【導(dǎo)讀】不同于GPS，AGPS等室外定位系統(tǒng)，室內(nèi)定位系統(tǒng)依然沒(méi)有形成一個(gè)有力的組織來(lái)制定統(tǒng)一的技術(shù)規(guī)范，現(xiàn)行的技術(shù)手段都是在各個(gè)企業(yè)各自定義的私有協(xié)議和方案下發(fā)展，也致使各種室內(nèi)定位技術(shù)相映生輝。以下我們針對(duì)幾種不同原理的室內(nèi)定位技術(shù)，分別進(jìn)行描述與對(duì)比。
提起定位導(dǎo)航，大家首先想到的是GPS，中國(guó)也推出了自己的衛(wèi)星定位系統(tǒng)北斗衛(wèi)星定位系統(tǒng)。但是，衛(wèi)星定位只能用在室外環(huán)境，一到室內(nèi)，由于導(dǎo)航信號(hào)衰減太快，衛(wèi)星定位就無(wú)法使用。
隨著時(shí)代飛速變遷，科學(xué)技術(shù)迅猛發(fā)展，信息服務(wù)質(zhì)量效率提高，受干擾度小，在人們的生活工作及科學(xué)研究中起到了非常重要的作用。室內(nèi)定位技術(shù)非常實(shí)用，具有較大的拓展空間，其應(yīng)用范圍廣泛，在復(fù)雜環(huán)境下，如圖書(shū)館，體育館，地下車(chē)庫(kù)，貨品倉(cāng)庫(kù)等都可以實(shí)現(xiàn)對(duì)人員以及物品的快速定位。
但是作為L(zhǎng)BS最后一米的室內(nèi)定位飽受關(guān)注，但技術(shù)的不夠成熟依然是不爭(zhēng)的事實(shí)。不同于GPS，AGPS等室外定位系統(tǒng)，室內(nèi)定位系統(tǒng)依然沒(méi)有形成一個(gè)有力的組織來(lái)制定統(tǒng)一的技術(shù)規(guī)范，現(xiàn)行的技術(shù)手段都是在各個(gè)企業(yè)各自定義的私有協(xié)議和方案下發(fā)展，也致使各種室內(nèi)定位技術(shù)相映生輝。
以下我們針對(duì)幾種不同原理的室內(nèi)定位技術(shù)，分別進(jìn)行描述與對(duì)比。
紅外線定位技術(shù)
紅外線室內(nèi)定位有兩種，第一種是被定位目標(biāo)使用紅外線IR標(biāo)識(shí)作為移動(dòng)點(diǎn)，發(fā)射調(diào)制的紅外射線，通過(guò)安裝在室內(nèi)的光學(xué)傳感器接收進(jìn)行定位;第二種是通過(guò)多對(duì)發(fā)射器和接收器織紅外線網(wǎng)覆蓋待測(cè)空間，直接對(duì)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)進(jìn)行定位。
紅外線的技術(shù)已經(jīng)非常成熟，用于室內(nèi)定位精度相對(duì)較高，但是由于紅外線只能視距傳播，穿透性極差(可以參考家里的電視遙控器)，當(dāng)標(biāo)識(shí)被遮擋時(shí)就無(wú)法正常工作，也極易受燈光、煙霧等環(huán)境因素影響明顯。加上紅外線的傳輸距離不長(zhǎng)，使其在布局上，無(wú)論哪種方式，都需要在每個(gè)遮擋背后、甚至轉(zhuǎn)角都安裝接收端，布局復(fù)雜，使得成本提升，而定位效果有限。
紅外線室內(nèi)定位技術(shù)比較適用于實(shí)驗(yàn)室對(duì)簡(jiǎn)單物體的軌跡精確定位記錄以及室內(nèi)自走機(jī)器人的位置定位。
藍(lán)牙室內(nèi)定位技術(shù)
藍(lán)牙室內(nèi)定位技術(shù)的代表是Nokia，推出了HAIP的室內(nèi)精確定位解決方案，采用基于藍(lán)牙的三角定位技術(shù)，除了使用手機(jī)的藍(lán)牙模塊外，還需部署藍(lán)牙基站，最高可以達(dá)到亞米級(jí)定位精度。
藍(lán)牙室內(nèi)技術(shù)是利用在室內(nèi)安裝的若干個(gè)藍(lán)牙局域網(wǎng)接入點(diǎn)，把網(wǎng)絡(luò)維持成基于多用戶(hù)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)微微網(wǎng)(piconet)的主設(shè)備，然后通過(guò)測(cè)量信號(hào)強(qiáng)度對(duì)新加入的盲節(jié)點(diǎn)進(jìn)行三角定位。
藍(lán)牙室內(nèi)定位技術(shù)最大的優(yōu)點(diǎn)是設(shè)備體積小、短距離、低功耗，容易集成在手機(jī)等移動(dòng)設(shè)備中。只要設(shè)備的藍(lán)牙功能開(kāi)啟，就能夠?qū)ζ溥M(jìn)行定位。藍(lán)牙傳輸不受視距的影響，但對(duì)于復(fù)雜的空間環(huán)境，藍(lán)牙系統(tǒng)的穩(wěn)定性稍差，受噪聲信號(hào)干擾大且在于藍(lán)牙器件和設(shè)備的價(jià)格比較昂貴。
藍(lán)牙室內(nèi)定位主要應(yīng)用于對(duì)人的小范圍定位，例如單層大廳或商店。現(xiàn)在已經(jīng)被某些廠商開(kāi)始用于LBS推廣。
超寬帶室內(nèi)定位技術(shù)
超寬帶定位技術(shù)是一種全新的、與傳統(tǒng)通信定位技術(shù)有極大差異的新技術(shù)。它利用事先布置好的已知位置的錨節(jié)點(diǎn)和橋節(jié)點(diǎn)，與新加入的盲節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通訊，并利用三角定位或者“指紋”定位方式來(lái)確定位置。
超寬帶定位的代表是Ubisense，其定位方案采用UWB（超寬帶）脈沖信號(hào)，由多個(gè)傳感器采用TDOA和AOA定位算法對(duì)標(biāo)簽位置進(jìn)行分析，多徑分辨能力強(qiáng)、精度高，定位精度可達(dá)亞米級(jí)。
超寬帶通信不需要使用傳統(tǒng)通信體制中的載波，而是通過(guò)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)，因此具有GHz量級(jí)的帶寬。由于超寬帶定位技術(shù)具有穿透力強(qiáng)、抗多徑效果好、安全性高、系統(tǒng)復(fù)雜度低、能提供精確定位精度等優(yōu)點(diǎn)，前景相當(dāng)廣闊。但由于新加入的盲節(jié)點(diǎn)也需要主動(dòng)通信使得功耗較高，而且事先也需要布局，使得成本還無(wú)法降低。
超寬帶室內(nèi)定位可用于各個(gè)領(lǐng)域的室內(nèi)精確定位和導(dǎo)航，包括人和大型物品，例如汽車(chē)地庫(kù)停車(chē)導(dǎo)航、礦井人員定位、貴重物品倉(cāng)儲(chǔ)等。
超聲波室內(nèi)定位技術(shù)
超聲波室內(nèi)定位系統(tǒng)是基于超聲波測(cè)距系統(tǒng)而開(kāi)發(fā)，由若干個(gè)應(yīng)答器和主測(cè)距器組成：主測(cè)距器放置在被測(cè)物體上，向位置固定的應(yīng)答器發(fā)射同無(wú)線電信號(hào)，應(yīng)答器在收到信號(hào)后向主測(cè)距器發(fā)射超聲波信號(hào)，利用反射式測(cè)距法和三角定位等算法確定物體的位置。
超聲波室內(nèi)定位整體精度很高，達(dá)到了厘米級(jí)，結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，有一定的穿透性而且超聲波本身具有很強(qiáng)的抗干擾能力，但是超聲波在空氣中的衰減較大，不適用于大型場(chǎng)合，加上反射測(cè)距時(shí)受多徑效應(yīng)和非視距傳播影響很大，造成需要精確分析計(jì)算的底層硬件設(shè)施投資，成本太高。
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(hào)盒，能夠被手機(jī)麥克風(fēng)檢測(cè)到，從而實(shí)現(xiàn)定位，主要用于店鋪的簽到。在數(shù)碼筆上已經(jīng)被廣泛利用，而海上探礦也用到了此類(lèi)技術(shù)，室內(nèi)定位技術(shù)還主要用于無(wú)人車(chē)間的物品定位。
LED定位
LED定位的代表是Bytelight， LED定位系統(tǒng)通過(guò)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(hào)，再由用戶(hù)智能手機(jī)照相機(jī)接收并進(jìn)行檢測(cè)，而且用戶(hù)不需要將手機(jī)相機(jī)對(duì)準(zhǔn)某一個(gè)特定方向，亦可以接收到反饋過(guò)來(lái)的直接光源信號(hào)，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)。
Wi-Fi室內(nèi)定位技術(shù)
Wi-Fi定位技術(shù)有兩種，一種是通過(guò)移動(dòng)設(shè)備和三個(gè)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)接入點(diǎn)的無(wú)線信號(hào)強(qiáng)度，通過(guò)差分算法，來(lái)比較精準(zhǔn)地對(duì)人和車(chē)輛的進(jìn)行三角定位。另一種是事先記錄巨量的確定位置點(diǎn)的信號(hào)強(qiáng)度，通過(guò)用新加入的設(shè)備的信號(hào)強(qiáng)度對(duì)比擁有巨量數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫(kù)，來(lái)確定位置(“指紋”定位)。
WifislamMeridian智慧圖Wi-Fi定位由于Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)的普及，變得非常流行。Wi-Fi定位可以達(dá)到米級(jí)定位（1~10米），傳統(tǒng)的Wi-Fi定位產(chǎn)品主要應(yīng)用在專(zhuān)業(yè)行業(yè)領(lǐng)域（礦井、監(jiān)獄、醫(yī)院、石油石化等），如Aeroscout和Ekahau公司的Wi-Fi定位產(chǎn)品。一些Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)設(shè)備廠商如Cisco、Motorola等公司也有自己的Wi-Fi定位產(chǎn)品，并隨著其Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的推廣，已經(jīng)有很多應(yīng)用。隨著市場(chǎng)（特別是大眾消費(fèi)相關(guān)行業(yè)）對(duì)室內(nèi)定位需求的增加，google把Wi-Fi室內(nèi)定位和室內(nèi)地圖引入了google地圖，一年多來(lái)已經(jīng)覆蓋了北美和歐洲一萬(wàn)大家大型場(chǎng)館，近期也涌現(xiàn)出一批Wi-Fi定位很有特色的公司，如、、、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。
Wi-Fi定位可以在廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域內(nèi)實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的大范圍定位、監(jiān)測(cè)和追蹤任務(wù)，總精度比較高，但是用于室內(nèi)定位的精度只能達(dá)到2米左右，無(wú)法做到精準(zhǔn)定位。由于Wi-Fi路由器和移動(dòng)終端的普及，使得定位系統(tǒng)可以與其他客戶(hù)共享網(wǎng)絡(luò)，硬件成本很低，而且Wi-Fi的定位系統(tǒng)可以降低了射頻(RF)干擾可能性。
ZigBee室內(nèi)定位技術(shù)
ZigBee室內(nèi)定位技術(shù)通過(guò)若干個(gè)待定位的盲節(jié)點(diǎn)和一個(gè)已知位置的參考節(jié)點(diǎn)與網(wǎng)關(guān)之間形成組網(wǎng)，每個(gè)微小的盲節(jié)點(diǎn)之間相互協(xié)調(diào)通信以實(shí)現(xiàn)全部定位。
ZigBee是一種新興的短距離、低速率無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，這些傳感器只需要很少的能量，以接力的方式通過(guò)無(wú)線電波將數(shù)據(jù)從一個(gè)節(jié)點(diǎn)傳到另一個(gè)節(jié)點(diǎn)，作為一個(gè)低功耗和低成本的通信系統(tǒng)，ZigBee的工作效率非常高。但ZigBee的信號(hào)傳輸受多徑效應(yīng)和移動(dòng)的影響都很大，而且定位精度取決于信道物理品質(zhì)、信號(hào)源密度、環(huán)境和算法的準(zhǔn)確性，造成定位軟件的成本較高，提高空間還很大。
ZigBee室內(nèi)定位已經(jīng)被很多大型的工廠和車(chē)間作為人員在崗管理系統(tǒng)所采用。
射頻識(shí)別(RFID)室內(nèi)定位技術(shù)
射頻識(shí)別室內(nèi)定位技術(shù)利用射頻方式，固定天線把無(wú)線電信號(hào)調(diào)成電磁場(chǎng)，附著于物品的標(biāo)簽進(jìn)過(guò)磁場(chǎng)后感應(yīng)電流生成把數(shù)據(jù)傳送出去，以多對(duì)雙向通信交換數(shù)據(jù)以達(dá)到識(shí)別和三角定位的目的。(感應(yīng)門(mén)禁卡和商場(chǎng)防盜系統(tǒng)用的就是這種技術(shù))
射頻識(shí)別室內(nèi)定位技術(shù)作用距離很近，但它可以在幾毫秒內(nèi)得到厘米級(jí)定位精度的信息，且由于電磁場(chǎng)非視距等優(yōu)點(diǎn)，傳輸范圍很大，而且標(biāo)識(shí)的體積比較小，造價(jià)比較低。但其不具有通信能力，抗干擾能力較差，不便于整合到其他系統(tǒng)之中，且用戶(hù)的安全隱私保障和國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化都不夠完善。
射頻識(shí)別室內(nèi)定位已經(jīng)被倉(cāng)庫(kù)、工廠、商場(chǎng)廣泛使用在貨物、商品流轉(zhuǎn)定位上。
綜合來(lái)說(shuō)，以下的圖表從精度及成本的角度很好的表征了目前常見(jiàn)的室內(nèi)定位方案的對(duì)比：
本文來(lái)源于電子技術(shù)設(shè)計(jì)。
推薦閱讀：
