室內(nèi)三維定位技術(shù)室內(nèi)三維定位技術(shù) 一 概述一 概述 室內(nèi)定位參考百科的描述為 在室內(nèi)環(huán)境無法使用衛(wèi)星定位時 使用室內(nèi) 定位技術(shù)作為衛(wèi)星定位的輔助定位 解決衛(wèi)星信號到達(dá)地面時較弱 不能穿透 建筑物的問題 最終定位物體當(dāng)前所處的位置 主要采用無線通訊 基站定位 慣導(dǎo)定位等多種技術(shù)集成形成一套室內(nèi)位置定位體系 從而實(shí)現(xiàn)人員 物體等 在室內(nèi)空間中的位置監(jiān)控 隨著智能手機(jī)的普及以及移動互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展 地圖與導(dǎo)航類軟件將進(jìn)入一 個新的時代 室內(nèi)導(dǎo)航 經(jīng)研究 人們 80 90 的時間都是呆在室內(nèi) 70 移動設(shè)備的使用都是在室內(nèi) 80 的數(shù)據(jù)連接也在室內(nèi) 近幾年來 包括谷歌 微軟 蘋果 博通等在內(nèi)的一些科技巨頭 還有一些世界有名的大學(xué)都在研究 室內(nèi)定位技術(shù) 室內(nèi)定位技術(shù)的商業(yè)化必將帶來一波創(chuàng)新高潮 各種基于此技 術(shù)的應(yīng)用將出現(xiàn)在我們的面前 其影響和規(guī)模絕不會亞于 GPS 民用領(lǐng)域可以想象一些比較常見的應(yīng)用場景 比如在機(jī)場大廳 展廳 大 型商場 超市 公共場所室內(nèi)導(dǎo)航 能夠快速找到安全出口 電梯 家長用來 跟蹤小孩的位置避免小孩在超市中走丟 室內(nèi)停車 找車位 停車 計(jì)時計(jì)費(fèi) 等 智能家居 房屋根據(jù)你的位置打開或關(guān)閉電燈 商場商戶 商店根據(jù)用戶 的具體位置向用戶推送更多關(guān)于商品的介紹 促銷活動 排隊(duì)預(yù)約 支付服務(wù) 等 大型建筑物應(yīng)急疏散 公共安全 災(zāi)后救援 大數(shù)據(jù)分析 室內(nèi)定位系統(tǒng) 可以進(jìn)行更高精度 更大量級的大數(shù)據(jù)分析 室內(nèi)定位數(shù)據(jù)可以捕捉用戶在某 個貨架或者店鋪的光顧頻率 停留時間 從而得出用戶的類型 興趣和偏好等 特質(zhì)以及店鋪熱度 品牌關(guān)聯(lián)度等重要結(jié)論 為商業(yè)分析提供有力的工具 例 如 萬達(dá)廣場借此發(fā)現(xiàn)許多在必勝客消費(fèi)的客戶都會去 ZARA 消費(fèi) 他們據(jù)此針 對性的做了兩者間的聯(lián)合促銷 得到了良好的收效 如果相關(guān)技術(shù)產(chǎn)業(yè)化后 應(yīng)用場景會十分廣泛 工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用場景 如礦井 工廠廠房內(nèi)精確地定位工人 設(shè)備 叉車 上位置 實(shí)時時地將人 車 物的位置信息準(zhǔn)確地將反映到工廠控制中心 方 便管理人員進(jìn)行安全區(qū)域管控 人員在崗監(jiān)控 車輛實(shí)時軌跡監(jiān)控 實(shí)現(xiàn)精益 生產(chǎn) 通過合理調(diào)度安排 從而提高企業(yè)的管理水平 實(shí)時精確地定位物資 方便管理人員進(jìn)行物資查詢 物資盤點(diǎn)等 軍事領(lǐng)域場景如室內(nèi)無人機(jī) 機(jī)器人位置監(jiān)控 軍用槍械定位 驅(qū)動軍事 訓(xùn)練人員定位 重要資產(chǎn)定位 監(jiān)獄人員監(jiān)控等 二 室內(nèi)定位技術(shù)分類二 室內(nèi)定位技術(shù)分類 1 1 藍(lán)牙 藍(lán)牙 藍(lán)牙通訊是一種短距離低功耗的無線傳輸技術(shù) 在室內(nèi)安裝適當(dāng)?shù)乃{(lán)牙局 域網(wǎng)接入點(diǎn)后 將網(wǎng)絡(luò)配置成基于多用戶的基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)連接模式 并保證藍(lán)牙局 域網(wǎng)接入點(diǎn)始終是這個微網(wǎng)絡(luò)的主設(shè)備 這樣通過檢測信號強(qiáng)度就可以獲得用 戶的位置信息 藍(lán)牙定位主要應(yīng)用于小范圍定位 例如 單層大廳或倉庫 對于持有集成 了藍(lán)牙功能移動終端設(shè)備 只要設(shè)備的藍(lán)牙功能開啟 藍(lán)牙室內(nèi)定位系統(tǒng)就能 夠?qū)ζ溥M(jìn)行位置判斷 不過 對于復(fù)雜的空間環(huán)境 藍(lán)牙定位系統(tǒng)的穩(wěn)定性稍 差 受噪聲信號干擾大 目前諾基亞 蘋果公司 目前諾基亞 蘋果公司 BLEBLE 高通等公司均在該技術(shù)方面有成熟的解決 高通等公司均在該技術(shù)方面有成熟的解決 方案方案 2 2 WIFIWIFI 3G3G 等等 通過無線接入點(diǎn) 包括無線路由器 組成的無線局域網(wǎng)絡(luò) WLAN 可以實(shí) 現(xiàn)復(fù)雜環(huán)境中的定位 監(jiān)測和追蹤任務(wù) 它以網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn) 無線接入點(diǎn) 的位置 信息為基礎(chǔ)和前提 采用經(jīng)驗(yàn)測試和信號傳播模型相結(jié)合的方式 對已接入的 移動設(shè)備進(jìn)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 基于當(dāng)前連接的 Wi Fi 接入點(diǎn) 而不是參照周邊 Wi Fi 的信號強(qiáng)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(diǎn)通常都只能覆蓋半徑 90 米左右的區(qū)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 如博通公司 杜克大學(xué)方案等如博通公司 杜克大學(xué)方案等 3 3 地磁場 地磁場 IndoorAtlasIndoorAtlas 方案 方案 IndoorAtlas 是一家專注于室內(nèi)導(dǎo)航解決方案的公司 是一家剛成立的創(chuàng)業(yè)公司 IndoorAtlas 的方案基于地球磁場 依據(jù)是每一個 具體位置的磁場信息都不一樣 不過使用這種技術(shù)進(jìn)行導(dǎo)航比較麻煩 首先用 戶需要上傳建筑平面圖 然后還需要你拿著移動設(shè)備繞室內(nèi)一圈 記錄下各個 位置的地磁信號特征 這些信息需要上傳到 IndoorAtlas 的服務(wù)器 最后 你 需要使用 IndoorAtlas 提供的工具包開發(fā)一個應(yīng)用才能使用定位功能 目前可 執(zhí)行性不高 精度也較差 仍需要技術(shù)突破 4 4 無線電 無線電 無線電技術(shù)就是指在自由空間 包括空氣和真空 傳播的電磁波上面搭載 了一些信號 并通過這些信號傳送的時間 空間等方面來尋找人們需要的東西 的技術(shù) 1 1 QubulusQubulus Qubulus 公司根據(jù)無線電信號 Radio Signature 來定位 每一個位置的無線電信號數(shù)量 頻度 強(qiáng)度等也是不同的 Qubulus 根據(jù)這些 差異計(jì)算出你的具體位置 使用 Qubulus 的方案 你同樣需要收集室內(nèi)的無線 電信號 Qubulus 也提供了開發(fā)工具包 很容易申請下來 開發(fā)工具包里有一 個例子 可以使用 Eclipse 直接編譯通過 2 2 清研訊科 清研訊科 LocalSense 是國產(chǎn)新型室內(nèi)外無線定位系統(tǒng)解決方案 采 LocalSense LocalSense 無線脈沖專利技術(shù)無線脈沖專利技術(shù) 系統(tǒng)最高可達(dá) 10cm 級定位精度 系統(tǒng)由本公 司獨(dú)立研發(fā) 擁有多項(xiàng)知識產(chǎn)權(quán) 研發(fā)團(tuán)隊(duì)來自清華大學(xué)測試技術(shù)與儀器國家 重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 是國內(nèi)唯一的工業(yè)高精度定位 商業(yè)智能定位全領(lǐng)域產(chǎn)品和服務(wù) 提供商 5 5 LEDLED 技術(shù)技術(shù) 該技術(shù)的原理是將需要傳輸?shù)男畔⒕幾g成一段調(diào)制信號 用脈寬調(diào)制的方 法附加到 LED 燈具的驅(qū)動電流上 利用戶內(nèi)無處不在的光源作為發(fā)射載體 通 過專業(yè)終端或任何智能終端來接收并解碼 從而通過燈具完成信息傳輸?shù)哪康?由于可見光通信具有定位精準(zhǔn) 成本低廉 附加值高等優(yōu)勢 伴隨著未來半導(dǎo) 體照明燈具的大量普及 代表技術(shù)商有 ByteLightByteLight 中國華策等 在商業(yè)模式上兩者均是選擇技術(shù)授權(quán)的形式 它 中國華策等 在商業(yè)模式上兩者均是選擇技術(shù)授權(quán)的形式 它 自己不生產(chǎn)芯片也不生產(chǎn)燈具 而是向廠商自己不生產(chǎn)芯片也不生產(chǎn)燈具 而是向廠商 及開發(fā)者及開發(fā)者 提供硬件技術(shù)授權(quán)以提供硬件技術(shù)授權(quán)以 及配套的移動應(yīng)用技術(shù) 及配套的移動應(yīng)用技術(shù) ByteLight 現(xiàn)在已經(jīng)和 GE 合作 即將投入試驗(yàn) 6 6 RFIDRFID 技術(shù)技術(shù) RFID 定位技術(shù)利用射頻方式進(jìn)行非接觸式雙向通信交換數(shù)據(jù) 實(shí)現(xiàn)移動設(shè) 備識別和定位的目的 它可以在幾毫秒內(nèi)得到厘米級定位精度的信息 且傳輸 范圍大 成本較低 不過 由于以下問題未能解決 以 RFID 定位技術(shù)的適用范 圍受到局限 1 RFID 不便于整合到移動設(shè)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(hù) 4 國際標(biāo)準(zhǔn)化 7 7 ZigBeeZigBee 技術(shù)技術(shù) ZigBee 是一種短距離 低速率的無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù) 它介于 RFID 和藍(lán)牙之間 可以通過傳感器之間的相互協(xié)調(diào)通信進(jìn)行設(shè)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(shù)據(jù)從一個傳感器傳到另一個傳感 器 所以 ZigBee 最顯著的技術(shù)特點(diǎn)是它的低功耗和低成本 相關(guān)技術(shù)商 南京物聯(lián)傳感技術(shù)有限公司 8 8 超聲波技術(shù) 超聲波技術(shù) 超聲波定位主要采用反射式測距 發(fā)射超聲波并接收由被測物產(chǎn)生的回波 后 根據(jù)回波與發(fā)射波的時間差計(jì)算出兩者之間的距離 并通過三角定位等 算法確定物體的位置 超聲波定位整體定位精度較高 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單 但容易受多徑效應(yīng)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件設(shè)施投資 總 體成本較高 9 9 超寬帶技術(shù) 超寬帶技術(shù) 超寬帶技術(shù)與傳統(tǒng)通信技術(shù)的定位方法有較大差異 它不需要使用傳統(tǒng)通 信體制中的載波 而是通過發(fā)送和接收具有納秒或納秒級以下的極窄脈沖來傳 輸數(shù)據(jù) 可用于室內(nèi)精確定位 例如 戰(zhàn)場士兵的位置發(fā)現(xiàn) 機(jī)器人運(yùn)動跟蹤 等 超寬帶系統(tǒng)與傳統(tǒng)的窄帶系統(tǒng)相比 具有穿透力強(qiáng) 功耗低 抗多徑效果 好 安全性高 系統(tǒng)復(fù)雜度低 能夠提高精確定位精度等優(yōu)點(diǎn) 通常用于室內(nèi) 移動物體的定位跟蹤或?qū)Ш?三 對比三 對比 從上圖可以看到 目前室內(nèi)定位大致有那些主要技術(shù)方向 從定位性能和 實(shí)施難度等方面進(jìn)行了一個劃分 各種技術(shù)的技術(shù)性能詳細(xì)對比如下表 缺少無線電 LED 地磁等數(shù)據(jù) 在民用領(lǐng)域 移動設(shè)備兼容性 成本作為首要考慮兩個要素 推薦采用 WIFI 藍(lán)牙 LED 等技術(shù) 在工業(yè)領(lǐng)域 更注重實(shí)時性和定位精度 RFID 射頻識別技術(shù) Zigbee 更 為合適 在軍事領(lǐng)域 注重安全性 就不能采用 射頻識別技術(shù) 可以考慮采用超 寬帶 四小結(jié)四小結(jié) 國內(nèi)外目前在室內(nèi)定位技術(shù)及服務(wù)領(lǐng)域有無數(shù)科技的企業(yè) 其中不乏大量