⼗⼀种室内定位传感器⽅案汇总介绍与对⽐（机器⼈、物联⽹ 领域）
室内定位传感器⽅案汇总
铆压机⽬录
1、定位⽅案概述
（2）时间到达法（TOA）；
（3）时间到达差法（TDOA）；
生铁冶炼（4）信号强度法（RSSI）；
（5）到达⾓度差法（AOA）。
1.2、常⽤的室内定位技术主要包括以下⼏种：
（1）基于超声波定位技术；
（2）基于红外线的定位技术；
（3）基于超宽带的定位技术；
（4）射频识别定位技术（WLAN、ZigBee、蓝⽛）；
（5）基于激光传感器的定位技术；
（6）基于视觉的定位技术；
1.3、定位理论
定位理论有两种：地图的定位⽅法以及基于未知地图的定位⽅法。
基于已知地图定位⽅法：顾名思义，就是事先获取机器⼈的⼯作环境地图（⾼精度地图），然后根据⾼精度地图结合激光雷达及其它传感器通过定位算法获得准确的位置估计。室外⽆⼈驾驶技术普遍采⽤的是基于已知地图的定位⽅法。
基于位置地图的定位⽅法：指在地图和机器⼈的位置都事先未知的情况下，要求机器⼈在⼀个完全未知的环境中从⼀个未知的位置出发，在递增地建⽴环境的导航地图，同时利⽤已建⽴的地图来同步刷新⾃⾝的位置。该问题被称作同步定位和构图，简称 SLAM。
1.4、不同的定位⽅案对⽐
（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。）
定位技术定位精度可靠性成本
激光厘⽶级⾼⾼
视觉分⽶级中中、低
RFID1-10⽶中低
蓝⽛1-10⽶中⾼
WIFI2-10⽶低低
ZigBee2-5⽶中低
UWB技术0.1-0.5⽶⾼⾼
LED定位1-2⽶⾼⾼
红外定位亚⽶级低⾼
超声波定位0.5⽶低⾼
2、各种定位⽅案详细介绍
2.1、单线激光定位
技术类型：单线激光
定位精度：厘⽶级
稳定性：较好
技术实现原理：amcl（⾃适应蒙特卡罗定位⽅法）通过粒⼦滤波算法、运动模型分析实现基于概率⽅式的2D环境定位。 技术难度：⼀般，需要有⼀定的算法基础。
实现难度、规模化、成本：单线激光成本问题，SICK价格16000左右，国内最便宜的1000以内。价格和精度、稳定性成正⽐。
优缺点：需要⼀定计算能⼒的主机处理激光数据，不适合嵌⼊式系统应⽤。
2.2、多线激光定位：
技术类型：多线激光
定位精度：厘⽶级
稳定性：较好
流量测量装置技术实现原理：
事先通过采集车采取道路的3D点云地图数据，在⽆⼈驾驶车辆⾏驶过程中实时利⽤激光雷达采集点云数据，并与事先采集的点云数据进⾏⽐较，从⽽获取当前的车辆位置。
位姿跟踪通常采⽤扩展卡尔曼滤波器(Extended Kalman Filter，EKF)来实现。该⽅法采⽤⾼斯分布来近似地表⽰机器⼈位姿的后验概率分布，其计算过程主要包括三步：⾸先是根据机器⼈的运模型预测机器⼈的位姿，然后将观测信息与地图进⾏匹配，最后根据预测后的机器⼈位姿以及匹配的特征计算机器⼈应该观测到的信息，并利⽤应该观测到的信息与实际观测到的信息之间的差距来更新机器⼈的位姿。
算法：基于扫描匹配的 SLAM 技术
基于扫描匹配的 SLAM是基于最近邻扫描匹配来估计两次扫描间机器⼈的平移和旋转的算法。扫描匹
配算法主要源⾃迭代最近点(Iterative Closest Point, ICP)算法及其改进算法。该算法通过迭代细调由机器⼈⾥程计给出的初始位姿，限定了搜索空间。然⽽，该算法假定机器⼈的初始位姿和机器⼈的真实位姿之间的偏差⾜够⼩，以便于达到全局最优匹配。
技术难度：⾼，需要有⼀定的算法基础。
实现难度、规模化、成本：激光成本问题。2W-60W不等。价格和精度、稳定性成正⽐。
优缺点：需要⼀定计算能⼒的主机处理激光数据。
优势在于探测精度⾼，探测距离远，对GPS的初值依赖度低，在没有GPS信号的场景下也能实现精准的车辆定位。
缺点在于成本⾼，⼀个64线激光雷达价格在六七⼗万的量级。并且基于点云的地图数据时效性差（不同季节、道路维修、车辆停放），维护成本⾼。
2.3、视觉定位：
技术类型：视觉定位
定位精度：厘⽶级、分⽶级
稳定性：⼀般，主要看算法稳定性
技术实现原理：
在地图和机器⼈的位置都事先未知的情况下，要求机器⼈在⼀个完全未知的环境中从⼀个未知的位置出发，在递增地建⽴环境的导航地图，同时利⽤已建⽴的地图来同步刷新⾃⾝的位置。该问题被称作同步定位和构图，简称 SLAM。
解决的是：⼀个机器⼈在未知的环境中运动，如何通过对环境的观测确定⾃⾝的运动轨迹，同时构建出环境的地图。
视觉SLAM是通过摄像头（单⽬、双⽬、RGB-D）实现陌⽣环境的定位与建图。例如ORB-SLAM。
技术难度：⾼，涉及到的算法较多，需要有深⼊算法基础、数学功底。
实现难度、规模化、成本：单⽬成本较低、双⽬和RGB-D成本在⼏百元到三千元不等。
优点：
可以获取丰富的图像信息： ⾏⼈、桌⼦、椅⼦、可运动区域等。
纳米硬盘成本低，⼀个摄像头⼏百块钱。
缺点：
计算量⼤，需要⼀定计算能⼒的主机处理视觉数据，技术难度⼤。
并且在强光、逆光、⿊夜场景下的效果很差。
2.4、基于射频识别(RFID)技术室内定位
RFID是Radio Frequency IDentification 的缩写，中⽂普遍翻译为：射频识别。
RFID标签实现了⽆接触操作，具有体积⼩，容量⼤，应⽤便利，⽆机械磨损，寿命长，⽆需可见光源，穿透性好，可重复使⽤，抗污染能⼒和耐久性强等特点。并且，RFID标签可以在恶劣环境下⼯作，读取距离远，并使⽤了防碰撞技术，可⽀持多个⽬标的快速读写、多⽬标识别、移动识别、⾮可视识别、实时定位及长期跟踪管理。
根据定义可知只要是⽤可见光以下的电磁信号来进⾏识别的技术都可归为RFID的范畴
定位系统的基本硬件组成：标签（TAG），锚点/读写器（Anchor、Reader），时间同步器（采⽤TDOA机制需要的设备）。
不同的RFID技术：（除了UWB技术、其他技术的定位精度⼀般在亚⽶级以上）
2.4.1、RFID标签（不涉及定位）
1、采⽤125～134KHz频率，遵循ISO/IEC 18000系列规范的设备和系统，由于这种系统的所采⽤的标签为⽆源的，多⽤于读取标签内的信息，⼈们通常称其为：⽆源RFID标签系统，不涉及定位。
2、采⽤13.56MHz频率， 遵循ISO/IEC 18000系列规范的设备和系统 ，⽆源RFID标签系统，不涉及定位。
3、采⽤433.92 MHz或860～960MHz，遵循ISO/IEC 18000系列规范的设备和系统，这种系统有采⽤⽆源和有源两种标签规格的，也只是读取标签信息，不涉及定位。
2.4.2、RFID定位
采⽤2.4G或5.8GHz，遵循ISO/IEC 18000系列规范的设备和系统，多采⽤有源标签，除了简单读取标签信息的应⽤外，可以实现定位功能，也就是RFID定位。
技术类型：基于信号强度法（RSSI）定位
定位精度：2⽶以上
稳定性： ⼀般
技术实现原理：
通过测量周围标签的⽆线信号强度估算⾃⾝位置的⽅式实现定位。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。
技术难度：⼩
实现难度、规模化、成本：技术要求低，成本低。
优缺点：成本低，定位精确度低。
主要应⽤：仓库、煤矿、货物跟踪、安检、ETC、办公考勤等 ；
2.5、Wi-Fi技术
技术类型：基于信号强度法（RSSI）定位
定位精度：2-10⽶
稳定性： 差
技术实现原理：
采⽤2.4G或5.8GHz，遵循IEEE802.11协议的，即我们⼤家最最熟悉的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
技术难度：⼀般
实现难度、规模化、成本：wifi⽹络已经普及，通过wifi定位成本较低。
优缺点：
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。
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（2~10⽶），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）。
2.6、蓝⽛
技术类型：基于信号强度法（RSSI）定位
定位精度：⼀⽶到⼏⼗⽶；
正弦波信号发生器稳定性： ⼀般
技术实现原理：
采⽤2.4G，遵循IEEE802.15.1协议，即当下⽐较⽕的BLE（蓝⽛4.0）定位。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，最⾼可以达到亚⽶级定位精度。
技术难度：⼀般
实现难度、规模化、成本：由于蓝⽛的不普及，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。
优缺点：
优点：
· 功耗⼩、时延低、成本低、传输距离远；
· 设备⼩巧⽽且不受障碍物和⾮视距的影响
缺点：服务器硬件监控
· 受环境⼲扰⼤，容易受到噪声的影响导致稳定性较差；
· 安装、开发和维护⽅⾯均存在需要克服的难点，使⽤时保证设备信号不被遮挡；
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