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物聯(lián)網(wǎng)之室內(nèi)定位

摘要：室內(nèi)定位正處于百家爭鳴、技術(shù)爆發(fā)的階段，尤其近年隨著UWB、Wi-Fi以及5G等通信技術(shù)的應(yīng)用。
 
1、定位需求
物聯(lián)網(wǎng)時代，位置服務(wù)已成為人們工作生活必不可少的服務(wù)之一，網(wǎng)約車、外賣、導(dǎo)航等都依賴定位服務(wù)。這些常用的就是GPS衛(wèi)星導(dǎo)航定位，可以對地表任意位置進(jìn)行跟蹤定位，但缺點是定位需要在室外露天場合，有遮擋物覆蓋、影響無線電波的情況下無法定位或者定位不準(zhǔn)。比如在地下停車場尋車，倉儲資產(chǎn)設(shè)備監(jiān)管，隧道內(nèi)車輛導(dǎo)航，衛(wèi)星定位就無能為力，這些需求促進(jìn)了室內(nèi)定位技術(shù)的發(fā)展。
 
2、室內(nèi)定位原理
比如甲會見朋友乙，但沒找到對方，這時乙電話告知，自己可以看見街邊名為“嵌入式系統(tǒng)”的小商鋪，而甲也知道“嵌入式系統(tǒng)”商鋪的地方，那甲就可快速定位乙的大概位置。
 
室內(nèi)定位的原理差不多，目標(biāo)對象的位置不清楚，但是知道它附近相關(guān)參考點的位置，即可間接確定目標(biāo)對象的位置范圍，如果有3個參考點就可以定位目標(biāo)位置。
如上圖，大數(shù)據(jù)平臺已知3個定位基站的坐標(biāo)或經(jīng)緯度，目標(biāo)對象只需要提供其與定位基站的距離，就可以換算出目標(biāo)對象的坐標(biāo)或經(jīng)緯度，即完成對目標(biāo)的定位。
 
3、室內(nèi)定位的限制
室內(nèi)定位不是獨立的設(shè)備就能完成，需要一定范圍的預(yù)置輔助裝置作為參考點，類似上圖中的定位基站，預(yù)置的參考點的覆蓋范圍和密度，決定了定位的精度和范圍。就技術(shù)角度而言，室內(nèi)定位的指標(biāo)主要包括定位精度、覆蓋范圍、可靠性、成本、功耗、響應(yīng)時間幾個方面。
 
1、精度，不同類型的應(yīng)用對于精度的要求大有不同，比如超市或倉庫管理中，需要亞米級的定位精度迅速鎖定物品；而商場或者購物中心中，尋找一個特定的品牌店則需要5米甚至10米的精度即可；樓層之間可能還要高度差。
 
2、覆蓋范圍，定位需要特定的設(shè)備或終端輔助，其相應(yīng)的覆蓋范圍有所限制，定位也只能在特殊范圍有效。
 
3、可靠性，室內(nèi)環(huán)境有著比外部環(huán)境更強(qiáng)的動態(tài)性，定位所依賴的基礎(chǔ)考考點也會經(jīng)常發(fā)生變化，參考點的位置變化會定位精度有很大影響。
 
4、成本，參考點的覆蓋范圍和密度，也就是數(shù)量，定位需求影響布局成本。
 
5、功耗，功耗是導(dǎo)致用戶成本提升的一個關(guān)鍵因素，特別是使用電池的移動設(shè)備。
 
6、響應(yīng)時間，目標(biāo)對象移動時系統(tǒng)更新其位置所需的時間是響應(yīng)時間，不同應(yīng)用場景對于響應(yīng)時間的需求也不相同，比如移動用戶和導(dǎo)航應(yīng)用需要更快的位置更新，而靜態(tài)的資產(chǎn)定位則不需要。
 
4、基于參考點的定位技術(shù)
針對定位原理，不同的定位技術(shù)就是對參考點與目標(biāo)對象距離的判斷的方式不同，一般是參考點發(fā)送特定的信號，目標(biāo)接收其信號，集合多個參考點信號強(qiáng)度進(jìn)行特殊處理后，再采用基本的三角定位，確定目標(biāo)對象與參考點的相對位置關(guān)系。
根據(jù)參考點信號發(fā)射源的不同衍生為不同的定位技術(shù)。
 
1、基站定位LBS是根據(jù)移動通信基站的信號，優(yōu)點是無需布網(wǎng)，因為運營商已完成參考基站的建設(shè)，缺點是誤差較大，部分地區(qū)基站間距離可達(dá)20km以上，市區(qū)定位誤差也存在1km的誤差。
 
2、wifi定位則是周圍無線路由器的廣播信號強(qiáng)度，應(yīng)用較多、相對成熟的定位技術(shù)。如果能有效定位則定位精度較高，因為wifi信號太遠(yuǎn)無法接收，能接收表示和參考點已很接近，缺點是wifi熱點的參考位置難收集完整，而且熱點是可能發(fā)生位置改變的。
 
3、藍(lán)牙定位是基于特殊藍(lán)牙信標(biāo)廣播信號，優(yōu)勢是易于普及，功耗低、成本較低，缺點和wifi定位一樣。
 
4、超寬帶UWB定位則不同，目標(biāo)設(shè)備不只是接收，根據(jù)收發(fā)對應(yīng)脈沖的時間差來計算距離，也是采用三角定位。定位精度高、安全抗干擾等，但建設(shè)成本也高。
 
其中基站定位和wifi定位可以基于公用網(wǎng)絡(luò)，也就是無需自身布置參考點，運營商的基站都有其唯一小區(qū)碼（MCC+MNC+LAC/TAC_CELLID），wifi熱點有唯一的MAC。一般支持定位導(dǎo)航的百度、高德有收集國內(nèi)基站和wifi熱點的位置信息，可以將設(shè)備獲取的基站信息或wifi信息，包括接收信號強(qiáng)度，請求地圖商服務(wù)器轉(zhuǎn)換為經(jīng)緯度，不過這些也需設(shè)備支持網(wǎng)絡(luò)通信功能。
 
5、慣性導(dǎo)航
慣性導(dǎo)航和前面的不一樣，主要利用終端慣性傳感器采集的運動數(shù)據(jù)，一般是加速度傳感器、陀螺儀等測量物體的速度、方向、加速度等信息，基于航位推測法，經(jīng)過各種運算得到物體的位置信息。
 
但隨著時間的累計，慣性導(dǎo)航定位的誤差也在不斷累積，需要外界更高精度的數(shù)據(jù)源對其進(jìn)行校準(zhǔn)。所以慣性導(dǎo)航一般和GPS衛(wèi)星定位或者其他高精度定位方案結(jié)合，每隔一段時間進(jìn)行誤差修正。商用成熟的有掃地機(jī)器人和車載導(dǎo)航。
 
6、總結(jié)
其他如超聲波定位、紅外定位、視覺定位等，與前面的定位技術(shù)一樣，每種定位都有其好的應(yīng)用場景，選擇推廣按其商業(yè)價值來判定。室內(nèi)定位并不限在室內(nèi)，一般與GPS衛(wèi)星定位或者多種定位方式組合使用，不同定位精度和功耗、成本需求下選擇不同方式。
 
對于一般的物聯(lián)網(wǎng)終端產(chǎn)品，除GPS衛(wèi)星定位外，基站定位、wifi定位、藍(lán)牙定位、UWB定位應(yīng)用偏多，其他定位技術(shù)可能在特殊行業(yè)使用。
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2021/12/15 7225 次