特大型城市室内定位信息系统及应用

导航与位置服务应用正在成为国家中长期发展重点关注及建设的产业。针对特大型城市室内高精度定位的迫切需求,围绕室内高精度定位技术及在特大型城市应用,讨论了室内无线保真、蓝牙等定位关键技术,研发了城市室内定位数据云计算解算中心,构建了特大城市室内外定位服务能力开放及运营支撑平台系统。     

室内高精度定位技术总结与展望

高精度的室内定位技术对于国民经济发展具有非常重要的意义。近年来,随着位置服务需求逐渐增加,技术不断发生迭代,室内定位向着高精度和无缝持续发展。在卫星信号无法覆盖室内的情况下,高精度室内定位技术成为研究热点,发展出多种定位源和对应的定位原理。针对高精度室内定位技术的最新发展现状,依据不同定位原理分为基于几何关系、指纹匹配、增量估计和量子导航的高精度定位方法,并对各类方法的定位原理进行了介绍,对当前技术发展进行探讨和分析,总结出高精度室内定位技术的特点,探讨出多源化、智能化、大众化的未来发展趋势。     

室内高精度定位技术研究应用现状与发展趋势

由于全球导航卫星系统定位信号弱而难以穿透建筑物,满足高精度、实时、高可靠需求的室内定位是泛在北斗系统所面临的挑战之一。高精度室内定位作为未来人工智能和超智能应用的时空数字底座核心技术之一,是工业界和学术界的研究热点。首先综述了现有高精度室内定位技术的发展现状,对比了各自优缺点及存在难点,然后分析了典型应用下相关技术的发展趋势,并对室内定位技术未来的发展方向和应用场景进行了展望。     

多频多模GNSS高精度定位关键技术与挑战

高精度全球导航卫星系统（global navigation satellite system,GNSS）定位技术拓展了位置服务行业的纵深发展,在智慧城市、智能交通和无人驾驶等领域得到了广泛应用,是当前卫星导航领域的热点。梳理了GNSS定位技术的现状和发展脉络,阐述多频多模GNSS高精度定位所涉及的整数模糊度固定、函数模型和随机模型融合等共性基础理论,介绍提升GNSS定位性能的非模型误差处理以及周跳探测与数据中断修复等关键技术。依托基础理论和关键技术的创新成果,介绍了同济大学GNSS团队近年来发展的4种多频多模GNSS高精度定位应用新技术,并展望了未来以GNSS为核心的高精度定位技术的发展趋势及其挑战。     

基于数据与模型双驱动的音频/惯性传感器耦合定位方法

北斗卫星导航系统已于2020年实现全球覆盖。在开阔的室外环境,北斗可提供厘米级的定位服务,正向着更泛在、更融合、更智能的综合时空体系迈进。目前高精度室内定位技术处于百花齐放、百家争鸣的状态,尽管苹果支持的超宽带技术在市场中拥有优势,但是5G、音频和蓝牙测角等可支持所有大众手机的技术在市场中也具备竞争力。室内定位目前主要面临部署成本高、定位精度低、信号覆盖范围小和系统泛化能力差等难题。多源融合定位技术是解决这些难题的重要途径之一,特别地,融合低成本惯导定位源和高精度射频/音频定位源是目前具备实用价值的融合定位组合。行人航迹推算(pedestrian dead reckoning,PDR)定位源具有抑制积分误差累积的优势,但是由于用户手机握持姿态的复杂性和手机惯性传感器硬件的差异性,其在相对定位精度、手机泛化能力和多握持姿态支撑等方面也存在劣势,此外,受步频的影响,PDR定位源的位置更新率低于2 Hz。为了实现低成本、高精度和广覆盖的室内定位解决方案,本文提出了一种数据与模型双驱动的多源融合定位新范式,其中数据驱动的PDR部分通过构建神经网络模型,训练加速度传感器和陀螺仪测量值特征,学习速度变化矢量,推算高精度行人航迹,模型驱动部分为将数据驱动输出的相对航迹与高精度定位源输出的观测量通过扩展卡尔曼滤波,实现融合定位输出。试验结果表明,基于数据驱动的PDR方法可提供20 Hz的位置更新率,与高精度音频定位源融合,可实现0.23 m的动态定位精度。     

基于移动端的室内导航APP设计研究与实现

随着位置服务应用的深入和人们活动需求的拓展,对室内定位与导航服务的需求越来越迫切。本文通过对室内地图、导航数据和室内导航实现流程的研究,提出了室内导航数据模型与制作流程,并开展了室内导航APP的设计研发,在移动端实现了基于室内地图的基本地图操作、地图展示、路径规划导航和查询定位等基本功能。     

雾定位及其应用研究

全球卫星导航系统（GNSS）的发展促进了基于位置服务(LBS)的迅速普及,人们对高可靠、高可信、高精度定位、导航、授时（PNT）服务需求日益迫切．PNT是一个融合多类技术、包括多级系统的体系架构．围绕PNT服务体系优化,国内外学者相继提出了全源导航定位(All source positioning and navigation)、弹性PNT(Resilient PNT)、云定位(Cloud Positioning)等新的架构和技术体系．本文提出以具备通信、计算、存储、定位、感知等能力的异构定位资源为基础设施,通过智能管理与调度分布在不同地理位置的异构定位资源实现用户高可靠、高可信、高精度的PNT信息服务．并由此给出了雾定位(Fog Positioning)与泛源导航定位(Omnipresent Positioning and Navigation)的定义,指出雾定位的定义由分布式计算架构演化而来,强调构成PNT服务体系的架构;而泛源导航定位的概念是从定位技术的发展演化而来,强调利用可获取的泛在导航定位数据源进行协同融合处理,实现泛在定位的能力．在此基础上,通过与云定位比较,指出雾定位是云定位向用户端的延伸,是定位资源的泛在化实现,同时雾是一种动态的、弹性的云,因此雾定位是一种具备“弹性”性能的PNT架构．而泛在定位是PNT信息服务发展重要目标,雾定位给出了实现这一目标的潜在手段,即泛源导航定位．最后,结合城市环境、室内环境等复杂场景,研究了雾定位／泛源导航定位的基本服务模式．      

融合UWB+PDR的室内定位方法改进

近年来,随着科技的进步和创新,对室内定位的研究正朝着多技术互补融合的方向发展,将导航技术与室内定位相融合成为目前的研究热点。行人航位推算(PDR)和超宽带(UWB)技术以其独特的定位优势和精确度等众多优点成为室内定位的主流技术,但PDR由于其累积误差的影响只适用于短时间内高精度室内导航需求,而超宽带在复杂环境中,时间信息可能会严重失真,导致定位信息缺失。因此,本文利用扩展卡尔曼滤波(EKF)对两者进行融合改进,以此发挥各自技术优势。试验结果表明,定位解算的终点误差最大为0.819 5 m,最小为0.144 3 m,平均误差为0.347 8 m,位置平均误差为0.475 0 m,有效提升了室内定位的精度。     

Xtion/IMU组合的机器人室内定位方法

针对机器人在室内、深海或者高楼林立的大都市导航定位存在的问题,该文展开了基于Xtion传感器与惯性测量单元(IMU)松组合的移动机器人室内定位算法的研究,采用了组合导航及自适应渐消扩展卡尔曼滤波算法等创新性方法,解决了机器人室内定位精度不高的问题。通过对机器人室内组合导航轨迹的实验验证,该文的组合导航方法能够提高机器人移动轨迹的精度,更接近于真实轨迹,满足了移动机器人室内导航定位的需求。     

定位毫厘,放眼世界——第七届普适定位、室内导航与基于位置服务(UPINLBS 2022)国际会议侧记

<正>《2021年中国卫星导航与位置服务产业发展白皮书》统计显示,2020年我国卫星导航与位置服务产业总体产值达4033亿人民币,同比增长16.9%。预计到2025年,卫星导航与位置服务总体产值有望达到8000亿～10000亿元规模。此外,Market&Market调查数据显示,全球室内定位市场将以42.0%的年复合成长率增长,预期室内定位空间与位置服务产业未来将占据导航与位置服务产业三分之一的市场规模,到2025年有望达到约3000亿元市场规模。     

未来综合导航定位技术刍议

社会的发展和人们生活水平的不断提高,使得人们对位置及其相关信息的需求不断增加。未来人们对于导航定位技术的需求将是快速、高精度、高动态和无缝的。未来的综合导航定位技术主要包括单点快速高精度定位技术和特殊地区导航定位技术两大类。本文简要介绍了这两类导航定位技术的现状及今后的发展趋势。     

基于GIS的室内定位约束与优化算法

随着室内定位技术的不断发展,室内导航渐渐成为可能。但由于室内定位精度和稳定性较差,导致定位点漂移,导航引导错误,用户体验感差,无法满足室内精细导航需求。文中根据室内空间的特点,结合GIS空间分析与导航推测算法,设计出一种适合室内定位约束与优化算法,能在不影响定位效率的情况下很大程度上改善定位效果。经实际场地实验,效果良好。     

封闭环境下限制误差发散的高精度导航定位

基于GNSS系统的导航定位设备在封闭或受阻环境下导航精度受限,为此,提升地下空间或室内定位精度,摆脱对GNSS的依赖是当前的研究热点。针对该问题,本文研究了LiDAR+IMU+DMI多源传感器导航定位技术,通过将LiDAR控制标靶数据带入卡尔曼滤波方程,计算IMU+DMI组合的误差状态向量,限制其误差发散,从而获取设备的高精度位置。该技术能使移动检测设备完全摆脱对GNSS信号的依赖,实现地下封闭空间移动测量设备精确定位,便于地下空间检测。通过在武汉某地铁试验表明,本文算法适用于地下、室内空间封闭环境中无GNSS信号的移动测量设备高精度导航定位。     

遥感制图与导航定位技术在嫦娥三号遥操作中的应用

系统介绍了嫦娥三号遥操作中基于影像的遥感制图与导航定位技术的应用方法。利用降落相机序列影像实现了嫦娥三号着陆器在嫦娥二号卫星影像上的高精度定位,并生成了着陆区高精度3维制图产品;利用导航相机立体影像生成巡视器周围地形产品,采用站间影像匹配定位和DOM匹配的方式实现了玉兔号月球车的连续高精度定位;将高精度的定位结果和制图产品应用于月球车遥操作任务规划中,为月球车的安全行驶和科学探测提供了精准的定位和3维地形信息。月球车月面巡视探测工作的顺利完成,验证了这些应用技术的可靠性。     

高精度室内外无缝定位与导航方法浅析

导航与位置服务攸关国家安全、经济发展和社会民生,在新一代信息技术性新兴产业中,有着举足轻重的地位,在物联网、智慧地球、节能减排、救灾减灾等领域发挥着重要的基础性支撑作用。介绍高精度室内外无缝定位与导航项目的研究背景,探讨技术方法,分析系统在应用领域中的发展趋势。     

基于CORS的智能手机高精度定位平台研究

以智能手机为载体,研究了连续运行参考站(CORS)和智能手机相结合高精度导航定位关键技术,形成了基于江苏省连续运行参考站(JS-CORS)的移动终端高精度导航定位解决方案. 同时,开发了相应软件系统,包含一套移动端手机软件(APP)和一套位置管理平台. 基于CORS的智能手机高精度定位平台的建设,对于延伸智能手机在地理测绘、智能交通、应急救援,公共安全等方面多场景应用,拓展CORS应用领域具有重要意义.      

室内三维定位分类、方法、技术综述

室内三维技术是辅助室内人员快速定位导航、商业人员对室内业务统计分析决策、应急救援力量快速实施救援的重要手段.近年来,室外定位、导航、路径规划、可视化分析等技术已发展成熟,而室内位置服务需求(定位、导航、路径规划)正处于初始发展阶段.为快速推进室内三维技术发展,本文对目前市面上应用集中的几种室内三维定位技术方法进行了归纳和探讨,介绍了从不同角度对室内三维定位进行分类,各定位技术的原理和方法,以及基于室内三维原理与方法衍生出的主流室内定位技术,对比分析各定位技术的优缺点及在室内三维中的应用,总结了目前室内三维定位技术存在的问题与未来的研究方向.     

基于粗时段导航与RAIM算法的A-GNSS室内定位

针对GNSS接收机在室内环境中面临的强烈的信号衰减、非视距传播和互相关效应的问题,提出了一种基于粗时段导航和RAIM算法解决A-GNSS室内定位问题的方法,并利用BDS数据验证了该方法的可靠性。结果表明,粗时段导航算法能够提供连续可靠的定位结果,应用于微弱信号环境;基于组合FDE的RAIM算法能够增加定位结果可用率,解决室内卫星信号存在的非视距传播和互相关效应的问题。基于粗时段导航与RAIM算法的A-GNSS定位技术能够应用于室内定位,仿真定位结果水平方向RMS在10 m以内。     

火星车定位与制图技术现状以及对发展中国月球车/火星车定位制图技术的建议

根据在美国研究和开发高精度火星车定位与制图技术的研究经验、以及参加勇气号和机遇号火星车任务超过4 年的业务化运行工作经验, 总结了目前国际上火星车导航定位和制图技术的现状, 对中国即将开展的月球车和火星车登陆任务在导航定位和制图方面提出建议。     

GNSS/地磁组合的室内外无缝定位平滑过渡方法

针对室内外无缝定位在室内外过渡点精度低、不能平滑自动切换等问题,结合GNSS定位技术以及室内地磁指纹节点的组合方法来实现室内外无缝定位及导航。由于从室外至室内时接收机接收到的卫星星数减少、GDOP值逐渐增加、定位的误差增大,因此室内地磁定位精度逐渐优于GNSS定位精度,在两个定位精度临界点通过分析计算得出GDOP最优转化范围值,进行平稳切换。此次试验仿真结果表明,GDOP在3~3.5进行切换与单一GNSS或地磁方法定位的精度相比,分别提高85.7%和82.6%,从而达到了室内外的高精度无缝定位,填补了国内外在室内外无缝定位上没有合适的切换界定的空白。