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用智能方法提高智能手機定位精度。“智能手機分米挑戰(zhàn)賽”（SDC），由航海學會（ION）、谷歌和卡格爾（kaggle。com）數(shù)據(jù)平臺在今年夏天聯(lián)合舉辦的。在ION GNSS+上贊助的智能手機分米挑戰(zhàn)賽（SDC）。比賽將于2022年5月2日開始，7月29日結(jié)束。100多條包含原始GNSS測量、傳感器數(shù)據(jù)和精確地面真相的新軌跡將公開。每個人都可以參加比賽。鼓勵參與者向在ION GNSS+2022舉行的題為“智能手機分米挑戰(zhàn)”的會議提交摘要。參賽團隊使用從智能手機收集的GNSS和IMU數(shù)據(jù)集，以及高精度地面真值，開發(fā)高精度GNSS定位方法。他們可利用提供的數(shù)據(jù)集競爭以達到最佳的定位精度。這是繼去年進行的比賽之后，今年是第二次。

在比賽中，參賽團隊使用智能手機獲得GNSS+慣性測量（IMU）數(shù)據(jù)集池（伴有地面真值），開發(fā)高精度定位方法和結(jié)果。團隊競賽取得最佳的定位精度與所提供的數(shù)據(jù)集比較。獲獎者獲得現(xiàn)金獎勵并贊助出席9月19日至23日在丹佛舉行的ION GNSS+2022會議，同時展示他們的比賽結(jié)果。

SDC起源于Android Operating System（安卓操作系統(tǒng)），這是一個開源平臺。2016年，谷歌將GNSS原始測量數(shù)據(jù)作為所有Android手機公共應用可編程接口（API）輸出。此后，可用的測量值變得更加復雜、完善和精準。例如，雙頻載波相位數(shù)據(jù)現(xiàn)在是可在許多Android手機上使用，從而可以賦能新研究領(lǐng)域。

SDC比賽有兩個目標：一是鼓勵研究和開發(fā)高精度算法，可在手機上實現(xiàn)亞米級的定位精度；二是建立一個可公開訪問的標簽數(shù)據(jù)存儲庫，使所有未來的定位算法研究，可以根據(jù)標準數(shù)據(jù)集以一致的方式進行判斷。第一個目標超出了我們的預期，共有1381個團隊隊參加了2021和2022年兩次比賽。在競賽平臺（kaggle.com）上競爭對手討論范圍廣泛，具有令人難以置信的大學性質(zhì)，也給整個社區(qū)帶來了好處。競爭對手撰寫了文章并分享了詳細信息描述，并且被其他競爭對手評論。此外，獲獎者撰寫了正式的同行評議論文，并在ION GNSS+會議上發(fā)表演講，這些可從ion.org網(wǎng)站獲取。第二個目標是使得所正進行的工作成為活動的遺產(chǎn)。其遺產(chǎn)包括機器學習等學科已經(jīng)建立，在合適的數(shù)量上，使得新的方法與以前的方法進行比較。在全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)社區(qū)中，這種常規(guī)的方法已經(jīng)并不多見，在會議上瀏覽文件所顯示的不同算法，是使用不同的測試數(shù)據(jù)和不同的度量規(guī)則。通常作者收集到的這些數(shù)據(jù)，數(shù)量相當稀少（例如，一次或兩次駕駛測試）。此外，讀者永遠不知道數(shù)據(jù)是否經(jīng)過精心挑選，是否沒有提到壞的結(jié)果？而SDC提供的數(shù)據(jù)則包括：

■ 206種不同的駕駛測試結(jié)果；

■ 雙頻（L1、L5）碼和載波相位測量數(shù)據(jù)總計達86小時；

■ 所有的標簽數(shù)據(jù)，都標有地面真值位置和速度，都使用NovAtel SPAN ISA-100C進行收集，由精確的杠桿臂補償，并通過谷歌的分析工具實施驗證。Kaggle網(wǎng)站允許用戶提交他們的結(jié)果，然后根據(jù)地面真值數(shù)據(jù)自動評分。在競賽中，主張全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)的所有研究人員都使用這一資源，度量他們的定位算法在標準方式中的改進。這將創(chuàng)建對已發(fā)布結(jié)果的信任度，加速認可和采納真正的重大改進，為整個行業(yè)和全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)用戶帶來好處。

參賽者要想獲得獎品，必須提供一份技術(shù)論文，注冊參加會議并提交論文。希望同行評議的作者必須在6月30日前以適當?shù)男问教峤灰环萃暾氖指濉h上的論文選擇基于精準結(jié)果和理論創(chuàng)新。優(yōu)勝者的選擇基于測試數(shù)據(jù)集的結(jié)果精度。參賽者的前三名團隊獲得的獎金分別是：第一名5000美元；第二名3000美元；第三名2000美元。并且保證他們在ION GNSS+2022上的演講時段，贈送給獲獎論文作者的免費注冊，及至多四晚免費住宿。

獲獎的三名作者，披露了他們的研究方法。排名第一的贏家是太郎鈴木，來自于日本千葉技術(shù)研究所，他利用載波相位觀測，以兩步優(yōu)化法取得智能手機的速度和位置結(jié)果。談到其研究重點及與挑戰(zhàn)賽的關(guān)系時，太郎鈴木說，他研究工作的重點是：“在發(fā)生GNSS多徑時，車輛的精準定位和城市環(huán)境中的移動機器人”。他在通常研究中使用的是商用GNSS接收機，而在挑戰(zhàn)賽中，用智能手機取代了商用接收機。談到在挑戰(zhàn)賽中所用的技術(shù)方法時，他坦誠地說是參加了2021年的比賽，并且使用了之前的研究中開發(fā)的技術(shù)和資源（例如，開發(fā)的源代碼，與在去年的比賽中獲勝方法），加以改進和創(chuàng)新。所用的數(shù)據(jù)有比賽平臺提供的培訓數(shù)據(jù)集，其中包含原始GNSS智能手機的觀察結(jié)果、車輛在實際道路行駛過程中取得的數(shù)據(jù)。除GNSS觀測數(shù)據(jù)外，訓練數(shù)據(jù)集還包含智能手機位置的地面真值。培訓數(shù)據(jù)集包括廣泛的GNSS信號條件，如行駛在舊金山周圍的高速公路上，在林蔭大道上、隧道和立交橋下方。該參賽者開發(fā)了一種GNSS信號接收的多樣性環(huán)境條件下的算法，設計了一個兩步法優(yōu)化算法（首先進行速度優(yōu)化，然后位置優(yōu)化）并應用于實際比賽。這個方法在各種GNSS信號接收中，僅使用智能手機的環(huán)境下的GNSS觀測數(shù)據(jù)，實現(xiàn)了車輛行駛數(shù)據(jù)的高度精確位置估計，分米級精確位置估計可能導致車道級定位水平，可用于車輛導航、行人導航，和高級基于位置的智能手機游戲。達到了挑戰(zhàn)賽定位精度指標為“平均”第50和95百分位誤差”。太郎鈴木最終成績是1.382米，最終取得的成果的50%中位數(shù)達到亞米精度。

挑戰(zhàn)賽第二名優(yōu)勝者是戴舒賓，來自于KAGGLE社區(qū)：改進智能手機GNSS定位是使用梯度下降法。他是一名數(shù)據(jù)科學家，是KAGGL的頂級比賽大師，其研究興趣包括計算機視覺、自然語言處理、自動駕駛和強化學習。在全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)領(lǐng)域方面缺乏背景知識，Kaggle平臺這些數(shù)據(jù)方法、技能和經(jīng)驗幫助他找到了解決方案。他花了大約50天的時間參與挑戰(zhàn)賽，包括學習全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)的原理和理解各種算法，讀取書籍、論文和源代碼。參賽平臺基準參考數(shù)據(jù)集，包括原始GNSS測量和原始慣性傳感器讀數(shù)，使用智能手機（小米8、谷歌像素4等）啟用雙頻和ADR（累計delta范圍），數(shù)據(jù)收集于舊金山灣區(qū)。在GSDC2021數(shù)據(jù)集中，有29個驅(qū)動器和73個智能手機GNSS登錄培訓集和19個驅(qū)動器測試集中有48個智能手機日志。與2021的競爭相比，在GSDC2022數(shù)據(jù)集中，可以看到總體數(shù)據(jù)更多，種類更廣泛的路線：62個驅(qū)動器，170部智能手機培訓集中提供了日志。最后，他計算平均誤差，得分為1.401米，只有40%的數(shù)據(jù)達到優(yōu)于亞米級精度。該參賽者使用了全局優(yōu)化方法，通過考慮坡度下降、偽距、偽距變化率、累積載波相位（ADR）、手機速度和加速度、每個軌道上時間歷元的約束。優(yōu)化軌道時使用梯度下降，通過一系列物理和幾何規(guī)則，用于過濾異常數(shù)據(jù)，降低噪音（多徑效應，非視線接收、接收器噪音和數(shù)據(jù)丟失）效應，花了很多時間尋找約束，證明它們并旋轉(zhuǎn)它們變成了可以用來迭代更新坐標。

第三名獲獎者是蒂姆·埃弗里特，來自于RTK咨詢公司，其參賽題目是：基于RTKLIB開源解決方案。他開發(fā)并維護流行的RTKLIB開源GPS/GNSS軟件工具的第五演示分支。優(yōu)化此軟件的目標為推進低成本精密全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)解決方案，其近六年以來的工作與挑戰(zhàn)賽密切相關(guān)，而且該軟件只在智能手機解決方案中用過。最后，他計算平均誤差，得分為1.593米，50%中位數(shù)平均為0.9米。該參賽者認為，目前正在使用RTKLIB軟件可以為許多最終用戶應用，例如測量、無人機攝影測量、運動跟蹤、精準農(nóng)業(yè)、，公用設施定位，海上導航和地面生活監(jiān)測。

從SDC的挑戰(zhàn)賽可以看到，有三點啟發(fā)：一是大賽必須有重大主題，大家關(guān)心，實際有用，前景廣闊；二是理論與實踐相結(jié)合，而且有明顯的創(chuàng)新運作的天地，具有開放性，可推廣性；三是有個依托平臺，可以提供常態(tài)化數(shù)據(jù)共享、參照、豐富、積累、完善，不斷演進提高，有繼承性，年賽年新。