基于智慧手机发展即时平滑器与约制演算法提升行人于空间中定位之.PDFVIP

航測及遙測學刊 第二十一卷 第2 期 第107-123 頁 民國105 年10 月 107 Journal of Photogrammetry and Remote Sensing Volume 21, No .2, 2016, pp. 107-123 DOI ：10.6574/JPRS.2016.21(2).4 基於智慧手機發展即時平滑器與約制演算法 提升行人於空間中定位之精度 1* 2 3 4 廖振凱 江凱偉 周志明 李智鴻 摘要 近年來車載與空載移動製圖系統逐漸成熟，而智慧手機與穿戴式裝置正逐漸應用到日常生活之中， 各種微機電系統感測器也隨之普及 ，具有潛力取代過去可攜式移動製圖系統所需配戴的設備。然而廣泛 應用於車載和空載整合導航系統的慣性積分導航，卻不適用於行人室內定位 。本研究使用控制點取代衛 星定位系統 ，來源可以是傳統地測點、地圖、影像特徵點或無線射頻等室內定位技術。同時也針對慣性 積分的誤差累積提出步速約制演算法與即時平滑器。實驗結果顯示本研究提出的方法 ，能夠有效提升使 用慣性積分導航與智慧型手機的即時行人室內定位精度。 關鍵詞：行人室內定位 、慣性導航系統 、智慧型手機 楚自身位置，並了解如何到達目的地。因此來自導 1. 前言 航定位、室內設計與測繪等領域，以及博物館、車 對於行人室內導航的應用而言，智慧型手機由 站和商場等各種室內空間的室內製圖需求開始增 於內建的全球導航衛星系統(Global Navigation 加。然而最近已相當成熟的室外移動製圖技術需要 Satellite System, GNSS) 、慣性量測單元(Inertial 精確的載台位置資訊，卻受限室內遮蔽環境，而無 Measurement Unit, IMU) 、磁力計、無線網路、藍 法接收良好的衛星訊號。同時狹窄的空間也限制了 芽與相機等硬體，輕便與多樣性的感測器，使其成 載台的類型、體積與載重，讓積分式慣性導航系統 為一個相當理想的可攜式導航系統。同時，智慧型 (Inertial Navigation System, INS)失去了可靠的外部 手機近幾年在全球的快速發展，高度的普及率使其 輔助與平穩的載台，難以提供精確的定位與姿態訊 同時具有成為個人行動導航系統的優勢。這些特性 息，造成移動製圖系統無法執行直接地理定位的演 與過去需要佈設大量設備的室內定位技術相比，可 算。行人是室內空間最方便的平台之一，但要以行 以大幅減少室內定位應用的推廣與發展成本。使用 人做為移動製圖系統的載台，慣性積分導航的行人 者的室內位置資訊結合大數據分析與地理位置服 室內定位精度就必須提升 。 務(Location Based Service, LBS) ，能夠促進個人商 室內定位技術發展至今已有二十多年，基於不 務和行動支付的市場。而針對測繪應用而言，高精 同理論與設備也演化出許多不同的定位方法(Gu 度的室內圖資除了提供專家分析各種資訊和輔助 Lo, 2009; Harle, 2013; Koyuncu Yang, 2010; 定位以外，一般使用者也開始希望能夠透過智慧行 Mautz, 2012) ，技術彙整見下表 1 。室內行人定位 動裝置進行室內導航，例如以智慧手機顯示室內環 技術最關鍵的挑戰是如何適應行人運動的模式，並 境影像，甚至三維的虛擬空間，輔助使用者更加清 在沒有衛星定位系統的輔助下，達到室內導航與移 1 國立成功大學測量及空間資訊學系 博士