從10米邁向1米定位精度 室內(nèi)定位技術(shù)詳解課件

1、從10米邁向1米定位精度 室內(nèi)定位技術(shù)詳解現(xiàn)代人智能手機(jī)里的GPS導(dǎo)航地圖愈發(fā)不可缺少，但僅僅支持室外定位，當(dāng)你進(jìn)到室內(nèi)，由于導(dǎo)航信號衰減太快，衛(wèi)星定位根本無法使用。就算使用了現(xiàn)在的AGPS輔助全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)，國內(nèi)最熱的兩款熱門地圖如百度地圖和高德地圖的定位缺點(diǎn)依然很明顯，精度只能夠達(dá)到民用的10m級別，而且在AP地址位置發(fā)生變化時(shí)也容易出錯(cuò)。而我們下面要說的室內(nèi)定位技術(shù)對精度的要求更高，需要米級1m的定位精度，并能夠判斷樓層，我們用什么技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)呢？傳統(tǒng)GPS工作原理圖AGPS輔助定位工作原理室內(nèi)定位技術(shù)的應(yīng)用前景室內(nèi)定位技術(shù)在定位搜救、公共安全、商業(yè)等方面有非常良好的應(yīng)用前景，我們可以

2、想象一些比較常見的應(yīng)用場景：比如在大型商場里面借助室內(nèi)導(dǎo)航快速找到出口、電梯；家長用來跟蹤小孩的位置避免小孩在超市中走丟；房屋根據(jù)你的位置打開或關(guān)閉電燈；重要的隨身物品丟了，當(dāng)自己走出幾米遠(yuǎn)時(shí)手機(jī)就發(fā)出提醒；商店根據(jù)用戶的具體位置向用戶推送更多關(guān)于商品的介紹等等。這種技術(shù)已經(jīng)吸引了一波國內(nèi)外創(chuàng)新的高潮，各種基于此技術(shù)的應(yīng)用將出現(xiàn)在我們的面前，其規(guī)模和影響絕不會亞于GPS。這一切都標(biāo)志著發(fā)展室內(nèi)定位技術(shù)有著廣闊的應(yīng)用前景。室內(nèi)定位技術(shù)工作原理全球行業(yè)內(nèi)大咖們的解決方案如今谷歌、微軟、蘋果、博通等在內(nèi)的一些科技巨頭，還有一些世界有名的大學(xué)都在研究室內(nèi)定位技術(shù)，首先來看看科技巨頭公司和各大學(xué)的室內(nèi)定

3、位技術(shù)解決方案：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23顆衛(wèi)星）、WiFi信號、手機(jī)基站以及根據(jù)一些“盲點(diǎn)”，如室內(nèi)無GPS、Wi-Fi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(gè)叫“Google Maps Floor Plan Marker”的手機(jī)應(yīng)用，號召用戶按照一定的步驟來提高室內(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)

4、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(dǎo)航時(shí)，谷歌會收集一些GPS、Wi-Fi、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)。谷歌6.0地圖室內(nèi)和室外導(dǎo)航對比圖諾基亞方案（諾基亞已經(jīng)被微軟收購）諾基亞采用的是HAIP技術(shù)，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，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30cm100cm，據(jù)說這種發(fā)射臺還有成本低、功耗低等特點(diǎn)，一臺或多臺

5、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，具備三維定位功能能把你所在位置的高度也算出來。這種芯片可以通過WiFi、藍(lán)牙或NFC等技術(shù)來提供室內(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，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。IndoorAtlas的方案基于地球磁場，是依據(jù)每一個(gè)具體位置的磁場信息都不一樣而設(shè)計(jì)。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

6、圖，然后還需要你拿著移動設(shè)備繞室內(nèi)一圈，記錄下各個(gè)位置的地磁信號特征，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。商場定位效果圖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(gè)位置的無線電信號數(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

7、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Wi-Fi、3G信號死角，以及一些運(yùn)動特征，如電梯、樓梯等，并根據(jù)這些位置已知的路標(biāo)來計(jì)算你的位置。當(dāng)你移動的時(shí)候，就根據(jù)其他感應(yīng)器，如陀螺儀、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(dāng)你到達(dá)下一個(gè)路標(biāo)時(shí)，位置就會被校準(zhǔn)。室內(nèi)定位手機(jī)端APP演示介紹完各大公司和大學(xué)的室內(nèi)定位技術(shù)解決方案，再來看看其他常見的技術(shù)解決方案。超寬帶室內(nèi)定位原理圖超寬帶定位的代表是Ubisense，其定位方案采用UWB超

8、寬帶脈沖信號，由多個(gè)傳感器采用TDOA和AOA定位算法對標(biāo)簽位置進(jìn)行分析，多路徑分辨能力強(qiáng)、精度高，定位精度可達(dá)亞米級。但UWB難以實(shí)現(xiàn)大范圍室內(nèi)覆蓋，且手機(jī)不支持UWB，定位成本非常高。超聲波室內(nèi)定位原理圖超聲波定位應(yīng)用案例的代表是Shopkic，在店鋪安裝超聲波信號盒，能夠被手機(jī)麥克風(fēng)檢測到，從而實(shí)現(xiàn)定位，主要用于店鋪的簽到。手機(jī)自主慣性傳感器定位導(dǎo)航手機(jī)自主慣性傳感器定位導(dǎo)航的代表是Broadcom和Intel，他們推出利用手機(jī)的慣性傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行定位計(jì)算的硬件解決方案，但由于手機(jī)初始姿態(tài)的不確定性和手機(jī)慣性傳感器精度問題，室內(nèi)定位效果不佳。現(xiàn)在越來越多的人用自主慣性傳感器定位導(dǎo)航進(jìn)行輔

9、助導(dǎo)航，特別是iOS手機(jī)不開放RSSI等接口的情況下。Bytelight的LED室內(nèi)定位技術(shù)LED定位的代表是Bytelight， LED定位系統(tǒng)通過往天花板上的LED燈具實(shí)現(xiàn)，燈具發(fā)出像莫斯電報(bào)密碼一樣的閃爍信號，再由用戶智能手機(jī)照相機(jī)接收并進(jìn)行檢測，而且用戶不需要將手機(jī)相機(jī)對準(zhǔn)某一個(gè)特定方向，亦可以接收到反饋過來的直接光源信號，定位精度可以在1米之內(nèi)。LED定位需要改造LED燈具，增加芯片，增加成本，盡管如此，LED定位是一種很有潛力的室內(nèi)定位技術(shù)。RFID定位技術(shù)工作圖許多公司也推出了基于射頻標(biāo)簽RFID的定位，采用刷卡方式，根據(jù)閱讀器位置對刷卡人員或設(shè)備進(jìn)行區(qū)間定位。主要應(yīng)用在倉庫、煤

10、礦、貨物跟蹤、安檢、ETC、辦公考勤等，無法進(jìn)行實(shí)時(shí)定位，定位精確度低。WiFi室內(nèi)定位工作圖WiFi定位由于WiFi網(wǎng)絡(luò)的普及，變得非常流行。WiFi定位可以達(dá)到米級定位（110米），傳統(tǒng)的WiFi定位產(chǎn)品主要應(yīng)用在專業(yè)行業(yè)領(lǐng)域，如礦井、監(jiān)獄、醫(yī)院、石油石化等，使用Aeroscout和Ekahau公司的WiFi定位產(chǎn)品。一些WiFi網(wǎng)絡(luò)設(shè)備廠商如Cisco、Motorola等公司也有自己的WiFi定位產(chǎn)品，并隨著其WiFi網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的推廣，已經(jīng)有很多應(yīng)用。隨著市場，特別是大眾消費(fèi)相關(guān)行業(yè)對室內(nèi)定位需求的增加，Google把WiFi室內(nèi)定位和室內(nèi)地圖引入了Google地圖，一年多來已經(jīng)覆蓋了北美

11、和歐洲一萬多家大型場館。近期也涌現(xiàn)出一批WiFi定位很有特色的公司，如Wifislam、Meridian、智慧圖、wifarer、wifront等公司。百度、高德、四維等公司也在研發(fā)Wi-Fi室內(nèi)定位產(chǎn)品。ZigBee室內(nèi)定位工作網(wǎng)還有許多公司推出了ZigBee的定位產(chǎn)品，主要用于工業(yè)的傳感領(lǐng)域和智能家居方面。藍(lán)牙、RFID/WiFi與GPS的協(xié)同使用還有許多機(jī)構(gòu)推出了地磁和計(jì)算機(jī)視覺定位的產(chǎn)品，目前這兩類產(chǎn)品大多用于軍事及科學(xué)探測，如軍事上的水下導(dǎo)航常用地磁導(dǎo)航，火星車的導(dǎo)航用到了計(jì)算機(jī)視覺導(dǎo)航。面對這么多技術(shù)解決方案可能大家有點(diǎn)眼花繚亂，這里簡單成一句話：很多信號都有可能被用于室內(nèi)定位，如

12、：藍(lán)牙、超寬帶脈沖、超聲波等等。不過大家也可能注意到了，Wi-Fi因?yàn)樯暇W(wǎng)的需要變得非常普及，除了Wi-Fi信號，其余都必須單獨(dú)鋪設(shè)信號發(fā)生器，甚至有些技術(shù)還要求從新在前端上也鋪設(shè)信號接收設(shè)備，這給商用大面積推廣帶來了巨大的阻力。各種室內(nèi)定位技術(shù)的精度我們可以通過上圖直觀地看到滿足米級定位精度的定位技術(shù)，從規(guī)模上推廣角度來看由易到難，依次是Wi-Fi、LED、RFID、ZigBee、超聲波、藍(lán)牙、計(jì)算機(jī)視覺、激光、超寬帶等。雖然Wi-Fi定位技術(shù)的定位精度僅到米級，相比于藍(lán)牙、超寬帶、激光等技術(shù)的亞米級、甚至分米級的定位方案要遜色很多，但是定位精度的提高會帶來成本的提高，甚至是指數(shù)關(guān)系，但是精度帶來的商業(yè)價(jià)值卻未必呈現(xiàn)指數(shù)關(guān)系。而且隨著Wi-Fi的不斷普及，勢必會覆蓋更多的生活區(qū)域，也可能未來每個(gè)建筑旁或者內(nèi)部都有Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)，這將是WiFi室內(nèi)定位技術(shù)全面應(yīng)用的春天。智能定位影響下一個(gè)十年目前的物聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)面臨著云計(jì)算、大數(shù)據(jù)時(shí)代發(fā)展機(jī)遇，云計(jì)算平臺將會進(jìn)一步推動物