Запечатлевая движение,
Создавая истории

Навигационные технологии играют важную роль в нашей повседневной жизни и в основном предназначены для пешеходов. Пешеходные навигационные системы — это портативные устройства, способные предоставлять направления и другие навигационные услуги для пешеходов. Эти устройства могут использоваться в местах, где сигналы спутников не могут достичь, таких как подземелья и шахты, а также в районах с сложными топологическими структурами, такими как торговые центры. Пешеходные навигационные системы обычно используют микромикроинерциальные измерительные устройства (MIMU), которые подвержены ошибкам измерения и низкой точности. Таким образом, чтобы улучшить точность пешеходных навигационных систем, исследователи разрабатывают способы минимизации ошибок и повышения точности.

Одним из способов улучшить точность систем навигации для пешеходов является использование технологии совместной навигации. Совместная навигация обменивается данными о навигации, межузловыми измерениями расстояний, местоположениями узлов и оценками ошибок между пользователями, что усиливает общую точность системы.

Системы совместной навигации обычно включают как пешеходные узлы, так и узлы автономных транспортных средств. Автономные транспортные средства, как правило, оснащены различным навигационным оборудованием, включая камеры, радары, глобальные навигационные спутниковые системы (GNSS), высокоточные инерциальные датчики и др., что позволяет создать более точную навигационную систему. Таким образом, технологии совместной навигации между системами навигации для пешеходов и автономными транспортными средствами могут значительно усилить точность навигации пешеходных систем, что, в свою очередь, улучшит общую точность многопользовательской системы совместной навигации.

Исследователи из Харбинского технологического института предложили совместную навигационную систему между пешеходами и узлами автономных транспортных средств, основанную на факторизации графов. Они также разработали алгоритм для оптимизации навигационной системы, позволяющий безупречно интегрировать все получаемые данные.

Общая архитектурная схема системы совместной навигации

Два узла в системе состоят из автономных транспортных средств с высокоточными навигационными системами, в то время как один узел последователя состоит из системы навигации для пешеходов. Узел навигации для пешеходов оборудован инерциальным измерительным устройством на основе технологии микроэлектромеханических систем (MEMS), которое измеряет инерционные данные движения пешехода. Информация о позиционировании узлов автономных транспортных средств относительно навигационной координатной системы предоставляется извне: как узлы автономных транспортных средств, так и узлы навигации для пешеходов оснащены устройствами радиолокации на основе сверхширокополосной связи (UWB) для измерения истинного расстояния между узлами.

UWB базовая станция с наклеенными отражающими маркировочными точками

Исследователи протестировали алгоритмы факторизации графа системы совместной навигации в ходе эксперимента по пешей навигации. Два мобильных генератора UWB были установлены в качестве пилотов вместо автономных транспортных средств, и их реальные местоположения записывались системой захвата движения NOKOV. Пешеходная навигационная система была оснащена датчиками MIMU и UWB, что позволяло системе измерять угловую скорость и ускорение тела, а также расстояние между пешеходом и двумя пилотными узлами.

Система захвата движений NOKOV

В ходе эксперимента было пройдено в общей сложности 49,7 метра. Во время ходьбы система MIMU измеряла угловую скорость тела и ускорение ног испытуемого. Тем временем устройства UWB измеряли расстояние между ногами испытуемого и двумя пилотами. Эти данные обрабатывались алгоритмом совместной навигации для предоставления системе навигации пешеходов указаний. Подмиллиметровая точность системы захвата движения NOKOV позволила зафиксировать истинные местоположения и траектории объектов в эксперименте.

Алгоритм согласованной навигации, решающий диаграмму траектории

Достоверность и точность алгоритма совместной навигации были оценены путем сравнения траектории пешеходного узла, рассчитанной алгоритмом, с реальной траекторией, записанной системой захвата движения NOKOV. Синяя линия представляет траекторию пешеходного узла, полученную с помощью алгоритма совместной навигации, в то время как черная линия отображает реальную траекторию, предоставленную системой захвата движения. Исследователи экспериментально пришли к выводу, что ошибка конечной точки ходьбы системы совместной навигации составляет 0.0648 метра, в то время как уровень ошибки относительного расстояния ходьбы составляет 0.13%.

Библиография:

[1] Хуан Цань. Алгоритм совместной навигации человека и транспортного средства на основе факторного графа [D]. Харбинский институт технологий, 2021.