Навигационный алгоритм с использованием планов зданий и данных автономных датчиков
https://doi.org/10.17285/0869-7035.2015.23.1.029-042
Аннотация
В статье представлен метод коррекции местоположения и курса навигационной системы с использованием поэтажных планов зданий. Алгоритм включает три этапа: (a) обработка данных автономных датчиков для определения местоположения и курса, (б) коррекция путем согласования с картой, и (в) оценка ошибок навигационной системы. Парциальный фильтр используется для комплексирования данных от навигационного счисления с планом здания. Фильтр Калмана оценивает ошибки счисления по курсу и местоположению. Алгоритм предназначен для навигационных систем объектов, работающих внутри зданий с известными планами этажей, и может быть адаптирован для реализации в навигационных системах реального времени с недорогими МЭМС-гироскопами и датчиками скорости в качестве инструментов счисления. Реальные данные, полученные при испытаниях объекта внутри зданий, продемонстрировали, что предлагаемый алгоритм способен исправлять значительные погрешности положения и курса.
Ключевые слова
Об авторах
П. Дэвидсон
Университет ИТМО, кафедра информационно-навигационных систем (С.-Петербург)
Россия
Россия
Дэвидсон Павел, доктор технических наук.
М. Киркко-Яаккола
Финский институт геопространственных исследований. Национальная геодезическая служба (г. Киркконумми)
Финляндия
Финляндия
Киркко-Яаккола Марти, доктор технических наук.
Ю. Коллин
Колин Юсси, доктор технических наук. Кафедра компьютерных технологий Технологического университета (г. Тампере) Финляндия
Финляндия
Финляндия
Колин Юсси, доктор технических наук. Кафедра компьютерных технологий Технологического университета (г. Тампере) Финляндия
Я. Такала
Технологический университет, кафедра компьютерных технологий (г. Тампере)
Финляндия
Финляндия
Такала Ярмо, доктор технических наук.
Список литературы
1. Davidson, P., Collin, J., and Takala, J. Map-aided autonomous pedestrian navigation system,” in Proc. 18th Int. Conf. Integrated Navigation Systems, St. Petersburg, Russia, May 2011, pp. 314–318.
2. Davidson, P., Collin, J., and Takala, J. Application of particle filters for indoor positioning using floor plans, in Ubiquitous Positioning Indoor Navigation and Location Based Service (UPINLBS), 2010. IEEE, 2010, pp. 1–4.
3. Davidson, P., Collin, J., and Takala, J. Application of particle filters to a map-matching algorithm,” Gyroscopy and Navigation, vol. 2, no. 4, pp. 285–292, 2011.
4. Abdulrahim, K., Hide, C., Moore, T., and Hill, C. Integrating low cost IMU with building heading in indoor pedestrian navigation, J. Global Positioning Systems, vol. 10, no. 1, pp. 30–38, 2011.
5. Abdulrahim, K., Hide, C., Moore, T., and Hill, C. Aiding low cost inertial navigation with building heading for pedestrian navigation, Journal of Navigation, vol. 64, no. 2, pp. 219–233, 2011.
6. Borenstein, J., Ojeda, L., and Kwanmuang, S. Heuristic reduction of gyro drift for personnel tracking systems, Journal of Navigation, vol. 62, no. 01, pp. 41–58, 2009.
7. Borenstein, J. and Ojeda, L. Heuristic drift elimination for personnel tracking systems, Journal of Navigation, vol. 63, no. 4, pp. 591–606, 2010.
8. Jiménez, A., Seco, F., Zampella, F., Prieto, J., and Guevara, J. Improved heuristic drift elimination (iHDE) for pedestrian navigation in complex buildings, in Proc. Int. Conf. Indoor Positioning and Indoor Navigation, Guimarães, Portugal. IEEE, Sep. 2011.
9. Gilliéron, P., Büchel, D., Spassov, I., and Merminod, B., Indoor navigation performance analysis, in Proc. of the European Navigation Conference GNSS, 2004, 2004.
10. Spassov, I., Algorithms for map-aided autonomous indoor pedestrian positioning and navigation, Ph.D. dissertation, Ecole Polytechnique Fe´de´rale de Lausanne (EPFL), Switzerland, 2007.
11. Дмитриев С.П., Степанов О.А., Ривкин Б.С., Кошаев Д.А., Чанг Д. Оптимальное решение задачи автомобильной навигации с использованием карты дорог. Гироскопия и навигация, 2000. № 2 (29). С. 57-68.
12. Davidson, P., Collin, J., Raquet, J., and Takala, J. Application of particle filters for vehicle positioning using road maps, in Proc. 23rd ION GNSS, Portland, OR, Sep. 2010, pp. 1653–1661.
13. Klepal, M., Beauregard, S. et al. A backtracking particle filter for fusing building plans with PDR displacement estimates, in Proc. 5th Workshop on Positioning, Navigation and Communication, WPNC’08, Hannover, Germany. IEEE, Mar. 2008, pp. 207–212.
14. Beauregard S. Omnidirectional pedestrian navigation for first responders, in Proc. 4th Workshop on Positioning, Navigation and Communication, WPNC’07, Hannover, Germany. IEEE, Mar. 2007, pp. 33–36.
15. Woodman, O. and Harle, R. Pedestrian localisation for indoor environments, in Proc. of UbiComp'08, September 21-24, 2008, Seoul, Korea, 2008.
16. Ascher, C., Kessler, C., Weis, R., and Trommer, G. Multi-floor map matching in indoor environments for mobile platforms, in Proc. Of Int. Conf. on Indoor Positioning and Indoor Navigation, Nov 13-15, 2012, Sydney, Australia, 2012.
17. Krach, B. and Robertson, P. Integration of foot-mounted inertial sensors into a bayesian location estimation framework, in Proc. 5th Workshop on Positioning, Navigation and Communication, WPNC’08, Hannover, Germany. IEEE, Mar. 2008, pp. 55–61.
18. Khider, M., Kaiser, S., Robertson, P., and Angermann, M. The effect of maps-enhanced novel movement models on pedestrian navigation performance, in Proc. 12th European Navigation Conference, Apr. 22-28, Toulouse, France, 2008.
19. Kaiser, S., Khider, M., and Robertson, P. A human motion model based on maps for navigation systems, EURASIP Joutnal on Wireless Communications and Networking, no. 2011:60, 2011.
20. Pinchin, J., Hide ,C., and Moore, T. A particle filter approach to indoor navigation using a foot mounted inertial navigation system and heuristic heading information, in Proc. Indoor Positioning and Indoor Navigation (IPIN), 2012 Int. Conf. on. IEEE, 2012, pp. 1–10.
21. Dellaert, F., Fox, D., Burgard, W., and Thrun, S., Monte carlo localization for mobile robots, in IEEE International Conference on Robotics and Automation (ICRA99), May 1999.
22. Gustafsson, F., Gunnarsson, F., Bergman, N., Forssell, U., Jansson, J., Karlsson, R., and Nordlund, P.-J., Particle filters for positioning, navigation, and tracking, Signal Processing, IEEE Transactions on, vol. 50, no. 2, pp. 425–437, Feb 2002.
23. Thrun, S., Burgard, W., and Fox, D. Probabilistic Robotics. MIT Press, 2005.
24. Zhou, H. and Sakane, S. Sensor planning for mobile robot localization—a hierarchical approach using a bayesian network and a particle filter, Robotics, IEEE Transactions on, vol. 24, no. 2, pp. 481–487, 2008.
25. Maaref, H. and Barret, C. Sensor-based navigation of a mobile robot in an indoor environment, Robotics and Autonomous systems, vol. 38, no. 1, pp. 1–18, 2002.
26. Zhuang, Y., Wang, K., Wang,W., and Hu, H. A hybrid sensing approach to mobile robot localization in complex indoor environments, Int. J. of Robotics and Automation, vol. 27, no. 2, p. 198, 2012.
27. Perälä, T. and Ali-Löytty, S., Kalman-type positioning filters with floor plan information, in Proc. 6th Int. Conf. Advances in Mobile Computing & Multimedia, Nov. 2008, pp. 350–355.
28. Gordon, N. J., Salmond, D. J., and Smith, A. F. M. Novel approach to nonlinear/non-Gaussian Bayesian state estimation, IEE Proc. Radar Signal Process., vol. 140, no. 2, pp. 107 –113, Apr. 1993.
29. Ristic, B., Arulampalam, S. and Gordon, N. Beyond the Kalman filter: Particle filters for tracking applications. Artech House Publishers, 2004.
30. Kitagawa, G., Monte Carlo filter and smoother for non-Gaussian nonlinear state space models, J. Comput. Graph. Statist., vol. 5, no. 1, pp. 1–25, Mar. 1996.
31. Liu J., S. and Chen, R. Sequential Monte Carlo methods for dynamic systems, J. Am. Statist. Assoc., vol. 93, no. 443, pp. 1032–1044, Sep. 1998.
32. Pekkalin, O., Leppäkoski, H., Hautamäki, J., Collin,J., and Takala, J. Reference for indoor location systems using gyroscope and quadrature incremental encoder, in Proc. 23rd ION GNSS, Portland, OR, Sep. 2010, pp. 1192–1197.
33. Murata Electronics. SCR1100 Gyroscopes, http://www.muratamems.fi/products/gyroscopes/scr1100-gyroscopes, http://www.muratamems.fi/products/gyroscopes/scr1100-gyroscopes, 2014, [Online; accessed].
Рецензия
Для цитирования:
Дэвидсон П., Киркко-Яаккола М., Коллин Ю., Такала Я. Навигационный алгоритм с использованием планов зданий и данных автономных датчиков. Гироскопия и навигация. 2015;23(1):29-42. https://doi.org/10.17285/0869-7035.2015.23.1.029-042
Просмотров:
4
Послать статью по эл. почте 