意大利帕爾馬大學(xué)工程與建筑系物聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗(yàn)室聯(lián)合私企、多所國(guó)內(nèi)外大學(xué)和各地研究所共同研究物聯(lián)網(wǎng)和智能系統(tǒng)。
定位和導(dǎo)航
物聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗(yàn)室的主要研究方向是定位和導(dǎo)航,在不同的環(huán)境條件下確定物體和設(shè)備的位置、跟蹤它們的移動(dòng),創(chuàng)造物聯(lián)網(wǎng)多種契機(jī):基于位置的服務(wù)、訪問(wèn)控制、行為監(jiān)測(cè)、苛刻環(huán)境中的導(dǎo)航。
圖1,Xsens公司MTw Awinda慣性測(cè)量單元放置在腳部,用鞋帶固定。
目前市場(chǎng)上基于GPS的技術(shù)在室外應(yīng)用良好,但是這些技術(shù)在市區(qū)內(nèi)和室內(nèi)環(huán)境中時(shí),可靠性和精度大幅降低。我們實(shí)驗(yàn)室的目標(biāo)是開(kāi)發(fā)方便易用、精確、可以在未知環(huán)境中定位跟蹤的系統(tǒng)。在目前我們考慮范圍內(nèi)的技術(shù)里,基于慣性技術(shù)的導(dǎo)航是最有前途的。在理想狀態(tài)下,我們可以通過(guò)使用慣性傳感器(例如:加速度計(jì)和陀螺儀)記錄數(shù)據(jù),并在任何環(huán)境中重建運(yùn)動(dòng)物體的軌跡,而這不需要依靠外部的基礎(chǔ)設(shè)施(在我們的研究中指的是光學(xué)動(dòng)捕系統(tǒng)),也不依靠其他信號(hào)(例如:基于GPS的解決方案)。
遺憾的是在現(xiàn)實(shí)案例中,想要精確地跟蹤位置和方向是很難的,這是由于影響傳感器測(cè)量的噪聲導(dǎo)致的,噪聲可以導(dǎo)致數(shù)據(jù)漂移現(xiàn)象,讓系統(tǒng)長(zhǎng)期處于不可靠狀態(tài)。因此,優(yōu)秀的解決方案應(yīng)當(dāng)使用優(yōu)質(zhì)傳感器和針對(duì)項(xiàng)目而揀選的技術(shù),以降低誤差,尤其是在傳感器數(shù)量有限、降低復(fù)雜度和壓縮成本時(shí)。
圖2,系統(tǒng)綜述:慣性測(cè)量單元放置在腳部,Xsens適配器與筆記本電腦相連。筆記本運(yùn)行算法。行人兜里內(nèi)裝手機(jī),用于提供網(wǎng)絡(luò)連接和GPS參考。
行人的航位推測(cè)法(PDF)
在我們的科研項(xiàng)目里,我們開(kāi)發(fā)出了一套行人航位推測(cè)系統(tǒng),系統(tǒng)使用一支Xsens公司出品的MTw Awinda傳感器,傳感器放置在行人的鞋面上,作用是重建行人的三維運(yùn)動(dòng)軌跡。傳感器被鞋帶固定在鞋面上,采集的數(shù)據(jù)通過(guò)筆記本上的適配器傳輸?shù)焦P記本電腦里。筆記本上運(yùn)行的MatLab軟件程序由Xsens公司提供的API生成,用于讀取和處理采集的數(shù)據(jù)。
每當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)到支撐相時(shí),系統(tǒng)就會(huì)計(jì)算出腳部的三維位移。修改版的ZUPT算法是由擺動(dòng)相時(shí)傳感器記錄的線性加速度雙積分組成的,用途是計(jì)算水平運(yùn)動(dòng)。MTw內(nèi)置的氣壓計(jì)的讀數(shù)可用于計(jì)算位移的垂直高度。如圖2所示。
獲取三維位置的過(guò)程是:先轉(zhuǎn)換經(jīng)度、緯度和高度坐標(biāo)系,然后用臨時(shí)執(zhí)行的API程序把它們發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器。為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)過(guò)程,行人兜里存放的手機(jī)負(fù)責(zé)提供上網(wǎng)。手機(jī)也用于接收GPS位置,目的是做對(duì)比。
網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器記錄坐標(biāo)系,用直觀的網(wǎng)絡(luò)界面輸出位置信息,通過(guò)這樣的方式,行人可以在筆記本上的地圖里看到自己的行進(jìn)路線。
圖3,網(wǎng)絡(luò)界面實(shí)時(shí)監(jiān)視估計(jì)的路徑。
測(cè)試是在意大利帕爾馬大學(xué)校園內(nèi)完成的。網(wǎng)頁(yè)界面主要是由地圖和智能手機(jī)的GPS信息組成。地圖上藍(lán)色的路線是由慣性導(dǎo)航系統(tǒng)估計(jì)的,紅點(diǎn)代表GPS信號(hào)。此外,網(wǎng)頁(yè)界面還顯示了地北、多層樓的樓層估計(jì),以及GPS的精度。
物聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗(yàn)室
意大利帕爾馬大學(xué)工程與建筑系物聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗(yàn)室聯(lián)合私企、多所國(guó)內(nèi)外大學(xué)和各地研究所研究物聯(lián)網(wǎng)和智能系統(tǒng)。目前科研隊(duì)伍共有八名全職人員,他們是學(xué)院的教師、博士后、博士生和研究員并一同積極合作。物聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗(yàn)室目前研究的三大交織領(lǐng)域如下:
- 信號(hào)處理
- 現(xiàn)代通信與網(wǎng)絡(luò)
- 物聯(lián)網(wǎng)與智能系統(tǒng)
所有科研活動(dòng)的主要原則就是跨學(xué)科性。我們實(shí)驗(yàn)室發(fā)表的論文已在大量科學(xué)出版物上發(fā)表,有幾個(gè)論文還在國(guó)外先進(jìn)的論壇上獲獎(jiǎng),實(shí)驗(yàn)室目前擁有大型試驗(yàn)臺(tái)(內(nèi)置模塊超過(guò)一百五十個(gè)),包括眾多無(wú)線連接標(biāo)準(zhǔn)。
本實(shí)驗(yàn)室采購(gòu)的Xsens設(shè)備由北約科技組織出資購(gòu)買(mǎi),用于現(xiàn)代導(dǎo)航研發(fā)項(xiàng)目(用可穿戴生物傳感器和生理模型增強(qiáng)單兵作戰(zhàn)效率)的研究。