近年來,面向需求越來越迫切的室內位置服務,
室內定位技術
發(fā)展迅速,是移動互聯(lián)時代的研究熱點,逐步在各行各業(yè)發(fā)揮作用,給人們的日常生活帶來了一定的影響。本文對國內外室內定位技術進行了歸總,來一起看看常見的室內定位技術有多少種吧。
主流室內定位技術
1)A-GPS
A-GPS(Assistant-GPS,輔助全球定位技術)由美國高通公司提出,利用手機基站信號,輔以連接遠程服務器,配合接收機來實現(xiàn)快速定位,廣泛應用于具有GPS功能的手機上。A-GPS定位的速度快、精度較高,但是要與服務器進行多次網(wǎng)絡通信,占用了大量的通信資源,在使用手機密集的區(qū)域,受到網(wǎng)絡堵塞的影響,因此,沒有得到廣泛推廣與應用。
2)紅外線定位
紅外線定位通過室內的光學傳感器接收到的紅外線發(fā)射器發(fā)射出的特定紅外線(InfraredRay)后進行定位。Cambridge大學AT&T實驗室開發(fā)的紅外線室外定位系統(tǒng)Active BadgeSystem被稱為第一代的室內定位系統(tǒng);Ambiplex在2011年提出了IR.Loc系統(tǒng)通過測量熱輻射進行定位,在10m范圍內的定位精度達到20~30cm。紅外線室內定位精度相對較高,但是無法穿透障礙物,僅在直線可視距離內傳播,有效距離較短,受室內布局和燈光影響較大,定位成本較高,實際應用上存在一定局限性。
3)超聲波定位
超聲波定位是采用反射式測量方法,根據(jù)發(fā)射超聲波到參考節(jié)點響應回波的時間差計算與參考節(jié)點之間的距離,通過三角定位方法計算出待測目標的位置。ActiveBat是超聲波定位系統(tǒng)的先驅,通過密集部署大量的超聲波接收設備,達到3cm的定位精度。SonitorIPS是一個能夠進行商業(yè)應用的超聲波定位解決方案,已經(jīng)應用在若干大型醫(yī)院用于跟蹤病人和醫(yī)療設備,精度達到房間級。超聲波定位能在非可視距離下傳播,定位精度較高且誤差較小,但是超聲波信號傳輸衰減嚴重,定位有效范圍有限,設備成本較高,適用于特定環(huán)境下的室內定位應用。
4)藍牙定位
藍牙室內定位根據(jù)測量終端設備信號強度通過指紋定位算法進行定位。iBeacon是蘋果公司制定的專用于藍牙定位的一種協(xié)議技術,定位精度在2~3m(部分技術商可實現(xiàn)米級以下定位)。藍牙定位技術安全性高、成本低、功耗低、設備體積小,容易大范圍的普及和部署實施。
5)射頻識別定位
射頻識別(Radio FrequencyIdentification,簡稱RFID)定位技術利用射頻信號進行非接觸式雙向通信交換數(shù)據(jù)以達到識別和定位的目的。目前,具有代表性的RFID定位系統(tǒng)有MITOxygen 項目開發(fā)的Cricket 系統(tǒng)、華盛頓大學的SpotON系統(tǒng)、微軟公司的 RADAR系統(tǒng)等。RFID技術傳輸范圍大、成本很低,但作用距離短,最長只有幾十米,而且射頻信號不具有通信能力,只使用射頻識別技術是不能進行室內定位的,必須與其他輔助技術相結合才能完成。
6)慣性傳感器定位
利用慣性傳感器采集的運動數(shù)據(jù),如加速度傳感器、陀螺儀等測量物體的速度、方向、加速度等信息,通過積分定位方法或者基于航位推測法,經(jīng)過各種運算得到物體的位置信息。隨著行走時間增加,慣性導航定位的誤差也在不斷累積。由于其定位數(shù)據(jù)比較穩(wěn)定,一般與GNSS技術相結合進行輔助導航,在無法接收到其他有效定位信號的情況下,使用該方法來輔助定位。
7)基站定位
從第二代、第三代到現(xiàn)在的 LTE 第四代通信系統(tǒng)定位技術的發(fā)展,使得利用基站進行定位的精度大大得到了提高。IngensandandBitzi論述了基站定位在采用Cell-ID、RSSI指紋、RSSI測距、AOA、TOA、TDOA等方法的優(yōu)劣。Varshavsky通過基站室內定位中最普遍的RSSI指紋定位方法收集多層建筑的信號數(shù)據(jù),能夠區(qū)分建筑物的樓層,一般定位精度能達到2~4m,但受基站輸出功率的動態(tài)調整影響,指紋定位并不適用于CDMA網(wǎng)絡。基站定位在室內、室外廣域環(huán)境下都能定位,能作為普適化的定位方案,但是定位精度與基站密度密切相關。
8)WiFi室內定位
近年來WiFi技術飛速發(fā)展,城市中的公共場所如大型超市商場、學校、企業(yè)等都已經(jīng)廣泛部署WiFi。WiFi室內定位技術已經(jīng)出現(xiàn)了很多具有代表性的研究成果,如RADAR系統(tǒng)、Nibble系統(tǒng)、Weyes系統(tǒng)等室內定位系統(tǒng)。2012年,Google把WiFi室內定位和室內地圖引入了谷歌地圖中,一年內已經(jīng)覆蓋了北美和歐洲一萬大家大型場館。我國的百度、高德、四維、智慧圖等公司也在研發(fā)WiFi室內定位產(chǎn)品。由于WiFi網(wǎng)絡的普及,WiFi定位是目前比較流行的定位技術,定位精度能達到米級,定位成本低,定位信號收發(fā)范圍大,適用性強,可以被普及推廣。
9)超寬帶定位
超寬帶(Ultra WideBand,UWB)技術通過發(fā)送納秒級或納秒級以下的超窄脈沖來傳輸數(shù)據(jù),可以獲得GHz級的數(shù)據(jù)帶寬,實現(xiàn)室內定位。Ubisense是TDOA和AOA相結合的室內定位系統(tǒng),測距范圍達到50m,精度可達15 cm。Zebra推出了Dart UWB系統(tǒng),精度達到30 cm,測距范圍達到100m。UWB難以實現(xiàn)大范圍室內覆蓋,較高的系統(tǒng)建設成本也限制了超寬帶定位技術的應用。
10)其他室內定位技術
光跟蹤室內定位技術讓LED燈具發(fā)一定規(guī)律和頻率的光信號,智能手機的攝像頭接收該光信號進行檢測、計算位置信息,定位精度在1m之內,Bytelight是LED定位技術的代表,國內的華策光通信采用LED定位開發(fā)了Ubeacon室內定位系統(tǒng)。ZigBee室內定位是一種低功耗、低成本、短距離的無線網(wǎng)絡技術,常用于工業(yè)傳感領域和智能家居方面。偽衛(wèi)星是在地下、隧道及室內等環(huán)境下無法接收GPS衛(wèi)星信號時,發(fā)射與GPS軌道衛(wèi)星相同的信號,替代GPS衛(wèi)星實現(xiàn)室內定位。計算機視覺是從復雜變化的背景環(huán)境中準確識別出所需的運動目標,提取穩(wěn)定的目標特征,并對目標的位置等信息進行快速實時的跟蹤及計算定位,代表系統(tǒng)為Microsoft研究院的EasyLiving系統(tǒng)。此外,地磁定位技術采用識別環(huán)境中的地磁信號與磁場基準圖進行比對來實現(xiàn)精準定位,無需依賴環(huán)境中的任何硬件條件,通過智能手機自帶的感應器即可進行定位,代表系統(tǒng)為芬蘭奧盧大學IndoorAtlas,精度已經(jīng)可以達到0.1~2m。