室内三维定位技术
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室内三维定位技术
一、概述
室内定位参考百科的描述为: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。主要采用无线通讯、基站定位、惯导定位等多种技术集成形成一套室内位置定位体系,从而实现人员、物体等
在室内空间中的位置监控。
随着智能手机的普及以及移动互联网的发展,地图与导航类软件将进入一
个新的时代——室内导航。经研究,人们80%--90%的时间都是呆在室内,70%
移动设备的使用都是在室内,80%的数据连接也在室内。近几年来,包括谷歌、微软、苹果、博通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。室内定位技术的商业化必将带来一波创新高潮,各种基于此技
术的应用将出现在我们的面前,其影响和规模绝不会亚于GPS。
民用领域可以想象一些比较常见的应用场景,比如在机场大厅、展厅、大
型商场、超市、公共场所室内导航,能够快速找到安全出口、电梯,家长用来
跟踪小孩的位置避免小孩在超市中走丢。室内停车,找车位、停车,计时计费等。智能家居,房屋根据你的位置打开或关闭电灯。商场商户,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,促销活动,排队预约,支付服务等。大型建筑物应急疏散,公共安全,灾后救援。大数据分析:室内定位系统
可以进行更高精度、更大量级的大数据分析,室内定位数据可以捕捉用户在某
个货架或者店铺的光顾频率、停留时间,从而得出用户的类型、兴趣和偏好等
特质以及店铺热度、品牌关联度等重要结论,为商业分析提供有力的工具。例如,万达广场借此发现许多在必胜客消费的客户都会去ZARA消费,他们据此针对性的做了两者间的联合促销,得到了良好的收效。如果相关技术产业化后,
应用场景会十分广泛。
工业领域应用场景,如矿井,工厂厂房内精确地定位工人、设备(叉车)
上位置,实时时地将人、车、物的位置信息准确地将反映到工厂控制中心,方
便管理人员进行安全区域管控、人员在岗监控、车辆实时轨迹监控。实现精益生产,通过合理调度安排,从而提高企业的管理水平。实时精确地定位物资,方便管理人员进行物资查询、物资盘点等。
军事领域场景如室内无人机、机器人位置监控,军用枪械定位、驱动军事训练人员定位、重要资产定位,监狱人员监控等。
二、室内定位技术分类
1、蓝牙
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。
目前诺基亚,苹果公司(BLE),高通等公司均在该技术方面有成熟的解决方案。
2、WIFI,3G等
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。
如博通公司,杜克大学方案等
3、地磁场
IndoorAtlas方案。IndoorAtlas是一家专注于室内导航解决方案的公司,是一家刚成立的创业公司。IndoorAtlas的方案基于地球磁场,依据是每一个具体位置的磁场信息都不一样。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。目前可执行性不高,精度也较差,仍需要技术突破。
4、无线电
无线电技术就是指在自由空间(包括空气和真空)传播的电磁波上面搭载了一些信号,并通过这些信号传送的时间、空间等方面来寻找人们需要的东西的技术。
1)Qubulus。Qubulus公司根据无线电信号(Radio Signature)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。
2)清研讯科。LocalSense®是国产新型室内外无线定位系统解决方案,采LocalSense®无线脉冲专利技术,系统最高可达10cm级定位精度。系统由本公司独立研发,拥有多项知识产权,研发团队来自清华大学测试技术与仪器国家重点实验室,是国内唯一的工业高精度定位、商业智能定位全领域产品和服务提供商。
5、LED技术
该技术的原理是将需要传输的信息编译成一段调制信号,用脉宽调制的方法附加到LED灯具的驱动电流上,利用户内无处不在的光源作为发射载体,
通过专业终端或任何智能终端来接收并解码,从而通过灯具完成信息传输的目的。由于可见光通信具有定位精准、成本低廉、附加值高等优势,伴随着未来
半导体照明灯具的大量普及。
代表技术商有:
ByteLight,中国华策等。在商业模式上两者均是选择技术授权的形式。
它自己不生产芯片也不生产灯具,而是向厂商 (及开发者) 提供硬件技术授权
以及配套的移动应用技术。ByteLight现在已经和GE合作,即将投入试验。
6、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
7、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。
相关技术商:南京物联传感技术有限公司
8、超声波技术