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室內(nèi)定位

在室內(nèi)環(huán)境無法使用衛(wèi)星定位時,使用室內(nèi)定位技術作為衛(wèi)星定位的輔助定位,解決衛(wèi)星信號到達地面時較弱、不能穿透建筑物的問題。最終定位物體當前所處的位置。

 

ara-title level-2" label-module="para-title" style="clear: both; zoom: 1; overflow: hidden; border-left-width: 12px; border-left-style: solid; border-left-color: rgb(79, 156, 238); line-height: 24px; font-size: 22px; font-family: 'Microsoft YaHei', SimHei, Verdana; margin: 35px 0px 15px -30px; position: relative; color: rgb(51, 51, 51); widows: 1; background: url(http://baike.bdimg.com/static/wiki-lemma/normal/resource/img/paraTitle-line_c5e6d61.png) rgb(255, 255, 255);">

nitial; background-attachment: initial; background-size: initial; background-origin: initial; background-clip: initial; background-position: initial; background-repeat: initial;">定義

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ap: break-word; color: rgb(51, 51, 51); margin-bottom: 15px; text-indent: 2em; line-height: 24px; zoom: 1; font-family: arial, 宋體, sans-serif; widows: 1; background-color: rgb(255, 255, 255);">室內(nèi)定位是指在室內(nèi)環(huán)境中實現(xiàn)位置定位,主要采用無線通訊、基站定位、慣導定位等多種技術集成形成一套室內(nèi)位置定位體系,從而實現(xiàn)人員、物體等在室內(nèi)空間中的位置監(jiān)控。
ist" style="position: relative; color: rgb(51, 51, 51); font-family: arial, 宋體, sans-serif; font-size: 12px; line-height: 18px; widows: 1; background-color: rgb(255, 255, 255);">

定位技術

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除通訊網(wǎng)絡的蜂窩定位技術外,常見的室內(nèi)無線定位技術還有:Wi-Fi、藍牙、紅外線、超寬帶、RFID、ZigBee和超聲波。
l Wi-Fi技術
通過無線接入點(包括無線路由器)組成的無線局域網(wǎng)絡(WLAN),可以實現(xiàn)復雜環(huán)境中的定位、監(jiān)測和追蹤任務。它以網(wǎng)絡節(jié)點(無線接入點)的位置信息為基礎和前提,采用經(jīng)驗測試和信號傳播模型相結合的方式,對已接入的移動設備進行位置定位,最高精確度大約在1米至20米之間。如果定位測算僅基于當前連接的Wi-Fi接入點,而不是參照周邊Wi-Fi的信號強度合成圖,則Wi-Fi定位就很容易存在誤差(例如:定位樓層錯誤)。
另外,Wi-Fi接入點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的干擾,從而影響其精度,定位器的能耗也較高。
l 藍牙技術
藍牙通訊是一種短距離低功耗的無線傳輸技術,在室內(nèi)安裝適當?shù)乃{牙局域網(wǎng)接入點后,將網(wǎng)絡配置成基于多用戶的基礎網(wǎng)絡連接模式,并保證藍牙局域網(wǎng)接入點始終是這個微網(wǎng)絡的主設備。這樣通過檢測信號強度就可以獲得用戶的位置信息。
藍牙定位主要應用于小范圍定位,例如:單層大廳或倉庫。對于持有集成了藍牙功能移動終端設備,只要設備的藍牙功能開啟,藍牙室內(nèi)定位系統(tǒng)就能夠對其進行位置判斷。
不過,對于復雜的空間環(huán)境,藍牙定位系統(tǒng)的穩(wěn)定性稍差,受噪聲信號干擾大。
l 紅外線技術
紅外線技術室內(nèi)定位是通過安裝在室內(nèi)的光學傳感器,接收各移動設備(紅外線IR標識)發(fā)射調制的紅外射線進行定位,具有相對較高的室內(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。當移動設備放置在口袋里或者被墻壁遮擋時,就不能正常工作,需要在每個房間、走廊安裝接收天線,導致總體造價較高。
l 超寬帶技術
超寬帶技術與傳統(tǒng)通信技術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以下的極窄脈沖來傳輸數(shù)據(jù),可用于室內(nèi)精確定位,例如:戰(zhàn)場士兵的位置發(fā)現(xiàn)、機器人運動跟蹤等。
超寬帶系統(tǒng)與傳統(tǒng)的窄帶系統(tǒng)相比,具有穿透力強、功耗低、抗多徑效果好、安全性高、系統(tǒng)復雜度低、能夠提高精確定位精度等優(yōu)點,通常用于室內(nèi)移動物體的定位跟蹤或導航。
l RFID技術
RFID定位技術利用射頻方式進行非接觸式雙向通信交換數(shù)據(jù),實現(xiàn)移動設備識別和定位的目的。它可以在幾毫秒內(nèi)得到厘米級定位精度的信息,且傳輸范圍大、成本較低;不過,由于以下問題未能解決,以RFID定位技術的適用范圍受到局限。
1. RFID不便于整合到移動設備之中
2. 作用距離短(一般最長為幾十米)
3. 用戶的安全隱私保護
4. 國際標準化
l ZigBee技術
ZigBee是一種短距離、低速率的無線網(wǎng)絡技術。它介于RFID和藍牙之間,可以通過傳感器之間的相互協(xié)調通信進行設備的位置定位。這些傳感器只需要很少的能量,以接力的方式通過無線電波將數(shù)據(jù)從一個傳感器傳到另一個傳感器,所以ZigBee最顯著的技術特點是它的低功耗和低成本。
l 超聲波技術
超聲波定位主要采用反射式測距(發(fā)射超聲波并接收由被測物產(chǎn)生的回波后,根據(jù)回波與發(fā)射波的時間差計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)結構簡單,但容易受多徑效應和非視距傳播的影響,降低定位精度;同時,它還需要大量的底層硬件設施投資,總體成本較高。

服務商

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室內(nèi)定位技術主要分基站定位和慣導定位兩種服務商。基站定位服務商主要有:谷歌、諾基亞、TI、蘋果、高德、百度等采用WIFI定位;慣導定位服務商主要有:美國的NAVISEER,龍旗瑞譜科技,上海消防研究所。目前商用技術基本采用WIFI,RFID等無線通訊基站方案,針對應急救援主要采用慣性導航等技術方案,因為應急救援面對的場所應該都是災害性的,基站無pace: nowrap; margin-left: 2px; color: rgb(51, 102, 204); cursor: default; padding: 0px 2px;">[1-3]  線通訊都屬于癱瘓狀態(tài),還有就是社會成本過高,所以只能采用慣性導航技術,它無需任何額外的基礎設施或網(wǎng)絡,以無線方式實時輸出人員的行走距離與方向信息,可以實現(xiàn)在各種復雜環(huán)境中人員的準確定位,為保證人員的生命安全提供有效的保證。

技術方案

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目前我們已經(jīng)能夠看到一些室內(nèi)定位技術的應用介紹了。據(jù)我所知的有谷歌、諾基亞、博通、IndoorAtals、Qubulus、杜克大學這幾個方案。下面筆者就把它們整理一下,歡迎大家在此基礎上進行指正、補充。
谷歌方案
谷歌手機地圖6.0版的時候已經(jīng)在一些地區(qū)加入了室內(nèi)導航功能,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、手機基站以及根據(jù)一些“盲點”(室內(nèi)無GPS、wifi或基站信號的地方)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,所以谷歌后來又發(fā)布了一個叫“Google Maps Floor Plan Marker”的手機應用,號召用戶按照一定的步驟來提高室內(nèi)導航的精度。
谷歌一直在努力解決兩個問題:獲取更多的建筑平面圖;提高室內(nèi)導航的精度。建筑平面圖是室內(nèi)導航的基礎,就如同GPS車用導航需要電子導航地圖一樣。谷歌目前想通過“眾包”的方式解決數(shù)據(jù)源的問題,就是鼓勵用戶上傳建筑平面圖。另外,用戶在使用谷歌的室內(nèi)導航時,谷歌會收集一些GPS、wifi、基站等信息,通過服務器進行處理分析之后為用戶提供更準確的定位服務。
諾基亞方案
諾基亞采用的是HAIP技術,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牙協(xié)議的一部分,這樣只要你的設備帶有藍牙模塊,就能夠使用這種技術進行定位。當然,僅有一個藍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,通過這兩者之間的通信完成定位。這種發(fā)射臺可以覆蓋100m×100m的范圍,定位精度在30cm~100cm,據(jù)說這種發(fā)射臺還有成本低、功耗低等特點,一臺或多臺都能完成定位。
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)。這種芯片可以通過wifi、藍牙或NFC等技術來提供室內(nèi)定位系統(tǒng)支持。更強大的是,該芯片可以結合其它傳感器,例如手機里的陀螺儀加速度傳感器、方位傳感器等,將你位置的變化實時計算出來,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)置到智能手機里。
IndoorAtlas方案
IndoorAtlas是一家專注于室內(nèi)導航解決方案的公司,剛成立不久。IndoorAtlas的方案基于地球磁場,依據(jù)是每一個具體位置的磁場信息都不一樣。不過使用這種技術進行導航比較麻煩,首先用戶需要上傳建筑平面圖,然后還需要你拿著移動設備繞室內(nèi)一圈,記錄下各個位置的地磁信號特征,這些信息需要上傳到IndoorAtlas的服務器。最后,你需要使用IndoorAtlas提供的工具包開發(fā)一個應用才能使用定位功能(IndoorAtlas的開發(fā)工具包可以在線申請,不過筆者申請了兩次都沒結果)。
Qubulus方案
跟IndoorAtlas不同的是,Qubulus公司根據(jù)無線電信號(Radio Signature)來定位。每一個位置的無線電信號數(shù)量、頻度、強度等也是不同的,Qubulus根據(jù)這些差異計算出你的具體位置。使用Qubulus的方案,你同樣需要收集室內(nèi)的無線電信號。Qubulus也提供了開發(fā)工具包,很容易申請下來。開發(fā)工具包里有一個例子,可以使用Eclipse直接編譯通過。
杜克大學方案
杜克大學則借助現(xiàn)實生活中路標(landmarks)的思想,正在開發(fā)一個叫做UnLoc的應用。此應用通過感知wifi、3G信號死角,以及一些運動特征,如電梯、樓梯等,并根據(jù)這些位置已知的路標來計算你的位置。當你移動的時候,就根據(jù)其他感應器( 陀螺儀、加速度傳感器、方位傳感器等)來跟蹤你的位置。這一過程精度會逐漸降低,但當你到達下一個路標時,位置就會被校準。
智慧圖方案
北京智慧圖科技有限責任公司通過檢測Wi-Fi、藍牙節(jié)點(iBeacon)的信號強度進行定位,目前智慧圖定位產(chǎn)品包括終端側定位與網(wǎng)絡側定位兩種[4]  。終端側定位通過手機檢測無線網(wǎng)絡信號,進行手機自主定位導航,在手機app中提供了部分室內(nèi)場館(機場及商業(yè)廣場)的室內(nèi)位置服務功能(定位、導航、POI搜索、優(yōu)惠查詢等)。網(wǎng)絡側定位由Wi-Fi的無線AP檢測移動設備的信號,進行定位,主要應用于建筑內(nèi)的客流數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析,該模式主要為大型商業(yè)廣場、店鋪、公共文化建筑提供服務。

前景分析

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一.室內(nèi)定位技術的前景
1.未來是移動互聯(lián)的時代
2.移動服務最后一米的機會
人平均80%的時間在室內(nèi),80%移動電話使用和數(shù)據(jù)連接在室內(nèi)使用。
二.室內(nèi)定位的需求
1.公共安全及應急響應
在緊急情況下,每一個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。
2.定位導覽
(1)這建筑物內(nèi)有什么東西。
(2)我辦公室的周圍是誰。
(3)我車放在地下停車場什么位置。
(4)超市里的牛奶在什么位置。
(5)大型商場里面最近的餐館在哪里。
(6)怎么去那里。
3.社交需求
實現(xiàn)名片交換、微博推送、類似微信進行交友互動等等。
4.市場推廣需求
在百貨商場里為客戶提供導購服務。手機會告訴你,提供導購服務,附近有哪些商品在打折。
在旅游景區(qū)、展館、機場、實現(xiàn)定位導覽,進行展品介紹等。機場,可以精確引導用戶辦手續(xù)、指示衛(wèi)生間位置等等。
5.有價值數(shù)據(jù)的大數(shù)據(jù)方式應用

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