．不可不知的—— 室内定位技術與應用

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在室內環境無法使用衛星定位時，使用室內定位技術作為衛星定位的輔助定位，解決衛星信號到達地面時較弱、不能穿透建築物的問題。最終定位物體當前所處的位置。

定義

室內定位是指在室內環境中實現位置定位，主要採用無線通訊、基地台定位、慣導定位等多種技術，整合形成一套室內位置定位體系，從而實現人員、物體等在室內空間中的位置監控應用。

定位技術

除通訊網路的蜂窩定位技術外，常見的室內無線定位技術還有：Wi-Fi、藍牙、紅外線、超寬頻、RFID、ZigBee和超音波。

△ Wi-Fi技術

通過無線接入點（包括無線路由器）組成的無線局域網絡(WLAN)，可以實現複雜環境中的定位、監測和追蹤任務。它以網路節點（無線接入點）的位置訊息為基礎和前提，採用經驗測試和訊號傳播模型相結合的方式，對已接入的行動設備進行位置定位，最高精確度大約在1米至20米之間。

如果定位測算僅基於當前連接的Wi-Fi接入點，而不是參照周邊Wi-Fi的訊號強度合成圖，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。

△藍牙技術

藍牙通訊是一種短距離低功耗的無線傳輸技術，在室內安裝適當的藍牙局域網接入點後，將網路配置成基於多用戶的基礎網路連接模式，並保證藍牙局域網接入點，始終是這個微網路的主設備。這樣通過檢測訊號強度，就可以獲得用戶的位置訊息。

藍牙定位主要應用於小範圍定位，例如：單層大廳或倉庫。對於持有整合了藍牙功能行動終端設備，只要設備的藍牙功能開啓，藍牙室內定位系統就能夠對其進行位置判斷。

不過，對於複雜的空間環境，藍牙定位系統的穩定性稍差，受噪聲信號干擾大。

△紅外線技術

紅外線技術室內定位是通過安裝在室內的光學傳感器，接收各移動設備（紅外線IR標識）發射調制的紅外射線進行定位，具有相對較高的室內定位精度。

但是，由於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，並且紅外線的傳輸距離較短，使其室內定位的效果很差。當行動設備放置在口袋裡，或者被牆壁遮擋時，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。

△超寬頻技術

超寬頻技術與傳統通信技術的定位方法有較大差異，它不需要使用傳統通信體制中的載波，而是通過發送和接收具有奈秒或奈秒級以下的極窄脈衝來傳輸數據，可用於室內精確定位，例如：戰場士兵的位置發現、機器人運動跟蹤等。

超寬頻系統與傳統的窄頻系統相比，具有穿透力強、功耗低、抗多徑效果好、安全性高、系統複雜度低、能夠提高精確定位精度等優點，通常用於室內移動物體的定位跟蹤或導航。

△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據，實現行動設備辨識和定位的目的。它可以在幾毫秒內得到釐米級定位精度的訊息，且傳輸範圍大、成本較低；不過，由於以下問題未能解決，以RFID定位技術的適用範圍受到局限。

1． RFID不便於整合到行動設備之中

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

△ZigBee技術

ZigBee是一種短距離、低速率的無線網路技術。它介於RFID和藍牙之間，可以通過傳感器之間的相互協調通信，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，將數據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。

△超音波技術

超音波定位主要採用反射式測距（發射超音波並接收由被測物產生的回波後，根據回波與發射波的時間差，計算出兩者之間的距離），並通過三角定位等算法確定物體的位置。

超音波定位整體定位精度較高、系統結構簡單，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體設施投資，總體成本較高。

服務商

室內定位技術主要分基地台定位和慣導定位兩種服務商。基地台定位服務商主要有：谷歌、諾基亞、TI、蘋果、高德、百度等採用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。

目前商用技術基本採用WIFI、RFID等無線通訊基地台方案，針對應急救援主要採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，基地台無線通訊都屬於癱瘓狀態，還有就是社會成本過高，所以只能採用慣性導航技術，它無需任何額外的基礎設施或網路，以無線方式實時輸出人員的行走距離與方向訊息，可以實現在各種複雜環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

目前我們已經能夠看到一些室內定位技術的應用介紹了。據我所知的有谷歌、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版推出的時候，已經在一些地區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2～3顆衛星）、WIFI信號、手機基地台，以及根據一些「盲點」（室內無GPS、WIFI或基地台信號的地方）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，所以谷歌後來又發佈了一個叫「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：獲取更多的建築平面圖；提高室內導航的精度。建築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」的方式解決數據源的問題，就是鼓勵用戶上傳建築平面圖。另外，用戶在使用谷歌的室內導航時，谷歌會收集一些GPS、WIFI、基地台等訊息，通過伺服器進行處理分析之後，為用戶提供更準確的定位服務。

諾基亞方案

諾基亞採用的是HAIP技術，具體是什麼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議的一部分，這樣只要你的設備帶有藍牙模組，就能夠使用這種技術進行定位。

當然，僅有一個藍牙模組還不能完成定位，還需要在室內安裝一種定位發射台，通過這兩者之間的通信完成定位。這種發射台可以覆蓋100m×100m的範圍，定位精度在30cm～100cm，據說這種發射台還有成本低、功耗低等特點，一台或多台都能完成定位。

博通方案

博通公司研制了一種用於室內定位的新晶片（BCM4752），具備三維定位功能（即你所在位置的高度也算出來）。這種晶片可以通過WIFI、藍牙或NFC等技術，來提供室內定位系統支持。

更強大的是，該晶片可以結合其它傳感器，例如手機裡的陀螺儀、加速度傳感器、方位傳感器等，將你位置的變化即時計算出來，甚至做到沒有死角。博通公司的如意算盤是將這種晶片內置到智慧手機裡。

IndoorAtlas方案

IndoorAtlas是一家專注於室內導航解決方案的公司，剛成立不久。IndoorAtlas的方案基於地球磁場，依據是每一個具體位置的磁場訊息都不一樣。

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築平面圖，然後還需要你拿著行動設備繞室內一圈，記錄下各個位置的地磁信號特徵，這些訊息需要上傳到IndoorAtlas的伺服器。

最後，你需要使用IndoorAtlas提供的工具包，開發一個應用才能使用定位功能（IndoorAtlas的開發工具包可以在線申請，不過筆者申請了兩次都沒結果）。

Tubules方案

跟IndoorAtlas不同的是，Qubulus公司根據無線電信號（Radio Signature）來定位。每一個位置的無線電信號數量、頻度、強度等也是不同的，Qubulus根據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也提供了開發工具包，很容易申請下來。開發工具包裡有一個例子，可以使用Eclipse直接編譯通過。

杜克大學方案

杜克大學則借助現實生活中路標（landmarks）的思想，正在開發一個叫做UnLoc的應用。此應用通過感知WIFI、3G訓號死角，以及一些運動特徵，如電梯、樓梯等，並根據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、藍牙節點（iBeacon）的訊號強度進行定位，目前智慧圖定位產品包括終端側定位與網路側定位兩種。

終端側定位通過手機檢測無線網路訊號，進行手機自主定位導航，在手機app中提供了部分室內場館（機場及商業廣場）的室內位置服務功能（定位、導航、POI搜索、優惠查詢等）。

網路側定位由Wi-Fi的無線AP檢測行動設備的訊號，進行定位，主要應用於建築內的客流數據統計分析，該模式主要為大型商業廣場、店鋪、公共文化建築提供服務。

前景分析

一．室內定位技術的前景

1.未來是行動互聯的時代

2.行動服務最後一米的機會

　　

人平均80%的時間在室內，80%行動電話使用和數據連接在室內使用。

二．室內定位的需求

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，大到建築物的位置，甚至是樓層或者房間號。

2.定位導覽

（1）這建築物內有什麼東西。

（2）我辦公室的周圍是誰。

（3）我車放在地下停車場什麼位置。

（4）超市裡的牛奶在什麼位置。

（5）大型商場裡面最近的餐館在哪裡。

（6）怎麼去那裡。

3.社交需求

實現名片交換、微博推送、類似微信進行交友互動等等。

4.市場推廣需求

在百貨商場裡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。

在旅遊景區、展館、機場、實現定位導覽，進行展品介紹等。機場，可以精確引導用戶辦手續、指示衛生間位置等等。

5.有價值數據的大數據方式應用

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