Los zapatos especiales de los científicos de la Universidad Federal de Siberia permitirán determinar la localización de la persona

Los científicos de la Universidad Federal de Siberia, junto con colegas de la Universidad Nacional de Investigación Politécnica de Tomsk, han creado un prototipo de un sistema de navegación para peatones equipado con sensores MEMS basado en la tecnología de sistemas microelectromecánicos. Según la idea de los creadores de estos sensores se puede equipar, por ejemplo, los zapatos. En este caso, es posible determinar las coordenadas de los usuarios tanto en condiciones de las metrópolis, como en las extensiones forestales, e incluso subterráneas.

Пешеходная навигационная система построена на инерциальных принципах, что обеспечивает её универсальность, полную автономность и помехозащищённость. К тому же инерциальные системы не требуют наличия дополнительной инфраструктуры (антенн) и поэтому позволяют определять координаты местоположения там, где использование спутниковых систем типа ГЛОНАСС или GPS невозможно.

«En el sistema de navegación desarrollado, la definición de la distancia recorrida se debe a la medición e integración posterior de las aceleraciones con las que se desplaza el peatón. Las aceleraciones lineales se determinan por medio de los acelerómetros MEMS, pero como las posiciones de los acelerómetros en el proceso de movimiento peatonal están cambiando, se requiere además determinar la desviación del sistema de coordenadas según la referencia relacionada con nuestro planeta.Para resolver este problema, los sensores de velocidades angulares-giroscopios MEMS-has sido incorporados en el sistema de navegación.Además, el magnetómetro, el sensor del campo magnético de la Tierra, permite compensar parcialmente los errores que se producen al determinar el recorrido por el giroscopio.Basándose en la información de medición procedente de los sensores, teniendo en cuenta los datos iniciales sobre el punto de partida de la ruta, el microcontrolador incorporado utiliza algoritmos especiales para calcular la velocidad, la distancia recorrida y la ubicación del usuario», — cuenta sobre los principios del sistema de navegación para peatones, candidato de ciencias técnicas, profesor asociado de ingeniería de instrumentos y nanoelectrónica en el Instituto de Física Técnica y Radioelectrónica en la Universidad Federal de Siberia Pavel Marinushkin..

Los sistemas microelectromecánicos de tecnología (MEMS), por un lado, proporcionan un coste bajo, peso ligero y bajo consumo de energía de los navegantes peatonales. Así la unidad de medición con sensores integrados, debido a su compacidad, se puede colocar en la pierna (brazo), en el pecho (espalda), en la cintura o en la cabeza del usuario. Lo más efectivo es la ubicación del bloque de medición en el pie, en la suela del zapato.
En relación con las características biomecánicas de la marcha humana, han decidido utilizar el ZUPT (Zero velocityUPdaTe) para actualizar periódicamente las indicaciones del sistema de navegación inercial, según el cual el cálculo de las correcciones a las mediciones se produce en el momento correspondiente a la fase de marcha de referencia, es igual a cero.
Para mejorar aún más la navegación, el equipo de científicos siberianos ha creado una unidad de medida estructuralmente redundante de sensores MEMS que no están ortogonalmente orientados entre sí.Estructuralmente, la configuración del bloque redundante se realiza colocando sensores sobre los planos laterales de la base, realizados en forma de un poliedro regular.Un aumento en el número de sensores de información primaria, además del mínimo requerido para la medición (un acelerómetro, giroscopio y magnetómetro a lo largo de cada eje de coordenadas), siempre que estén posicionados óptimamente, aumenta la precisión y asegura la fiabilidad del sistema de navegación.

La eficacia del sistema inercial de navegación personal ha sido comprobada durante las pruebas que incluían caminar a una velocidad media a lo largo de una trayectoria cerrada.Los científicos han descubierto que el error de localización no supera el 2,5%, lo que implica que las soluciones técnicas y algorítmicas derivadas pueden implementarse en equipos individuales de navegación para consumidores militares y civiles: servicios de rescate, bomberos, geólogos, fuerzas especiales nombramiento, empleados de agencias de seguridad y transporte, servicios públicos y servicios de reparación.

Se puede utilizar las navegaciones personales para dirigir a personas con discapacidades visuales y ciegas en la calle y en casa.
Como parte del desarrollo de los resultados de este estudio, hay que mejorar los algoritmos para el procesamiento matemático de los datos primarios obtenidos de los sensores MEMS y hay que hacer diferentes pruebas experimentales.
El artículo «Improving Pedestrian Navigation System Performance through the Use of Non-orthogonal Redundant Inertial Measurement Units» ha sido publicado en los documentos de la conferencia de SIBCON-2017.

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