寻路：室内导航新玩法

2017 年 5 月 25 日 微软研究院AI头条

室外GPS导航应用的大规模普及，拯救了无数路痴患者于水火之中。只要拥有一台智能手机，人们便可以在陌生国度的城市里轻松地找到一条通往目的地的路径。但“路痴”这个词尚未完全退出历史的舞台：由于卫星信号的衰减，GPS在室内几乎毫无用武之地。

在加拿大第二大城市蒙特利尔威尔玛丽区的地下，有一个总面积达400万平方米的地下城。其包含一条长达30公里的步行街，连接着10个地铁车站、2000个商店、200家饭店、40家银行、34家电影院、2所大学、2个火车站和1个长途车站。身处这样一座宛如迷宫般的地下城里时，人们不得不暂别先进的导航技术，回归于原始的地图和问路。

蒙特利尔地下城（图片来自互联网）

像这样的巨型室内建筑空间还有很多。置身于繁华的室内购物中心时，时常会找不到和朋友约见的咖啡馆；置身于复杂的办公写字楼，也有可能因为找不到正确的会议室而错过面试时间；身处大型的火车站、飞机场甚至地铁换乘站，望着眼花缭乱的指示标志和出口，你是否感到彷徨无助，希望能够出现一个可用的室内导航应用拯救你于水火之中？

重点来了！最近，微软亚洲研究院云计算及移动计算组推出了一个有趣的研究项目：寻路（Path Guide），提供低成本、即插即用的室内导航服务。在“领路人”的带领下，用户可以跟随前人的移动轨迹在室内找到通向某地的正确路线。

“寻路”界面（界面显示语言会根据系统语言自动切换中英文）

目前你可以陆续在Google Play等安卓应用市场搜索“Path Guide”或者在“寻路”项目官网(点击阅读原文或扫描文末二维码前往)下载这款应用，并和小伙伴们分享你的室内“寻路”体验。如果你有什么体验心得也可以第一时间在应用内的“建议与反馈”处提交或者在文末留言。研究员们会根据大家的意见加以改进并不断提升用户体验。毕竟，这目前还是一个基于研究的原型系统。

欢迎各路朋友们加入“寻路”之旅！

室内导航，真的遥不可及吗？

我们先来解释一下为什么不能用GPS做室内导航技术。

GPS导航首先需要解决的是定位问题。简单来说，就是手持设备中的GPS接收芯片收到用于定位的卫星信号，并以此计算出设备坐标。由于GPS卫星信号功率极低，穿透能力很差，因此常常受到建筑墙体的阻隔而无法进入室内。其次，即使有了精确的定位结果，导航所依赖的地图信息在室内场景下也并不容易获得，所以实时室内导航就更无从谈起了。

那么，目前室内导航都有哪些解决思路呢？

首先一种比较受欢迎的做法是基于蓝牙信标定位的导航方法。以苹果推出的iBeacon为例，在一个或多个iBeacon基站的帮助下，智能手机的软件能大致得到其在地图上的位置，从而进行路线规划和导航。但是由于蓝牙的传输距离较短，从而导致在大型室内环境（商场、写字楼）中会产生极高的部署和维护成本。

另外一种解决方案是基于Wi-Fi信号进行定位和导航。相比蓝牙信标，Wi-Fi在室内环境中更加常见。与蓝牙方法类似，这类方法主要通过无线信号衰减模型和三角定位法确定移动设备的大致位置。亦有其他一些通过信号相位差、传输时间差、信道状态等方式的定位系统。但其本质都是利用来自不同Wi-Fi天线的信号差异及相互关系进行定位。此外，也可以利用机器学习算法将室内区域进行网格划分，根据每个区域的信号强度信息生成热力图进行训练，从而提高定位的准确性。但是由于室内环境的复杂性，Wi-Fi信号很容易受环境的变化而改变，因此维护成本依然很高、精度也受到Wi-Fi路由器部署密度、环境稳定性、训练时长等的制约。

还有一些基于专用设备的解决方案。通过在室内各个区域部署大量的专业传感设备，包括RFID、红外线、超声波、摄像头甚至激光设备等等。这类解决方案虽然克服了精度问题，但是高昂的硬件成本也使其难以扩展和推广。

此外，室内导航一般依赖于室内地图。而大型室内环境地图数据的采集、制作及表达等问题始终悬而未决，且耗费巨大，这为室内导航技术的普适应用打上了一个巨大的问号。

那么，如何实现低成本、即插即用、易扩展的室内导航呢？

寻路：一种有趣的室内导航解决方案

在以上背景下，微软亚洲研究院的研究员们将目光投向了人人都有的智能手机上。

随着手机的一代代升级，如今手机上的各种传感器越来越多，比如加速度传感器、陀螺仪、电子罗盘、气压计等。如何最大限度地发挥这些传感器的功能，用这类传感器数据作为室内导航的依据便成了主要的研究课题。在实验中研究员们发现，室内的磁场信息会受到建筑结构的干扰。于是，基于不同位置的磁力传感器数据的室内导航想法应运而生。

鉴于上述基本原理，以及在移动计算、普适计算和智能感知等领域的多年积累，微软亚洲研究院云计算及移动计算组的研究员们开发出了“寻路”这款可以提供室内导航服务的应用。它完全不需要室内地图信息，也不需要在室内预装任何硬件设备，在智能手机上下载应用后即可立即使用，完全实现了低成本、即插即用和易扩展的室内导航推广需求。

这项应用可在多个场景下使用。例如：你与几个同事初次前往某大型写字楼的某会议室与客户开会，但该写字楼内布局复杂且公司众多，因此会议室并不好找。而你的同事A此前来开过会，所以被任命为“领路人”。领路人在进入写字楼门口时，打开APP，拍下自己的起点，并使用该APP记录自己的路线。

当他到达会议室后，选择结束路线，并将这一路线在APP上分享给其他同事。这样，同事们在到达写字楼后，打开APP就可以根据同事A分享的路线进行导航，并最终找到会议室。

如果是在商场等更加开放的场景下，“领路人”还可以将自己的路线分享给其他所有人，这样所有用户均可搜索到该路线，并通过APP找到目的地，比如一家隐蔽的餐厅或者服装店等。

其实“寻路”的原理非常简单，它通过收集智能手机在运动过程中的磁场、加速度传感器、陀螺仪和气压计等数据的变化来记录用户的相对运动轨迹（包括步数信息、转弯和上下楼等），进而生成一个参考路线供用户分享。后者只需要沿着“领路人”的路线指引即可找到对应的位置。在路线创建的过程中，“寻路”也支持添加个性化文字、语音及照片等功能，既为分享路线增添了乐趣也能帮助后续用户更容易地找到终点。

教程：如何创建路线

不过作为仍处于研究阶段的应用，“寻路”在用户体验上还有提升的空间，大家多试几次即可上手。（观看更多教程视频，请前往项目官网）

教程：怎样跟随路线

室内导航的多种运用

正如我们在户外越来越多地依赖GPS指路一样，未来在地形复杂的办公大楼、火车站、飞机场或购物中心里，精准的室内导航服务将使人们可以轻松前往想去的地点。例如，会议邀请邮件附带会议室的导航轨迹；在超市或大卖场，手机自动带你去往所需商品所在的柜位等等。

此外，用户还可以收到当前所处位置可能需要的信息。举例而言，逛街购物时手机将能告诉你相关店面现在有什么优惠，以及商品信息与评价。而博物馆或展览馆的导览系统也能运用该技术，指引参观者走到特定的展品前，并接收该项展品的相关信息。

“在微软亚洲研究院，我们有着充分的自由来实现这些有趣的研究想法。”该项目的研发负责人，微软亚洲研究院研究员舒元超表示，“我们希望‘寻路’这项前沿研究创意能够被更多的用户体验，也欢迎各类反馈与建议。”在谈及室内导航的研究前景时，舒元超表示：“室内导航这项研究还有许多不同的可能性，在未来，我们希望能推出更加成熟的室内导航商业服务，与大家一起创造更多使用的场景和可能。”

快来体验“寻路”的魔力吧！

广告再推一次：目前你可以陆续在Google Play等安卓应用市场搜索"Path Guide"或在项目官网(点击阅读原文或扫描文末二维码前往)下载“寻路”哦~