“捧回冠军,这门课才算结课” | 武大这个团队问鼎室内定位大赛全球总冠军
武汉大学05-16

 

如果你被蒙上眼睛,带进一栋陌生的 11 层楼复杂建筑(内有图书馆、多层办公区、地下室、仓库等),让你用 3.5 小时,独自闯关 8 道 " 魔鬼 " 关卡后,毫发无损地站在指定区域 ······ 这种高难度的迷宫游戏,你闯关成功的把握有多大?

这是美国国家标准与技术研究院(National Institute of Standards and Technology,NIST)举办的PerfLoc(Performance Evaluation of Smart-phone Indoor Localization Apps)国际室内定位比赛的决赛规则。

国家千人计划学者、武大测绘遥感信息工程国家重点实验室主任陈锐志教授带领的团队,获得全球总冠军。

▲团队与主办方合影

全球共三支团队被邀进入决赛,包括加州理工大学、硅谷 PNI 公司代表队和武汉大学代表队。4 月 27 日,决赛在美国马里兰州的盖瑟斯堡举行,只有武大代表队顺利闯关成功完成比赛。比赛结果于当天现场公布,NIST 网站 5 月 11 日发布这一消息。

PerfLoc 是室内定位领域难度最高、测试最严、影响最大的世界级赛事。分为初赛、决赛两个阶段。线上初赛从 2017 年 3 月至 2018 年 1 月,吸引世界各地 170 余支队伍参赛,包括美国加州理工大学、卡耐基梅隆大学、韩国科学技术院等世界名校,以及来自硅谷、北京的多家科技公司。决赛获得 Google 公司高度关注。

陈锐志团队成功通过全部 8 个复杂的测试场景考验,夺得冠军,获 2 万美金奖励。团队将出席 6 月份在美国圣地亚哥举行的公共安全宽带会议,介绍参赛经验。另外,NIST 将资助团队以 PerfLoc 比赛冠军的名义,参与今年 9 月份在法国南特(Nantes)举办的 IPIN 室内定位比赛。

▲赛后,陈锐志作报告介绍方案

三个硬指标,违反一个就淘汰

" 决赛中必须同时满足三个硬指标:3.5 小时的比赛时间内不能死机;响应时间不能超过 5 秒;响应时不能在同一个坐标位置。" 陈锐志介绍。

比赛规则是这样的:比赛组织方的工作人员拿着手机,安装参赛团队设计的室内定位 APP(计算机应用程序),进入大楼内开始测试这款 APP 的性能。

" 这栋大楼我们是完全陌生的,只知道它的外部轮廓和 WiFi 位置。APP 要在最短时间里,告诉工作人员‘我在哪里’。" 团队成员、博士生郭光毅说,大楼里有书架高低间隔的图书馆、走道狭窄的储物间、没有信号的地下室、旋转楼梯、办公室等,不管工作人员怎么 " 花式前行 ",APP 都要在 5 秒内给出定位。

比如,工作人员以蛇行、舞步后退、爬行、进电梯等方式,把手机放在手推车里,推着手推车走一段距离后,要求报出此时的定位。如果响应时间超过 5 秒,就犯规了;或者无法定位,报出上次汇报时的同一坐标位置,也犯规了。

8 个苛刻的 " 魔鬼场景 ",算法要足够 " 聪明 "

比赛设置了 8 个苛刻的 " 魔鬼场景 ",无法预知工作人员会以何种方式将手机带到哪里。只有算法足够 " 聪明 ",才能完成 NIST 的高难度赛制——

NIST 直属美国商务部,拥有 6 名诺贝尓奖获奖者,从事物理、生物和工程方面的基础和应用研究,以及测量技术和测试方法方面的研究,提供标准、标准参考数据及有关服务。近年来,举办多项前沿领域的国际赛事,在国际上享有盛誉。

决赛为手机定位算法 APP 实时定位评测,首次采用 IOS 国际标准(ISO IEC 18305),从室内定位场景、用户行为模式、定位精度评价、算法响应速度等方面制定比赛规则。NIST 花费 20 余万美金,请注册测量师打造精度评估系统,从定位精度及响应时间两个方面对定位算法进行实时测评。

比赛场景涉及多个未知复杂室内场景,包括:图书馆、多层办公区、仓库、地下室等。用户行为模式包含多种行走模式,包括:前进、后退、左右侧走、爬行、推车、上下楼梯及乘电梯等,实现了对日常用户的定位场景和模式的 " 全覆盖 " 测试。

除了 WiFi,声光电场都是辅助参照物

" 人们有八成时间都在室内活动。" 陈锐志介绍,在全球卫星导航系统支撑下,室外定位技术已经成熟,但到室内就不那么灵敏了。

" 我们平时用的各种计步 APP,在很多日常情境下,比如,把手机放在推车里、进电梯等,精度就会产生很大的偏差。" 陈锐志团队在研发这一款 APP 时,会融合声、光、电、场所有信息作为辅助参照物,想到各种各样的算法,尽量精准地自动识别步行者的行为。

陈锐志介绍,智能手机内置的传感器,如手机里自带的加速度计、陀螺仪、磁力计、气压计等,其实都能帮助定位。室内空间也有丰富的信号源,如 WiFi、蓝牙、地磁以及门窗等都包含有地理信息。团队通过算法将这些信号 " 翻译 " 成位置,使智能手机相当于用户的 " 眼睛 "。该团队通过手机实现视觉定位的精度已达到 30 厘米。

陈锐志目前正承担国家十三五重点研发计划 " 高可用高精度室内智能混合定位与室内 GIS 技术 " 项目," 这次比赛,也是对项目阶段性成果的一次很好的检验。我们也从比赛中发现了不足,项目的后半程需要更加努力,才能满足国家对我们的要求。" 陈锐志说。

在室内如何获得精准定位导航服务,成为科技创新和市场共同关注的焦点,Google、苹果、百度等巨头纷纷紧盯室内定位导航技术。陈锐志说,尤其结合物联网、人工智能等技术后,其应用需求将迎来爆发式增长。

" 捧回冠军,我们这门课才算结课 "

这是一支跨学科研发团队。由测绘遥感信息国家重点实验室教授陈锐志、柳景斌、陈亮,卫星导航定位研究中心教授牛小骥,计算机学院副教授牛晓光、艾浩军指导,测绘遥感信息工程国家重点实验室、卫星导航研究中心、计算机学院多名博士后、博士和硕士研究生组成。

这支团队的另一个身份,是一门科学研究课程的师生。

去年 8 月,在研究生院的支持下,陈锐志联合上述教师组建授课团队,开设了一门面向研究生的研究学分课。8 月底,陈锐志在网上看到 PerfLoc 比赛通知后,决定师生一起参赛,将参加这一高难度赛事与上课合二为一。

"PerfLoc 的高难度,我们业界是知道的。所以,我们将结课的目标定为:获得冠军。" 陈锐志笑着说。

▲团队日常测试

网上报名后,可以下载比赛数据,如何提高精度成为课程内容。初赛共历时 5 个月,每天可以向系统提交 3 次测试评估点的坐标,但整个比赛的总提交次数不能超过 150 次。NIST 的网上测评系统会拿这些数据去测试精度,据此得出成绩和排序。

每两周的周一晚上,团队召开讨论会,集思广益,同学们努力去发现科学问题和在导师们的指导下解决一个个问题。" 比如,我们测试 APP 性能时,每天室内行走近 4 万步,尽可能地优化算法。" 郭光毅和队友们在这门课中,进行了一次体力和科研的双重实践。

捧回国际冠军的奖牌,意味着这门课如愿结课;陈锐志说,这只是个开始。

武汉大学

-luojia1893-

来源:武汉大学报社   测绘遥感信息工程国家重点实验室

文字:肖珊   郑星雨

编辑:舒佩

投稿邮箱:whu_luojiahao@163.com

文章已于 2018-05-16 修改

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