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2016年12月5日 星期一

Introduction to Indoor Positioning


來源:室內定位導航

序言
室內空間,簡言之就是在相對封閉的室內空間內標識位置資訊。用GPS或其他衛星定位不行嗎?

舉個例子,在室內用滴滴打車是不是經常定位不準?室內複雜的建築結構、信號環境(GPS衛星信號無法到達,且充滿各種無線電信號)都會對定位精度造成影響,因此需要新的技術應對這一問題。

而新技術的成熟,又將引爆室內服務機器人、行動精準行銷、應急求援等深層次需求。 基於對行業的深度調研,我們判斷在行動網路日益普及的今天,室內定位技術有望成為位置服務的藍海,並開啓室內外無縫定位的新紀元。

此系列報告將從前景、技術、應用及盈利模式,三個維度為大家全面展示室內定位技術。

1. 萬物互聯時代,開啓百億室內定位藍海
隨著人們活動的室內空間越來越龐大和複雜,興趣點(POI)越來越豐富,停車場、商場、機場等場所的定位和導引,需求日趨強烈。同時,精準行銷、智慧製造、機器人、無人醫療護理等行業,也需要電腦能夠在室內辨識特定對象的位置。

這些需求為室內定位技術(IPS,Indoor Positioning System)帶來巨大機會,IPS有望成為導航和LBS( Local Based Service)領域,下一個百億美元量級的藍海市場。 

目前市場對這些新需求認識不足,很多人還抱著「室內定位是假需求」的過時觀點。此外,市場對室內定位技術的發展狀況缺乏瞭解,對室內定位的實際應用的理解也較匱乏。 

實際上,正確的情形是:

1) 室內定位技術是傳統零售業,整合線上線下精準行銷的利器,是智慧製造、機器人、無人駕駛的必然需求,是解決醫療護理人員缺乏難題的有效工具,擁有廣泛的應用場景;

2) 室內定位技術日漸成熟,多技術聯用已能夠取得滿意的定位效果;

3) 產業鏈上下游支持環節已經較完善,應用爆發在即;

4) 室內定位技術已開始在全球各應用領域萌芽,涉及多種應用場合。

2. 消費升級、產業轉型,撬動室內定位百億市場
2.1. 室內定位需求強烈,市場空間超百億美元
根據諾基亞提供的數據,人們87%-90%的時間在室內度過。由於室內空間越來越龐大複雜,停車場反向尋車、查找某件特定商品、定位走散的家人等,變得越來越困難,室內定位的需求前所未有高漲。

  
此外,谷歌的市場調查指出,消費者在購物過程中,渴望瞭解更多有關商品的訊息,並享受個人化體驗。但事實上,其中有三分之二的消費者,無法在實體店內找到想要購買的商品,43%的人會失望離開店鋪。

另外則有超過71%的消費者認為在網路上搜尋相關商品訊息,會比店內找尋更方便,因此聯網呈現商品訊息的功能,已成為消費者購物體驗中至關重要的一環。 另一方面,行業客戶對室內定位的需求也在不斷浮現:

商場、機場、車站等人流密集場所:需要高效的人流監控和動線分析手段,以提高營運效率、挖掘商業潛力;

工廠:需要實現智慧倉儲管理、生產過程追蹤、自動貨物搬運、自動對象加工,達到降本增效目的;

礦井和高層建築:需要在緊急狀態下,即時定位內部人員;

醫療護理機構:需要即時定位護理對象,以提供最及時的醫護服務;

室內服務機器人、現場工業機器人、無人駕駛車輛:室內定位還是室內服務機器人、現場工業機器人,和無人駕駛的必備技術,在一般服務業、軍用無人偵查、電力及油氣巡線、交通運輸領域前景廣闊。

  
強勁的市場需求,為室內定位技術(IPS)提供了廣闊的發展空間。根據市場調研公司MarketsandMarkets的數據,室內定位技術的市場規模,已於2014年達到9億美元,並預計將於5年內增至44億美元,複合年成長率高達36.5%。

Research and Markets的估計更為樂觀,預計2013~2018年的複合年成長率將達48.4%。科技行業咨詢公司IDTechEx則認為,2024年以前,室內定位的總市場規模將超過100億美元。

 
  
快速、即時、精確的室內定位能力,能夠將真實世界的實體對象,與虛擬空間的數據訊息結合,從而大幅改變零售、製造、物流、急救等行業的運作方式,令人與人、人與物、物與物之間的聯繫變得更加緊密,真正實現萬物互聯的理想。

2.2. 傳統定位技術無法滿足室內定位需求
儘管室內定位需求強烈,傳統的定位技術(衛星定位、基地台定位)卻因技術限制,無法滿足室內定位要求。

2.2.1. 衛星定位信號受牆壁阻隔,且不能分辨樓層
衛星定位技術(即全球導航衛星系統,GNSS)經過多年發展,是目前最成熟、使用最廣泛的定位技術,包括美國的GPS、俄羅斯的GLONASS、歐洲的Galileo和對岸中國的北斗。

  
GNSS技術具有可靠性好、精確度高、覆蓋範圍廣等優點。但在室內,衛星信號容易被建築物阻隔,導致無法實現定位。而且,即便是在室外,一般GNSS技術的精度也只能達5-10 m左右(GPS、北斗的民用精度),對於智慧製造、庫存管理等精細應用無能為力。最後,GNSS技術只能分辨平面位置,對高度訊息不敏感(精度只能做到10-25 m),不能準確辨別不同樓層。

  
2.2.2. 行動基地台定位精度低,定位能力有限
儘管手機的無線通訊信號,可以穿透多數建築的牆壁,但行動通信基地台的分布密度太低,採用「近鄰法」定位的精度達數千米,即使利用多個基地台、通過三邊到達時間測算,精度也在200 m。

  
這種定位方法直接利用現有設施,適用於所有手機,可以被動定位,因此在國防、公安等領域受到青睞。民用領域由於精度太低,無法滿足絕大多數室內定位應用的需求,目前僅作為GNSS的補充手段,在衛星信號薄弱地帶(如室內或建築密集的都市區)提供補充定位能力。

2.3. 室內定位技術研究進展迅速,行業應用有望啓動
為解決室內定位難題,學術界從十多年前,即開始研究室內定位技術,目前技術研究已經較為成熟,商業應用觸手可及。

對於技術發展,我們有這樣的觀點:如果研究尖端醫學技術,我們得關注《柳葉刀》,最領先的科學發現通常會在《Nature》、《Science》上發表,那麼在在導航領域有哪些前瞻學術雜誌呢? 美國導航協會(ION,Institute of Navigation)是國際定位和導航界最具權威的組織,旗下的刊物被認為是新定位技術的風向標,其研究趨勢往往領先行業應用五年。

以GPS技術為例,自1990年起,ION刊出GPS相關的文獻數量即迅速飆升,五年後,GPS系統正式全面運作。而自2010年開始,我們發現,對於精準定位、高靈敏度、多徑等問題的研究有所下降,但室內定位技術的文獻數量快速上升,至今已有五年時間,因此,我們判斷,技術成熟將推動行業應用快速啓動。


  
對岸中國百度學術的文獻收錄數據,也體現了類似的規律。2008年,百度學術收錄的北斗衛星導航系統文獻快速增加,從之前的每年百餘篇,猛增至每年4000篇以上,並在隨後數年保持了這一水準。

2012年底,對岸中國北斗正式商用,觸發了次年北斗主題股票的一輪行情。室內定位技術的文獻變化趨勢,較北斗晚兩年:2010年,室內定位技術的文獻數量急劇上升,至以往每年數量的約20倍,並已連續5年保持這一水平。

如果參照北斗的規律,室內定位技術的商用也已近在眼前,目前應是較好的投資佈局時機。

2.4. 室外定位增速放緩,從業者將向室內定位延伸
基於GNSS的室外定位技術產品和服務,已經非常成熟,需要新的成長動力。佳明、天寶導航、合眾思壯等定位導航設備商的傳統業務,表現每況愈下:佳明的汽車/行動電話、航空、航海等傳統業務的營業收入,已經連續五年下滑,毛利連續七年成長乏力。

天寶導航的傳統業務——現場解決方案業務營業收入,連續兩年大幅下行。中國的代表姓廠商中海達2015年中報顯示,中國高精度測繪市場價格戰硝煙四起,毛利率水平明顯下滑。

而民用導航產品提供商,合眾思壯的車載導航產品,營收和毛利也大幅下降。這些公司有強烈的動機在原先業務的基礎上,延伸到與位置服務相關的其他業務,帶來新的成長動力。

除了將GNSS技術橫向延伸到戶外、健身、工程等應用領域之外,另一個自然的延伸方向就是從室外到室內定位,提供完整的、室內室外一體的LBS服務方案。

在這一方面,中海達收購超寬頻定位技術提供商聯睿電子,已經邁出了第一步。我們判斷,隨著室內定位需求愈加凸顯,商業模式得到初步驗證,將會有越來越多的室外導航定位廠商,進軍室內定位市場。

2.5. 政策大力推動室內定位發展
目前對岸中國政府,對室內定位技術非常看重,其國務院、科技部、工信部下發的多項指導政策中,均提出要大力推動室內定位系統發展。 

2012年中國的科技部印發的《導航與位置服務科技發展「十二五」專項規劃》中,明確指出要推動室內定位技術發展,做到室內外協同即時精密定位。

2013年,中國的科技部高新司,和其國家遙感中心等聯合發佈的《室內外高精度定位導航白皮書》,力推融合室內外精確定位的羲和系統實施,在大眾位置服務、緊急救援等場合,展開示範應用,並希望在2020年前在一百座城市完成部署,惠及一億名用戶。

此外,物聯網、交通運輸業的「十二五」規劃、工業轉型升級規劃中,均涉及室內定位相關內容。 在羲和系統規劃中,其國家和地區負責頂層設計和廣域覆蓋,企業負責局域覆蓋和服務應用開發。 

因為中國中央大力推動羲和系統的鋪設,將令室內定位技術開發商,擁有更完善的室內定位基礎設施,有利於開發商提高定位精度、擴大覆蓋範圍。


  
3. 室內定位產業鏈已臻完善,行業爆發在即
隨著室內定位商業模式的初步浮現,以及主流晶片廠商、行動操作系統廠商、應用開發商、商業場館等,在產業鏈各個環節上的大力推動,室內定位有望在消費領域快速普及,行業迎來爆發點。

3.1. 商業模式初現雛形,室內定位變現可期
商業場館是室內定位的重要目標客戶行業,尤其是購物商場,擁有巨大複雜的內部空間、數量繁多的商品和興趣點、明確的盈利需求,構成室內定位理所當然的第一站。 

然而在很長一段時間內,室內定位在商業場館中的認可度不高,原因主要包括:

1) 缺乏合理的商業變現管道,無法為場館帶來與付出成本相匹配的收益;

2) 室內定位精度一度與部署成本不成正比,無法滿足消費者的剛性需求。

兩個原因互為因果,導致場館內的室內定位一直未能形成氣候。 

目前室內定位技術逐漸發展成熟,已經能夠以較低的成本(中等規模商場每年小於10萬元)實現較高的精度(1~3 m),經過前幾年的試錯,商業場館中室內定位的商業模式,也已初現雛形,目前主要分為三種模式:B2B2C、B2C和B2B模式。

B2B2C模式:向對岸中國場館的官方服務app(如萬達廣場的「飛凡」app、首都機場的「首都機場」app)提供室內定位技術,允許app將附近品牌商的優惠、新品等行銷訊息傳送給消費者,並向品牌商收取傭金。

B2C模式:通過與場館無關的第三方LBS應用(如高德地圖、百度地圖)直接向消費者提供附近品牌商的行銷訊息,並向品牌商收取傭金。

B2B模式:與商業場館直接合作,以被動定位技術幫助場館監控和分析人流,以改善動線規劃、挖掘行銷潛力,直接向商業場館收取項目設計,實施和數據分析服務費用。

除商業場館外,室內定位方案提供商對礦井、辦公大樓、工廠、監獄等行業客戶,亦採用B2B項目模式,提供人員、資產、存貨、WIP(中間件,Work in Progress)的追蹤管理解決方案,及數據分析服務,以確保人員和資產安全、定位,並解決營運效率瓶頸。


3.2. 產業鏈支持環節漸完善,為室內定位發展奠定基礎
產業鏈上各個支持環節逐漸完善,為室內定位技術的發展奠定基礎:
晶片商:博通、高通、德州儀器等提供的Wi-Fi、藍牙通訊晶片,博世、意法半導體、InvenSense等提供的慣性、地磁傳感器晶片,是目前主要的室內定位技術,得以運作的基礎,近幾年片商還在產品中,內置了對藍牙iBeacon、慣性導航等室內定位技術的支持,降低室內定位應用的開發難度。

行動操作系統廠商:蘋果和谷歌作為行動生態的核心組織者,發佈基於藍牙的iBeacon和Eddystone近距離通訊技術平台,並從操作系統層面,提供後台應用支持。室內定位方案供應商,可以選擇在這些平台基礎上,自行開發不同延伸功能、不同外形的信標硬體,同時提供相應SDK和API服務,供LBS應用的開發人員,更好地使用這些硬

LBS應用開發商:應用室內定位方案供應商提供的技術方案,開發針對終端用戶的服務應用,為用戶提供導購、尋車、找人、查找商品資訊、尋找優惠等服務。

室內地圖數據供應商:圖淵、四維圖新、點道等地圖數據商累積了大量室內地圖和POI數據,為各類LBS應用提供了便捷的室內數據來源。(本段所提及皆為對岸中國廠商)

終端廠商:三星等終端廠商也希望參與室內定位生態的構建,發佈類似iBeacon的Proximity平台。

商業場館:包括商場、機場、博物館等,近兩年在電子商務的衝擊下,逐漸認識到線下與線上結合的重要性,開始重視室內位置服務,主動找到室內定位方案供應商尋求合作,並開發官方服務app。

品牌商:商業場館內部的商鋪營運者,為吸引更多消費者光顧,越來越樂意將費用投入到可追蹤、易量化的數位行銷上。

  
3.2.1. 無線通訊技術與傳感器普及,提供廣泛用戶基礎
Wi-Fi、藍牙4.0、慣性傳感器、地磁傳感器等技術在消費者中的普及,為室內定位奠定了廣泛的用戶基礎。

具備Wi-Fi功能的手機數量越來越多,所佔比例持續上升。據IHS iSuppli預測,2015年全球生產的19億部手機中,將有12億部具備Wi-Fi功能。

公共Wi-Fi熱點的部署,越來越密集。iPass公司公佈的數據顯示,2015年7月全球公共Wi-Fi熱點總數,已經達到7651萬個,並將於2018年達到3.4億個。

特別值得一提的是,中國的商用Wi-Fi熱點數量全球最多,達516萬個,是第二名美國的5倍有餘;這些商用熱點主要分布在零售商店(266萬個)和咖啡館(213萬個)等處。

  
支持低功耗藍牙協議的手機,數量與日具增。據IHS Technology預測,到2018年將有超過96%的手機,配備新一代低功耗藍牙技術(Bluetooth Smart)。ABI Research的研究數據顯示,2014年全球藍牙晶片的出貨量將達到28億件,並將於2018年增長至47億件

慣性傳感器和地磁傳感器,逐漸在手機中普及。根據我們的市場調查,目前RMB 500元級別低端手機,開始配備加速度傳感器,RMB 800元級別中端手機,已基本配備了加速度傳感器、陀螺儀和地磁傳感器。

根據IDC數據,在2014年第三季,中國智慧手機平均銷售價格是RMB 1190元,到2015年第一季,中國智手機平均銷售價格上升到RMB 1631元,漲幅37%,但是仍然落後1841元的全球智手機平均銷售價格,還有上升空間。綜合上述數據,可以判斷,配備傳感器的手機,在中國的普及率已經較高。

3.2.2. 蘋果和谷歌推藍牙信標技術普及
早在2012年,諾基亞就聯合三星、索尼和高通等21家企業,組建了室內位置聯盟(In-Location Alliance),力圖推廣基於藍牙4.0低電壓,和Wi-Fi的室內定位技術,但市場影響有限。直到2013年WWDC大會上蘋果發佈了iBeacon平台,藍牙通信標準技術才真正走進廣大開發者和用戶的視野。

在蘋果的強力帶動下,出現了Estimote、Radius Networks等專注開發藍牙信標應用平台的優秀創業企業,多家零售業巨頭,如梅西百貨、樂購、沃爾瑪、家樂福,均在店內使用iBeacon系統。 

2015年7月14日,谷歌發佈了開源、跨平台的Eddystone通信標準平台,支持電量狀態監控等高級功能,同時支持iOS和Android操作系統,不需要安裝手機應用。

Estimote、Radius Networks等通信標準開發商,已經宣佈了對Eddystone的支持。 由於目前行動操作系統領域即是這兩家獨大,各自擁有大量的開發者和用戶粉絲,料將為室內定位推廣提供更大動力。

3.2.3. 室內地圖採集領域跑馬圈地,中國已覆蓋萬餘大型建築
室內地圖是室內位置服務的重要素材,室內地圖的採集成為全球創業公司和行業巨頭跑馬圈地的賽場。目前,地圖數據供應商已經覆蓋了中國萬餘家大型建築。

2007年成立的Micello專注室內地圖採集,截至2013年,在全球已經覆蓋了15,000多個建築物。 2011年,谷歌地圖Android版升級到6.0版本,推出室內定位和導航功能;2012年,谷歌推出了Floor Plan Maker工具,允許場館所有者,自行提交其場館的室內地圖;截至2012年,谷歌室內地圖已覆蓋全世界1萬多個建築。

2012年,諾基亞宣佈其Destination Maps室內地圖服務,已經覆蓋38個國家4,605座建築。現在該服務作為Here地圖服務的一部分,已於2015年8月4日出售給德國寶馬、奧迪和戴姆勒集團組成的聯盟。

據Business Insider 報導,由於在室內地圖領域缺乏數據資源,蘋果已經決定利用商場超市等室內場所分布的iBeacon設備,來繪制室內地圖,希望通過室內地圖逆襲谷歌。

在中國,2013年創業公司圖淵已經覆蓋全國347個城市12,000多個建築物地圖,百度是其最大的客戶。 2014年,高德宣佈已收錄了全國數千個建築的室內地圖,類別包括商場、醫院、博物館等,數據為自採與購買相結合。 此外,四維圖新、超圖軟件、點道也是室內地圖的積極參與者。

3.2.4. BAT巨頭搶佔線下零售入口,將加速室內定位生態成熟
最近一年阿里巴巴和騰訊強力介入,基於室內定位技術的O2O,可能推動用戶對室內定位的快速認可,加速室內定位生態成熟。

2014年10月,阿里在杭州城西的銀泰百貨,部署一批Beacon設備,由於設備性能不穩定,測試後數天後就關閉接口。

2014年底,淘點點內嵌入iBeacon技術,並且接入了杭州部分商戶的線下優惠券系統,允許到達店鋪的支付寶用戶領取優惠券,以吸引用戶到店。

2015年初,阿里建立城市拓展團隊正式開發線下商場資源,並打造「喵街」客戶端整合全國大型商場資源。

2015年4月,阿里開發AliBeacon,利用藍牙通信標準室內定位技術,實現商場室內導航,及快速自助支付。

  
2014年11月,微信推出「搖一搖〃周邊」功能,將微信的海量用戶與線下生活結合起來,可用於場館導航、會議簽到、智慧家居開關、精準行銷和自助支付等應用。

2015年5月13日,騰訊攜微信支付、地圖等服務與智慧圖合作,以部署的2600個iBeacon通信標準為觸角,搭建微信智慧營運平台,在西單大悅城落地。

微信服務號西單大悅城中,增加了一個名為「360°逛街」的功能,可在此查看西單大悅城的所有室內街景及商品。線上逛街時,遇到感興趣的商品,可隨時隨地點擊查看店鋪和商品的歷史、品牌文化和價格等。

用戶還有機會收集大悅城街景中,發現的優惠券,進店通過微信支付消費優惠券,享受一站式服務。

  
從歷史經驗看,BAT不計代價的投入和推廣,大幅加速了打車軟體、紅包、錢包app的推廣;現在線上和行動端入口格局已定,未來BAT等巨頭極有可能展開新一輪大戰,通過佈局室內位置服務,搶佔線下入口資源,從而帶動整個生態鏈的快速成熟。

4. 投資面向未來:室內定位是萬物互聯必由之路
室外定位是將人和地點打通;而室內定位連接的是人和具體的物體,將打通人與物、物與物之間的聯繫。未來的智慧製造、智慧城市、智慧建築應用,都將依賴室內的高精度定位能力;押注室內定位,事實上是在押注通往萬物互聯的道路。 

目前各方共識是到2020年,物聯網將成為無處不在的現實,作為投資需要面向未來,提前五年佈局室內定位,將有大概率享用物聯網革命催生的果實。


                                                                                                                                                                                                                            



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