同济大学刘儿兀教授揭秘室内定位大赛夺冠独家算法

Posted 2020-09-21

同济大学刘儿兀教授揭秘室内定位大赛夺冠独家算法

2016-08-03 22:28

此前，泰伯网曾报道中国团队在2016微软全球室内定位技术大赛中荣获多项殊荣，其中，同济大学刘儿兀教授团队在室内定位技术大赛2D类摘得第一名桂冠。在这项代表室内定位技术最高水平的国际赛事中，刘教授究竟凭借哪些过硬的本领一路过关斩将，脱颖而出?前不久，泰伯网对刘教授进行了专访。

　　

刘儿兀教授

众所周知，技术类赛事拼的是实力——刘儿兀教授认为其团队自主研发的室内定位技术正是其获胜的关键，但他也谦虚地表示，实际上第一名与第二名Fraunhofer研究所之间的成绩很接近，能够摘得冠军有运气成分在其中。

要知道，在维也纳举办的这场2016微软室内定位技术大赛中，2D组不允许在比赛现场部署任何额外的硬件设备，仅可以利用现场设施(包含3个Wi-Fi接入点)进行定位，而且必须利用智能手机、平板电脑或者笔记本电脑作为定位终端。

硬件设备的限制多、只能用指定的传统电子产品，这让众多团队都为难。然而，刘教授和他的团队又是如何突破技术领域的限制?

集多项技术于一身的DWELT算法

在室内定位领域，主流的技术主要有Wi-Fi指纹、蓝牙iBeacon或Wi-Fi信号强度、地磁、惯导、超宽带UWB、可见光VLC等，各有千秋。刘教授表示，其团队开创性地研发出了一种名为DWELT的算法，对包括地磁、Wi-Fi指纹、Wi-Fi信号强度、惯导等多种数据源进行数据融合。

DWELT算法基于以下设计思路：在待定位点处，几种定位技术的效果同时很差，这样的几率很小。例如，在某些点实时预测到基于Wi-Fi信号进行定位的精度不高，这时基于地磁或者惯导进行定位可能较好;在某些点实时预测到基于地磁进行定位可能误差较大，这时有可能基于惯导或Wi-Fi信号进行定位较好。

刘教授直言，上述想法并不复杂，但实现起来难度却很大，特别是在数据融合算法以及惯导方面，DWELT算法有许多的设计。

实时调整数据源的权重是法宝

室内定位技术的重要指标便是定位精度，而定位精度与所用的信息源以及对不同信息源进行的数据融合算法密切相关，例如Wi-Fi信号的路径传播和衰落特性、惯导系统的累积误差、可见光信号的噪声特性、地磁/加速度/速度/陀螺仪等传感器精度、单一定位技术所用的算法以及多种定位技术进行数据融合的算法。

近年来，虽然有可达2米甚至1米以内精度的理论数据，但在实际使用中，Wi-Fi定位一般是5-8米甚至10米精度，5米内通常算是比较好的效果了，无法区分相邻房间和楼层。

DWELT算法能够基于环境情况动态调整不同数据源的定位信息权重，具有对多种定位技术的分集效果，从而达到较高的定位精度，正是克服了多种技术难题，不需要专门的硬件和额外的网络部署，即使环境中没有Wi-Fi信号也可以定位，定位精度约为1米。DWELT算法部署于网络服务器端时，不需要对手机等用户移动端做任何改动，只需要利用网络探测到的Wi-Fi信号强度即可定位，定位精度3米内。

基于不同的部署方式，DWELT算法能够实时跟踪行走轨迹，并能准确区分相邻房间和楼层，满足多数LBS室内定位业务1-3米精度的要求。DWELT算法正是采用了这样的最佳策略，利用简单易行的部署方案，博得了满堂彩。

刘教授坦言，DWELT技术目前相对其他室内定位技术尚有定位精度方面的优势，因此他们的团队下一步的目标则是更多地考虑算法的稳定性、易用性。

室内定位技术，可用来开发Pokemon Go类的游戏

实际上，DWELT算法不仅有显著的技术优势，可满足绝大多数LBS室内定位业务的要求，还具备广阔的市场应用前景。例如，DWELT可与AR/VR技术结合，可以用于游戏开发，从而大大提升室内环境和室内定位的商业价值;和手环等智能硬件产品结合，可以用于小孩、老人、宠物的防丢失;和车载系统结合，可以用于地下车库的导航和自主泊车等。

“实际上，我们也可以参与到Pokemon Go这类游戏的开发之中，” 刘教授说道。作为一款火爆全球的手机游戏，Pokemon Go的原理实则并不复杂，充分利用了谷歌地图提供的GPS室外定位功能。它的火爆还带动了国内大量山寨版Pokemon Go的游戏出炉，说明定位技术和AR/VR技术的结合有极强的新业务催化能力，必定会成为定位技术应用的一个新的重要方向，该领域还将催生更多高价值业务。刘教授表示，其团队关注到室内定位技术和AR/VR技术结合的巨大应用前景，已着手进行技术积累。

“由于定位技术本身并不直接创造价值，它需要和AR/VR、智能硬件、商旅文业态、导医导购、商超数据挖掘、室内人员分流、室内通信覆盖增强等行业应用结合才能为商家创造价值，” 刘教授表示。他认为他们的团队目前仅做了将科研理论转化为技术成果的工作，但从技术成果转化为商业成果还有更多的工作要做。

在科研成果转化方面，刘教授希望有机会引入资本，合作成立公司，将室内定位技术与多行业应用结合，从而面向更广阔的市场提供室内定位解决方案。

国内室内定位与国外不相上下

实际上，近年来的国际室内定位大赛中捷报频传。除了同济大学的刘教授团队，武汉大学代表队也曾获得另一项重大赛事——2015年EvAAL室内定位大赛手机组冠军。这从侧面说明了国内室内定位技术已有了一定的积累。

在刘教授看来，前些年国内团队离国际团队有不少差距，使得国内公司只能寻求获取国外技术，例如百度2014年上千万美元投资了挪威IndoorAtlas公司。但现在看来，国内在室内定位技术方面已与国外水平不相上下。

至少，我国在室内定位技术上与国际同行站在同一起跑线上，甚至在少数方向上还取得了一些领先优势。

实际上，除了室内定位技术成绩骄人，以北斗卫星导航为基础的室外定位技术也赢得了世界的瞩目。错过了三次工业革命的中国，如今在导航定位领域可以与国际前沿并驾齐驱，少不了刘教授这样的工作者的在背后辛勤努力。

然而，站在同一起跑线之上，从业者们还应继续思索，如何才能够持续领跑?在这个过程中，政府、资本对国内相关团队和技术的支持，也将对技术优势转化为生产力优势的过程发挥重要作用。(文｜泰伯网 龙薇)