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Enhancing Smartphone-based Pedestrian Positioning: Using Factor Graph Optimization with Indoor/Outdoor Detection for 3DMA GNSS/Visual-Inertial State Estimation

Ho, H. Y., Ng, H. F., Wen, W., Gu, Y., Hsu, L. T.

Journal of Data Science and Intelligent Systems (2024)

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用于 indoor/outdoor pedestrian positioning 的 LIO-SAM ground-truth point clouds、smartphone 实景图与 trajectory comparison。
图 5、6、14 视觉组合：LIO-SAM ground truth、field image matching 与 trajectory comparison。

摘要

这篇论文在 factor graph optimization 中用 indoor/outdoor switching factor 融合 smartphone 3DMA GNSS 与 visual-inertial estimates。

重点

  • 系统用 SVM-based indoor/outdoor detection 决定 GNSS 与 VINS measurements 在 graph 中的权重。
  • 香港行人实验在 indoor/outdoor transitions 下，把 smartphone trajectories 与 LIO-SAM ground truth 进行比较。

图像

SVM classifier 把 GNSS features 转成 indoor/outdoor label，后续用来控制 switching factor。

使用 training data、validation data、GNSS features 与 test data 的 indoor/outdoor classification SVM flowchart。
图 3：indoor/outdoor classification 的 SVM flowchart。

factor graph 说明 VINS、3DMA GNSS 与 indoor/outdoor switching factor 在 optimization problem 中如何汇合。

连接 VINS factors、3DMA GNSS factors、switching factors 与 state nodes 的 factor graph。
图 4：用 indoor/outdoor switching factor loosely coupling GNSS 与 VINS 的 FGO structure。

experiment routes 定义了后续比较算法所需的 indoor/outdoor transition scenarios。

experiment trajectories A、B 与 C 的 Google Earth views。
图 5：trajectories A、B 与 C 的 Google Earth views。

LIO-SAM ground truth 为后面的 trajectory comparisons 与 error plots 提供基准。

trajectories A、B 与 C 的 LIO-SAM ground-truth maps。
图 6：LIO-SAM 生成的 trajectories A、B 与 C ground truth。

B2 error plot 凸显 transition period：加入 indoor/outdoor switch 后，可抑制没有 switch 的方法中出现的 error growth。

含 3DMA GNSS standard deviation 与 indoor/outdoor indicator 的 B2 absolute positioning error plot。
图 13：含 estimated 3DMA GNSS standard deviation 与 IO indicator 的 B2 absolute positioning error comparison。

配对的 trajectory plot 从空间上呈现同一件事：switching version 在 transition 期间更贴近 ground truth。

B2 trajectory comparison，包含 GT、VINSMONO、3DMA GNSS、3DMA GNSS/VINS FGO 与 3DMA GNSS/VINS-IO FGO。
图 14：B2 trajectory comparison。