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【创业说】室内定位技术的前世今生(上)

时间:2013-08-07 18:43来源: 作者: 点击:
室内定位技术的前世今生 上

编者按:本文作者是CTO徐连明。智慧图是国内一家专注提供基于WiFi指纹识别的室内定位导航解决方案的创业公司。该公司在本月推出了国内第一个室内定位C端产品寻鹿,目前已覆盖覆盖了46个场馆,包括22个航站楼、11个商场和13个演示区。徐连明表示,智慧图对于自己Wi-Fi布网的环境可以做到1.5米的定位精度,利用商场现有的Wi-Fi环境,智慧图可以做到3~5米的定位精度,机场可以做到3~8米的定位精度。

提起定位导航,大家首先想到的是GPS,中国也推出了自己的卫星定位系统北斗卫星定位系统。但是,卫星定位只能用在室外环境,一到室内,由于导航信号衰减太快,卫星定位就无法使用。

十多年以来,为了解决室外定位导航“最后一公里”的问题,科技巨头和研究机构在室内定位技术方面开展了大量的研究,如基于移动通信网络的辅助GPS(A-GPS)、伪卫星(Pseudolite)、无线局域网(WLAN)、射频标签(RFID)、Zigbee、蓝牙(Bluetooth,BT)、超宽带无线电(UltraWideBand,UWB)、地磁其他卫星或地面数字通信及广播信号、红外定位、光跟踪定位、计算机视觉定位、超声波定位等。这些技术有些是以导航定位为专门或主要用途,例如伪卫星;有些则主要用于通信,但同时也能提供定位服务,例如无线局域网。

室内定位技术发展有两个方向:广域室内定位技术和局域室内定位技术。广域室内定位技术的代表是北邮的TC-OFDM、澳大利亚的Locata和美国高通公司的方案,这些都是承载到广域网上实现广域覆盖的;局域室内定位技术的代表是Wi-Fi、蓝牙、ZIGBEE、RFID等定位方案,这些都是承载到局域网中实现局部区域的覆盖。广域室内定位技术通常需要改造基站及手机芯片等设备模块,成本巨大、时间周期较长。局域室内定位技术成本较低、周期短,是目前商业化推广运作较好的选择方案。所以下文我们主要谈谈关于局域室内定位的几种技术:

蓝牙室内定位技术的代表是Nokia,推出了HAIP的室内精确定位解决方案,采用基于蓝牙的三角定位技术,除了使用手机的蓝牙模块外,还需部署蓝牙基站,最高可以达到亚米级定位精度。但由于蓝牙基站的不普及,室内精确定位成本较高,在目前公开报道中,尚没有大规模推广的报道。

超宽带定位的代表是Ubisense,其定位方案采用UWB(超宽带)脉冲信号,由多个传感器采用TDOA和AOA定位算法对标签位置进行分析,多径分辨能力强、精度高,定位精度可达亚米级。但UWB难以实现大范围室内覆盖,且手机不支持UWB,定位成本非常高。

超声波定位应用案例的代表是Shopkic,在店铺安装超声波信号盒,能够被手机麦克风检测到,从而实现定位,主要用于店铺的签到。

手机自主惯性传感器定位导航的代表是Broadcom和Intel,他们推出利用手机的惯性传感器数据进行定位计算的硬件解决方案,但由于手机初始姿态的不确定性和手机惯性传感器精度问题,室内定位效果不佳。现在越来越多的人用自主惯性传感器定位导航进行辅助导航,特别是IOS手机不开放RSSI等接口的情况下。

LED定位的代表是Bytelight, LED定位系统通过往天花板上的LED灯具实现,灯具发出像莫斯电报密码一样的闪烁信号,再由用户智能手机照相机接收并进行检测,而且用户不需要将手机相机对准某一个特定方向,亦可以接收到反馈过来的直接光源信号,定位精度可以在1米之内。LED定位需要改造LED灯具,增加芯片,增加成本,尽管如此,LED定位是一种很有潜力的室内定位技术。

Wi-Fi定位由于Wi-Fi网络的普及,变得非常流行。Wi-Fi定位可以达到米级定位(1~10米),传统的Wi-Fi定位产品主要应用在专业行业领域(矿井、监狱、医院、石油石化等),如Aeroscout和Ekahau公司的Wi-Fi定位产品。一些Wi-Fi网络设备厂商如Cisco、Motorola等公司也有自己的Wi-Fi定位产品,并随着其Wi-Fi网络设备的推广,已经有很多应用。随着市场(特别是大众消费相关行业)对室内定位需求的增加,google把Wi-Fi室内定位和室内地图引入了google地图,一年多来已经覆盖了北美和欧洲一万大家大型场馆,近期也涌现出一批Wi-Fi定位很有特色的公司,如、、、wifarer、wifront等公司。百度、高德、四维等公司也在研发Wi-Fi室内定位产品。

许多公司也推出了基于RFID的定位,采用刷卡方式,根据阅读器位置对刷卡人员或设备进行区间定位。主要应用在仓库、煤矿、货物跟踪、安检、ETC、办公考勤等,无法进行实时定位,定位精确度低。

还有许多公司推出了ZIGBEE的定位产品,主要用于工业的传感领域和智能家居方面。

还有许多机构推出了地磁和计算机视觉定位的产品,目前这两类产品大多用于军事及科学探测,如军事上的水下导航常用地磁导航,火星车的导航用到了计算机视觉导航。

面对这么多技术解决方案可能大家有点眼花缭乱,这里简单成一句话:很多信号都有可能被用于室内定位,蓝牙、超宽带脉冲、超声波、等等。不过大家也可能注意到了,Wifi因为上网的需要变得非常普及,除了Wifi信号,其余都必须铺设单独铺设信号发生器,甚至有些技术还要求从新在前端上也铺设信号接收设备,这给商用大面积推广带来了巨大的阻力。

当然,大家可能会说,WiFi定位技术的定位精度仅到米级,相比于蓝牙、超宽带、激光等技术的亚米级、甚至分米级的定位方案要逊色很多。另外,不少同行可能会赞同这样一个观点:室内定位的商业价值跟精度成正比、甚至是指数关系——精度越高,商业价值越大。我并不认可这个观点。

定位精度的提高会带来成本的提高,甚至也是指数关系。现在的室内定位需求大部分为客流统计分析(常用在商场)、实时导航(停车场找车)、基于地理围栏的广告推送,安全监控(火车站甚至矿井)等。目前米级的室内定位精度已经能够满足绝大部分市场的需求了,因为在室内,米级的定位精度意味着抬头就能看见。1千平米的区域利用超宽带定位到达分米级定位,需要几十万元,而同样的费用利用Wi-Fi可以覆盖一个十万平米的商场,在这个商场中不仅可以做到米级的定位,还可以满足上网需求(在商场中用户的需求中,上网的需求远远大于室内定位导航的需求)。Wi-Fi定位并不是不能做亚米级乃至分米级的定位,英国的研究机构就用Wi-Fi技术来探测墙后恐怖分子的肢体活动,当然这个成本目前也不是大众消费市场所能负担的。(注:定位精度在0.1米~0.5米 ,通常称为分米级定位;定位精度在0.5米~1米,称为亚米级定位;定位精度在1米~10米则称米级定位。 )

下面这张图可能会更清晰一些:

从图上看,能够满足米级定位精度的定位技术,从规模上推广角度来看由易到难,依次为Wi-Fi、LED、RFID、ZiBee、超声波、蓝牙、计算机视觉、激光、超宽带等。

因此,从技术成熟与大规模应用的现实角度考虑,Wi-Fi定位技术成为当前主流、也是未来最具发展潜力的室内定位技术手段之一。Wi-Fi定位技术除具有良好的精度和可用性外,其独特优势在于Wi-Fi芯片已经在各类用户智能终端(智能手机、平板电脑等)中得到广泛普及,并且随“无线城市”的发展,国内各大城市电信运营商、公司与家庭均已安装了大量的Wi-Fi热点与网关,通过利用现有的这些Wi-Fi设施,能够显著降低建设与长期运营成本,快速实现项目预定目标。

(责任编辑:admin)
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