来源:物联网智库
人类为了不让自己迷失在茫茫大自然中,先后发明罗盘、指南针等工具,卫星定位的问世,解决了“我在哪里”的问题。在高度城市化的今天,室内空间越来越庞大复杂。人类战胜了大自然,却在自己构筑的钢筋水泥中迷了路。
东晋高僧法显西行求法乘船回国时写道:大海弥漫无边,不识东西,唯望日、月、星宿而进。大意就是说,大海辽阔无边,分不清东西南北,只能看星星,盼月亮来进行定位。
起源
人类为了不让自己迷失在茫茫大自然中,先后发明罗盘、指南针等工具,卫星定位的问世,解决了“我在哪里”的问题。在高度城市化的今天,室内空间越来越庞大复杂。人类战胜了大自然,却在自己构筑的钢筋水泥中迷了路。
在医院,即使有楼层分布图以及引导标志,但看病的大部分时间仍然会浪费在寻找科室上。在停车场,找不着停车位而四处乱转的人也比比皆是。
在越来越迫切的需求下,近年室内定位引起了高度的关注。
室内定位顾名思义就是在室内环境中实现定位。其意义,诺基亚在多年前阐述他们为什么要做室内定位时,把问题说得很明白了。
数据来源:诺基亚
技术门派
与室外卫星定位一统天下的情况不一样,室内定位各种技术呈现出百花齐放的场景。
室内定位百花齐放
室内定位的商业价值跟精度成正比。当精度是3-5米的时候,能判定你是站在7-11便利店门口还是杰克琼斯门口。当精度是1米的时候,则能判定你是站在可口可乐的货架前还是杜蕾斯的货架前。
目前,室内定位常用的定位方法,从原理上来说,主要分为:邻近探测法、质心法、极点法、多边定位法、指纹法和航位推算法。
主要室内定位方法对比
定位方法
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描述
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应用案例
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特点
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邻近探测法
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通过一些有范围限制的物理信号的接收,从而判断移动设备是否出现在某一个发射点附近。
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基站定位
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操作简单,精度不高,依赖参考点分布密度
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质心定位法
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根据移动设备可接收信号范围内所有已知的信标位置,计算其质心坐标作为移动设备的坐标
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基站定位
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精度不高,依赖参考点分布密度
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多边定位法
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通过测量待测目标到已知参考点之间的距离,从而确定待测目标的位置。
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超声波
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精度高,应用广
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极点法
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测量相对某一已知参考点的距离和角度从而确定待测点的位置
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激光扫描
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测量简单,精度高,应用不广
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指纹定位
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在定位空间中建立指纹数据库,通过将实际信息与数据库中的参数进行对比来实现定位
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地磁
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精度高,前期工作大,不适合环境变化区域
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航位推算法
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根据预先确定的位置、估计或已知的速度和时间来估计当前的位置
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惯性导航
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数据稳定,无依赖,误差随时间积累
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全球物联网观察制表
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各种原理各有优劣,在不同应用场景、不同预算要求下,也可将不同的原理组合使用。主流技术有以下几种:
WiFi定位技术
目前WiFi是相对成熟且应用较多的技术,这几年有不少公司投入到了这个领域。WiFi室内定位技术主要有两种。
WiFi定位一般采用“近邻法”判断,即最靠近哪个热点或基站,即认为处在什么位置,如附近有多个信源,则可以通过交叉定位(三边定位),提高定位精度。
由于WiFi已普及,因此不需要再铺设专门的设备用于定位。用户在使用智能手机时开启过Wi-Fi、移动蜂窝网络,就可能成为数据源。该技术具有便于扩展、可自动更新数据、成本低的优势,因此最先实现了规模化。
不过,WiFi热点受到周围环境的影响会比较大,精度较低。为了做得准一点有公司就做了WiFi指纹采集,事先记录巨量的确定位置点的信号强度,通过用新加入的设备的信号强度对比拥有巨量数据的数据库,来确定位置。
信标通过蓝牙向周围广播自身的ID,终端上的应用在获得附近信标的ID后会采取相应行动,如从云端后台拉取此ID对应的位置信息、营销资讯等。终端可以测量其所在处的接收信号强度,以此估算与信标间的距离。因此,只要终端附近有三个或以上信标,就可以用三边定位方法计算出终端的位置。
在苹果强大的号召力影响下,大量创业公司争先恐后涌入iBeacon应用的开发和推广。目前主要问题在于beacon电池更换,如果一个厂家部署了几万个beacon装置,一年之后或者电池耗尽之后的电池更换工作量是很繁重的。
代表公司:Estimote、寻息电子
另,ZigBee技术和蓝牙类似,故不再作介绍。
RFID技术
RFID定位的基本原理是,通过一组固定的阅读器读取目标RFID标签的特征信息(如身份ID、接收信号强度等),同样可以采用近邻法、多边定位法、接收信号强度等方法确定标签所在位置。
这种方法在空旷的室内容易实现较高精度,可实现对红外辐射源的被动定位,但红外很容易被障碍物遮挡,传输距离也不长,因此需要大量密集部署传感器,造成较高的硬件和施工成本。此外红外易受热源、灯光等干扰,造成定位精度和准确度下降。