室内定位的“全球之王”
记者：肖珊 通讯员：郑星雨
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，独立闯关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、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。
▲团队和主办方合影，左四为陈锐志
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，只有武大代表队顺利闯关成功完成比赛。
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。
▲赛后，陈锐志作报告介绍方案
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。
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，工作人员把手机放在手推车里，以蛇行、舞步后退、爬行、进电梯等方式，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A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，测绘遥感信息国家重点实验室多名博士后、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。
网上报名后，可以下载比赛要求，它们成为课程内容。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。
（编辑：周丽园）