以 30% 的速度增長。而智能手機中磁力計、加速計和陀螺儀等先進傳感器的出現(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)平臺通過部署最少量的低功耗藍牙（BLE,Bluetooth low energy）信標來推斷用戶的行程，進行學(xué)習(xí)，并最終為特定室內(nèi)區(qū)域的每個智能手機型號建立定制的磁力地圖（magnetic map）。新系統(tǒng)提供了強大的定位精度，而且與用于記錄特征指紋1和定位的手機型號無關(guān)。在研究團隊最近發(fā)布的論文中，通過實驗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 和低功耗藍牙信標。因為使用 GPS 信號的外部定位方法不夠精確，無法有效地進行室內(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)計和實現(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驗性的高精度室內(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，因為它不需要專門的傳感器安裝或維護，而是通過智能手機中已有的傳感器來實現(xiàn)。然而，不同型號智能手機傳感器讀數(shù)的差異嚴重影響了室內(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)之前需要一個室內(nèi)空間特征指紋識別階段。在此過程中，服務(wù)提供者需要使用智能手機收集所有行人可達區(qū)域的磁場讀數(shù)，并創(chuàng)建室內(nèi)空間的帶標注的靜態(tài)地圖。在現(xiàn)實世界中，終端用戶的手機型號可能與用于這個階段的特征指紋識別的智能手機型號不同。在工作中，研究人員會將室內(nèi)定位系統(tǒng)的精度損失量化。
這個系統(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型號都具有高精確度。其方法是分析終端用戶的定位會話，從而增強系統(tǒng)的知識庫，以便為不同型號的智能手機讀取磁場數(shù)據(jù)。一旦用戶退出智能手機室內(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，同一款智能手機的后續(xù)定位會話具有更高的準確率。
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，對該工具的實驗評估顯示出了顯著的精度改進。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)航會議（IPIN 2018）上。
圖3:實驗結(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。
通過這個工具，可以更快，更容易，更精確地使用智能手機尋找會議室或公共辦公桌，服務(wù)于機場登機門，在大學(xué)校園中尋找演講廳，在醫(yī)院里訪問一個病人或參加一個預(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)致在每個特定位置形成了獨一無二的物理信號特征，這個特征稱為指紋。
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