[论文解读] Location Update Accuracy in Human Tracking system using Zigbee modules

B. Amutha, M. Ponnavaikko|ArXiv.org|Dec 5, 2009

Indoor and Outdoor Localization Technologies参考文献 12被引用 10

一句话总结

本文提出了一种结合Zigbee与GPS的混合人体追踪系统，以提高定位更新精度，尤其适用于盲人。通过应用马尔可夫链算法，对行走模式引起的阶梯式定位变化进行平滑处理，该系统在室内外导航中实现了更高的精度，展现出其作为视障人士可靠路径引导辅助工具的潜力。

ABSTRACT

A location and tracking system becomes very important to our future world of pervasive computing. An algorithm for accurate location information is being incorporated in the human walking model and in the blind human walking model. We want to implement an accurate location tracking mechanism using Zigbee along with GPS, we have incorporated Markov chain algorithm for establishing accuracy. Normal Human and blind human walking steps were actually taken in the known environment within our campus and the Markov chain algorithm was used for smoothening the stepwise variation in location updates. A comparison module is also implemented to show the difference between normal human and blind human walking step variations. This accuracy is used for designing a blind tracking device so that the device can be used by the blind for finding the path without obstacles. We present a system level approach to localizing and tracking Human and blind users on a basis of different sources of location information [GPS plus Zigbee]. The system can be applied outdoors especially for avoiding accidents, GPS as the source of location data. Performance evaluation shows that the system is accurate and it is a future path finding device with service for the blind.

研究动机与目标

• 利用低成本无线技术提升人体移动系统中的定位追踪精度。
• 解决由于行走模式引起的阶梯式定位变化导致的定位更新不一致问题。
• 开发一种支持正常人与盲人的系统，重点关注视障人士的无障碍路径规划。
• 整合GPS与Zigbee数据，实现在室内外环境中的鲁棒定位。
• 评估并比较正常人与盲人在行走过程中步态变化的差异，以优化追踪系统设计。

提出的方法

• 系统使用Zigbee模块在室内环境中实现短距离、实时的定位更新。
• GPS提供室外定位数据，通过GPS与Zigbee数据融合实现无缝追踪。
• 应用马尔可夫链算法对行走模式引起的阶梯式定位变化进行建模与平滑处理。
• 在已知的校园环境中对正常人与盲人参与者进行了行走实验。
• 实现了比较模块，用于分析正常人与盲人之间步态变化的差异。
• 在不同环境条件下评估了系统在定位与追踪方面的准确性。

实验结果

研究问题

• RQ1 如何通过Zigbee与GPS提升人体追踪系统中的定位更新精度？
• RQ2 马尔可夫链算法在减少基于行走的追踪中阶梯式定位变化方面发挥什么作用？
• RQ3 盲人与正常人在定位更新一致性方面，其行走模式有何不同？
• RQ4 该混合Zigbee-GPS系统在室内外环境中在多大程度上提升了追踪可靠性？
• RQ5 该系统能否作为视障人士的实际路径引导辅助工具？

主要发现

• 马尔可夫链算法显著减少了阶梯式定位变化，提升了追踪的平滑性与精度。
• 与独立使用GPS相比，结合Zigbee与GPS数据的系统在定位更新中表现出更高的精度。
• 盲人表现出更不规则的行走模式，导致更大的定位更新波动，而该系统能有效补偿此类波动。
• 比较模块确认了正常人与盲人在行走行为模式上的显著差异，为系统校准提供了依据。
• 性能评估证实了该系统的可靠性与作为未来视障人士导航辅助工具的适用性。
• 该混合系统实现了稳定且精确的定位，验证了其在辅助技术中实际部署的潜力。