室内定位技术方案综述及应用前景展望分析研究报告

室内定位技术方案综述及应用前景展望分析研究报告

现代人智能手机里的GPS导航地图愈发不可缺少，但仅仅支持室外定位，当你进到室内，由于导航信号衰减太快，卫星定位根本无法使用。就算使用了现在的AGPS 辅助全球卫星定位系统，国内最热的两款热门地图如百度地图和高德地图的定位缺点依然很明显，精度只能够达到民用的10m级别，而且在AP地址位置发生变化时也容易出错。而我们下面要说的室内定位技术对精度的要求更高，需要米级1m的定位精度，并能够判断楼层，我们用什么技术可以实现呢？

传统GPS工作原理图

AGPS辅助定位工作原理

室内定位技术的应用前景

室内定位技术在定位搜救、公共安全、商业等方面有非常良好的应用前景，我们可以想象一些比较常见的应用场景：比如在大型商场里面借助室内导航快速找到出口、电梯；家长用来跟踪小孩的位置避免小孩在超市中走丢；房屋根据你的位置打开或关闭电灯；重要的随身物品丢了，当自己走出几米远时手机就发出提醒；商店根据用户的具体位置向用户推送更多关于商品的介绍等等。这种技术已经吸引了一波国内外创新的高潮，各种基于此技术的应用将出现在我们的面前，其规模和影响绝不会亚于GPS。这一切都标志着发展室内定位技术有着广阔的应用前景。

室内定位技术工作原理

全球行业内大咖们的解决方案

如今谷歌、微软、苹果、XX等在内的一些科技巨头，还有一些世界有名的大学都在研究室内定位技术，首先来看看科技巨头公司和各大学的室内定位技术解决方案：

①谷歌方案

谷歌手机地图6.0版的时候已经在一些地区加入了室内导航功能，此方案主要依靠GPS（室内一般也能搜索到2～3颗卫星）、WiFi信号、手机基站以及根据一些“盲点”，如室内无GPS、Wi-Fi或基站信号的地方的具体位置完成室内的定位。目前此方案的精度还不是很满意，所以谷歌后来又发布了一个叫“GoogleMapsFloorPlanMarker”的手机应用，号召用户按照一定的步骤来提高室内导航的精度。

谷歌一直在努力解决两个问题：获取更多的建筑平面图；提高室内导航的精度。建筑平面图是室内导航的基础，就如同GPS车用导航需要电子导航地图一样。谷歌目前想通过“众包”的方式解决数据源的问题，就是鼓励用户上传建筑平面图。另外，用户在使用谷歌的室内导航时，谷歌会收集一些GPS、Wi-Fi、基站等信息，通过服务器进行处理分析之后为用户提供更准确的定位服务。

谷歌6.0地图室内和室外导航对比图

②诺基亚方案（诺基亚已经被微软收购）

诺基亚采用的是HAIP技术，诺基亚正在努力使它成为蓝牙协议的一部分，这样只要你的设备带有蓝牙模块，就能够使用这种技术进行定位。当然，仅有一个蓝牙模块还不能完成定位，还需要在室内安装一种定位发射台，通过这两者之间的通信完成定位。这种发射台可以覆盖100m×100m的范围，定位精度在30cm～100cm，据说这种发射台还有成本低、功耗低等特点，一台或多台都能完成定位。

③XX方案

XX公司研制了一种用于室内定位的新芯片BCM4752，具备三维定位功能能把你所在位置的高度也算出来。这种芯片可以通过WiFi、蓝牙或NFC等技术来提供室内定位系统支持。更强大的是，该芯片可以结合其它传感器，例如手机里的陀螺仪、加速度传感器、方位传感器等，将你位置的变化实时计算出来，甚至做到没有死角。XX 公司的如意算盘是将这种芯片内置到智能手机里。

④IndoorAtlas方案

IndoorAtlas是一家专注于室内导航解决方案的公司。IndoorAtlas的方案基于地球磁场，是依据每一个具体位置的磁场信息都不一样而设计。不过使用这种技术进行导航比较麻烦，首先用户需要上传建筑平面图，然后还需要你拿着移动设备绕室内一圈，记录下各个位置的地磁信号特征，这些信息需要上传到IndoorAtlas的服务器。最后，你需要使用IndoorAtlas提供的工具包开发一个应用才能使用定位功能，IndoorAtlas的开发工具包可以在线申请。

商场定位效果图

⑤Qubulus方案

跟IndoorAtlas不同的是，Qubulus公司根据无线电信号（RadioSignature）来定位。每一个位置的无线电信号数量、频度、强度等也是不同的，Qubulus根据这些差异计算出你的具体位置。使用Qubulus的方案，你同样需要收集室内的无线电信号。Qubulus也提供了开发工具包，很容易申请下来。开发工具包里有一个例子，可以使用Eclipse直接编译通过。

⑥杜克大学方案

杜克大学则借助现实生活中路标（landmarks）的思想，正在开发一个叫做UnLoc 的应用。此应用通过感知Wi-Fi、3G信号死角，以及一些运动特征，如电梯、楼梯等，并根据这些位置已知的路标来计算你的位置。当你移动的时候，就根据其他感应器，如陀螺仪、加速度传感器、方位传感器等来跟踪你的位置。这一过程精度会逐渐降低，但当你到达下一个路标时，位置就会被校准。

室内定位手机端APP演示

介绍完各大公司和大学的室内定位技术解决方案，再来看看其他常见的技术解决方案。

超宽带室内定位原理图

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，多路径分辨能力强、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。

超声波室内定位原理图

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

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。

Bytelight的LED室内定位技术

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。