浅析室内定位技术论文

浅析室内定位技术基本原理

摘要：在室内环境无法使用卫星定位时，使用室内定位技术作为卫星定位的辅助定位，解决卫星信号到达地面时较弱、不能穿透建筑物的问题。最终定位物体当前所处的位置。

关键词：室内定位技术方案前景分析

一、定位技术

除通讯网络的蜂窝定位技术外，常见的室内无线定位技术还有：Wi-Fi、蓝牙、红外线、超宽带、RFID、ZigBee和超声波。

1. Wi-Fi技术

通过无线接入点（包括无线路由器）组成的无线局域网络(WLAN)，可以实现复杂环境中的定位、监测和追踪任务。它以网络节点（无线接入点）的位置信息为基础和前提，采用经验测试和信号传播模型相结合的方式，对已接入的移动设备进行位置定位，最高精确度大约在1米至20米之间。如果定位测算仅基于当前连接的Wi-Fi接入点，而不是参照周边Wi-Fi的信号强度合成图，则Wi-Fi定位就很容易存在误差（例如：定位楼层错误）。

另外，Wi-Fi接入点通常都只能覆盖半径90米左右的区域，而且很容易受到其他信号的干扰，从而影响其精度，定位器的能耗也较高。

2. 蓝牙技术

蓝牙通讯是一种短距离低功耗的无线传输技术，在室内安装适当的蓝牙局域网接入点后，将网络配置成基于多用户的基础网络连接模式，并保证蓝牙局域网接入点始终是这个微网络的主设备。这样通过检测信号强度就可以获得用户的位置信息。

蓝牙定位主要应用于小范围定位，例如：单层大厅或仓库。对于持有集成了蓝牙功能移动终端设备，只要设备的蓝牙功能开启，蓝牙室内定位系统就能够对其进行位置判断。

不过，对于复杂的空间环境，蓝牙定位系统的稳定性稍差，受噪声信号干扰大。

3. 红外线技术

红外线技术室内定位是通过安装在室内的光学传感器，接收各移动设备（红外线IR标识）发射调制的红外射线进行定位，具有相对较高的室内定位精度。

但是，由于光线不能穿过障碍物，使得红外射线仅能视距传播，容易受其他灯光干扰，并且红外线的传输距离较短，使其室内定位的效果很差。当移动设备放置

在口袋里或者被墙壁遮挡时，就不能正常工作，需要在每个房间、走廊安装接收天线，导致总体造价较高。

4. 超宽带技术

超宽带技术与传统通信技术的定位方法有较大差异，它不需要使用传统通信体制中的载波，而是通过发送和接收具有纳秒或纳秒级以下的极窄脉冲来传输数据，可用于室内精确定位，例如：战场士兵的位置发现、机器人运动跟踪等。

超宽带系统与传统的窄带系统相比，具有穿透力强、功耗低、抗多径效果好、安全性高、系统复杂度低、能够提高精确定位精度等优点，通常用于室内移动物体的定位跟踪或导航。

5. RFID技术

RFID定位技术利用射频方式进行非接触式双向通信交换数据，实现移动设备识别和定位的目的。它可以在几毫秒内得到厘米级定位精度的信息，且传输范围大、成本较低；不过，由于以下问题未能解决，以RFID定位技术的适用范围受到局限。

1． RFID不便于整合到移动设备之中

2．作用距离短（一般最长为几十米）

3．用户的安全隐私保护

4．国际标准化

6. ZigBee技术

ZigBee是一种短距离、低速率的无线网络技术。它介于RFID和蓝牙之间，可以通过传感器之间的相互协调通信进行设备的位置定位。这些传感器只需要很少的能量，以接力的方式通过无线电波将数据从一个传感器传到另一个传感器，所以ZigBee最显著的技术特点是它的低功耗和低成本。

7. 超声波技术

超声波定位主要采用反射式测距（发射超声波并接收由被测物产生的回波后，根据回波与发射波的时间差计算出两者之间的距离），并通过三角定位等算法确定物体的位置。

超声波定位整体定位精度较高、系统结构简单，但容易受多径效应和非视距传播的影响，降低定位精度；同时，它还需要大量的底层硬件设施投资，总体成本较高。

二、服务商

室内定位技术主要分基站定位和惯导定位两种服务商。基站定位服务商主要有：谷歌、诺基亚、TI、苹果、高德、百度等采用WIFI定位；惯导定位服务商主要

有：美国的NAVISEER，龙旗瑞谱科技，上海消防研究所。目前商用技术基本采用WIFI,RFID等无线通讯基站方案，针对应急救援主要采用惯性导航等技术方案，因为应急救援面对的场所应该都是灾害性的，基站无[1-4]线通讯都属于瘫痪状态，还有就是社会成本过高，所以只能采用惯性导航技术，它无需任何额外的基础设施或网络，以无线方式实时输出人员的行走距离与方向信息，可以实现在各种复杂环境中人员的准确定位，为保证人员的生命安全提供有效的保证。

三、技术方案

目前我们已经能够看到一些室内定位技术的应用介绍了。据我所知的有谷歌、诺基亚、博通、IndoorAtals、Qubulus、杜克大学这几个方案。下面笔者就把它们整理一下，欢迎大家在此基础上进行指正、补充。

3.1 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”（室内无GPS、wifi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“Google Maps Floor Plan Marker”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、wifi、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。

3.2 诺基亚方案

诺基亚采用的是HAIP技术，具体是什么笔者也没能查到更多的资料，不过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。

3.3 博通方案

博通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（即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