室內(nèi)定位

除通訊網(wǎng)絡(luò)的蜂窩定位技術(shù)外，常見的室內(nèi)無(wú)線定位技術(shù)還有:Wi-Fi、藍(lán)牙、紅外線、超寬帶、RFID、ZigBee和超聲波。

l Wi-Fi技術(shù)

通過無(wú)線接入點(diǎn)(包括無(wú)線路由器)組成的無(wú)線局域網(wǎng)絡(luò)(WLAN)，可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜環(huán)境中的定位、監(jiān)測(cè)和追蹤任務(wù)。它以網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)(無(wú)線接入點(diǎn))的位置信息為基礎(chǔ)和前提，采用經(jīng)驗(yàn)測(cè)試和信號(hào)傳播模型相結(jié)合的方式，對(duì)已接入的移動(dòng)設(shè)備進(jìn)行位置定位，最高精確度大約在1米至20米之間。如果定位測(cè)算僅基于當(dāng)前連接的Wi-Fi接入點(diǎn)，而不是參照周邊Wi-Fi的信號(hào)強(qiáng)度合成圖，則Wi-Fi定位就很容易存在誤差(例如:定位樓層錯(cuò)誤)。

另外，Wi-Fi接入點(diǎn)通常都只能覆蓋半徑90米左右的區(qū)域，而且很容易受到其他信號(hào)的干擾，從而影響其精度，定位器的能耗也較高。

l 藍(lán)牙技術(shù)

藍(lán)牙通訊是一種短距離低功耗的無(wú)線傳輸技術(shù)，在室內(nèi)安裝適當(dāng)?shù)乃{(lán)牙局域網(wǎng)接入點(diǎn)后，將網(wǎng)絡(luò)配置成基于多用戶的基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)連接模式，并保證藍(lán)牙局域網(wǎng)接入點(diǎn)始終是這個(gè)微網(wǎng)絡(luò)的主設(shè)備。這樣通過檢測(cè)信號(hào)強(qiáng)度就可以獲得用戶的位置信息。

藍(lán)牙定位主要應(yīng)用于小范圍定位，例如:單層大廳或倉(cāng)庫(kù)。對(duì)于持有集成了藍(lán)牙功能移動(dòng)終端設(shè)備，只要設(shè)備的藍(lán)牙功能開啟，藍(lán)牙室內(nèi)定位系統(tǒng)就能夠?qū)ζ溥M(jìn)行位置判斷。

不過，對(duì)于復(fù)雜的空間環(huán)境，藍(lán)牙定位系統(tǒng)的穩(wěn)定性稍差，受噪聲信號(hào)干擾大。

l 紅外線技術(shù)

紅外線技術(shù)室內(nèi)定位是通過安裝在室內(nèi)的光學(xué)傳感器，接收各移動(dòng)設(shè)備(紅外線IR標(biāo)識(shí))發(fā)射調(diào)制的紅外射線進(jìn)行定位，具有相對(duì)較高的室內(nèi)定位精度。

但是，由于光線不能穿過障礙物，使得紅外射線僅能視距傳播，容易受其他燈光干擾，并且紅外線的傳輸距離較短，使其室內(nèi)定位的效果很差。當(dāng)移動(dòng)設(shè)備放置在口袋里或者被墻壁遮擋時(shí)，就不能正常工作，需要在每個(gè)房間、走廊安裝接收天線，導(dǎo)致總體造價(jià)較高。

l 超寬帶技術(shù)

超寬帶技術(shù)與傳統(tǒng)通信技術(shù)的定位方法有較大差異，它不需要使用傳統(tǒng)通信體制中的載波，而是通過發(fā)送和接收具有納秒或納秒級(jí)以下的極窄脈沖來(lái)傳輸數(shù)據(jù)，可用于室內(nèi)精確定位，例如:戰(zhàn)場(chǎng)士兵的位置發(fā)現(xiàn)、機(jī)器人運(yùn)動(dòng)跟蹤等。

超寬帶系統(tǒng)與傳統(tǒng)的窄帶系統(tǒng)相比，具有穿透力強(qiáng)、功耗低、抗多徑效果好、安全性高、系統(tǒng)復(fù)雜度低、能夠提高精確定位精度等優(yōu)點(diǎn)，通常用于室內(nèi)移動(dòng)物體的定位跟蹤或?qū)Ш健?/p>

l RFID技術(shù)

RFID定位技術(shù)利用射頻方式進(jìn)行非接觸式雙向通信交換數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)移動(dòng)設(shè)備識(shí)別和定位的目的。它可以在幾毫秒內(nèi)得到厘米級(jí)定位精度的信息，且傳輸范圍大、成本較低;不過，由于以下問題未能解決，以RFID定位技術(shù)的適用范圍受到局限。

1. RFID不便于整合到移動(dòng)設(shè)備之中

2. 作用距離短(一般最長(zhǎng)為幾十米)

3. 用戶的安全隱私保護(hù)

4. 國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化

l ZigBee技術(shù)

ZigBee是一種短距離、低速率的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。它介于RFID和藍(lán)牙之間，可以通過傳感器之間的相互協(xié)調(diào)通信進(jìn)行設(shè)備的位置定位。這些傳感器只需要很少的能量，以接力的方式通過無(wú)線電波將數(shù)據(jù)從一個(gè)傳感器傳到另一個(gè)傳感器，所以ZigBee最顯著的技術(shù)特點(diǎn)是它的低功耗和低成本。

l 超聲波技術(shù)

超聲波定位主要采用反射式測(cè)距(發(fā)射超聲波并接收由被測(cè)物產(chǎn)生的回波后，根據(jù)回波與發(fā)射波的時(shí)間差計(jì)算出兩者之間的距離)，并通過三角定位等算法確定物體的位置。

超聲波定位整體定位精度較高、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但容易受多徑效應(yīng)和非視距傳播的影響，降低定位精度;同時(shí)，它還需要大量的底層硬件設(shè)施投資，總體成本較高。

一.室內(nèi)定位技術(shù)的前景

1.未來(lái)是移動(dòng)互聯(lián)的時(shí)代

2.移動(dòng)服務(wù)最后一米的機(jī)會(huì)

人平均80%的時(shí)間在室內(nèi)，80%移動(dòng)電話使用和數(shù)據(jù)連接在室內(nèi)使用。

二.室內(nèi)定位的需求

1.公共安全及應(yīng)急響應(yīng)

在緊急情況下，每一個(gè)人都想被救援人員精確定位到，大到建筑物的位置，甚至是樓層或者房間號(hào)。

2.定位導(dǎo)覽

(1)這建筑物內(nèi)有什么東西。

(2)我辦公室的周圍是誰(shuí)。

(3)我車放在地下停車場(chǎng)什么位置。

(4)超市里的牛奶在什么位置。

(5)大型商場(chǎng)里面最近的餐館在哪里。

(6)怎么去那里。

3.社交需求

實(shí)現(xiàn)名片交換、微博推送、類似微信進(jìn)行交友互動(dòng)等等。

4.市場(chǎng)推廣需求

在百貨商場(chǎng)里為客戶提供導(dǎo)購(gòu)服務(wù)。手機(jī)會(huì)告訴你，提供導(dǎo)購(gòu)服務(wù)，附近有哪些商品在打折。

在旅游景區(qū)、展館、機(jī)場(chǎng)、實(shí)現(xiàn)定位導(dǎo)覽，進(jìn)行展品介紹等。機(jī)場(chǎng)，可以精確引導(dǎo)用戶辦手續(xù)、指示衛(wèi)生間位置等等。

5.有價(jià)值數(shù)據(jù)的大數(shù)據(jù)方式應(yīng)用

室內(nèi)定位是指在室內(nèi)環(huán)境中實(shí)現(xiàn)位置定位，主要采用無(wú)線通訊、基站定位、慣導(dǎo)定位等多種技術(shù)集成形成一套室內(nèi)位置定位體系，從而實(shí)現(xiàn)人員、物體等在室內(nèi)空間中的位置監(jiān)控。

目前我們已經(jīng)能夠看到一些室內(nèi)定位技術(shù)的應(yīng)用介紹了。據(jù)我所知的有谷歌、諾基亞、博通、IndoorAtals、Qubulus、杜克大學(xué)這幾個(gè)方案。下面筆者就把它們整理一下，歡迎大家在此基礎(chǔ)上進(jìn)行指正、補(bǔ)充。

谷歌方案

谷歌手機(jī)地圖6.0版的時(shí)候已經(jīng)在一些地區(qū)加入了室內(nèi)導(dǎo)航功能，此方案主要依靠GPS(室內(nèi)一般也能搜索到2~3顆衛(wèi)星)、wifi信號(hào)、手機(jī)基站以及根據(jù)一些"盲點(diǎn)"(室內(nèi)無(wú)GPS、wifi或基站信號(hào)的地方)的具體位置完成室內(nèi)的定位。目前此方案的精度還不是很滿意，所以谷歌后來(lái)又發(fā)布了一個(gè)叫"Google Maps Floor Plan Marker"的手機(jī)應(yīng)用，號(hào)召用戶按照一定的步驟來(lái)提高室內(nèi)導(dǎo)航的精度。

谷歌一直在努力解決兩個(gè)問題:獲取更多的建筑平面圖;提高室內(nèi)導(dǎo)航的精度。建筑平面圖是室內(nèi)導(dǎo)航的基礎(chǔ)，就如同GPS車用導(dǎo)航需要電子導(dǎo)航地圖一樣。谷歌目前想通過"眾包"的方式解決數(shù)據(jù)源的問題，就是鼓勵(lì)用戶上傳建筑平面圖。另外，用戶在使用谷歌的室內(nèi)導(dǎo)航時(shí)，谷歌會(huì)收集一些GPS、wifi、基站等信息，通過服務(wù)器進(jìn)行處理分析之后為用戶提供更準(zhǔn)確的定位服務(wù)。

諾基亞方案

諾基亞采用的是HAIP技術(shù)，具體是什么筆者也沒能查到更多的資料，不過諾基亞正在努力使它成為藍(lán)牙協(xié)議的一部分，這樣只要你的設(shè)備帶有藍(lán)牙模塊，就能夠使用這種技術(shù)進(jìn)行定位。當(dāng)然，僅有一個(gè)藍(lán)牙模塊還不能完成定位，還需要在室內(nèi)安裝一種定位發(fā)射臺(tái)，通過這兩者之間的通信完成定位。這種發(fā)射臺(tái)可以覆蓋100m×100m的范圍，定位精度在30cm~100cm，據(jù)說這種發(fā)射臺(tái)還有成本低、功耗低等特點(diǎn)，一臺(tái)或多臺(tái)都能完成定位。

博通方案

博通公司研制了一種用于室內(nèi)定位的新芯片(BCM4752)，具備三維定位功能(即你所在位置的高度也算出來(lái))。這種芯片可以通過wifi、藍(lán)牙或NFC等技術(shù)來(lái)提供室內(nèi)定位系統(tǒng)支持。更強(qiáng)大的是，該芯片可以結(jié)合其它傳感器，例如手機(jī)里的陀螺儀、加速度傳感器、方位傳感器等，將你位置的變化實(shí)時(shí)計(jì)算出來(lái)，甚至做到?jīng)]有死角。博通公司的如意算盤是將這種芯片內(nèi)置到智能手機(jī)里。

IndoorAtlas方案

IndoorAtlas是一家專注于室內(nèi)導(dǎo)航解決方案的公司，剛成立不久。IndoorAtlas的方案基于地球磁場(chǎng)，依據(jù)是每一個(gè)具體位置的磁場(chǎng)信息都不一樣。不過使用這種技術(shù)進(jìn)行導(dǎo)航比較麻煩，首先用戶需要上傳建筑平面圖，然后還需要你拿著移動(dòng)設(shè)備繞室內(nèi)一圈，記錄下各個(gè)位置的地磁信號(hào)特征，這些信息需要上傳到IndoorAtlas的服務(wù)器。最后，你需要使用IndoorAtlas提供的工具包開發(fā)一個(gè)應(yīng)用才能使用定位功能(IndoorAtlas的開發(fā)工具包可以在線申請(qǐng)，不過筆者申請(qǐng)了兩次都沒結(jié)果)。

Qubulus方案

跟IndoorAtlas不同的是，Qubulus公司根據(jù)無(wú)線電信號(hào)(Radio Signature)來(lái)定位。每一個(gè)位置的無(wú)線電信號(hào)數(shù)量、頻度、強(qiáng)度等也是不同的，Qubulus根據(jù)這些差異計(jì)算出你的具體位置。使用Qubulus的方案，你同樣需要收集室內(nèi)的無(wú)線電信號(hào)。Qubulus也提供了開發(fā)工具包，很容易申請(qǐng)下來(lái)。開發(fā)工具包里有一個(gè)例子，可以使用Eclipse直接編譯通過。

杜克大學(xué)方案

杜克大學(xué)則借助現(xiàn)實(shí)生活中路標(biāo)(landmarks)的思想，正在開發(fā)一個(gè)叫做UnLoc的應(yīng)用。此應(yīng)用通過感知wifi、3G信號(hào)死角，以及一些運(yùn)動(dòng)特征，如電梯、樓梯等，并根據(jù)這些位置已知的路標(biāo)來(lái)計(jì)算你的位置。當(dāng)你移動(dòng)的時(shí)候，就根據(jù)其他感應(yīng)器( 陀螺儀、加速度傳感器、方位傳感器等)來(lái)跟蹤你的位置。這一過程精度會(huì)逐漸降低，但當(dāng)你到達(dá)下一個(gè)路標(biāo)時(shí)，位置就會(huì)被校準(zhǔn)。

智慧圖方案

北京智慧圖科技有限責(zé)任公司通過檢測(cè)Wi-Fi、藍(lán)牙節(jié)點(diǎn)(iBeacon)的信號(hào)強(qiáng)度進(jìn)行定位，目前智慧圖定位產(chǎn)品包括終端側(cè)定位與網(wǎng)絡(luò)側(cè)定位兩種。終端側(cè)定位通過手機(jī)檢測(cè)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)信號(hào)，進(jìn)行手機(jī)自主定位導(dǎo)航，在手機(jī)app中提供了部分室內(nèi)場(chǎng)館(機(jī)場(chǎng)及商業(yè)廣場(chǎng))的室內(nèi)位置服務(wù)功能(定位、導(dǎo)航、POI搜索、優(yōu)惠查詢等)。網(wǎng)絡(luò)側(cè)定位由Wi-Fi的無(wú)線AP檢測(cè)移動(dòng)設(shè)備的信號(hào)，進(jìn)行定位，主要應(yīng)用于建筑內(nèi)的客流數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，該模式主要為大型商業(yè)廣場(chǎng)、店鋪、公共文化建筑提供服務(wù)。