DataArt TravelおよびHotel Businessの内部プラクティスの開発者は、内部ポジショニングシステムを提示し、それが業界にとってどのように興味深いかを説明します。
屋内測位システムとは何ですか？
ウィキペディアの記事に基づいて、これは、電波、磁場、音響信号、またはモバイルデバイスを使用して収集された他の感覚情報を使用して、建物内のオブジェクトと人を見つけるためのソリューションです。 簡単に言えば、このシステムを使用すると、スマートフォンの特別なアプリケーションのみを使用して、大きな建物内の位置を特定できます。 技術分野で働いていない人にとっては、これは魔法のように聞こえます。 空港、ショッピングセンター、その他の建物で万が一の場合-万能薬のように。 ハードウェアおよびソフトウェア開発者向け-深刻な課題として。
GPSを使用しないのはなぜですか？
GPSの重大な欠点-信号の安定性とマルチパス伝播への依存性-致命的なエラー。 もちろん、GPSリピーターを使用することもできますが、これは高価な喜びです。 したがって、内部の測位システムは非常に有益な代替手段です。
なぜこれを行うのですか？
第一に、これは新しい世界的なトレンドであり、トレンドの要件を満たす安価で使いやすい製品をまだ誰も提案していません。 したがって、開発はこのセグメントの強度をテストする絶好の機会です。
次に、内部ナビゲーションのソリューションを必要とする企業からいくつかのリクエストを受け取りました。
第三に、私たち自身にとってこれは重要で興味深いことです。 個人的には、高等教育と学位取得に5年間を費やした後でも、何か新しいことを発見し、複雑な数学的および技術的な問題を解決することは興味深いです。
必要な機器
- iOS 8.0以降を搭載したiPhone。 モーションプロセッサ（M7 / M8）をデバイスにインストールすることが望ましいです。
- BLEビーコン。 これはおそらく、大容量バッテリー、中距離（15から30メートル）、およびUDID /メジャー/マイナー構成サポートを備えたBluetooth接続の最も安価なオプションです。
問題を解決するための最新のアプローチ
- 三角測量と三辺測量は、それぞれ「角度」スケールと「距離」スケールに依存する2つの数学的なアプローチです。 交差点の軌跡の検索、実験室環境での良好なパフォーマンス（わずかなノイズ、ビーコンの視認性など）、および複数の交差点またはそれらの不在のために生活環境で作業する場合の平均または不満足な結果を検索します。
- メッシュ-ビーコンはメッシュパターンで配置されます。 各時点で、デバイスは限られた数のビーコンの範囲内にあり、おおよその位置を特定できます。
- 高度なフィルタリングアプローチ（粒子フィルターとカルマンフィルター）-確率理論と洗練された数学モデルを使用して、ノイズの影響を減らし、場所、信号強度などを変更するときにフィルタリング係数を調整します。
- ハイブリッドシステム-上記の2つ以上のアプローチを組み合わせて、ロケーションエラーを最小限に抑えるか、外部条件に応じてアプローチを切り替えます。
主な問題
マルチパス伝搬と信号減衰。 BLEに基づく屋内ナビゲーションシステムはすべて、電磁波に依存しています。 これは、ユーザーから遠く離れたビーコンからの誤った読み取り、または次のいずれかにつながる可能性があります。
- ビーコンがありません。 CoreLocationは、ビーコンのカバレッジエリアが不明であることを示す場合がありますが、2年前に最も近くにリストされました。
- ディメンションの間隔。 残念ながら、CoreLocation内に登録されている情報を測定および配信する間隔を変更することはできません（更新は毎秒発生します）。
- マッピングエンジン。 上記のすべては、メタデータ付きのワークカードがない場合は重要ではありません。 マップはナビゲーションアプリケーションの中心であり、ナビゲーションおよびマッピングエンジンは頭脳です。
現在の実装の技術的な詳細
最初に発生した問題は、マップに直接関連しています。 「問題は何ですか？ -お願いします。 -MapKitでは、カスタム要素を使用できます。 それでも解決しない場合は、OSMとMapBoxを使用してください。 はい、その通りですが、MapKitを使用すると、多くの障害が発生します。
- 要素は、作成中のマップの既存のグリッドに従って整列およびサイズ調整する必要があります。
- 建物の計画は平面で作成され、マップはメルカトル図法を使用します。
そのため、CATiledLayerアプローチを採用することにしました。マップは小さなタイルで構成される画像であり、画像にはいくつかの詳細レベルがあります。
2番目の（そして主な）問題は、もちろん、現在の場所の検索でした。 2次元空間で三辺測量と三角測量の両方をテストしましたが、結果はZ座標が存在しないために著しく破損していました。 3Dに切り替えた後（各ビーコンの座標はVx、Vy、Vzになります）、事態は改善しましたが、期待したほどではありませんでした。
いくつかのブレーンストーミングセッションの後、正規分布を使用してデバイスの高さをシミュレートし、力の中心の原理に切り替えることにしました。 各反復で、デバイスは座標上の各ビーコンの影響ベクトルを計算し、それらを現在の位置に適用して、エラーを修正します。 ビーコンまでの直接距離は、RSSI値を使用して計算されます。 この場合の唯一の問題は、信号の減衰のために小さなRSSI値でこのような計算の精度が不足することです。 これにより、重大な計算エラーが発生する可能性があります。
見込み
プロトタイプを使用すると非常に良い結果が得られるという事実にもかかわらず（おおよそ3メートルの誤差で、一般に空港やショッピングセンターに十分です）、追加または改善できることがたくさんあります。 ここにいくつかあります：
- 適応フィルタリングのモーション検出。フィルタリングアルゴリズムを即座に変更したり、係数を調整したりできます。
- 「消失ビーコン」問題に対するより洗練されたソリューションは、各反復で「信頼できる」ビーコンに依存するために、ビーコンとそのしきい値に信頼度を導入することです。
- 進行方向とターンを決定するための、より洗練された「幾何学的フィルター」。
- メタデータ-ルートとウェイポイントのグラフ（交差点、POIなど）。
- 「現在の位置をグリッドにスナップする」オプションは、実際のマップおよびナビゲーションアプリケーションで行われます。
- （最短）パスを見つけるためのルーティングアルゴリズム。
いくつかのスクリーンショット 
投稿者：Yaroslav Vorontsov、シニアiOS開発者。