让人蒙着眼转圈、学螃蟹走、快速上下台阶……这些“折腾”人的找位置游戏,经常会让人当场“晕菜”。如今这一游戏让智能手机定位APP玩出了“新高度”,不久前,由美国国家标准与技术研究院主办的国际智能手机室内定位比赛中,游戏被升级成匍匐、推小车等更“懵圈”的测试场景,而由武汉大学陈锐志教授带领的项目团队成功通过全部8个复杂的测试场景的考验,获得这项室内定位领域难度最高、测试最严、影响最大的世界级赛事的冠军。

  陈锐志在接受科技日报记者采访时表示,参赛成果是其主持的国家重点研发计划重点专项“高可用高精度室内智能混合定位与室内GIS技术”的成果之一。

  绕开3大“死穴”,掌握可用性金标准

  “赛前,系统对即将进入的考试环境一无所知。”陈锐志告诉记者,团队只是在比赛前一小时才被告知大楼外边框的参数以及楼内部分WiFi基站坐标。“不知道楼梯间、电梯间的位置,也不知道具体楼层陈设和布局,甚至测试员也和初赛时不是一个国家的。”

  “不得死机”“5秒之内必须响应”“不得重复给出两个相同的坐标”是决赛中的“死穴”,一旦定位APP发生任何一种情况,就会直接淘汰。

  “死机其实很容易发生,例如,当确定某个点的时候,起码要获得3个点的相对信息,通过计算得到点的确定位置,但如果有位置的多个相对参照点碰巧呈线性,就很难计算,算法容易形成‘死循环’或者死机,直接考验算法的质量。”陈锐志说。

  解决上述问题,只能靠团队不断积累优化算法的经验,甚至还包括对细节的不断打磨。“必须在尽量少损失准确性的基础上,精简优化算法。而且练习时是在电脑上进行运算,但是决赛要集合到APP上,并实时给出答案,因此修正等算法都无法使用。”赵锐志告诉记者。

  “实用性是我们从事研究一贯秉持的原则。”陈锐志举了个例子,有一天他拿着手机测试,忽然就闪退了。学生告诉他之前就出现过误触侧键闪退的情况。为此,团队在程序里增加了一个功能,只要打开APP就把所有键锁住。

  调动手机“全感官”,实现定位低成本

  室内定位的精度目前能做到多少?对于这个问题,陈锐志没有马上给出答案。他告诉记者,绝对地说精度如何是不准确的,如果对待测空间和定位硬件“武装到了牙齿”,那么分米级也不为过,而如果是一块“处女地”和一部普通手机,在没有信号基站、没有预建地图库的情况下,1米就是高精度。

  在没有“砸钱”完善硬件前,生活中大部分的环境就像决赛时所模拟的环境,只有少量可使用的信号源,采集普通手机。“不改变手机硬件,是我们所承担的‘高可用高精度室内智能混合定位与室内GIS技术’项目其中的一个任务指标。”陈锐志告诉记者,项目将面向大型复杂公共场所的安全监控与应急救援等重大应用需求,在不改变现有智能手机硬件的前提下,利用多种定位源,开展高可用、自适应和广域覆盖的室内全源智能混合定位,达到1米的精度。

  “有WiFi的地方用WiFi,没WiFi的地方,用惯性组合导航。”陈锐志说,在智能手机上,负责定位的小器件只有GPS定位元件,但是在室内无法接收GPS信号,因此要对其他的元器件“挖潜”。

  例如,麦克也可以成为用于定位的元器件之一。陈锐志介绍,“手机里的麦克风最起码能接收频率为16-21KHz的声音,这些声音人耳几乎很难听到的,如果架设一定密度的发出该波段声音的扬声器,就可以计算出扬声器到手机的距离,进而定位。”目前,以这一技术为核心的原型定位样机已经制造出来,在一定的扬声器密度下,定位精度可达到20厘米。

  “未来的人工智能也会很大程度上在室内工作,没有导航信号它们如何确定自己的位置,这是一个必须解决的课题。”陈锐志表示,如何让解决方案高可用、低成本、高精度是机器人产业发展的基础之一。