手機思維引擎引領智能位置服務
——陳銳志教授專訪

【編者按】國家千人計劃特聘專家、武漢大學測繪遙感信息工程國家重點實驗室主任陳銳志教授應中國測繪科學研究院的邀請，于2016年12月2日做了“室內高精度定位與智能位置服務”的報告。陳教授長期從事智能手機泛在定位的研究，開發了整套基于智能手機的三維無縫導航技術。在陳教授的報告之后，《導航定位學報》編輯部就“手機思維引擎”、“移動地理空間計算”、“手機智能位置服務”等問題對他進行了專訪。

手機思維引擎引領智能位置服務
——陳銳志教授專訪

【編者按】國家千人計劃特聘專家、武漢大學測繪遙感信息工程國家重點實驗室主任陳銳志教授應中國測繪科學研究院的邀請，于2016年12月2日做了“室內高精度定位與智能位置服務”的報告。陳教授長期從事智能手機泛在定位的研究，開發了整套基于智能手機的三維無縫導航技術。在陳教授的報告之后，《導航定位學報》編輯部就“手機思維引擎”、“移動地理空間計算”、“手機智能位置服務”等問題對他進行了專訪。

《導航定位學報》：陳教授長期從事智能手機泛在定位與導航的研究，請你首先介紹一下室內導航定位的難點和意義。

陳銳志：定位是位置服務、萬物互聯、人工智能和未來超智能(機器人+人類)應用的核心技術之一。高可用、高精度的室內外無縫定位技術對人們未來的生活起著至關重要的作用，是推動大眾創新、萬眾創業的的科技源動力，是支撐國家戰略需求的重要組成部分。室外定位在GNSS衛星定位技術的支撐下已經日趨成熟，在有廣域增強服務的支持下更可顯著提高定位可用性，并實現優于1 m的定位精度。另一方面，隨著市場(特別是大眾消費相關行業)對室內定位需求的不斷增加，室內定位已逐漸成為學術界的研究熱點和工業界的投資熱點。投入研發的企業不僅包括初創公司，還包括像 Apple、Google、Qualcomm、Intel、Cisco、阿里巴巴、百度、華為等商業巨頭。目前國際上高可用室內定位技術的定位精度普遍在2～5 m之間。優于1 m定位精度、低成本并且廣域覆蓋的室內定位技術依然是實現高精度室內外無縫定位的最大障礙。室內定位的難度源于復雜的室內空間和受干擾的無線信號傳播環境。

《導航定位學報》：提高室內定位精度的最有效手段是什么？

陳銳志：由于室內空間和信號環境的復雜性，很難找到一種類似于GNSS的室外定位技術。如果不考慮設備成本，有很多手段能提高室內定位精度，如測量機器人，超寬帶(UWB)定位技術，室內GNSS(Locata)等。這些高成本的定位技術能輕易實現dm級、cm級甚至mm級的精密定位。對于低成本的移動設備如智能手機和可穿戴設備，要實現優于1 m的定位精度，難度已經很大。最主要的原因是這些低成本的移動設備的內置傳感器的測量精度很低。

如圖1所示，目前智能手機已內置豐富的傳感器、支持多種射頻信號和衛星導航接收機。

但大多數室內定位技術僅利用少數幾種定位源。圖2就是目前比較流行的一種解決方案：即利用智能手機的內置傳感器如加速度計、磁力計及陀螺儀等；WiFi信號強度、GNSS衛星導航信號等。將這3種信號源的測量信號進行融合，最后可以獲得1～3 m的定位精度。目前比較流行的多源融合方法包括卡爾曼濾波、粒子濾波和機器學習等。

《導航定位學報》：1～3 m的定位精度能夠滿足普通應用的定位精度需求。但對于一些特殊應用，例如盲人的室內導航，1～3 m的精度就滿足不了要求，需要進一步提高。請問進一步提高室內導航定位精度的有效手段是什么？

陳銳志：我們的在研項目是在現有的基礎上，采用融合更多種定位源的方法來提高室內定位的精度和可靠性。新的定位源來自視頻、音頻、光源等傳感器。根據不同定位源在物理層面的互補性，提出以高精度定位方法為控制基準，以無處不在的地磁特征和無時不有的手機內置傳感器為紐帶，融合各種基于射頻、視頻、音頻、光源和室內特征的定位方法，實現即插即用的高可用、高精度全源混合定位。原理可以用圖3清晰地表示出來。

《導航定位學報》：智能手機現在雖然裝載了多種傳感器，但這些傳感器的功能沒有完全開發出來。請陳教授介紹一下智能手機定位與位置服務的應用前景。

陳銳志：基于手機的位置服務應用范圍非常廣泛，主要有：1)室內導航；2)人流動線分析；3)精準營銷；4)移動健康；5)室內三維建模；6)室內智能停車；7)虛擬實境(virtual reality，VR)在體育轉播中的應用；8)混合現實游戲；9)應急救援VR應用等。

舉一個智能手機位置服務應用的例子。我國從2000年始已進入老齡化社會。2014年我國65歲以上老年人口達到1.38億，占總人口比例為10.1 %，預計2020年這一比例會達到12.8 %。特別是現在城市大多是獨生子女家庭，孩子們在外工作，老人們獨自生活，人到老年一般都會手腳有些不靈活或受到其他健康疾病的困擾，如老花眼、精神恍惚等。孩子們想要隨時掌握老人們的狀況，特別是當老年人發生緊急情況時，可以一鍵給親人報警，而親人也能即時獲取該老年人的位置，進行實時處理。如果智能手機能夠感知老年人的運動模式(如步態、步頻等)、居家活動狀態(如上衛生間次數、開冰箱次數、吃飯次數、看電視時間長短、睡覺時間長短等)等，就可以對老年人的健康狀況進行分析與評估。特別是當老年人出現跌倒、走失等特殊事件時，智能手機能夠感知并自動報警。

《導航定位學報》：手機思維引擎、地理空間認知、行為認知、行為推理等都是全新概念，請陳教授再具體介紹一下。

陳銳志：美國蘋果公司的Siri語音機器人、美國谷歌公司的AlphaGo圍棋機器人等，都在社會上引起了廣泛的關注。這些以人工智能(artificial intelligence，AI)為核心的產品以各種形式存在于我們生活中。要讓AI產品得到更廣泛的應用，更高精度的移動地理空間計算必不可少。AI產品的“智商”越高，就需要更高精度的空間信息和更高程度的地理空間認知。AI產品未來會隨時隨地服務于我們的生活。例如，當你離開辦公室后，你家里的“AI們”就會根據你回家途中的情況，計算你到家的時間，從而判斷什么時候打開家里的空調或暖氣，什么時候開始做飯等；當一個盲人進入陌生環境，如博物館，他的“AI”們會告訴他這是什么地方，所在空間的三維幾何信息、拓撲關系，為他導航，講解他周圍的作品等等。而要實現這些功能，就需要高精度的定位結果和空間認知作為支撐。

一般情況下，“AI”們的操作過程概括為3個階段：感知、認知和行動。感知的過程需要大量傳感器來感知我們的物理世界，包括對這些傳感器的信號進行接收、檢測、轉換、簡約、合成、編碼、儲存等。認知的過程就是通過深度學習的方法來分類和識別我們的物理世界。

我們的團隊正在研發一個“手機思維引擎”。希望手機能更好的感知我們的行為，明白我們的意圖以便更好的服務于我們。比如當你下班回家等車時，你的手機思維引擎會自動告訴你要等公交車現在在哪里，還有幾分鐘到達。整個過程你不需要做任何手機操作。我們把整個思維引擎分為很多“小腦”，每個小腦去認知一個比較單一的問題，以便簡化這些“小腦”的算法。實際上每個小腦就是機器學習中的各種分類器和算法，包括位置認知、行為認知、語義認知、目標認知、拓撲認知、網絡認知、環境認知等。通過傳感器獲取的海量數據，利用高效的云計算和深度學習等方法實現數據挖掘、“智慧”更新，將這些“小腦”相互關聯起來，產生新的“智慧”，為用戶提供更多智能應用，讓智能手機更好的服務于我們。

陳銳志.手機思維引擎引領智能位置服務—陳銳志教授專訪[J].導航定位學報，2017，5(1)：1-3.

10.16547/j.cnki.10-1096.20170101.