十大主流室内定位技术

⼗⼤主流室内定位技术
室内定位技术具有⼴阔的应⽤前景,可与宽带移动互联⽹、云计算、⼤数据、⾼性能计算等技术相结合,形成新型综合应⽤,在提升国家空间基础设施的服务能⼒和服务⽔平,提升城市在重⼤灾害、公共安全和应急救援领域的服务能⼒,助⼒医疗健康和养⽼等社会服务⽹络化、定制化的进程,促进技术创新和商业模式创新融合发展。
⽬前室内定位常⽤的定位⽅法,从原理上主要分为七种:邻近探测法、质⼼定位法、多边定位法、三⾓定位法、极点法、指纹定位法和航位推算法。
根据上⾯介绍的定位原理和观测量,衍⽣出了多种室内定位技术,下⾯将对主流的室内定位技术进⾏简要介绍。
1.WiFi定位技术
⽬前WiFi是相对成熟且应⽤较多的技术,这⼏年有不少公司投⼊到了这个领域。WiFi室内定位技术主要有两种。
WiFi定位⼀般采⽤“近邻法”判断,即最靠近哪个热点或,即认为处在什么位置,如附近有多个信源,则可以通过交叉定位(三⾓定位),提⾼定位精度。
由于WiFi已普及,因此不需要再铺设专门的设备⽤于定位。⽤户在使⽤智能⼿机时开启过Wi-Fi、移动蜂窝⽹络,就可能成为数据源。该技术具有便于扩展、可⾃动更新数据、成本低的优势,因此最先实现了规模化。
不过,WiFi热点受到周围环境的影响会⽐较⼤,精度较低。为了做得准⼀点有公司就做了WiFi指纹采集,事先记录巨量的确定位置点的信号强度,通过⽤新加⼊的设备的信号强度对⽐拥有巨量数据的数据库,来确定位置。由于采集⼯作需要⼤量的⼈员来进⾏,并且要定期进⾏维护,技术难以扩展,很少有公司能把国内的这么多商场定期的更新指纹数据。
WiFi定位可以实现复杂的⼤范围定位,但精度只能达到2⽶左右,⽆法做到精准定位。因此适⽤于对⼈或者车的定位导航,可以于医疗机构、主题公园、⼯⼚、商场等各种需要定位导航的场合。
2.FRID定位
RFID定位的基本原理是,通过⼀组固定的阅读器读取⽬标RFID标签的特征信息(如⾝份ID、接收信号强度等),同样可以采⽤近邻法、多边定位法、接收信号强度等⽅法确定标签所在位置。
这种技术作⽤距离短,⼀般最长为⼏⼗⽶。但它可以在⼏毫秒内得到厘⽶级定位精度的信息,且传输范围很⼤,成本较低。同时由于其⾮接触和⾮视距等优点,可望成为优选的室内定位技术。
⽬前,射频识别研究的热点和难点在于理论传播模型的建⽴、⽤户的安全隐私和国际标准化等问题。优点是标识的体积⽐较⼩,造价⽐较低,但是作⽤距离近,不具有通信能⼒,⽽且不便于整合到其他系统之中,⽆法做到精准定位,布设读卡器和天线需要有⼤量的⼯程实践经验难度⼤。
3.红外技术
红外线是⼀种波长在⽆线电波和可见光波之间的电磁波。红外定位主要有两种具体实现⽅法,⼀种是将定位对象附上⼀个会发射红外线的电⼦标签,通过室内安放的多个红外传感器测量信号源的距离或⾓度,从⽽计算出对象所在的位置。
这种⽅法在空旷的室内容易实现较⾼精度,可实现对红外辐射源的被动定位,但红外很容易被障碍物遮挡,传输距离也不长,因此需要⼤量密集部署传感器,造成较⾼的硬件和施⼯成本。此外红外易受热源、灯光等⼲扰,造成定位精度和准确度下降。
该技术⽬前主要⽤于军事上对飞⾏器、坦克、导弹等红外辐射源的被动定位,此外也⽤于室内⾃⾛机器⼈的位置定位。
另⼀种红外定位的⽅法是红外织⽹,即通过多对发射器和接收器织成的红外线⽹覆盖待测空间,直接对运动⽬标进⾏定位。
这种⽅式的优势在于不需要定位对象携带任何终端或标签,隐蔽性强,常⽤于安防领域。劣势在于要实现精度较⾼的定
这种⽅式的优势在于不需要定位对象携带任何终端或标签,隐蔽性强,常⽤于安防领域。劣势在于要实现精度较⾼的定位需要部署⼤量红外接收和发射器,成本⾮常⾼,因此只有⾼等级的安防才会采⽤此技术。
4.超声波技术
超声波定位⽬前⼤多数采⽤反射式测距法。系统由⼀个主测距器和若⼲个电⼦标签组成,主测距器可放置于移动机器⼈本体上,各个电⼦标签放置于室内空间的固定位置。
定位过程如下:先由上位机发送同频率的信号给各个电⼦标签,电⼦标签接收到后⼜反射传输给主测距器,从⽽可以确定各个电⼦标签到主测距器之间的距离,并得到定位坐标。
⽬前,⽐较流⾏的基于超声波室内定位的技术还有两种:⼀种为将超声波与射频技术结合进⾏定位。由于射频信号传输速率接近光速,远⾼于射频速率,那么可以利⽤射频信号先激活电⼦标签⽽后使其接收超声波信号,利⽤时间差的⽅法测距。这种技术成本低,功耗⼩,精度⾼。另⼀种为多超声波定位技术。该技术采⽤全局定位,可在移动机器⼈⾝上4个朝向安装4个超声波传感器,将待定位空间分
区,由超声波传感器测距形成坐标,总体把握数据,抗⼲扰性强,精度⾼,⽽且可以解决机器⼈迷路问题。
超声波定位精度可达厘⽶级,精度⽐较⾼。缺陷是超声波在传输过程中衰减明显从⽽影响其定位有效范围。
5.蓝⽛技术
蓝⽛定位基于RSSI(Received Signal Strength Indication,信号场强指⽰)定位原理。根据定位端的不同,蓝⽛定位⽅式分为⽹络侧定位和终端侧定位。
⽹络侧定位系统由终端(⼿机等带低功耗蓝⽛的终端)、蓝⽛beacon节点,蓝⽛⽹关,⽆线局域⽹及后端数据服务器构成。其具体定位过程是:
1)⾸先在区域内铺设beacon和蓝⽛⽹关。
2)当终端进⼊beacon信号覆盖范围,终端就能感应到beacon的⼴播信号,然后测算出在某beacon下的RSSI值通过蓝⽛⽹关经过wifi⽹络传送到后端数据服务器,通过服务器内置的定位算法测算出终端的位置。
终端侧定位系统由终端设备(如嵌⼊SDK软件包的⼿机)和beacon组成。其具体定位原理是:
1)⾸先在区域内铺设蓝⽛信标
2)beacon不断的向周围⼴播信号和数据包
3)当终端设备进⼊beacon信号覆盖的范围,测出其在不同下的RSSI值,然后再通过⼿机内置的定位算法测算出位置。
终端侧定位⼀般⽤于室内定位导航,精准位置营销等⽤户终端;⽽⽹络侧定位主要⽤于⼈员跟踪定位,资产定位及客流分析等情境之中。蓝⽛定位的优势在于实现简单,定位精度和蓝⽛信标的铺设密度及发射功率有密切关系。并且⾮常省电,可通过深度睡眠、免连接、协议简单等⽅式达到省电⽬的。
6.惯性导航技术
这是⼀种纯客户端的技术,主要利⽤终端惯性传感器采集的运动数据,如加速度传感器、陀螺仪等测量物体的速度、⽅向、加速度等信息,基于航位推测法,经过各种运算得到物体的位置信息。
随着⾏⾛时间增加,惯性导航定位的误差也在不断累积。需要外界更⾼精度的数据源对其进⾏校准。所以现在惯性导航⼀般和WiFi指纹结合在⼀起,每过⼀段时间通过WiFi请求室内位置,以此来对MEMS产⽣的误差进⾏修正。该技术⽬前的商⽤得也⽐较成熟,在扫地机器⼈中得到⼴泛应⽤。
7.超宽带(UWB)定位技术
超宽带技术是近年来新兴⼀项全新的、与传统通信技术有极⼤差异的通信⽆线新技术。它不需要使⽤传统通信体制中的
超宽带技术是近年来新兴⼀项全新的、与传统通信技术有极⼤差异的通信⽆线新技术。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微秒级以下的极窄脉冲来传输数据,从⽽具有3.1~10.6GHz量级的带宽。⽬前,包括美国,⽇本,加拿⼤等在内的国家都在研究这项技术,在⽆线室内定位领域具有良好的前景。
UWB技术是⼀种传输速率⾼,发射功率较低,穿透能⼒较强并且是基于极窄脉冲的⽆线技术,⽆载波。正是这些优点,使它在室内定位领域得到了较为精确的结果。
超宽带(UWB)定位技术利⽤事先布置好的已知位置的锚节点和桥节点,与新加⼊的盲节点进⾏通讯,并利⽤三⾓定位或者“指纹”定位⽅式来确定位置。
超宽带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、抗⼲扰效果好、安全性⾼、系统复杂度低、能提供精确定位精度等优点。因此,超宽带技术可以应⽤于室内静⽌或者移动物体以及⼈的定位跟踪与导航,且能提供⼗分精确的定位精度。根据不同公司使⽤的技术⼿段或算法不同,精度可保持在0.1m—0.5m。
8.LED可见光技术
可见光是⼀个新兴领域,通过对每个LED灯进⾏编码,将ID调制在灯光上,灯会不断发射⾃⼰的ID,通过利⽤⼿机的前置摄像头来识别这些编码。利⽤所获取的识别信息在地图数据库中确定对应的位置信息,完成定位。
根据灯光到达的⾓度进⼀步细化定位的结果,⾼通公司做到了厘⽶级定位精度。由于不需要额外部署基础设施,终端数量的扩⼤对性能没有任何的影响,并且可以达到⼀个⾮常⾼的精度,该技术被⾼通公司所看好。
⽬前,可见光技术在北美有很多商场已经在部署。⽤户下载应⽤后,到达商场⾥的某⼀个货架,通过检测货架周围的灯光即可知晓位置,商家在通过这样的⽅法向消费者推动商品的折扣等信息。
9.地磁定位技术
地球可视为⼀个磁偶极,其中⼀极位在地理北极附近,另⼀极位在地理南极附近。地磁场包括基本磁场和变化磁场两个部分。基本磁场是地磁场的主要部分,起源于地球内部,⽐较稳定,属于静磁场部分。变化磁场包括地磁场的各种短期变化,主要起源于地球内部,相对⽐较微弱。
现代建筑的钢筋混凝⼟结构会在局部范围内对地磁产⽣扰乱,指南针可能也会因此受到影响。原则上来说,⾮均匀的磁场环境会因其路径不同产⽣不同的磁场观测结果。⽽这种被称为IndoorAtlas的定位技术,正是利⽤地磁在室内的这种变化进⾏室内导航,并且导航精度已经可以达到0.1⽶到2⽶。
不过使⽤这种技术进⾏导航的过程还是稍显⿇烦。你需要先将室内楼层平⾯图上传到IndoorAtlas提供的地图云中,然后你需要使⽤其移动客户端实地记录⽬标地点不同⽅位的地磁场。记录的地磁数据都会被客户端上传⾄云端,这样其它⼈才能利⽤已记录过的地磁进⾏精确室内导航。
10.视觉定位
视觉定位系统可以分为两类,⼀类是通过移动的传感器(如摄像头)采集图像确定该传感器的位置,另⼀类是固定位置的传感器确定图像中待测⽬标的位置。根据参考点选择不同⼜可以分为参考三维建筑模型、图像、预部署⽬标、投影⽬标、参考其他传感器和⽆参考。
参考3D建筑模型和图像分别是以已有建筑结构数据库和预先标定图像进⾏⽐对。⽽为了提⾼鲁棒性,参考预部署⽬标使⽤布置好的特定图像标志(如⼆维码)作为参考点;投影⽬标则是在参考预部署⽬标的基础上在室内环境投影参考点。参考其他传感器则可以融合其他传感器数据以提⾼精度、覆盖范围或鲁棒性。
除了以上提及的,⽬前来看定位技术的种类有⼏⼗甚⾄上百种,⽽每种定位技术都有⾃⼰的优缺点和适合的应⽤场景,没有绝对的胜负之分。根据不⽤的需求因地制宜的部署解决⽅案,⽅为上策。

本文发布于:2024-09-20 22:55:15,感谢您对本站的认可!

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