【综述专栏】中科院自动化所杜清秀：基于微惯性技术的行人航迹推演系统研究现状

Original 好文推荐机器智能研究MIR 2022-05-21

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行人定位信息在人们的日常工作和生活中发挥着越来越重要的作用，大大提升了各项活动的效率。随着社会的进步、科技的发展，人们对导航和定位的需求也与日俱增。当前普遍使用的定位系统是全球卫星导航系统(GNSS)，该系统覆盖面广、定位精度高，被广泛应用于室外导航定位中。

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但GNSS在卫星信号受阻的情况下无法正常工作，如在室内环境、高楼周边、密林之中、地下矿井、地下停车场、水下环境等等。由于当前人们很多活动在室内开展，对室内导航定位的需求愈发强烈，可这类需求却没有得到很好满足。因此，研究可弥补GNSS上述局限性的室内导航定位系统势在必行。

研究和开发可大范围推广的低成本、便携的室内行人航迹推演系统，需要突破哪些难关？中科院自动化所杜清秀教授团队对基于惯性传感器的行人航迹推演系统(简称IPDR系统)的相关研究从微观和宏观角度进行了高度总结和概述。首先，将IPDR系统解耦成若干独立的子问题，并分别讨论和总结了各个子问题所涉及的技术与解决方案；其次，提出了一个IPDR系统的通用框架，并把具体的IPDR系统视为解决每个子问题的技术组合；最后，基于上述研究，创新性地提出了一个通用的IPDR技术路线图结构。以下为论文导读。

A Survey of the Research Status of Pedestrian Dead Reckoning Systems Based on Inertial Sensors

Yuan Wu, Hai-Bing Zhu, Qing-Xiu Du, Shu-Ming Tang

SpringerLink：

https://link.springer.com/article/10.1007/s11633-018-1150-y

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目前的室内导航定位技术基本可分为两大类：有基础设施的方法(infrastructure-based approaches)、无基础设施的方法(infrastructre-free approaches)。

有基础设施的方法指将传感设备提前放置于室内，通过感知设备所发出的信号来推断人或物在室内的具体位置，这些传感设备应用了很多现代通信技术，如无线Wifi、蓝牙、无线传感器网络、超宽带、红外与视觉设备等。室内面积越大，需要布局的传感设备越多，由此带来的成本也会相应增加。此外，在很多情况下，并不允许提前在室内进行传感设备布局。上述两大问题阻碍了该方法的推广和应用。

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无基础设施的方法指无需提前布局传感器的定位方法，最典型的是行人航迹推演算法(pedestrian dead reckoning algorithms)，该方法利用行人身上惯性传感器所测量的人体运动信息来推测与起点的相对位置。这类方法不受环境所约束，传感器布局成本只与用户数量相关。相较而言，无基础设施的方法比有基础设施的方法成本更低。然而，考虑到准确度及惯性传感器的漂移误差，这类方法可连续工作时间及应用环境受到了很大限制。基于此，很多研究者提出了各类误差补偿法，使得定位准确性得到很大提升。

本论文系统概述了基于惯性传感器的行人航迹推演系统(简称IPDR系统)的研究方法和技术方案，并提出了IPDR系统的通用框架和技术路线图结构。本论文的框架为"导言---阐述---结论"，各个部分内容如下：

第一部分：导言

第二部分：介绍IPDR系统的一般框架

第三部分：分别阐述并比较每个子问题的解决方案

第四部分：通过绘制有向图呈现了当前IPDR系统主要研究方法的技术路线

第五部分：结论

全文信息

A Survey of the Research Status of Pedestrian Dead Reckoning Systems Based on Inertial Sensors

Yuan Wu, Hai-Bing Zhu, Qing-Xiu Du, Shu-Ming Tang

摘要：

With the development of micro-electromechanical systems (MEMS), miniaturized, low-power and low-cost inertial measurement units (IMUs) have been widely integrated into mobile terminals and smart wearable devices. This provides the prospect of a broad application for the inertial sensor-based pedestrian dead-reckoning (IPDR) systems. Especially for indoor navigation and indoor positioning, the IPDR systems have many unique advantages that other methods do not have. At present, a large number of technologies and methods for IPDR systems are proposed. In this paper, we have analyzed and outlined the IPDR systems based on about 80 documents in the field of IPDR in recent years. The article is structured in the form of an introduction-elucidation-conclusion framework. First, we proposed a general framework to explore the structure of an IPDR system. Then, according to this framework, the IPDR system was divided into six relatively independent subproblems, which were discussed and summarized separately. Finally, we proposed a graph structure of IPDR systems, and a sub-directed graph, formed by selecting a combined path from the start node to the end node, skillfully constitutes a technical route of one specific IPDR system. At the end of the article, we summarized some key issues that need to be resolved before the IPDR systems are widely used.

关键词：Inertial measurement unit (IMU), pedestrian dead-reckoning, indoor navigation, technical route, general framework.

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SpringerLink:

https://link.springer.com/article/10.1007/s11633-018-1150-y

感谢论文作者杜清秀研究员及其团队对以上内容的审核与修改！

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