1、射頻識(shí)別室內(nèi)定位技術(shù)

 

 

射頻識(shí)別室內(nèi)定位技術(shù)利用射頻方式，固定天線把無線電信號(hào)調(diào)成電磁場(chǎng)，附著于物品的標(biāo)簽經(jīng)過磁場(chǎng)后生成感應(yīng)電流把數(shù)據(jù)傳送出去，以多對(duì)雙向通信交換數(shù)據(jù)以達(dá)到識(shí)別和三角定位的目的。

 

射頻識(shí)別室內(nèi)定位技術(shù)作用距離很近，但它可以在幾毫秒內(nèi)得到厘米級(jí)定位精度的信息，且由于電磁場(chǎng)非視距等優(yōu)點(diǎn)，傳輸范圍很大，而且標(biāo)識(shí)的體積比較小，造價(jià)比較低。但其不具有通信能力，抗干擾能力較差，不便于整合到其他系統(tǒng)之中，且用戶的安全隱私保障和國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化都不夠完善。

 

射頻識(shí)別室內(nèi)定位已經(jīng)被倉庫、工廠、商場(chǎng)廣泛使用在貨物、商品流轉(zhuǎn)定位上。

 

2、Wi-Fi室內(nèi)定位技術(shù)

 

Wi-Fi定位技術(shù)有兩種，一種是通過移動(dòng)設(shè)備和三個(gè)無線網(wǎng)絡(luò)接入點(diǎn)的無線信號(hào)強(qiáng)度，通過差分算法，來比較精準(zhǔn)地對(duì)人和車輛的進(jìn)行三角定位。另一種是事先記錄巨量的確定位置點(diǎn)的信號(hào)強(qiáng)度，通過用新加入的設(shè)備的信號(hào)強(qiáng)度對(duì)比擁有巨量數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫，來確定位置。

 

Wi-Fi定位可以在廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域內(nèi)實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的大范圍定位、監(jiān)測(cè)和追蹤任務(wù)，總精度比較高，但是用于室內(nèi)定位的精度只能達(dá)到2米左右，無法做到精準(zhǔn)定位。由于Wi-Fi路由器和移動(dòng)終端的普及，使得定位系統(tǒng)可以與其他客戶共享網(wǎng)絡(luò)，硬件成本很低，而且Wi-Fi的定位系統(tǒng)可以降低了射頻(RF)干擾可能性。

 

Wi-Fi定位適用于對(duì)人或者車的定位導(dǎo)航，可以于醫(yī)療機(jī)構(gòu)、主題公園、工廠、商場(chǎng)等各種需要定位導(dǎo)航的場(chǎng)合。

 

3、超寬帶(UWB)定位技術(shù)

 

超寬帶技術(shù)是近年來新興一項(xiàng)全新的、與傳統(tǒng)通信技術(shù)有極大差異的通信無線新技術(shù)。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微秒級(jí)以下的極窄脈沖來傳輸數(shù)據(jù)，從而具有3.1~10.6GHz量級(jí)的帶寬。目前，包括美國(guó)，日本，加拿大等在內(nèi)的國(guó)家都在研究這項(xiàng)技術(shù)，在無線室內(nèi)定位領(lǐng)域具有良好的前景。

 

UWB技術(shù)是一種傳輸速率高，發(fā)射功率較低，穿透能力較強(qiáng)并且是基于極窄脈沖的無線技術(shù)，無載波。正是這些優(yōu)點(diǎn)，使它在室內(nèi)定位領(lǐng)域得到了較為精確的結(jié)果。

 

超寬帶室內(nèi)定位技術(shù)常采用TDOA演示測(cè)距定位算法，就是通過信號(hào)到達(dá)的時(shí)間差，通過雙曲線交叉來定位的超寬帶系統(tǒng)包括產(chǎn)生、發(fā)射、接收、處理極窄脈沖信號(hào)的無線電系統(tǒng)。而超寬帶室內(nèi)定位系統(tǒng)則包括UWB接收器、UWB參考標(biāo)簽和主動(dòng)UWB標(biāo)簽。定位過程中由UWB接收器接收標(biāo)簽發(fā)射的UWB信號(hào)，通過過濾電磁波傳輸過程中夾雜的各種噪聲干擾，得到含有效信息的信號(hào)，再通過中央處理單元進(jìn)行測(cè)距定位計(jì)算分析。

 

超寬帶可用于室內(nèi)精確定位，例如戰(zhàn)場(chǎng)士兵的位置發(fā)現(xiàn)、機(jī)器人運(yùn)動(dòng)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、抗干擾效果好、安全性高、系統(tǒng)復(fù)雜度低、能提供精確定位精度等優(yōu)點(diǎn)。因此，超寬帶技術(shù)可以應(yīng)用于室內(nèi)靜止或者移動(dòng)物體以及人的定位跟蹤與導(dǎo)航，且能提供十分精確的定位精度。根據(jù)不同公司使用的技術(shù)手段或算法不同，精度可保持在0.1 m~0.5 m。

 

4、地磁定位技術(shù)

 

地球可視為一個(gè)磁偶極，其中一極位在地理北極附近，另一極位在地理南極附近。地磁場(chǎng)包括基本磁場(chǎng)和變化磁場(chǎng)兩個(gè)部分。基本磁場(chǎng)是地磁場(chǎng)的主要部分，起源于地球內(nèi)部，比較穩(wěn)定，屬于靜磁場(chǎng)部分。變化磁場(chǎng)包括地磁場(chǎng)的各種短期變化，主要起源于地球內(nèi)部，相對(duì)比較微弱。

 

現(xiàn)代建筑的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)會(huì)在局部范圍內(nèi)對(duì)地磁產(chǎn)生擾亂，指南針可能也會(huì)因此受到影響。原則上來說，非均勻的磁場(chǎng)環(huán)境會(huì)因其路徑不同產(chǎn)生不同的磁場(chǎng)觀測(cè)結(jié)果。而這種被稱為 IndoorAtlas的定位技術(shù)，正是利用地磁在室內(nèi)的這種變化進(jìn)行室內(nèi)導(dǎo)航，并且導(dǎo)航精度已經(jīng)可以達(dá)到 0.1 米到 2 米。

 

不過使用這種技術(shù)進(jìn)行導(dǎo)航的過程還是稍顯麻煩。你需要先將室內(nèi)樓層平面圖上傳到 IndoorAtlas 提供的地圖云中，然后你需要使用其移動(dòng)客戶端實(shí)地記錄目標(biāo)地點(diǎn)不同方位的地磁場(chǎng)。記錄的地磁數(shù)據(jù)都會(huì)被客戶端上傳至云端，這樣其它人才能利用已記錄過的地磁進(jìn)行精確室內(nèi)導(dǎo)航。

 

百度于2014年戰(zhàn)略投資了地磁定位技術(shù)開發(fā)商IndoorAtlas，并于2015年6月宣布在自己的地圖應(yīng)用中使用其地磁定位技術(shù)，將該技術(shù)與Wi-Fi熱點(diǎn)地圖、慣性導(dǎo)航技術(shù)聯(lián)合使用。精度高, 宣傳商業(yè)應(yīng)用中，可以達(dá)到米級(jí)定位標(biāo)準(zhǔn)，但磁信號(hào)容易受到環(huán)境中不斷變化的電、磁信號(hào)源干擾，定位結(jié)果不穩(wěn)定，精度會(huì)受影響。

 

5、超聲波定位技術(shù)

 

超聲波定位技術(shù)通過在室內(nèi)安裝多個(gè)超聲波揚(yáng)聲器，發(fā)出能被終端麥克風(fēng)檢測(cè)到的超聲信號(hào)。通過不同聲波的到達(dá)時(shí)間差，推測(cè)出終端的位臵。

 

由于聲波的傳送速度遠(yuǎn)低于電磁波，其系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)難度非常低，可以非常簡(jiǎn)單地實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的無線同步，然后用超聲波發(fā)送器發(fā)送，接收端采用麥克風(fēng)接收，自己運(yùn)算位置即可。

 

由于聲波的速率比較低，傳送相同的內(nèi)容需要的時(shí)間比較長(zhǎng)，只有通過類似TDoA的方式才能獲得較大的系統(tǒng)容量。

 

6、ZigBee室內(nèi)定位技術(shù)

 

該項(xiàng)技術(shù)是通過若干個(gè)待定位的盲節(jié)點(diǎn)和一個(gè)已知位置的參考節(jié)點(diǎn)與網(wǎng)關(guān)之間形成組網(wǎng)，每個(gè)微小的盲節(jié)點(diǎn)之間相互協(xié)調(diào)通信以實(shí)現(xiàn)全部定位。

 

ZigBee是一種新興的短距離、低速率無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，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(gè)節(jié)點(diǎn)傳到另一個(gè)節(jié)點(diǎn)，作為一個(gè)低功耗和低成本的通信系統(tǒng)，ZigBee的工作效率非常高。但ZigBee的信號(hào)傳輸受多徑效應(yīng)和移動(dòng)的影響都很大，而且定位精度取決于信道物理品質(zhì)、信號(hào)源密度、環(huán)境和算法的準(zhǔn)確性，造成定位軟件的成本較高，提高空間還很大。

 

ZigBee室內(nèi)定位已經(jīng)被很多大型的工廠和車間作為人員在崗管理系統(tǒng)所采用。

 

7、紅外線定位技術(shù)

 

紅外線是一種波長(zhǎng)間于無線電波和可見光波之間的電磁波。紅外線室內(nèi)定位技術(shù)定位的原理是，紅外線標(biāo)識(shí)發(fā)射調(diào)制的紅外射線，通過安裝在室內(nèi)的光學(xué)傳感器接收進(jìn)行定位。雖然紅外線具有相對(duì)較高的室內(nèi)定位精度，但是由于光線不能穿過障礙物，使得紅外射線僅能視距傳播。直線視距和傳輸距離較短這兩大主要缺點(diǎn)使其室內(nèi)定位的效果很差。當(dāng)標(biāo)識(shí)放在口袋里或者有墻壁及其他遮擋時(shí)就不能正常工作，需要在每個(gè)房間、走廊安裝接收天線，造價(jià)較高。因此，紅外線只適合短距離傳播，而且容易被熒光燈或者房間內(nèi)的燈光干擾，在精確定位上有局限性。

 

典型的紅外線室內(nèi)定位系統(tǒng)Activebadges使待測(cè)物體附上一個(gè)電子標(biāo)，該標(biāo)識(shí)通過紅外發(fā)射機(jī)向室內(nèi)固定放置的紅外接收機(jī)周期發(fā)送該待測(cè)物唯一ID，接收機(jī)再通過有線網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)傳輸給數(shù)據(jù)庫。這個(gè)定位技術(shù)功耗較大且常常會(huì)受到室內(nèi)墻體或物體的阻隔，實(shí)用性較低。如果將紅外線與超聲波技術(shù)相結(jié)合也可方便地實(shí)現(xiàn)定位功能。用紅外線觸發(fā)定位信號(hào)使參考點(diǎn)的超聲波發(fā)射器向待測(cè)點(diǎn)發(fā)射超聲波，應(yīng)用TOA基本算法，通過計(jì)時(shí)器測(cè)距定位。一方面降低了功耗，另一方面避免了超聲波反射式定位技術(shù)傳輸距離短的缺陷。使得紅外技術(shù)與超聲波技術(shù)優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)。

 

8、藍(lán)牙定位技術(shù)

 

藍(lán)牙技術(shù)通過測(cè)量信號(hào)強(qiáng)度進(jìn)行定位。這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)，把網(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(gè)微微網(wǎng)(piconet)的主設(shè)備，就可以獲得用戶的位置信息。

 

藍(lán)牙技術(shù)主要應(yīng)用于小范圍定位，例如單層大廳或倉庫。藍(lán)牙室內(nèi)定位技術(shù)最大的優(yōu)點(diǎn)是設(shè)備體積小、易于集成在PDA、PC 以及手機(jī)中，因此很容易推廣普及。理論上，對(duì)于持有集成了藍(lán)牙功能移動(dòng)終端設(shè)備的用戶，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。采用該技術(shù)作室內(nèi)短距離定位時(shí)容易發(fā)現(xiàn)設(shè)備且信號(hào)傳輸不受視距的影響。根據(jù)不同公司使用的技術(shù)手段或算法不同，精度可保持在3 m~15 m。

 

9、GPS及北斗衛(wèi)星等定位技術(shù)

 

北斗衛(wèi)星定位是中國(guó)自主研發(fā)的，利用地球同步衛(wèi)星為用戶提供全天候、區(qū)域性的衛(wèi)星定位系統(tǒng)。它能快速確定目標(biāo)或者用戶所處地理位置，向用戶及主管部門提供導(dǎo)航信息。

 

北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)在2008年的汶川地震抗震救災(zāi)中發(fā)揮了重要作用。在當(dāng)?shù)赝ㄐ旁O(shè)施嚴(yán)重受損的情況下，通過北斗衛(wèi)星系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)各點(diǎn)位各部門之間的聯(lián)絡(luò)，精確判定各路救災(zāi)部隊(duì)的位置，以便根據(jù)災(zāi)情及時(shí)下達(dá)新的救援任務(wù)。

 

現(xiàn)階段北斗衛(wèi)星應(yīng)用于民事的比較少，而市面上也可以看到有北斗手機(jī)和北斗汽車導(dǎo)航。

 

10、基站定位技術(shù)

 

基站定位一般應(yīng)用于手機(jī)用戶，手機(jī)基站定位服務(wù)又叫做移動(dòng)位置服務(wù)(LBS——Location Based Service)，它是通過電信移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商的網(wǎng)絡(luò)(如GSM網(wǎng))獲取移動(dòng)終端用戶的位置信息(經(jīng)緯度坐標(biāo))，在電子地圖平臺(tái)的支持下，為用戶提供相應(yīng)服務(wù)的一種增值業(yè)務(wù)，例如目前中國(guó)移動(dòng)動(dòng)感地帶提供的動(dòng)感位置查詢服務(wù)等。

 

由于GPS定位比較費(fèi)電，所以基站定位是GPS設(shè)備常見功能。但是基站定位精度較低，一般在100米到2000米的誤差。

 

 

除了以上提及的，目前來看定位技術(shù)的種類有幾十甚至上百種，而每種定位技術(shù)都有自己的優(yōu)缺點(diǎn)和適合的應(yīng)用場(chǎng)景。到底哪種技術(shù)會(huì)最終勝出，現(xiàn)在還不得而知，有待整個(gè)行業(yè)應(yīng)用時(shí)間的檢驗(yàn)。

 

（來源：LBS）

 

 

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