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用单支MTw Awinda惯性测量单元在多层楼内实时跟踪行人

文章来源:本站原创 作者:frank 发布时间:2018年05月25日 点击数: 字号:

意大利帕尔马大学工程与建筑系物联网实验室联合私企、多所国内外大学和各地研究所共同研究物联网和智能系统。

定位和导航

物联网实验室的主要研究方向是定位和导航,在不同的环境条件下确定物体和设备的位置、跟踪它们的移动,创造物联网多种契机:基于位置的服务、访问控制、行为监测、苛刻环境中的导航。

图1,Xsens公司MTw Awinda惯性测量单元放置在脚部,用鞋带固定。

目前市场上基于GPS的技术在室外应用良好,但是这些技术在市区内和室内环境中时,可靠性和精度大幅降低。我们实验室的目标是开发方便易用、精确、可以在未知环境中定位跟踪的系统。在目前我们考虑范围内的技术里,基于惯性技术的导航是最有前途的。在理想状态下,我们可以通过使用惯性传感器(例如:加速度计和陀螺仪)记录数据,并在任何环境中重建运动物体的轨迹,而这不需要依靠外部的基础设施(在我们的研究中指的是光学动捕系统),也不依靠其他信号(例如:基于GPS的解决方案)。

遗憾的是在现实案例中,想要精确地跟踪位置和方向是很难的,这是由于影响传感器测量的噪声导致的,噪声可以导致数据漂移现象,让系统长期处于不可靠状态。因此,优秀的解决方案应当使用优质传感器和针对项目而拣选的技术,以降低误差,尤其是在传感器数量有限、降低复杂度和压缩成本时。


图2,系统综述:惯性测量单元放置在脚部,Xsens适配器与笔记本电脑相连。笔记本运行算法。行人兜里内装手机,用于提供网络连接和GPS参考。

行人的航位推测法(PDF)

在我们的科研项目里,我们开发出了一套行人航位推测系统,系统使用一支Xsens公司出品的MTw Awinda传感器,传感器放置在行人的鞋面上,作用是重建行人的三维运动轨迹。传感器被鞋带固定在鞋面上,采集的数据通过笔记本上的适配器传输到笔记本电脑里。笔记本上运行的MatLab软件程序由Xsens公司提供的API生成,用于读取和处理采集的数据。

每当系统检测到支撑相时,系统就会计算出脚部的三维位移。修改版的ZUPT算法是由摆动相时传感器记录的线性加速度双积分组成的,用途是计算水平运动。MTw内置的气压计的读数可用于计算位移的垂直高度。如图2所示。

获取三维位置的过程是:先转换经度、纬度和高度坐标系,然后用临时执行的API程序把它们发送到网络服务器。为了实现这个过程,行人兜里存放的手机负责提供上网。手机也用于接收GPS位置,目的是做对比。

网络服务器记录坐标系,用直观的网络界面输出位置信息,通过这样的方式,行人可以在笔记本上的地图里看到自己的行进路线。


图3,网络界面实时监视估计的路径。

测试是在意大利帕尔马大学校园内完成的。网页界面主要是由地图和智能手机的GPS信息组成。地图上蓝色的路线是由惯性导航系统估计的,红点代表GPS信号。此外,网页界面还显示了地北、多层楼的楼层估计,以及GPS的精度。

物联网实验室

意大利帕尔马大学工程与建筑系物联网实验室联合私企、多所国内外大学和各地研究所研究物联网和智能系统。目前科研队伍共有八名全职人员,他们是学院的教师、博士后、博士生和研究员并一同积极合作。物联网实验室目前研究的三大交织领域如下:

- 信号处理
- 现代通信与网络
- 物联网与智能系统

所有科研活动的主要原则就是跨学科性。我们实验室发表的论文已在大量科学出版物上发表,有几个论文还在国外最先进的论坛上获奖,实验室目前拥有大型试验台(内置模块超过一百五十个),包括众多无线连接标准。

本实验室采购的Xsens设备由北约科技组织出资购买,用于现代导航研发项目(用可穿戴生物传感器和生理模型增强单兵作战效率)的研究。

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