An Adaptive Human Activity-Aided Hand-Held Smartphone-Based Pedestrian Dead Reckoning Positioning System

航位推算 计算机科学 航向(导航) 人工智能 惯性测量装置 稳健性(进化) 计算机视觉 支持向量机 活动识别 全球定位系统 工程类 生物化学 电信 基因 航空航天工程 化学
作者
Bang Wu,Chengqi Ma,Stefan Poslad,David R. Selviah
出处
期刊:Remote Sensing [Multidisciplinary Digital Publishing Institute]
卷期号:13 (11): 2137-2137 被引量:21
标识
DOI:10.3390/rs13112137
摘要

Pedestrian dead reckoning (PDR), enabled by smartphones’ embedded inertial sensors, is widely applied as a type of indoor positioning system (IPS). However, traditional PDR faces two challenges to improve its accuracy: lack of robustness for different PDR-related human activities and positioning error accumulation over elapsed time. To cope with these issues, we propose a novel adaptive human activity-aided PDR (HAA-PDR) IPS that consists of two main parts, human activity recognition (HAR) and PDR optimization. (1) For HAR, eight different locomotion-related activities are divided into two classes: steady-heading activities (ascending/descending stairs, stationary, normal walking, stationary stepping, and lateral walking) and non-steady-heading activities (door opening and turning). A hierarchical combination of a support vector machine (SVM) and decision tree (DT) is used to recognize steady-heading activities. An autoencoder-based deep neural network (DNN) and a heading range-based method to recognize door opening and turning, respectively. The overall HAR accuracy is over 98.44%. (2) For optimization methods, a process automatically sets the parameters of the PDR differently for different activities to enhance step counting and step length estimation. Furthermore, a method of trajectory optimization mitigates PDR error accumulation utilizing the non-steady-heading activities. We divided the trajectory into small segments and reconstructed it after targeted optimization of each segment. Our method does not use any a priori knowledge of the building layout, plan, or map. Finally, the mean positioning error of our HAA-PDR in a multilevel building is 1.79 m, which is a significant improvement in accuracy compared with a baseline state-of-the-art PDR system.

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