考古用局部定位系统
虽然Marvelmind室内定位系统（IPS）主要为工业应用设计，但它的应用范围非常广泛。事实证明，其中还包括 考古.
我们看到一篇文章，详细介绍了如何用Marvelmind IPS采集3D点数据。这种方法不仅适用于考古，也适用于任何需要采集3D点数据的应用。
原文与播客：《A New Technology for Point Data Collection?》
播客: “论刺猬与奇妙心智：点数据采集的新技术？——第179期“
“我们讨论的这篇文章中的研究，使用室内定位系统（IPS）测绘了以色列的一处户外遗址。对这项新兴技术而言，其结果令人鼓舞。”
原文: “论刺猬与奇妙心智：点数据采集的新技术？”（PDF）。
由Cambridge University Press在线发表：2021年10月20日。
“尽管功能强大的空间数据采集技术日益丰富，三维点数据采集仍是考古发掘中常见的瓶颈。全站仪通常需要专职操作员，适合在相对较短的通视距离内进行发掘层面的数据采集。高精度全球导航卫星系统（GNSS）需要与远方的卫星星座保持可靠通信，其精度也未必能满足所有数据记录场景。一类新的空间数据采集硬件——室内定位系统（IPS），即‘室内GPS’——能让三维点数据采集普及易得，有望为发掘过程中的点数据采集提供更具成本效益、更高效的方法。
此外，此类系统可通过连续记录采集形状数据，使数字化野外数据记录更加细致。本文介绍了这样一套IPS系统——Marvelmind IPS，探讨其潜在价值与局限，并提供在以色列Horvat Duvshan铜石并用时代（公元前4600–3600年）遗址对该系统进行实地测试的案例研究。”
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文章本地副本：《A New Technology for Point Data Collection?》
文章本地副本: “论刺猬与奇妙心智：点数据采集的新技术？“
“尽管功能强大的空间数据采集技术日益丰富，三维点数据采集仍是考古发掘中常见的瓶颈。全站仪通常需要专职操作员，适合在相对较短的通视距离内进行发掘层面的数据采集。高精度全球导航卫星系统（GNSS）需要与远方的卫星星座保持可靠通信，其精度也未必能满足所有数据记录场景。一类新的空间数据采集硬件——室内定位系统（IPS），即‘室内GPS’——能让三维点数据采集普及易得，有望为发掘过程中的点数据采集提供更具成本效益、更高效的方法。
此外，此类系统可通过连续记录采集形状数据，使数字化野外数据记录更加细致。本文介绍了这样一套IPS系统——Marvelmind IPS，探讨其潜在价值与局限，并提供在以色列Horvat Duvshan铜石并用时代（公元前4600–3600年）遗址对该系统进行实地测试的案例研究。”
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文中提到的Marvelmind IPS技术主要特点
NMEA坐标与地理参考
“它开箱即可提供±2厘米精度，并能通过USB输出标准NMEA数据流（一种广泛使用的GNSS/GPS数据标准），许多第三方软件和硬件系统都能解析。
Marvelmind系统可以进行地理参考，使输出的NMEA数据实时提供真实世界坐标或本地坐标。”
“Marvelmind系统之所以非常适合用于数据采集，主要特点之一就是它能够 通过输出标准NMEA定位数据流来“假装”成GNSS系统。许多应用、软件包甚至第三方硬件都是为使用这类数据流而设计的。将数据传给运行在Windows平板上的QGIS就是一种选择，但在不同的野外设备（如iOS或Android平板，甚至传统的数据采集器）上还有许多其他可行的工作流程。不过，许多考古项目依赖任意设定的本地坐标系，这些坐标系可能很难与上述流程中Marvelmind系统生成的“模拟”GNSS数据相协调。对于本来就难以协调GNSS数据与本地坐标数据的项目，这可能不是理想的选择。也许可以将系统配置为直接在本地网格系统中工作，但在移动信标与数据记录之间建立连接会更困难，这超出了本文的范围”。
Marvelmind Robotics 的点评：没错。Marvelmind室内“GPS”支持多种物理接口（UART、基于USB的虚拟UART、基于WiFi的UDP）。位置数据既可以从移动信标（“hedgehog”或“hedge”）获取，也可以从调制解调器获取。详见 协议说明.
- 是的，我们以原生GPS格式NMEA0183输出数据流，因此其他系统会把我们的输出当作普通GPS接收机的输出。这让集成变得非常简单——实际上无需任何集成工作。
- 我们也支持其他格式。如需转换，请通过 info@marvelmind.com 告诉我们，我们会为您提供转换为您所需数据格式的方案。
固定信标、移动信标和调制解调器：基本配置
“Marvelmind IPS系统使用一组布置在待测区域周围的静态信标（3D定位至少需要四个）。每个信标都可以发送和接收用于测距的连续超声波信号。连接PC的无线电调制解调器充当系统的中央控制器，此外至少有一个信标作为流动站（在Marvelmind的术语中称为“hedgehog”，即移动信标）。
每个移动信标接收所有静态信标的信号，并将这些信息发送到中央PC（图2）。PC进行三边定位计算，求出移动信标的位置，再将结果发回移动信标，由它通过USB将定位数据输出到平板电脑。每个信标的有效距离为30米，因此每组四个信标覆盖的区域小于30×30米（图3）。不过，Marvelmind系统具有很强的可扩展性，可以增加更多静态信标（每个调制解调器可达250个），把覆盖范围扩展到越来越大的区域。这些区域不必相连。此外，虽然Marvelmind标称的开箱精度为±2厘米，但将更新率降到8 Hz以下，可将系统配置为提供优于1厘米的精度。”
Marvelmind Robotics 的点评：几点更正：
- Marvelmind室内定位系统 支持三种架构：NIA、IA和MF NIA。详见： 架构对比 ——介绍非逆向架构与逆向架构的基本原理、用例及区别。因此，在NIA中由移动信标发射超声波，固定信标接收；在IA中，固定信标以不同频率发射超声波，由移动信标接收超声波脉冲。
- PC并不进行任何计算。PC运行的是Dashboard——用于控制和监视的软件。所有计算都在系统内部完成，分布在移动信标、固定信标和调制解调器之间。因此，如果系统已经运行、固定信标地图已冻结， 就根本不需要PC。用户可以通过接口在自己的GUI中获取位置数据，无需Marvelmind Dashboard或PC
- 为了获得更高精度、有效抑制风引起的噪声或误差增大，建议不要降低更新率，而是 增加平均 ——即启用实时播放器（Realtime Player）。根据所选的平均程度，位置数据的有效更新率会从典型的8 Hz（延迟1/8秒）降低4-36倍，延迟相应增加。因此，精度——更准确地说是测量噪声——将按4-36的平方根降低，即可以 轻松比默认的±2厘米提高2-6倍，达到亚厘米级
- 关于精度的更多信息： 如何提高精确室内定位系统的精度
如何在考古中正确使用Marvelmind室内“GPS”
针对文中提出的部分问题，我们给出点评和建议，帮助您充分发挥Marvelmind室内“GPS”的性能
如何应对风的影响
“这套系统确实存在一些实际限制，制约了它在考古野外应用中的功能。正如“室内GPS”这一名称所示，该硬件主要并非为户外工作而开发。一个重要缺点是风对超声波测量的影响。尽管系统使用滤波器来减小误差，但足够强的风仍会影响系统精度（Jimenez et al. 2019）。Marvelmind称，在10-20米以内的距离上，风引起的误差可以忽略不计，只有当风大到人耳可闻时，才可能影响更远距离的测量。实际在野外，我们注意到在中等风速下，尤其是有阵风时，移动信标的位置可能开始漂移——从几厘米到几十厘米。在大风是日常环境条件的地方，这无疑会限制该技术的实用性，需要进一步测试。”
Marvelmind Robotics 的点评 与建议：
- Marvelmind室内定位系统确实是为没有风或风不产生影响的室内环境设计的。不过在户外也可以有效应对风的影响，尤其是像考古这样的慢速移动或半静态测量
- 增加平均可以显著降低风的影响。详见： 如何提高精确室内定位系统的精度
- 在风持续朝一个方向吹的特殊情况下（此时风对测量的影响不是噪声，而是恒定风造成的真实偏移），请直接联系我们。我们可以加入专门的设置进行补偿：因为可以在两个方向上测量距离，即顺风和逆风，并将其考虑在内，从而基本消除恒定的距离偏移。至于噪声影响，基本解决办法相同：增加平均
与其他室内定位系统的比较
“虽然本次测试基于上述特点选择了Marvelmind系统，但其他系统也可能值得研究和测试。例如Pozyx提供的系统，在成本和精度方面有类似的宣称。其“Creator”系统面向爱好者，可与常见的低成本Arduino或Raspberry Pi系统连接。虽然该系统 目前似乎还不能像Marvelmind系统那样以NMEA数据流输出数据，但将精确GNSS数据与Pozyx定位数据结合的实验似乎 很有前景（Di Pietra et al. 2020）。同样，Almeida-Warren等人（2021）近期的一篇文章研究了一种相关的低成本设备——DistoX2——在考古中的用途，它将激光测距仪与罗盘和测斜仪结合在一起，为全站仪和GNSS不便使用的环境提供了另一种技术选择”。
Marvelmind Robotics 的点评 与建议：
- 基于UWB的系统也不错，例如它不受风的影响；如果风是个问题，这就是明显的优势。不过，Marvelmind室内定位系统的精度 比UWB高10倍 ，这是由所用技术的底层物理原理决定的：无线电飞行时间（UWB）与超声波飞行时间（Marvelmind室内“GPS”）
Marvelmind Robotics 的点评 与建议：
- 室内导航与定位（PDF） ——工业室内定位技术与方法综述及对比
- 室内导航与定位（YouTube视频） ——基于上述PDF的视频，补充了更多见解
关于GUI和软件开发
“不过，由于Marvelmind的用户群相对较小，而这一用例处于系统现有功能的边缘，因此很难永久设定坐标，使网格指向本地北方，也很难调整系统，使移动信标测得的坐标与我们GNSS设备记录的UTM坐标一致。在2019年试点测试时，很难从用户手册中弄清如何进行地理参考，网上关于这一问题的讨论也相对较少。用于设置系统的图形用户界面（GUI），即Marvelmind专有的“Dashboard”软件，常常显得不够直观，设置也难以持久保存。
不过，到2020年底，经过几次固件更新后，其中一些问题似乎已经解决。希望这能让系统今后更易于部署。另一种办法是接受系统地理参考中的误差，并通过后处理进行修正，不过这种方案不够优雅”。
Marvelmind Robotics 的点评 与建议：
- 我们的工作在很大程度上由客户需求驱动，而我们的客户来自各种不同的领域——从自主机器人和无人机到体育运动，从人造自主天鹅到考古——因此我们持续大量开发软件，每年更新软件数次
- 如果有任何地方不够直观或无法正常工作，请发邮件至 info@marvelmind.com ，我们会尽快修复，或说明正确的使用方法
- 常规 帮助渠道s
- 下载 最新软件、最新的 操作手册 及其他帮助文件