Hệ thống định vị trực quan - Visual Positioning System (VPS) là gì?

VPS – Visual Positioning System là gì?

Hệ thống định vị trực quan (VPS) là xác định vị trí thông qua camera (hình ảnh trực quan). Nó thường được sử dụng trong các khu vực có nhiều vật cản tín hiệu GPS như nhà kho, nhà máy sản xuất, siêu thị, sân bay hoặc các không gian công cộng ngầm.

Công nghệ và kỹ thuật của VPS

VPS là một khái niệm rộng mà nhiều hãng công nghệ cùng nghiên cứu phát triển theo các hướng khác nhau. Nhưng chúng có các điểm chung là:

• Sửa dụng camera để ghi nhận hình ảnh môi trường
• Máy tính xử lý và phân tích thông tin hình ảnh
• Có thể kết hợp các công nghệ định vị khá như GPS, LiDA…
• Kết hợp với la bàn hoặc đơn vị đo lường quán tính (IMU)

Cách hoạt động của VPS

Màn hình và module đo lường quán tính IMU (Inertial Measurement Unit) là trung tâm của hệ thống định vị trực quan – VPS. VPS cung cấp định vị đơn vị dựa trên hình ảnh thay vì GPS. Tiếp theo, VPS tạo bản đồ bằng cách sử dụng một tập hợp hình ảnh, có vị trí xác định và phân tích chúng để tạo cơ sở dữ liệu chi tiết và dễ dàng tìm kiếm về các đối tượng địa lý trực quan với các đặc điểm trực quan chính như đường bao của cấu trúc hoặc cầu. VPS so sánh quá trình xử lý hình ảnh trong điện thoại với chỉ số VPS để tìm thiết bị. Tuy nhiên, cả hình ảnh và vị trí đi kèm đều có tác động lớn đến độ chính xác của vị trí thông qua VPS.

Cách VPS hoạt động cho điều hướng trong nhà

GPS hoạt động khá tốt ngoài môi trường trống, tuy nhiên nó gặp nhiều hạn chế trong thành phố và các tòa nhà nơi tín hiệu vệ tinh bị cản trở hoặc sai lệch. VPS sẽ là giải pháp thay thế hoặc bổ sung tuyệt vời nhất trong trường hợp này.

Ví dụ bạn đang ở trong tầng hầm của một trung tâm thương mại và bạn cần tìm đường để đến rạp chiếu phim trong tòa nhà một cách nhanh nhất. Nếu tòa nhà đã được hỗ trợ bở một bản đồ VPS thì điều này thật dễ dàng.

Trước hết, cần kích hoạt chế độ xem trực quan (camera). Sau đó, chỉ cần hướng máy ảnh của thiết bị của bạn để xem thông tin liên quan đến môi trường xung quanh. Hệ thống sẽ nhận dạng và xác định vị trí của bạn đồng thời hiển thị các hình ảnh AR (lớp phủ dữ liệu thực tế tăng cường) với các mũi tên, bảng chỉ dẫn, thông tin khoảng cách hướng dẫn đường đi cho bạn. Đây là một bản đồ dẫn đường 3D nên sẽ bao gồm cả các chỉ dẫn đi cầu thang hoặc thang máy nếu có. Nó cũng có thể hiển thị một bản đồ nhỏ (mini map) tại góc để cho biết vị trí của bạn trong tòa nhà.

Bản đồ trong nhà có thể được kết hợp để bổ sung bằng cách truy xuất dữ liệu GPS từ các tòa nhà và địa danh xung quanh nơi bạn đang ở thay vì hoàn toàn dựa vào vị trí vệ tinh để xóa các sai sót có thể có bằng GPS.

Lợi ích của VPS trong kinh doanh

• Dễ sử dụng.
• VPS chính xác hơn nhiều so với hệ thống định vị toàn cầu
• Trải nghiệm người dùng tuyệt vời.
• Chương trình ứng dụng VPS can thiệp (API) để xác định vị trí chính xác.
• Cung cấp phương thức mới của tiếp thị địa phương.
• Công cụ tầm nhìn tạo bản đồ 3D quy mô lớn thay thế cho video và hình ảnh thông thường.
• Cung cấp chia sẻ dữ liệu bản đồ công cộng.

Hệ thống Định vị Trực quan Google

Hạn chế của GPS

GPS có nhiều hạn chế: GPS dựa vào việc đo độ trễ của tín hiệu vô tuyến từ nhiều vệ tinh chuyên dụng để xác định vị trí chính xác. Tuy nhiên, trong môi trường đô thị dày đặc các tòa nhà cao tầng, cực kỳ khó xác định vị trí địa lý chính xác bằng GPS do tầm nhìn lên bầu trời thấp và tín hiệu phản chiếu từ các tòa nhà. Điều này có thể dẫn đến các vị trí trên bản đồ Google map có độ sai lệch cao, có nghĩa là vị trí của bạn có thể xuất hiện ở phía bên trái của đường phố hoặc thậm chí cách đó vài dãy nhà.

GPS có một khuyết điểm kỹ thuật khác: nó chỉ có thể xác định vị trí của thiết bị chứ không phải định hướng. Đôi khi, các cảm biến trong thiết bị di động của bạn có thể khắc phục tình trạng này bằng cách đo từ trường và trọng lực của trái đất cũng như chuyển động tương đối của thiết bị để đưa ra các ước tính sơ bộ về hướng của bạn. Nhưng các cảm biến này rất dễ bị lệch bởi các vật thể có từ tính như ô tô, đường ống, tòa nhà, và thậm chí cả dây điện bên trong điện thoại, dẫn đến sai số có thể không chính xác lên đến 180 độ.

VPS của Google

VPS của Google là hệ thống định vị bằng hình ảnh mang tính cách mạng mới của Google, đây là bản cập nhật bản đồ Google map bổ sung cho các hệ thống dựa trên định vị vệ tinh GPS hiện nay. Với công nghệ mới này, người dụng Google Maps có thể sử dụng camera điện thoại để xác định môi trường xung quanh và chỉ đường cho bạn một cách trực quan nhất (công nghệ AR). VPS đặc biệt hữu dụng tại những nơi mà GPS không thể can thiệp hoặc bị hạn chế (như trong các tòa nhà, tầng hầm, dưới nước, hang động…), Google Maps cũng có thể sử hệ thống định vị trực quan (VPS) mới này để xác định vị trí và chỉ đường cho bạn.

VPS hoạt động tương tự theo cách con người chúng ta quan sát và xác định vị trí, phương hướng bằng mắt. Khi bước ra khỏi nhà, bạn tự định hướng bằng cách so sánh những gì bạn thấy với những gì bạn mong đợi . Bản địa hóa toàn cầu sử dụng kết hợp các kỹ thuật cho phép máy ảnh trên thiết bị di động của bạn tự định hướng theo ý bạn.

VPS xác định vị trí của thiết bị dựa trên hình ảnh chứ không phải tín hiệu GPS. Trước tiên, VPS tạo một bản đồ bằng cách lấy một loạt hình ảnh có vị trí đã biết và phân tích chúng để tìm các đặc điểm trực quan chính, chẳng hạn như đường viền của các tòa nhà hoặc cây cầu, để tạo chỉ mục quy mô lớn và có thể tìm kiếm nhanh về các đặc điểm trực quan đó. Để bản địa hóa thiết bị, VPS so sánh các tính năng trong hình ảnh từ điện thoại với các tính năng trong chỉ mục VPS.

Tuy nhiên, độ chính xác của bản địa hóa thông qua VPS bị ảnh hưởng rất nhiều bởi chất lượng của cả hình ảnh và vị trí liên quan đến nó. Và điều đó đặt ra một câu hỏi khác — người ta tìm thấy một nguồn rộng lớn của hình ảnh toàn cầu chất lượng cao ở đâu?

Tham vọng bản địa hóa toàn cầu (Global Localization) của Google

“Trong nhiều năm, chúng tôi đã cố gắng cải thiện độ chính xác của chấm màu xanh lam bằng các công cụ như GPS và la bàn, nhưng nhận thấy rằng cả hai đều có những hạn chế vật lý khiến việc giải quyết thách thức này trở nên khó khăn, đặc biệt là trong môi trường đô thị.

Chúng tôi đang thử nghiệm một cách để giải quyết vấn đề này bằng cách sử dụng kỹ thuật mà chúng tôi gọi là bản địa hóa toàn cầu , kết hợp dịch vụ định vị trực quan (VPS), chế độ xem phố và học máy để xác định chính xác hơn vị trí và định hướng. Sử dụng camera của điện thoại thông minh làm cảm biến, công nghệ này cho phép một cách trực quan và mạnh mẽ hơn để giúp mọi người nhanh chóng xác định con đường phải đi.”

– Tilman Reinhardt, Kỹ sư phần mềm, Google Maps

Hơn 10 năm trước, Google đã ra mắt Chế độ xem phố trong Google Maps để giúp mọi người khám phá thế giới sâu sắc hơn. Chế độ xem phố đã tiếp tục mở rộng phạm vi phủ sóng của mình trên toàn thế giới, cho phép mọi người không chỉ xem trước tuyến đường của họ mà còn có thể bước vào các địa danh và bảo tàng nổi tiếng, bất kể họ ở đâu.

Đây có lẽ là sự chuẩn bị từ rất sớm của Google để cung cấp bản địa hóa toàn cầu với VPS ngày nay. Google đã kết nối VPS với dữ liệu thông tin được thu thập và thử nghiệm từ hơn 93 quốc gia trên toàn cầu thông qua chế độ xem phố. Tập dữ liệu phong phú này cung cấp hàng nghìn tỷ điểm tham chiếu mạnh mẽ để giúp xác định chính xác hơn vị trí của thiết bị và hướng dẫn mọi người đến đích của họ.

Kết hợp Global Localization với thực tế tăng cường (AR)

Bản địa hóa toàn cầu là một tùy chọn bổ sung mà người dùng có thể bật khi họ cần độ chính xác nhất. Và, độ chính xác tăng lên này đã cho phép khả năng có một số trải nghiệm mới. Một trong những tính năng mới nhất mà Google đang thử nghiệm là khả năng sử dụng ARCore, nền tảng của Google để xây dựng trải nghiệm thực tế tăng cường, để phủ chỉ đường ngay trên Google Maps khi ai đó đang ở chế độ điều hướng đi bộ. Với tính năng này, chỉ cần nhìn nhanh vào điện thoại sẽ cho bạn biết chính xác hướng bạn cần đi.

Các trường hợp sử dụng VPS

Hệ thống định vị trực quan VPS trích xuất tính năng điểm trực quan từ hình ảnh tham chiếu Địa lý do sự phổ biến ngày càng tăng của các dịch vụ dựa trên vị trí VPS sẵn sàng bổ sung các mô hình dữ liệu vị trí hiện có để tiến bộ hơn nữa trong tiếp thị điều hướng và thậm chí cả robot.

Ba trường hợp sử dụng chính được trích dẫn bởi một thách thức trực tiếp đối với Google Fantasmo bao gồm,

1. Người máy tăng cường (Augmented Robotics): Từ robot tự động trong nhà máy, máy bay không người lái đến ô tô, có thể truy cập dịch vụ VPS cải thiện đáng kể khả năng điều hướng tại các khu vực GPS bị hạn chế.
2. Tiếp thị tăng cường (Augmented Marketing): Các thương hiệu lớn trên toàn thế giới đang tiến hành tận dụng tiềm năng phong phú của AR để tạo ra nội dung tiếp thị hấp dẫn được cá nhân hóa hoặc địa phương hóa trong các khu vực của họ.
3. Điều hướng tăng cường (Augmented Navigation): Minh chứng ấn tượng nhất tại hội nghị các nhà phát triển Google I / O năm nay là một bằng chứng cực kỳ hiệu quả về khái niệm chỉnh sửa chế độ AR đối với Google Map được sử dụng VPS để phủ lên các tạo tác AR hữu ích giúp người dùng điều hướng đến của họ mà không cần tham khảo bản đồ ở một trong các các trường hợp sử dụng thực sự hấp dẫn đầu tiên dành cho AR trên thiết bị di động .

Ứng dụng VPS trong doanh nghiệp

Hệ thống định vị trực quan đô thị “AR City” của công ty Blippar là một bước đột phá trong AR và Localization. Nó sử dụng Computer Vision để ước tính chính xác tư thế của điện thoại của người dùng trong một tình huống đô thị, nghĩa là vị trí của nó (vĩ độ và kinh độ) và định hướng đối với môi trường xung quanh. Định vị Trực quan Đô thị có thể bao phủ toàn bộ thành phố và chính xác hơn GPS.

Công ty Niantic giới thiệu Niantic Lightship ứng dụng VPS cho phép các nhà phát triển hợp nhất nội dung AR với thế giới bên ngoài. Đây là bộ công cụ để xây dựng metaverse trong thế giới thực, cung cấp các bộ tính năng AR được chia sẻ, phân đoạn ngữ nghĩa và lập bản đồ thế giới tốt nhất.

Tất cả các máy bay không người lái thế hệ mới của công ty DJI đều được trang bị VPS, một công nghệ lập bản đồ bề mặt bên dưới để giúp xác định vị trí của máy bay không người lái. VPS kết hợp cảm biến siêu âm với cảm biến chuyển động trực quan bằng cách sử dụng độ tương phản trực quan để giúp máy bay ổn định ở độ cao thấp hơn. Các hệ thống này giúp máy bay của họ bay nhanh hơn, ổn định và an toàn toàn khi mà hệ thống GPS gặp nhiều bất cập và hạn chế với vật thể chuyển động nhanh ở nhiều độ cao khác nhau.

Cảm biến chướng ngại vật là ‘mắt’ của máy bay không người lái, có thể tạo bản đồ độ sâu 3D trong thời gian thực và hệ thống định vị tầm nhìn mới sử dụng cảm biến bên dưới để đọc kết cấu của mặt đất trong khi máy bay không người lái di chuyển hoàn toàn tĩnh.

Chế độ điều hướng AR sắp tới của Google Maps đã được kiểm tra lần đầu tiên với các hướng dẫn viên địa phương trong một báo cáo ngày hôm qua. Google cũng giải thích chiến lược đằng sau ứng dụng “bản địa hóa thế giới” và cách ứng dụng sử dụng công cụ lập bản đồ kỹ thuật số, chế độ xem phố và học máy.

Bây giờ, không thể không nhắc đến dấu chấm màu xanh lam trong Google Maps cho biết vị trí hiện tại. “Giới hạn cá nhân” là GPS và la bàn, đặc biệt là ở các khu vực thành thị, thường dẫn đến vị trí của bạn trên bản đồ.

Hệ thống định vị trực quan trong nhà

Với công nghệ mới này, mọi khu vực hoặc phòng trong nhà đều trở thành một trải nghiệm AR sống động. Điều này hoạt động bằng cách hiển thị vị trí chính xác của người dùng thông qua thị giác máy tính và cung cấp nội dung thực tế tăng cường phù hợp dựa trên đó.

Sự hiện diện thực tế được cải thiện cũng có thể được liên kết với các vị trí thực tế cụ thể và được giới thiệu cho bất kỳ người dùng nào khi đến thăm vị trí này. Ví dụ: thực đơn với các dữ kiện nâng cao có thể được hiển thị trong một trung tâm mua sắm trước các nhà hàng. Thực đơn sẽ được trình bày ở vị trí thực tế chính xác của nhà hàng và được bổ sung thêm các mục, kết cấu và hoạt ảnh AR khác trong thời gian thực.

Những thách thức của VPS

• Dữ liệu hình ảnh để sử dụng VPS còn ít.
• Chất lượng hình ảnh, ánh sáng, môi trường anh hưởng nhiều tới khả năng nhận diện chính xác
• Thiếu các bản đồ khu vực và các đối tượng bổ sung cho bản đồ (AR)
• Các ứng dụng sự triển khai VPS còn chưa rộng rãi
• Các công nghệ, thiết bị, thuật toán còn chưa thống nhất về chuẩn để tập chung phát triển

Xu hướng VPS

Google là công ty dẫn đầu trong lĩnh vực bản đồ và dẫn đường. Họ đã và đang tiếp tục triển khai các công nghệ cải tiến hấp dẫn nhằm củng cố vị trí của họ. VPS là lựa chọn chính xác và phù hợp nhất nhằm bổ sung cho những thiếu xót của GPS.

Cùng với sự phát triển về các thiết bị thông minh, nền tảng trí tuệ nhân tạo, sự phổ biến của điện thoại thông minh, các ứng dụng AR, và camera ở khắp nơi. VPS sẽ là xu hướng phát triển mạnh mẽ và ứng dụng rộng dãi trong nhiều lĩnh vực ở hiện tại và tương lai.

Một số ví dụ về ứng dụng của các doanh nghiệp bên trên chỉ là một số nhỏ của nhu cầu và khả năng thực tế của VPS. Đây mới chỉ là khởi đầu và các cơ hội, thị trường, tiềm năng vẫn còn cực kỳ lớn.

VPS VS GPS

Một bảng so sánh nhanh giữa hai hệ thống định vị nổi tiếng là GPS và VPS

Global Positioning System – GPS	Visual Positioning System – VPS
Hệ thống định vị toàn cầu	Hệ thống định vị trực quan
Sử dụng tín hiệu vệ tinh để xác định vị trí	Sử dụng hình ảnh từ camera để xác định vị trí
Bị ảnh hưởng bởi môi trường và vật cản (tòa nhà, mặt đất, tường…)	Bị ảnh giới hạn bởi khoảng cách, tầm nhìn, chất lượng ảnh
Độ chính xác cao khi ở ngoài trời, không gian trống	Độ chính xác cao trong các khu vực kín, nhiều vật cản
Độ phủ lớn, có thể định vị toàn cầu	Độ phủ giới hạn tại các khu vực nhất định
Họat động đơn giản với modul GPS	Cần kết hợp Camera, IMU, CPU… để tính toán

Tạm kết

Hệ thống định vị toàn cầu (GPS) là một phát minh vĩ đại và đem lại nhiều giá trị thực tiễn rất lớn cho con người. Tuy nhiên nó có nhiều hạn chế nhất định về độ chính xác và môi trường hoạt động. Hệ thống định vị trực quan VPS ra đời giúp khắc phục những điều này. Công nghệ này cho phép người dùng nhanh chóng xác định vị trí và phương hướng chính xác đồng thời có thể đưa ra các chỉnh dẫn trực quan thống qua máy ảnh điện thoại thông minh.