從10米邁向1米定位精度 室內定位技術詳解課件

1、從10米邁向1米定位精度 室內定位技術詳解現(xiàn)代人智能手機里的GPS導航地圖愈發(fā)不可缺少，但僅僅支持室外定位，當你進到室內，由于導航信號衰減太快，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)，國內最熱的兩款熱門地圖如百度地圖和高德地圖的定位缺點依然很明顯，精度只能夠達到民用的10m級別，而且在AP地址位置發(fā)生變化時也容易出錯。而我們下面要說的室內定位技術對精度的要求更高，需要米級1m的定位精度，并能夠判斷樓層，我們用什么技術可以實現(xiàn)呢？傳統(tǒng)GPS工作原理圖AGPS輔助定位工作原理室內定位技術的應用前景室內定位技術在定位搜救、公共安全、商業(yè)等方面有非常良好的應用前景，我們可以

2、想象一些比較常見的應用場景：比如在大型商場里面借助室內導航快速找到出口、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)你的位置打開或關閉電燈；重要的隨身物品丟了，當自己走出幾米遠時手機就發(fā)出提醒；商店根據(jù)用戶的具體位置向用戶推送更多關于商品的介紹等等。這種技術已經(jīng)吸引了一波國內外創(chuàng)新的高潮，各種基于此技術的應用將出現(xiàn)在我們的面前，其規(guī)模和影響絕不會亞于GPS。這一切都標志著發(fā)展室內定位技術有著廣闊的應用前景。室內定位技術工作原理全球行業(yè)內大咖們的解決方案如今谷歌、微軟、蘋果、博通等在內的一些科技巨頭，還有一些世界有名的大學都在研究室內定位技術，首先來看看科技巨頭公司和各大學的室內定

3、位技術解決方案：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)加入了室內導航功能，此方案主要依靠GPS（室內一般也能搜索到23顆衛(wèi)星）、WiFi信號、手機基站以及根據(jù)一些“盲點”，如室內無GPS、Wi-Fi或基站信號的地方的具體位置完成室內的定位。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；提高室內導航的精度。建筑平面圖是室內導航的基礎，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)

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導航時，谷歌會收集一些GPS、Wi-Fi、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。谷歌6.0地圖室內和室外導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，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，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、藍牙或NFC等技術來提供室內定位系統(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置到智能手機里。IndoorAtlas方案IndoorAtlas是一家專注于室內導航解決方案的公司。IndoorAtlas的方案基于地球磁場，是依據(jù)每一個具體位置的磁場信息都不一樣而設計。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

6、圖，然后還需要你拿著移動設備繞室內一圈，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。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Wi-Fi、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，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，但當你到達下一個路標時，位置就會被校準。室內定位手機端APP演示介紹完各大公司和大學的室內定位技術解決方案，再來看看其他常見的技術解決方案。超寬帶室內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，由多個傳感器采用TDOA和AOA定位算法對標簽位置進行分析，多路徑分辨能力強、精度高，定位精度可達亞米級。但UWB難以實現(xiàn)大范圍室內覆蓋，且手機不支持UWB，定位成本非常高。超聲波室內定位原理圖超聲波定位應用案例的代表是Shopkic，在店鋪安裝超聲波信號盒，能夠被手機麥克風檢測到，從而實現(xiàn)定位，主要用于店鋪的簽到。手機自主慣性傳感器定位導航手機自主慣性傳感器定位導航的代表是Broadcom和Intel，他們推出利用手機的慣性傳感器數(shù)據(jù)進行定位計算的硬件解決方案，但由于手機初始姿態(tài)的不確定性和手機慣性傳感器精度問題，室內定位效果不佳?，F(xiàn)在越來越多的人用自主慣性傳感器定位導航進行輔

9、助導航，特別是iOS手機不開放RSSI等接口的情況下。Bytelight的LED室內定位技術LED定位的代表是Bytelight， LED定位系統(tǒng)通過往天花板上的LED燈具實現(xiàn)，燈具發(fā)出像莫斯電報密碼一樣的閃爍信號，再由用戶智能手機照相機接收并進行檢測，而且用戶不需要將手機相機對準某一個特定方向，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。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定位技術。RFID定位技術工作圖許多公司也推出了基于射頻標簽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備進行區(qū)間定位。主要應用在倉庫、煤

10、礦、貨物跟蹤、安檢、ETC、辦公考勤等，無法進行實時定位，定位精確度低。WiFi室內定位工作圖WiFi定位由于WiFi網(wǎng)絡的普及，變得非常流行。WiFi定位可以達到米級定位（110米），傳統(tǒng)的WiFi定位產(chǎn)品主要應用在專業(yè)行業(yè)領域，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)絡設備廠商如Cisco、Motorola等公司也有自己的WiFi定位產(chǎn)品，并隨著其WiFi網(wǎng)絡設備的推廣，已經(jīng)有很多應用。隨著市場，特別是大眾消費相關行業(yè)對室內定位需求的增加，Google把WiFi室內定位和室內地圖引入了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室內定位產(chǎn)品。ZigBee室內定位工作網(wǎng)還有許多公司推出了ZigBee的定位產(chǎn)品，主要用于工業(yè)的傳感領域和智能家居方面。藍牙、RFID/WiFi與GPS的協(xié)同使用還有許多機構推出了地磁和計算機視覺定位的產(chǎn)品，目前這兩類產(chǎn)品大多用于軍事及科學探測，如軍事上的水下導航常用地磁導航，火星車的導航用到了計算機視覺導航。面對這么多技術解決方案可能大家有點眼花繚亂，這里簡單成一句話：很多信號都有可能被用于室內定位，如

12、：藍牙、超寬帶脈沖、超聲波等等。不過大家也可能注意到了，Wi-Fi因為上網(wǎng)的需要變得非常普及，除了Wi-Fi信號，其余都必須單獨鋪設信號發(fā)生器，甚至有些技術還要求從新在前端上也鋪設信號接收設備，這給商用大面積推廣帶來了巨大的阻力。各種室內定位技術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，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、藍牙、計算機視覺、激光、超寬帶等。雖然Wi-Fi定位技術的定位精度僅到米級，相比于藍牙、超寬帶、激光等技術的亞米級、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)關系，但是精度帶來的商業(yè)價值卻未必呈現(xiàn)指數(shù)關系。而且隨著Wi-Fi的不斷普及，勢必會覆蓋更多的生活區(qū)域，也可能未來每個建筑旁或者內部都有Wi-Fi網(wǎng)絡，這將是WiFi室內定位技術全面應用的春天。智能定位影響下一個十年目前的物聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)面臨著云計算、大數(shù)據(jù)時代發(fā)展機遇，云計算平臺將會進一步推動物