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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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用於 indoor/outdoor pedestrian positioning 的 LIO-SAM ground-truth point clouds、smartphone 實景圖與 trajectory comparison。
圖 5、6、14 視覺組合：LIO-SAM ground truth、field image matching 與 trajectory comparison。

摘要

這篇論文在 factor graph optimization 中用 indoor/outdoor switching factor 融合 smartphone 3DMA GNSS 與 visual-inertial estimates。

重點

  • 系統用 SVM-based indoor/outdoor detection 決定 GNSS 與 VINS measurements 在 graph 中的權重。
  • 香港行人實驗在 indoor/outdoor transitions 下，把 smartphone trajectories 與 LIO-SAM ground truth 進行比較。

圖像

SVM classifier 把 GNSS features 轉成 indoor/outdoor label，後續用來控制 switching factor。

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

factor graph 說明 VINS、3DMA GNSS 與 indoor/outdoor switching factor 在 optimization problem 中如何匯合。

連接 VINS factors、3DMA GNSS factors、switching factors 與 state nodes 的 factor graph。
圖 4：用 indoor/outdoor switching factor loosely coupling GNSS 與 VINS 的 FGO structure。

experiment routes 定義了後續比較演算法所需的 indoor/outdoor transition scenarios。

experiment trajectories A、B 與 C 的 Google Earth views。
圖 5：trajectories A、B 與 C 的 Google Earth views。

LIO-SAM ground truth 為後面的 trajectory comparisons 與 error plots 提供基準。

trajectories A、B 與 C 的 LIO-SAM ground-truth maps。
圖 6：LIO-SAM 產生的 trajectories A、B 與 C ground truth。

B2 error plot 凸顯 transition period：加入 indoor/outdoor switch 後，可抑制沒有 switch 的方法中出現的 error growth。

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

配對的 trajectory plot 從空間上呈現同一件事：switching version 在 transition 期間更貼近 ground truth。

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