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GPS导航应用程序已被证明是无数人的救星。手中有智能手机,即使在陌生的城市,也很容易找到目的地。然而,它却容易迷失在室内,因为GPS卫星信号无法获得。而对于用户来说,你经常在一个繁华的购物中心为了见朋友,找咖啡馆,却常常迷失于走廊或者是蜿蜒的过道。微软亚洲研究院的云计算和移动研究小组最近推出路径指南Path Guide,可以轻松找到到达室内目的地的正确路径。

我们先来看看为什么GPS不能提供室内导航。GPS导航的第一步就是定位。基本上,在手持设备上运行的GPS系统的接收器芯片从卫星拾取定位信号并计算接收设备的坐标,可惜来自GPS卫星的信号具有较差的穿透力,通常被建筑物墙壁阻挡。因此,在室内,GPS无法提供导航。

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那么,室内导航当前适用的办法是什么?比较有名的导航方法是基于蓝牙信标定位。以苹果的iBeacon为例,智能手机应用程序可以通过来自一个或多个iBeacons的信号粗略地计算出设备在地图上的位置。根据这些信息,应用程序可以计算路线并将用户导航到目的地。然而,该解决方案仅适用于存在iBeacons的建筑物,而有限的蓝牙传输范围在大型室内环境(例如,商场和办公楼)中部署和维护成本较高。

另一种受欢迎的室内导航方法是基于Wi-Fi定位的。Wi-Fi信号在室内环境中比蓝牙信标更常见。类似于蓝牙方法,这种类型的解决方案通过射频(RF)信号特性和三角测量过程确定移动设备的大致位置。不同的定位系统依赖于信号强度,信号相位,传输时间,射频入射角度,信道状态信息等,但一般来说,它们都利用各种Wi-Fi信号之间的差异和相关性来确定定位。

还有各种室内位置的专用设备的解决方案,这些解决方案需要部署一定数量的专用感应设备,包括摄像机,可见光通信系统,RFID,超宽带(UWB),红外线,超声波等等,这些解决方案可以大大提高系统的准确性,但广泛的部署受到硬件和人工成本的限制。

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最后,室内导航通常依赖于室内地图,但是在大型室内空间中的地图采集,数据表示和数据处理是突出和昂贵的问题,对室内导航技术的普及应用提出了巨大的问号。而对于较小的建筑物,业主可能没有办法收集和披露必要的数据。那么,微软是如何实现低成本,即插即用,可扩展的室内导航?

经过几代升级,手机今天拥有越来越多的传感器,例如加速度传感器,陀螺仪,电子罗盘,气压计等。根据微软以前对这些智能手机传感器的大部分研究以及使用室内导航的传感器数据,微软团队认为建筑物内部地磁场相对稳定,这给其创造一个基于从不同位置收集的磁传感器数据的室内导航系统的想法,同时利用其他手机传感器来支持实时导航指令。

于是微软的微软亚洲研究院的云计算和移动研究小组结合团队在移动计算,普及计算和智能感知方面的知识和专长,开发了“路径指南”。路径指南基于Android的移动应用程序使用简单,可以直接安装到用户的智能手机上,而无需室内地图或建筑物布置任何特殊的预安装硬件(包括Wi-Fi路由器)。

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为了使系统为任何人工作,微软开发了一个点对点的领导者/追随者模型。一旦用户使用该应用程序进入室内位置,就会开始沿着路径记录传感器数据,任何其他用户都可以遵循该路径并到达那里。随着更多用户收集数据,可以组合不同的路径,使系统更加有用。这种方法有两个主要优点:一是系统完全即插即用。任何建筑物中的任何两个用户都可以从头开始使用室内导航。其次,通过组合多个用户的数据,可以放大每个收集路径的好处,为更多的用户体验提供更多的导航机会。

“路径指南”应用程序可以在许多情况下使用。例如,如果你第一次去一个大办公楼参加一个客户会议,那么知道会议室在哪里的同事可以作为“领导者”,并且使用“路径指南”,记录从大楼进入会议室。在更开放的地区,如商场,任何人甚至店主都可以作为“领导者”,并从多个地点(例如,不同的入口)分享路径轨迹到达某个目的地,例如相对隐藏的餐厅或服装店。“路径指南”的用户还可以记录轨迹,并将其跟踪到其起点。例如,在不熟悉的车库中,您可以将停车位的轨迹记录到电梯中,然后反向跟踪,以找到您的车。

另一个路径指南功能是支持跟踪记录时添加注释。文本,音频和照片可以沿着路径添加,提供更多的信息和交互性。此外,可以从Web浏览器查看上传到云端的所有轨迹,并使用唯一的跟踪ID与其他人共享。这样,店主可以在自己的网站上发布寻路说明,会议协调员可以附加电子邮件会议请求的路线。

路径指南是一个研究项目,仍然显得粗糙。您可以在Google Play中搜索“路径指南Path Guide”,研究团队非常欢迎任何有关改进应用UI,其可用性或使用有问题的情况反馈。其它系统的版本,比如iOS还需等待。

但微软的这个项目,有望打开室内导航的新篇章。