注?，F(xiàn)有的各種傳感器解決方案通常是使用加速度計(jì)來計(jì)算步數(shù)，并使用磁力計(jì)和/或陀螺儀來測量行走方向的變化。測量準(zhǔn)確率在行進(jìn)距離[1]的0.5%到10%之間。但所有這些方法都要求用戶從始至終保持身體平衡，以確保移動感應(yīng)設(shè)備的平穩(wěn)，就如同行走的同時(shí)還要保持一塊蛋糕的平衡一樣，也就是所謂的“蛋糕步”。

　　但是智能手機(jī)的室內(nèi)定位系統(tǒng)要能夠讓用戶自由移動，且無論手機(jī)如何放置都能提供合理的結(jié)果。通過開發(fā)傳感器算法來進(jìn)行室內(nèi)定位是極為復(fù)雜的，這在一定程度上是因?yàn)樗惴〞芟铝幸蛩刈兓挠绊?，且隨著環(huán)境的實(shí)時(shí)變化，系統(tǒng)還必須同時(shí)兼顧到這些因素。

　　地磁異常隨處可見。定向的不確定性是造成定位出錯的主要原因。盡管使用磁力計(jì)可以避免定向過程中出現(xiàn)的“航向漂移”問題，但智能手機(jī)通常在一天中[2]60%的時(shí)間里都會出現(xiàn)地磁異常。如圖1所示，當(dāng)平穩(wěn)地拿著手機(jī)經(jīng)過一根普通的電線桿時(shí)，可以看到，航向出現(xiàn)擺動，變得極不準(zhǔn)確。而通過算法的精心設(shè)計(jì)，可以檢測到這些異常并進(jìn)行彌補(bǔ)，使定向更加精準(zhǔn)（如圖中藍(lán)線所示）。

　　圖1.當(dāng)經(jīng)過電磁干擾源（如電線桿）時(shí)，一個(gè)普通缺省設(shè)置的安卓手機(jī)的定向功能會變得很差（紅線）。在向同一臺手機(jī)植入并安裝Sensor Platforms公司的FreeMotion Library后，定向功能變得精確（藍(lán)線）。

　　Yaw （deg）：航向偏移量（單位：度）

　　Time （sec）：時(shí)間（單位：秒）

　　Galaxy SIII Walking Past Electrical Pole：Galaxy SIII經(jīng)過電線桿時(shí)的航向偏移

　　智能手機(jī)中的消費(fèi)級慣性傳感器噪音大且不穩(wěn)定。一些學(xué)術(shù)文章中將加速度計(jì)噪音達(dá)到1mg且陀螺儀偏置漂移達(dá)到每小時(shí)20度（與軍工級傳感器相比相距甚遠(yuǎn)）[3]的慣性測量單元（IMU）稱為低質(zhì)IMU.然而，即便智能手機(jī)中最好的傳感器，也會產(chǎn)生比該值多一到兩個(gè)數(shù)量級的噪音。因此，這種噪音累積會迅速導(dǎo)致嚴(yán)重的定位錯誤。在提高傳感器硬件性能之前，需要引入一些算法來減少航位推算錯誤，例如運(yùn)用PDR技術(shù)來計(jì)算步數(shù)。

　　不同的攜帶模式需要不同的算法。PDR技術(shù)能夠通過檢測步數(shù)來減少集成錯誤。然而，僅是用手在空中簡單的搖晃手機(jī)也同樣會產(chǎn)生類似于行走的運(yùn)動。這一問題在以往已經(jīng)得到解決，例如，對第一響應(yīng)者來說，可以將傳感器模塊綁定在衣服或鞋子上的特定位置，這樣就可以避免該問題并提供可靠的結(jié)果[4].

　　然而，這一方案并不適用于智能手機(jī)平臺。因?yàn)槿藗兺ǔ２粫咽謾C(jī)放在鞋子里，當(dāng)然也不會像拿蛋糕一樣小心翼翼地?cái)y帶手機(jī)，相反，在人們行走的過程中，手機(jī)可能會放置在任何地方：口袋里、耳邊、錢包里或直接拿在手上。因此，無論手機(jī)放置在哪里，智能手機(jī)的PDR功能必須能夠跟蹤定位用戶的位置。

　　圖2展示了人們在行走時(shí)，手機(jī)在三種不同的攜帶方式下傳感器信號的差異，這三種攜帶方式分別是：放在口袋里、握在手里正面朝上（看著屏幕）和握在手里側(cè)面朝上。盡管信號具有相似的特性，然而信號幅度、本底噪聲、總機(jī)械能甚至曲線本身的形狀都會隨傳感器位置的變化而不同。而經(jīng)過精心設(shè)計(jì)的環(huán)境感知算法可以可靠地區(qū)分用戶是將手機(jī)放在口袋里、握在手里正面朝上、握在手里側(cè)面朝上或是從一個(gè)位置換到另一個(gè)位置。這類算法運(yùn)用傳感器數(shù)據(jù)的多個(gè)方面來構(gòu)建對周邊環(huán)境的一致認(rèn)知，掌握手機(jī)所處的位置后，就可以適時(shí)地使用正確的PDR算法。

　　圖2.行走時(shí)的加速度計(jì)信號圖，比較三種不同的攜帶狀態(tài)：放在褲兜時(shí)一條腿的信號強(qiáng)于另一條腿的信號；握在手里正面朝上時(shí)，兩種信號幾乎相同；握在手里側(cè)面朝上時(shí)，手臂搖擺等因素導(dǎo)致了一些不規(guī)則變化。

　　Vertical acceleration while walking：步行時(shí)的垂直加速度Pant pocket：放在口袋里Hand front：握在手里正面朝上Hand side：握在手里側(cè)面朝上Time （sec）：時(shí)間（單位：秒）行進(jìn)方向不同于移動設(shè)備的朝向。多數(shù)傳感器算法都會注重移動設(shè)備的朝向，但實(shí)際上真正重要的卻是用戶移動的方向。這種行進(jìn)方向稱為“方位”，它和方向是兩個(gè)概念。方位是區(qū)分PDR和步數(shù)計(jì)算的因素之一。通過從設(shè)備方向中辨別出用戶的行進(jìn)方向和設(shè)備朝向，算法能夠得出按圈行走實(shí)際上會回到起始點(diǎn)。

　　PDR技術(shù)是強(qiáng)大的室內(nèi)定位工具，然而，其運(yùn)行的環(huán)境卻非常復(fù)雜。以往的解決方案都是要求用戶在攜帶PDR系統(tǒng)時(shí)走“蛋糕步”。而如今，引入新環(huán)境信息集合的算法已經(jīng)解決了諸多類似問題。相信這些新的系統(tǒng)定能幫助定位服務(wù)走出困境，走向輝煌。