室内定位技术及应用
室内定位技术及应用
一、定位技术和应用分类
1.定位技术
如下图所示，目前在用的定位技术主要分为三种：
1）基于卫星网络的定位
包括GPS、伽利略、GLONASS和我国的北斗定位。
2）射频网络定位
包括运行商基站位置定位、蓝牙定位、红外定位、WIFI热点定位等。
3）基于传感器网络的定位
包括基于惯性传感器的定位、利用磁场定位、LIFI可见光通信定位、激光定位等
2.定位技术的应用
分两类：
1）室外应用
主要是用于导航、智慧物流等室外作业，活动范围广泛，便于接收卫星信号的领域。
2）室内应用
位置服务的相关技术和产业正从室外向室内发展，以提供无所不在的基于位置的服务。
包括作为室外定位技术的位置信息补盲（例如人员进入室内后的轨迹定位）、室内作业人员（甚至机器人、无人导引车等）位置跟踪与导向、室内关键物品固定位置的监控、轨道列车的导航和定位（包括信息服务等）。
二、室外定位
目前应用于室外定位的主流技术主要有卫星定位和基站定位两种。
1.卫星定位
卫星定位即是通过接收卫星提供的经纬度坐标信号来进行定位，卫星定位系统主要有：美国全球定位系(GPS)、俄罗斯格洛纳斯(GLONASS)、欧洲伽利略(GALILEO)系统、中国北斗卫星导航系统，其中GPS系统是现阶段应用最为广泛、技术最为成熟的卫星定位技术。
GPS全球卫星定位系统由三部分组成：空间部分、地面控制部分、用户设备部分。
空间部分是由24 颗工作卫星组成，均匀分布在6 个轨道面上（每个轨道面4 颗），卫星的分布使得在全球任何地方、任何时间都可观测到 4 颗以上的卫星，并能保持良好定位解算精度的几何图象；
控制部分主要由监测站、主控站、备用主控站、信息注入站构成，主要负责GPS卫星阵的管理控制；
用户设备部分主要是GPS接收机，主要功能是接收GPS卫星发射的信号，获得定位信息和观测量，经数据处理实现定位。
GPS的定位通过四颗已知位置的卫星来确定GPS接收器的位置。卫星的位置可以根据星载时钟所记录的时间在卫星星历中查出。而用户到卫星的距离则通过纪录卫星信号传播到用户所经历的时间，再将其乘以光速得到(由于大气层电离层的干扰，这一距离并不是用户与卫星之间的真实距离，而是伪距）。
当GPS卫星正常工作时，会不断地用1和0二进制码元组成的伪随机码(简称伪码)发射导航电文。导航电文包括卫星星历、工作状况、时钟改正、电离层时延修正、大气折射修正等信息。然而，由于用户接受机使用的时钟与卫星星载时钟不可能总是同步，所以除了用户的三维坐标x、y、z外,还要引进一个变量t 即卫星与接收机之间的时间差作为未知数，然后用4个方程将这4个未知数解出来。所以如果想知道接收机所处的位置，至少要能接收到4个卫星的信号。如下图所示：
2.基站定位
基站定位一般应用于手机用户，手机基站定位服务又叫做移动位置服务（LBS，Location Based Service），通过电信移动运营商的网络获取移动终端用户的位置信息。
手机等移动设备在开机以后，会主动搜索周围的基站信息，与基站建立联系，而且在可以搜索到信号的区域，手机能搜索到的基站不止一个，只不过远近程度不同，再进行通信时会选取距离最近、信号最强的基站作为通信基站。其余的基站并不是没有用处了，当你的位置发生移动时，不同基站的信号强度会发生变化，如果基站A的信号不如基站B 了，手机为了防止突然间中断链接，会先和基站B进行通信，协调好通信方式之后就会从A切换到B。
基站定位的原理也很简单：手机测量不同基站的下行导频信号，得到不同基站下行导频的TOA （Time of Arrival，到达时刻）或TDOA(Time Difference of Arrival，到达时间差)，根据该测量结果并结合基站的坐标，一般采用三角公式估计算法，就能够计算出移动电话的位置。
基站“三点定位”原理
由于基站定位时，信号很容易受到干扰，所以决定了它定位的不准确性，精度大约在
150米左右，基本无法开车导航。定位条件是必须在有基站信号的位置，手机处于sim卡注册状态（飞行模式下开WiFi和拔出sim卡都不行），而且必须收到3个基站的信号。但是，定位速度超快，一旦有信号就可以定位，目前主要用途是没有GPS且没有WiFi的情况下快速大体了解下你的位置。
定位技术GPS定位LBS定位
原理卫星定位基站定位
精度精度高（5-10m）精度较低（市区20-
200m；郊区1000-2000m）耗电量很大，需要手机为GPS模
块提供高压供电
基站采集数据即可，不消
耗手机电量
优点室外定位精度高；覆盖广定位速度超快；不受天
气、高楼、位置等等的影
响；功耗低
缺点 1.GPS系统的天线必须在室
外并且能看到大面积天空，否
则无法定位，受天气和位置影
响很大； 2.比较耗电； 3.成本
较高
1.定位条件是必须在有基站
信号的位置，手机处于sim卡
注册状态），且必须收到3个
基站的信号； 2.定位精度低三、室内定位
近年来，位置服务的相关技术和产业正从室外向室内发展，以提供无所不在的基于位置的服务，其主要推动力是室内位置服务所能带来的巨大的应用和商业潜能。许多公司包括OS提供商、服务提供商，设备和芯片提供商都在竞争这个市场。
1.室内定位技术的需求
室内定位的需求越来越广泛，包括消防、学校、商场、医院、停车场、轨道列车、物流仓储、地下作业等场合，尤其是涉及到公共安全、地铁、矿洞作业等领域，室内定位技术的需求更为迫切。
2.室内定位面临的挑战
室内定位主要是受室内环境布局的千变万化影响，布置的精细要求定位的精度更高。室内定位的局限性也主要体现在了多路径布设、非视距、信号衰减快、信号传递的时变性以及精度等
比较实用的室内定位技术需要满足精度、覆盖范围、可靠性、成本、功耗、可扩展性和响应时间等综合要求。
精度：对精度的要求不同的应用差别很大，比如在超市或仓库找一个特定的商品可能需要1米甚至更低的精度，如果在购物中心寻找一个特定的品牌或餐馆，5-10米的精度就能满足要求。
覆盖范围：覆盖范围主要是指一个技术和解决方案可以在多大的范围内提供满足精度的覆盖。有些技术需要相应或专用的基础设施支撑并结合相应的定位终端使用，这样它的覆盖就只是布局了相应技术的环境范围。
可靠性：前面提到室内环境动态性很强，会经常发生改变，比如商场的设置和隔断会经常发生变化。另一方面，定位所依赖的基础设施也会经常发生变化。举个例子，一些大型的会议，参展商会架设自己的WiFi 热点，这些设施会动态变化位置，甚至有时开有时关，如果定位技术是基于WiFi的，可靠的系统应该不会受到这些因素的影响。
成本和复杂度：成本和复杂度指标涵盖两个方面。一个是定位终端的成本，是不是可以用终端已有的硬件而不添加新的硬件。另一方面是布局和维护的成本及其复杂度，包括布局与维护定位所需要的设施和采集相关的数据库。
功耗：定位所产生的功耗是一个很重要的指标尤其对使用电池的移动设备，如果功耗大很快使设备没电了，就限制了用户的使用。有调查表明，电池消耗过快是很多用户不开启定位功能的一个主要因素。所以，如果要实现随时随地的位置感知，必须降低定位所增加的设备额外功耗。
可扩展性：可扩展性指一个解决方案扩展到更大的覆盖范围使用的能力，和方便地移植到不同的环境和应用的能力。
响应时间：系统给出一个位置更新所需的时间是响应时间，不同的应用需求不同，比如移动用户和导航应用需要快的位置更新。
3.室内定位技术
室内定位的技术分支多样，下图是各种室内定位方案的对比图：
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、定位原理描述特点
临近探测法通过一些有范围限制的物理信号的
接收，从而判断移动设备是否出现
在某一个发射点附近。该方法虽然只能提供大概的定位信息，但其布设成本低、易于搭建，适合于一些对定位精度要求不高的应用，例如自动识别系统用于公司的员工签到。
质心定位法根据移动设备可接收信号范围内所
有已知的信标（beacon）位置，计
算其质心坐标作为移动设备的坐
标。该方法易于理解，计算量小，定位精度取决于信标的布设密度。
多边定位法通过测量待测目标到已知参考点之
间的距离，从而确定待测目标的位
置。
精度高、应用广。
三角定位法该方法是在获取待测目标相对２个
已知参考点的角度后结合两参考点
间的距离信息可以确定唯一的三角
形，即可确定待测目标的位置。
精度高、应用广。
极点法通过测量相对某一已知参考点的距
离和角度从而确定待测点的位置。该方法仅需已知一个参考点的位置坐标，因此使用非常方便，已经在大地测量中得到广泛应用。
指纹定位法在定位空间中建立指纹数据库，通
过将实际信息与数据库中的参数进
行对比来实现定位。指纹定位的优势是几乎不需要参考测量点，定位精度相对较高；但缺点是前期离线建立指纹库的工作量巨大，同时很难自适应于环境变化较大的场景。
航位推算法是在已知上一位置的基础上，通过
计算或已知的运动速度和时间计算
得到当前的位置。数据稳定，无依赖，但该方法存在累积误差，定位精度随着时间增加而恶化。
不同的室内定位方法选择不同的观测量，通过不同的观测量提取算法所需要的信息。观测量简介
RSSI(接收信号强度指示)测量它是通过计算信号的传播损耗，可以使用理论或者经验模型来将传播损耗转化为距离，也可以用于指纹定位建立指纹库。
TOA（到达时间）测量该方法主要测量信号在基站和移动台之间的单程传播时间或来回传播时间。前者要求基站与移动台间的时钟同步。
TDOA（到达时间差）测量该方法同样是测量信号到达时间，但使用到达时间差进行定位计算，可利用双曲线交点确定移动台位置，故可以避免对基站和移动台的精确同步。
AOA（到达角度）测量该方法是指接收机通过天线阵列测出电磁波的入射角度，包括测量基站信号到移动台的角度或者移动台信号到达基站的角度。每种方式均会产生从基站到移动台的方向线。2个基站可以得到2条方向线，其交点即为移动台位置。因此，AOA方法只需要2个基站即可确定移动台位置。
方向和距离获取方向和距离多用于航位推算定位，采用自包含传感器记录载体的物理信息，计算得到方向和距离，从而在已知上一位置的基础上计算得到当前
的位置。
内定位技术进行简要介绍。
四、几种主流的室内定位技术
1.WiFi定位技术
1）工作原理
在覆盖无线局域网的地方，佩戴在人员身上的定位卡或腕带周期性地发出信号，无线局域网访问点（AP）接收到信号后，将信号传送给定位服务器。定位服务器根据信号的强弱或信号到达时差判断出人员的位置，并通过电子地图显示具体位置。
基于无线局域网（Wi-Fi）的实时定位系统工作原理示意图2）系统组成
一般的无线局域网实时定位系统构架如下图所示：
系统架构图
如上图所示，无线局域网实时定位监控系统主要由定位卡或腕带（Wi-Fi Tag）、无线局域网接入点(AP：Access Point）)和后端监控管理中心（定位服务器）三部分组成。无线局域网接入点可以使用任何支持WIFI的产品。
a)定位卡或腕带作为无线数据采集模块佩戴在人员身上或物品上，系统通过对标签的跟踪实现对人员和资产的跟踪定位。可以根据需要设计不同的外形，腕带、胸卡等以适应不同需求。
b)AP及时采集卡或腕带的信息，传输到后端的监控中心，对定位卡或腕带进行控制管理。
c)安装了定位服务器软件系统的监控管理中心，主要实现实时数据分析处理。分析管理定位卡或腕带数据，通过控制中心的电子地图监视并及时显示各现场定位卡或腕带的位置，数据可同时存入存储数据库，监控人员可以通过计算机访问存储服务器查询人员或物品的实时位置信息，报警信息，及某段时间内的移动轨迹等。
3）网络结构
基于定位的无线局域网络有别于一般的通讯网络，要求在任一位置点，均可以收到3个以上的AP信号。AP主要分为主通讯AP与定位AP，主通讯AP负责服务器与通讯AP之间的数据交换和传输，所有主通讯AP必须通过网线进行连接。定位AP，主要负责收集标签信息，并将结果发送给指定服务器，
无线局域网实时定位系统网络拓扑结构图
功能特点
> 定位系统基于Wi-Fi对无线局域网非常普及，价格便宜，容易搭建和管理；同时定位网络还可用于上网、语音、视频等其他用途；
> 实时的人员或物品跟踪，随时查找人员或物品所在位置，和在某时间段内所经过的路径，并显示线路轨迹；
> 区域监控：可以设定区域范围，监控次区域内人员或物品出入等情况，非许可人员或物品出入时，报警提示；
> 定位精度高，可达3-5M（视具体环境而定），准确掌握人员或物品所处位置；
> 超低功耗，标签可以更换电池或充电，且对人体安全、无辐射损害；
> 可视化终端平台，以电子地图形式显示人员或物品的位置和移动轨迹，
> 能通过传感器监测其周围环境的温度等信息，便于环境监测和安全防范。
4）定位算法介绍
Wi-Fi定位系统算法是基于接收到Wi-Fi信号的强度（RSSI）。在覆盖无线局域网的地方，定位标签周期性地发出信号，无线局域网访问点（AP）接收到信号后，将信号传送给定位服务器。定位服务器根据信号的强弱判断出标签距离AP的位置，通过标签到至少3个AP的距离可以算出标签的位置，并通过电子地图显示具体位置。这是传统的三角定位原理。
Wi-Fi无线信号经过反射后才到达接收器，而不是一条径直的路径，这样就给定位计算带来了很大的误差，这种现象叫多路径。因为室内空间的障碍物会造成多路径干扰,导致讯号变化较大,所以传统的三角定位法不适用于室内环境。为了更精确的定位，采用基于ＲＦ指纹识别（fingerprinting）的定位方法。在定位区域内设置多个采样点，将定位终端放在给个采样点。把定位终端发射的信号特征记录下来，根据这些特征和不同位置的信号建立信号纹来指示定位终端的位置。利用信号纹和相对应的位置信息建立起数据库后，定位系统根据实时收集到的信号特征，就能计算位置了。人体对标签是有干扰的，定位系统可以采用历史移动轨迹参考、增加ＡＰ定位器、修正信号突变等方法尽量在算法上降低干扰带来的定位误差。
定位精度与定位目标、环境和定位器铺设密度有关，定物可以达到3米甚至更好，定位人时由于人体干扰，精度在5-10米的半径范围。定位精度是和定位器分布密度、环境、定位对象的干扰有关的，所以无线定位的精度不是一个绝对的数字。一般说，精度能达到3米－5米，有时会10米甚至更差。通过布点密度和预先建立数据库也可以做到1.5米。定位器部署密度越高，定位精度越高。任何无线定位的技术，都会有定位误差及不确定因素存在。实际应用中，考虑到无线定位的特性，通过软件补偿或修正解决精度的不确定因素。定位中会出现跳动，这是由于定位位置处于几个定位点中间。
定位频率可以设置为1秒或以上。系统刷新时间为１秒。网络传输也会耗费一定的时
间，定位算法上为了避免人体对定位精度的干扰，在算法上做了特别调整，所以可能出现3-6秒的延时。AP定位器数量虽然会多，但是AP定位器的成本低，可以集中管理，可以通过POE方式供电。AP定位器无线发射功能可以禁止，所以大量AP定位器并没有产生任何无线信号，这和普通AP是不同的，不会造成无线干扰。
不过，WiFi热点受到周围环境的影响会比较大，精度较低。为了更加准确，建立拥有巨量数据的数据库，来参考定位确定位置。由于数据库要定期进行维护，技术难以扩展，只能在有限的范围内定期维护指纹数据。
WiFi定位可以用于医疗机构、主题公园、工厂、商场等各种需要定位导航的场合。
5）WiFi定位局限性
在物联网领域应用WIFI定位时，WIFI定位标签的局限性明显存在，主要表现在以下几个方面：
●WiFi定位所用的WiFi标签是非标设计，只是数据格式参照802.11b格式，不支持
标准WiFi协议。无线路由器不支持扫描WiFi标签功能，需要对路由器二次开
发，即在路由器加载WiFi标签扫描固件。部分无线路由器支持WiFi扫描功能，
可以获取WiFi标签的MAC地址，WiFi标签定义的其他功能就不支持了。比如无
线传感、按钮呼叫、低电告警等。这些是非标准协议，标准化的路由器不支持非
标协议.
●WiFi标签功耗较大，连续发射电流在200mA以上，电池寿命限制了WiFi定位标签
的推广使用。
●WiFi标签成本相对较高，不利于大幅度推广商用。
●WiFi定位存在严重的同频干扰问题，系统会相互影响。
6）代表厂家
苏州工业园区优频科技有限公司 (URadio Systems Co., Ltd.)
2.FRID定位
1）基本原理
RFID(Radio Frequency Identification)即无线射频识别，又称电子标签。RFID是一种通信技术，可通过无线电信号识别特定目标并读写相关数据，而无需识别系统与特定目标之间建立机械或光学接触。
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。
2）系统组成
为实现标签识别功能，一个典型的RFID应用系统包括RFID标签、阅读器(含天线)和交互系统三个主要组成部分，如下图所示。
当物品进入阅读器天线辐射范围后，物品上的标签接收到阅读器发出的射频信号，无源的被动标签(PassiveTag)凭借感应电流所获得的能量发出存储在标签中的数据，有源的主动标签(Active Tag)则主动发送存储在标签芯片中的数据。阅读器读取数据、解码并直接进行简单的数据处理，发送至交互系统;交互系统根据逻辑运算判断标签的合法性，针对不同的设定进行相应的处理和控制，由此实现RFID系统的基本功能。
当一个RFID系统设计用于室内定位时，定位服务器结合RFID标签的特征数据，包含RSSI测量数据或AOA测量数据等，采用近邻法、多边定位法或三角定位法等计算出RFID 标签所在的位置，同样为了提高定位准确度，可以结合fingerprinting预先采集建立样本位置数据库为参考。
定位系统软件由下面几个部分组成。
●系统核心程序：主要是负责数据的管理和接收数据采集端发送过来的数据，并对采
集端送来的数据进行比对、查询、统计等。
●信息采集程序：主要负责采集定位标签的数据，并对标签进行定位计算。
●展示端程序：负责地图显示，人员/车辆位置显示，告警输出等。
●后台管理：负责对设备管理，人员/车辆与物品跟标签的关联，人员/车辆、物品的
档案管理，定位区域管理，以及各种查询统计等。
3）RFID常用的定位方法
RFID定位方法按系统构成可分为：基于标签定位、基于阅读器定位、无收发器和混合方法。其中基于标签定位需要定位对象携带一个标签，比如主动标签，用于周期性地发出一些信号信息;基于阅读器定位需要定位对象携带一个阅读器，用于收集附近的标签信息;无收发器模型可以在定位对象不携带任何设备的情况下得到定位对象的位置信息;混合方法是将RFID技术与其他技术相结合，如惯性导航系统、无线传感器网络系统等。
RFID定位技术优点是RFID标签的体积比较小，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。
4）代表厂家
上海优翊信息技术有限公司
3.蓝牙技术
1）原理与系统组成
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）、蓝牙信标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：
●首先在区域内铺设beacon和蓝牙网关。
●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具体位置。
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：
●首先在区域内铺设蓝牙信标
●beacon不断的向周围广播信号和数据包
●当终端设备进入beacon信号覆盖的范围，测出其在不同基站下的RSSI值，然后再
通过手机内置的定位算法测算出具体位置。
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。
2）代表厂家
苏州寻息电子科技有限公司、苹果、腾讯、摩托罗拉。
4.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。
5.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。
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0.1 m~0.5 m。
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具体位置，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。
百度于2014年战略投资了地磁定位技术开发商IndoorAtlas，并于2015年6月宣布在自己的地图应用中使用其地磁定位技术，将该技术与Wi-Fi热点地图、惯性导航技术联合使用。精度高, 宣传商业应用中，可以达到米级定位标准，但磁信号容易受到环境中不断变化的电、磁信号源干扰，定位结果不稳定，精度会受影响。
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。
11.各种定位技术的比较
五、安卓智能终端的室内定位应用
1.既有研究
1）利用安卓系统的智能终端配有的加速度传感器、陀螺仪、磁力传感器
2）通过惯性导航技术计算智能终端的位置（距离和角度），或者结合WIFI定位技术提高定位精度
2.方向
1）利用智能终端配有的蓝牙功能与蓝牙定位技术结合，提升定位精度
2）利用fingerpriting技术与1）结合，进一步提升定位精度
六、室内定位重点关注的应用领域
1.地铁站台/隧洞内活动人员的定位
通过布置蓝牙信标或WIFI热点、定位处理服务器，实现地铁站台/隧洞内工作人员的分布监控、必要的调度。
也可以应用在公众人员服务，监测人流量的分布，乘车行为习惯分析，必要时预警或告警。
2.作为室外定位的延伸，实现无缝定位
对于定位应用要求较高的单位或场所，实现GPS室外定位和室内定位的无缝衔接。
3.室内围栏
结合权限和管理要求，限定人员的活动范围，越界警示。
也可以用在司法监狱管理等场所。
4.在密集场所搜集用户位置，分析商业行为
关于用户位置，推送基于位置的广告或者个性化服务。
室内定位技术应用于智慧城市的场景
室内定位技术应用于智慧城市的场景 在“智慧城市”建设的热潮推动下，许多行业纷纷需求智慧化建设方案，需求好的技术来助力行业实现智慧化建设。近年，室内定位技术基于其良好的室内环境适用性，成为许多行业领域解决室内应用需求较好技术，特别是在物联网这个继互联网之后下一个世界信息产业发展的浪潮，室内定位技术作为物联网技术，可以把多种多样的硬件设备、各式各样的应用场景联系到一起，进而形成人与物、物与物的互联互通，与此同时作为日渐成熟的物联网技术，凭借其感知、定位能力，或许可以在智慧城市建设中大有所为。说到物联网室内定位技术，大家必然会想到iBeacon室内定位技术，作为在iBeacon行业深耕十多年的云里物里，下面就围绕这iBeacon室内定位技术在智慧城市中起到了什么作用，应用到哪些场景来说一说。 室内定位 儿童、老人防走失，守护家人安全 目前随着双职工家庭增多、老人儿童普遍缺乏看护，走失、丢失事件时有发生。针对这一问题，市面上虽然出现了一些带有定位功能的可穿戴设备如手环、手表、鞋子等。但是此类产品缺乏室内定位能力，当佩戴者进入室内时就无法正常工作，此时老人和儿童若发生危险意外就无法做到定位功能。将室内定位技术应用于监护老人和儿童，在室内环境依然能够保持位置汇报准确，帮助监护人更好地守护家人安全。如云里物里的B4手环型iBeacon就特别适合室内定位，而且非常精确。 进入医院场景，打造智慧医疗模式 室内定位技术在医院场景中的运用，核心观念是为了给予病人更好的就医体验以及助力院方实现更好的人员以及设备管理。大家可以想象一下，在未来，病患在家预约挂号，到医院后，医院导航系统会根据所在位置，直接引导至相应的科室就诊，系统打通线上付费，免去排队困扰。当换到不同的房间安排治疗时，系统能够根据病人所在的位置自动切换室内舒适空调温度和光线强弱。对于儿童或老人，护理人员可以实时了解病人位置，发生紧急情况自动呼救，快速找到医生和科室，更能完成病人身份识别和婴儿防盗。对于一些移动医疗设备可以实时定位，了解其当前位置所在，在医护人员要用时可以快速找到。 助力智慧建筑，营造智慧化生活空间 在智慧城市建设的大背景下，生活的各方面都在向“智慧”看齐，智慧建筑也是个衍生词它包含智慧办公和智慧家庭等场景，涉及到电器智能控制、环境自动感知、智慧健康服务、场所安全监控等内涵方面，通过理解建筑空间内人的需求，自动提供合适的服务。现在许多
室内定位技术汇总教学内容
室内定位技术调研 随着数据业务和多媒体业务的快速增加，人们对定位与导航的需求日益增大，尤其在复杂的室内环境，如机场大厅、展厅、仓库、超市、图书馆、地下停车场、矿井等环境中，常常需要确定移动终端或其持有者、设施与物品在室内的位置信息。但是受定位时间、定位精度以及复杂室内环境等条件的限制，GPS和北斗导航定位系统在室内都很难定位，原因是定位系统星座发射的微波信号过于微弱，并且频率很高，即要沿着直线传播，且难以穿过墙壁，所以在室内就收不到信号了。只有在室外，天空中没有什么阻挡时可以接受。 图1 室内定位的方式 因此，专家学者提出了许多室内定位技术解决方案，如A-GPS定位技术、超声波定位技术、蓝牙技术、红外线技术、射频识别技术、超宽带技术、无线局域网络、光跟踪定位技术，以及图像分析、信标定位、计算机视觉定位技术等等。这些室内定位技术从总体上可归纳为几类，即GNSS技术（如伪卫星等），无线定位技术（无线通信信号、射频无线标签、超声波、光跟踪、无线传感器定位技
术等），其它定位技术（计算机视觉、航位推算等），以及GNSS和无线定位组合的定位技术（A-GPS或A-GNSS）。除了以上提及的定位技术，还有基于计算机视觉、光跟踪定位、基于图像分析、磁场以及信标定位等。此外，还有基于图像分析的定位技术、信标定位、三角定位等。目前很多技术还处于研究试验阶段，如基于磁场压力感应进行定位的技术。如图1所示，能够满足米级定位精度的定位技术，从规模上推广角度来看由易到难，依次为 Wi-Fi、LED、RFID、ZiBee、超声波、蓝牙、计算机视觉、激光、超宽带等。实现室内定位技术上可以采取以下一种或多种混合：北斗定位、基站定位、wifi定位、IP定位、RFID/二维码等标签识别定位、蓝牙定位、声波定位、场景识别定位. Wi-Fi定位 Wi-Fi定位相比于北斗、GPS、基站定位方式的优势在于室内定位精度高。由于Wi-Fi热点廉价、布设容易，很容易通过增加Wi-Fi热点来提高室内定位精度。若用于LBS，Wi-Fi定位可作为一定室内区域（如博物馆内部、校园内各建筑内部）的定位手段，而在室外仍用北斗定位等方式。当前比较流行的Wi-Fi 定位是无线局域网络系列标准之IEEE802.11的一种定位解决方案。该系统采用经验测试和信号传播模型相结合的方式，易于安装，需要很少基站，能采用相同的底层无线网络结构，系统总精度高。Wi-Fi绘图的精确度大约在1米至20米的范围内，总体而言，它比蜂窝网络三角测量定位方法更精确。但是，如果定位的测算仅仅依赖于哪个Wi-Fi的接入点最近，而不是依赖于合成的信号强度图，那么在楼层定位上很容易出错。目前，它应用于小范围的室内定位，成本较低。但无论是用于室内还是室外定位，Wi-Fi收发器都只能覆盖半径90米以内的区域，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。利用 Wi-Fi 可以覆盖一个十万平米的商场,费用几十万元，在这个商场中不仅可以做到米级的定位，还可以满足上网需求（在商场中用户的需求中，上网的需求远远大于室内定位导航的需求）。Wi-Fi 定位并不是不能做亚米级乃至分米级的定位，英国的研究机构就用 Wi-Fi 技术来探测墙后恐怖分子的肢体活动，当然这个成本目前也不是大众消费市场所能负担的。Wi-Fi需要60～140m配置基站继续覆盖。
基于RSSI测距的室内定位技术
基于RSSI测距的室内定位技术 2012-08-14 12:19:45 摘要搭建了基于ZigBee技术的室内定位实验平台，以实验室楼道为室内场景进行了接收信号强度(RSSI)测距和定位实验研究。首先对测距实验采集到的数据使用线性回归分析拟合出当前环境的具体测距模型，并对信标和未知节点进行软件开发，实现了基于RSSI的定位算法。经过定位实验精度评估，文中算法的平均定位误差为2．3 m，满足大多室内场景要求。 关键词室内定位；无线传感器网络；RSSI测距；线性回归分析 随着现代通信、网络、全球定位系统(Global PositionSystem，GPS)、普适计算、分布式信息处理等技术的迅速发展，位置感知计算和基于位置的服务(Location Based Setvices，LBS)在实际应用中越来越重要。GPS是目前应用最广泛和成功的定位技术。由于微波易被浓密树林、建筑物、金属遮盖物等吸收，因此GPS 只适合在户外使用，在室内场合，由于信道环境复杂、微波信号衰减厉害、测量误差大，GPS并不适用。近年来基于低成本、低功耗、白组织的无线传感器网络(Wireless Sensor Network，WSN)定位技术得到了科研人员的重视和研究，具有广泛地应用前景。根据定位过程中是否实际测量节点间的距离，可将定位算法分为基于测距(Range-based)的定位和距离无关(range-free)的定位。基于测距的定位先由未知节点硬件接收外部信标节点发射的无线信号并记录下TOA(Time of Arrival)、AOA(Angle of Arrival)、TDOA(Time Difference of Arrival)、RSSI(Received Signal strength Indicator)等测距度量值，然后将测距度量值转为未知节点到信标节点的距离或方位，然后再采用相关算法如三边测量法、三角测量法、极大似然估计法等来计算未知节点的位置。由于RSSI检测设备和机制简单，硬件成本低，实现简单，可通过多次测量平均获得较准确的信号强度值，降低多径和遮蔽效应影响，因此基于RSSI测距的定位技术成为近年来室内定位研究的热点。 1 RSSI测距原理 无线信号传输中普遍采用的理论模型为渐变模型(Shadowing Model)。 式中，p(d)表示距离发射机为d时接收端接收到的信号强度，即RSSI值；p(d0)表示距离发射机为d0时接收端接收到的信号功率；d0为参考距离；n是路径损耗(Pass Loss)指数，通常是由实际测量得到，障碍物越多，n值越大，从而接收到的平均能量下降的速度会随着距离的增加而变得越来越快：X是一个以dBm为单位，平均值为0的高斯随机变量，反映了当距离一定时，接收到的能量的变化。 实际应用中一般采用简化的渐变模型 为便于表达和计算，通常取d0为1 m。于是可得 [p(d)]dBm=A-10nlg(d) (3) 把[p(d)dBm写成RSSI的形式得到 RSSI=A-10nlg(d) (4) 其中，A为无线收发节点相距1 m时接收节点接收到的无线信号强度RSSI值。式(4)就是RSSI测距的经典模型，给出了RSSI和d的函数关系，所以已知接收机接收到的RSSI值就可以算出它和发射机之间的距离。A和n都是经验值，和具体使用的硬件节点和无线信号传播的环境密切相关，因此在不同的实际环境下A 和n参数不同，其测距模型不同。
七大室内定位技术PK
七大室内定位技术P K Document serial number【LGGKGB-LGG98YT-LGGT8CB-LGUT-
七大室内定位技术PK 随着LBS和O2O搅得火热，定位技术近年来也备受关注且发展迅速。虽然室外定位技术已经非常成熟并开始被广泛使用，但是作为定位技术的末端，室内定位技术发展一直相对缓慢。而随着现代人类生活越来越多的时间都处在室内，室内定位技术的前景也非常广阔。 但虽然作为LBS最后一米的室内定位饱受关注，但技术的不够成熟依然是不争的事实。不同于GPS，AGPS等室外定位系统，室内定位系统依然没有形成一个有力的组织来制定统一的技术规范，现行的技术手段都是在各个企业各自定义的私有协议和方案下发展，也致使各种室内定位技术相映生辉。 下面我们就从精确度，穿透性，抗干扰性，布局复杂程度，成本5个方面全方位来比较一下市面上流行的几种室内定位手段。 红外线定位技术 精确度：★★★★☆ 穿透性：☆☆☆☆☆ 抗干扰性：☆☆☆☆☆ 布局复杂程度★★★★★ 成本：★★☆☆☆ 红外线室内定位有两种，第一种是被定位目标使用红外线IR标识作为移动点，发射调制的红外射线，通过安装在室内的光学传感器接收进行定位;第二种是通过多对发射器和接收器织红外线网覆盖待测空间，直接对运动目标进行定位。 红外线的技术已经非常成熟，用于室内定位精度相对较高，但是由于红外线只能视距传播，穿透性极差(可以参考家里的电视遥控器)，当标识被遮挡时就无法正常工作，也极易受灯光、烟雾等环境因素影响明显。加上红外线的传输距离不长，使其在布局上，无论哪种方式，都需要在每个遮挡背后、甚至转角都安装接收端，布局复杂，使得成本提升，而定位效果有限。 红外线室内定位技术比较适用于实验室对简单物体的轨迹精确定位记录以 及室内自走机器人的位置定位。 超声波室内定位技术 精确度：★★★★★ 穿透性：★☆☆☆☆ 抗干扰性：★★★☆☆
室内定位应用及解决方案详解
室内定位应用及解决方案详解 一、什么是室内定位？如何实现室内位置定位？ 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。 室内定位是指在室内环境中实现位置定位，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。 二、做室内定位比较好的公司有哪些？ 近几年做室内定位的创业公司比较多，怎么选择做室内定位比较好的公司？要看该企业是否能够做到满足室内定位用户需求，同时优化成本也是至关重要的一个方面。 例如恒高科技提出从方案设计、安装、运维三方面来优化产品成本投入。 1.方案设计 方案设计的目标是针对不同应用场景设计产品，降低成本投入。能想象到，水电站、化工厂中的室内定位技术部署方式和博物馆、自动驾驶中的部署方式一 定有区别，如果设计方案不适合所应用场景，必然将影响研发、生产等一系列环节，增加时间或人才投入，进而增加成本投入。 当然，并不是说不同应用场景的部署方式一定不同。对于做室内定位服务方案的企业来说，要做的便是归纳用户实际需要，找到共性之后将用户需求分门别类，从而快速完成方案设计。
谈到用户需求的分类方法，按照定位制式可分为两类：跟踪定位（被动定位）和导航定位（主动定位）；按照TDOA定位方法也可分两类：下行TDOA和上行TDOA 两者在定位标签容量、定位动态、定位标签功耗、定位基站功耗方面各有优势，如下图所示。 下IfTPOA与上行TPOA定位方法对比 宦位标签容量 F 行TDOA>上行eoA 定位动态下行TPOA<上行TPOA 定位标签功耗下行丁DOA>上行TPOA 方仿总站功择T 行丁DQA卜irTDHA 以上四种方式自由组合，即能应用在不同场景之中。例如建筑工地、火电厂、水电站、化工厂等通常需要跟踪、导航定位兼得，上/下行TDOA兼得；监狱、港口码头、养老院/疗养院等只需跟踪室内定位与上行TDOA而机器人、无人机、自动驾驶汽车、景区导航等只需导航室内定位与下行TDO A总的来说，方案设 计必须依据应用场景与用户需求来定，不可改变。 2.安装
室内定位技术的发展现状及前景分析
室内定位技术的发展现状及前景分析 摘要：从室内定位的角度出发，以GPS定位技术作为比较，分析了我国北斗系统定位技术的发展现状及前景。介绍了GPS系统和北斗系统现有的多种定位方式与解算算法，并总结出北斗系统的优势。北斗卫星导航系统正式提供服务以来.，地基增强系统的建设在我国陆续展开，多个地区的地基增强系统已经建立完成，借助于地基增强系统能够实现更好的室内定位，达到优于厘米级的高精度服务。分析了现有的室内定位技术、存在的问题以及近期的研究热点。 关键词：GPS；北斗系统；地基增强系统；室内定位 引言现如今，GPS定位技术已经应用到生活的各个领域，作为国内正在发展的北斗系统，也需要进一步提高定位精度，尤其是在室内环境的精确定位。 一．北斗简介 北斗，即北斗卫星导航系统，是中国正在实施的自主发展、独立运行的全球卫星导航系统。主要目的是位全球用户提供高质量的定位、导航、授时服务，并能向有更高要求的授权用户提供进一步服务，军用与民用目的兼具。中国的北斗导航系统和美国GPS、俄罗斯格罗纳斯、欧盟伽利略系统并称为全球四大卫星导航系统。 二．GPS和北斗的定位方式 2.1 GPS定位方式 GPS定位是结合了GPS技术、无线通信技术、图像处理技术及GIS技术的定位技术，主要可实现如下功能：1.跟踪定位2.轨迹回放3.报警(报告) 4.地图制作功能5.里程统计GPS 定位的方法是多种多样的，用户可以根据不同的用途采用不同的定位方法。 （1）根据定位所采用的观测值 伪距GPS定位，伪距定位所采用的观测值为GPS伪距观测值，所采用的伪距观测值既可以是C/A码伪距，也可以是P码伪距。伪距定位的优点是数据处理简单，对定位条件的要求低，不存在整周模糊度的问题，可以非常容易地实现实时定位;其缺点是观测值精度低，C/A 码伪距观测值的精度一般为3米，而P码伪距观测值的精度一般也在30个厘米左右，从而导致定位成果精度低，另外，若采用精度较高的P码伪距观测值，还存在AS的问题。 载波相位GPS定位，载波相位定位所采用的观测值为GPS的载波相位观测值，即L1、L2或它们的某种线性组合。载波相位定位的优点是观测值的精度高，一般优于2个毫米;其缺点是数据处理过程复杂，存在整周模糊度的问题。 （2）根据定位的模式 绝对GPS定位，绝对定位又称为单点定位，这是一种采用一台接收机进行定位的模式，它所确定的是接收机天线的绝对坐标。这种定位模式的特点是作业方式简单，可以单机作业。绝对定位一般用于导航和精度要求不高的应用中。 相对GPS定位，相对定位又称为差分定位，这种定位模式采用两台以上的接收机，同时对一组相同的卫星进行观测，以确定接收机天线间的相互位置关系。 2.2 北斗定位方式 北斗定位方式分单点定位和相对（差分）定位。单点定位就是根据一台接收机的观测数据来确定接收机位置的方式，它只能采用伪距观测量，可用于车船等的概略导航定位。相对（差分）定位是根据两台以上接收机的观测数据来确定观测点之间的相对位置的方法，它既可采用伪距观测量也可采用相位观测量，大地测量或工程测量均应采用相位观测值进行相对定位。
七大室内定位技术PK
七大室内定位技术PK
七大室内定位技术PK 随着LBS和O2O搅得火热，定位技术近年来也备受关注且发展迅速。虽然室外定位技术已经非常成熟并开始被广泛使用，但是作为定位技术的末端，室内定位技术发展一直相对缓慢。而随着现代人类生活越来越多的时间都处在室内，室内定位技术的前景也非常广阔。 但虽然作为LBS最后一米的室内定位饱受关注，但技术的不够成熟依然是不争的事实。不同于GPS，AGPS等室外定位系统，室内定位系统依然没有形成一个有力的组织来制定统一的技术规范，现行的技术手段都是在各个企业各自定义的私有协议和方案下发展，也致使各种室内定位技术相映生辉。 下面我们就从精确度，穿透性，抗干扰性，布局复杂程度，成本5个方面全方位来比较一下市面上流行的几种室内定位手段。 红外线定位技术
超声波室内定位系统是基于超声波测距系统而开发，由若干个应答器和主测距器组成：主测距器放置在被测物体上，向位置固定的应答器发射同无线电信号，应答器在收到信号后向主测距器发射超声波信号，利用反射式测距法和三角定位等算法确定物体的位置。 超声波室内定位整体精度很高，达到了厘米级，结构相对简单，有一定的穿透性而且超声波本身具有很强的抗干扰能力，但是超声波在空气中的衰减较大，不适用于大型场合，加上反射测距时受多径效应和非视距传播影响很大，造成需要精确分析计算的底层硬件设施投资，成本太高。 超声波定位技术在数码笔上已经被广泛利用，而海上探矿也用到了此类技术，室内定位技术还主要用于无人车间的物品定位。 射频识别(RFID)室内定位技术 精确度：★★★★★ 穿透性：★★★☆☆ 抗干扰性：★★☆☆☆ 布局复杂程度★★☆☆☆ 成本：★★☆☆☆ 射频识别室内定位技术利用射频方式，固定天线把无线电信号调成电磁场，附着于物品的标签进过磁场后感应电流生成把数据传送出去，以多对双向通信交换数据以达到识别和三角定位的目的。(感应门禁卡和商场防盗系统用的就是这种技术) 射频识别室内定位技术作用距离很近，但它可以在几毫秒内得到厘米级定位精度的信息，且由于电磁场非视距等优点，传输范围很大，而且标识的体积比较小，造价比较低。但其不具有通信能力，抗干扰能力较差，不便于整合到其他系统之中，且用户的安全隐私保障和国际标准化都不够完善。 射频识别室内定位已经被仓库、工厂、商场广泛使用在货物、商品流转定位上。
室内定位技术发展与应用研究
第 40卷第6期 测绘与空间地理信息 V 〇L40，N 〇.62017 年 6 月 GEOMATICS & SPATIAL INFORMATION TECHNOLOGY Jim.，2017 室内定位技术发展与应用研究 周源，刘禹鑫，林富明 (国家测绘地理信息局黑龙江基础地理信息中心，黑龙江哈尔滨150081) 摘 要 ：目前，全球卫星导航系统是获取室外环境位置信息最常用的技术手段，但由于卫星信号易被遮挡，并不 适用于室内或者高楼林立的复杂场合，因此，室内定位技术作为室外定位的有力补充迅速发展。本文通过介绍 目前主流室内定位方式及关键技术，结合室内定位技术的研究现状，深入挖掘了室内定位技术的潜在价值及广 阔前景，并提出具体创新应用方向，力求构建深层面的智慧位置平台。 关键词：室内定位；WI - F I ;定位数据；关键技术;应用前景；位置服务中图分类号：P 236 文献标识码：A 文章编号：1672 -5867(2017)06 -0054 -04 Research on the Development and Application of Indoor Positioning Technology ZHOU Yuan , LIU Yu -xin , LIN Fu - ming (Heilongjiang Geomatics Center of NASMG, Harbin 150081, China) Abstract ： At present , the Global Navigation Satellite System (GNSS ) is the most commonly used technical means accessing to outdoor environment location information , but the satellite signal is easily blocked and does not apply to the complex situations , such as indoor or high - rise buildings , so as the powerful supplement of outdoor positioning , indoor positioning technology is rapidly developing . Through the introduction of the method and key technology of current mainstream indoor positioning and combined with the research status of indoor positioning technology , the paper deeply digs the potential value and broad prospects of the indoor positioning technolo -gy , puts forward the specific innovation application , and strives to build the Smart Location Platform .Key words ： indoor positioning ； WI - FI ； location data ； key technology ； application prospect ； LBS 〇引言 随着人类社会的进步，人们越来越关注自身的精确 位置信息，以及兴趣点的定位与导航。GNSS 提供了有效 的室外定位手段，成为很多人的必备工具。但是卫星导 航也有它的不足:在高楼林立的城市区域以及大型场馆 的室内环境，卫星定位的精度会大幅降低，甚至无法定 位。随着人们对精准性和速度的要求越来越高，对室内 定位的需求也十分迫切，定位与位置服务“最后一公里”问题日益突出，室内定位凸显了其作用与价值。 常规的室内定位技术手段是:通过在室内有效布置 基站，用户凭借手机等工具在基站中产生包括距离和信 号强度等指纹特征，再根据多个基站的指纹交叉确定用 户的位置。目前，已经投入应用的基站类型包括Wi - Fi 、 收稿日期=2016 -08 -29 基金项目=2016年国家基础测绘科技计划项目测绘新技术系统开发与示范应用子课题室内外高精度无缝定位技术研究与智慧位置 示范系统构建(2016 KJ 0102)资助 作者简介:周源（1981 -)，男，吉林省吉林市人，工程师，硕士 ,2007年毕业于东北林业大学森林经理学专业，主要从事地理信息系 统研发、位置服务应用研究工作。 蓝牙、室内LED 灯、有源RFID 、UW B 等多种方式。此外， 有研究机构正积极开展基于多媒体的室内定位技术研 究，并获得初步成果。完善的室内定位技术，将是整合Wi -Fi 、蓝牙等基站数据的解算，配合手机或平板设备的陀 螺仪、摄像头、麦克风等自身硬件姿态参数，得出最终用 户位置，通过多种途径，实现室内条件下的精准定位。 1室内定位及应用关键技术 1.1主要室内定位方法 目前，室内定位技术百花齐放，除主流的Wi - Fi 、蓝 牙定位技术，还有红外线定位技术、超声波室内定位技 术、射频识别（RFID )室内定位技术、ZigBee 室内定位技 术、超宽带室内定位技术[1]。另外，基于计算机视觉、图 像、磁场以及信标等定位方式也已处于开发研究试验阶
iBeacon室内定位的应用前景
iBeacon室内定位的应用前景 在此之前，先说几个室内定位的案例 1、大型商场（万达） 通过开启蓝牙功能，获取beacon定位信息，可以通过室内定位技术实现商场精准营销，降低o2o过程中的不确定性，提高购买转化率；进行室内互动游戏，升级商场购物体验（趣味性），强化口碑和品牌影响力；提供室内定位导航，满足部分顾客的导向性购物需求，实现智慧购物2.0。 2、娱乐场所（酒吧、夜店）的近场社交
纽约曼哈顿区举行的串酒吧活动——BeaconCrawl充分使用了苹果的iBeacon技术，给参与者提供相关信息和提示，增强活动的趣味性。在BeaconCrawl活动中，参与者可以组群串酒吧，在酒吧里喝酒聊天，于此同时基于ibeacon室内定位会进行一些有趣的社交活动增强顾客之间的交流。除此之外，用户将能通过推送通知获取特别的指示信息，获悉本次活动设有的一些“神秘地点”，提供打折的“特殊饮品”。 深圳云里物里科技股份有限公司(股票代码：872374)是一家专业的物联网（IOT）解决方案供应商，目前BLE蓝牙模块、蓝牙传感器、蓝牙解决方案、蓝牙网关、iBeacon等产品业务遍及全球80多个国家和地区。云里物里已经与中国邮政、中国电信、华为、Google、Inbev, Ericsson等二十多家全球500强公司建立战略合作伙伴关系。 未来应用领域： 1、信息采集领域： 包括上下班打卡、签注、活动区域、工作中日常监控，不过这些要结合各个公司的CRM会比较实际。 2、基于二维定位或三维定位的VR主题游戏乐园： 目前国内已经落地的有北京的身临其境公司，其定位技术提供商是北京的清研讯科团队。其团队提供的UWB技术的定位精度在10CM左右。非常棒的一家公司。另外就是HTC VIVE所使用的光学室内定位。游戏这个东西对体验的要求很高，如果定位技术提供的精度不够高，玩家在使用中会产生强烈的晕眩感，这就让这种方式的游戏根本无法得到消费级市场的认同。而之前传统的定位技术比如WIFI定位，蓝牙定位，因为其技术每单位成本的所提供的精度有局限性，因此根本无法满足室内游戏定位的需求。这也是室内定位技术用于游戏定位的原因之一。 3、安防领域： 比如消防人员进入现场救火，为了确保消防人员的人身安全，在其制服上按上定位的纽扣，来使消防人员现场救援的可视化；再比如在公共场所的恐怖袭击或者突发灾难，由于公共场所的后台指挥地需要和现场人员有比较好的前后台配合，用上室内定位技术让后台指挥实时了解现场人员的动向，以此来让现场人员应对更及时有效。 4、工业流水线： 也就是所谓的工业4.0。具体的用处就是通过室内定位技术让整个生产流程实现可视化，可追踪化。
室内定位技术及应用
室内定位技术及应用 一、定位技术和应用分类 1.定位技术 如下图所示，目前在用的定位技术主要分为三种： 1）基于卫星网络的定位 包括GPS、伽利略、GLONASS和我国的北斗定位。 2）射频网络定位 包括运行商基站位置定位、蓝牙定位、红外定位、WIFI热点定位等。 3）基于传感器网络的定位 包括基于惯性传感器的定位、利用磁场定位、LIFI可见光通信定位、激光定位等 2.定位技术的应用 分两类： 1）室外应用 主要是用于导航、智慧物流等室外作业，活动范围广泛，便于接收卫星信号的领域。 2）室内应用 位置服务的相关技术和产业正从室外向室内发展，以提供无所不在的基于位置的服务。 包括作为室外定位技术的位置信息补盲（例如人员进入室内后的轨迹定位）、室内作业人员（甚至机器人、无人导引车等）位置跟踪与导向、室内关键物品固定位置的监控、轨道列车的导航和定位（包括信息服务等）。
二、室外定位 目前应用于室外定位的主流技术主要有卫星定位和基站定位两种。 1.卫星定位 卫星定位即是通过接收卫星提供的经纬度坐标信号来进行定位，卫星定位系统主要有：美国全球定位系(GPS)、俄罗斯格洛纳斯(GLONASS)、欧洲伽利略(GALILEO)系统、中国北斗卫星导航系统，其中GPS系统是现阶段应用最为广泛、技术最为成熟的卫星定位技术。 GPS全球卫星定位系统由三部分组成：空间部分、地面控制部分、用户设备部分。 空间部分是由24 颗工作卫星组成，均匀分布在6 个轨道面上（每个轨道面4 颗），卫星的分布使得在全球任何地方、任何时间都可观测到 4 颗以上的卫星，并能保持良好定位解算精度的几何图象； 控制部分主要由监测站、主控站、备用主控站、信息注入站构成，主要负责GPS卫星阵的管理控制； 用户设备部分主要是GPS接收机，主要功能是接收GPS卫星发射的信号，获得定位信息和观测量，经数据处理实现定位。 GPS的定位通过四颗已知位置的卫星来确定GPS接收器的位置。卫星的位置可以根据星载时钟所记录的时间在卫星星历中查出。而用户到卫星的距离则通过纪录卫星信号传播到用户所经历的时间，再将其乘以光速得到(由于大气层电离层的干扰，这一距离并不是用户与卫星之间的真实距离，而是伪距）。 当GPS卫星正常工作时，会不断地用1和0二进制码元组成的伪随机码(简称伪码)发射导航电文。导航电文包括卫星星历、工作状况、时钟改正、电离层时延修正、大气折射修正等信息。然而，由于用户接受机使用的时钟与卫星星载时钟不可能总是同步，所以除了用户的三维坐标x、y、z外,还要引进一个变量t 即卫星与接收机之间的时间差作为未知数，然后用4个方程将这4个未知数解出来。所以如果想知道接收机所处的位置，至少要能接收到4个卫星的信号。如下图所示：
各种室内定位技术
室内GPS定位技术 GPS是目前应用最为广泛的定位技术。当GPS接收机在室内工作时，由于信号受建筑物的影响而大大衰减，定位精度也很低，要想达到室外一样直接从卫星广播中提取导航数据和时间信息是不可能的。为了得到较高的信号灵敏度，就需要延长在每个码延迟上的停留时间，A-GPS技术为这个问题的解决提供了可能性。室内GPS技术采用大量的相关器并行地搜索可能的延迟码，同时也有助于实现快速定位。 利用GPS进行定位的优势是卫星有效覆盖范围大，且定位导航信号免费。缺点是定位信号到达地面时较弱，不能穿透建筑物，而且定位器终端的成本较高。 室内无线定位技术 随着无线通信技术的发展，新兴的无线网络技术，例如WiFi、ZigBee、蓝牙和超宽带等，在办公室、家庭、工厂等得到了广泛应用。 ——红外线室内定位技术。红外线室内定位技术定位的原理是，红外线IR标识发射调制的红外射线，通过安装在室内的光学传感器接收进行定位。虽然红外线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。直线视距和传输距离较短这两大主要缺点使其室内定位的效果很差。当标识放在口袋里或者有墙壁及其他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，造价较高。因此，红外线只适合短距离传播，而且容易被荧光灯或者房间内的灯光干扰，在精确定位上有局限性。 ——超声波定位技术。超声波测距主要采用反射式测距法，通过三角定位等算法确定物体的位置，即发射超声波并接收由被测物产生的回波，根据回波与发射波的时间差计算出待测距离，有的则采用单向测距法。超声波定位系统可由若干个应答器和一个主测距器组成，主测距器放置在被测物体上，在微机指令信号的作用下向位置固定的应答器发射同频率的无线电信号，应答器在收到无线电信号后同时向主测距器发射超声波信号，得到主测距器与各个应答器之间的距离。当同时有3个或3个以上不在同一直线上的应答器做出回应时，可以根据相关计算确定出被测物体所在的二维坐标系下的位置。 超声波定位整体定位精度较高，结构简单，但超声波受多径效应和非视距传播影响很大，同时需要大量的底层硬件设施投资，成本太高。 ——蓝牙技术。蓝牙技术通过测量信号强度进行定位。这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，把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微网(piconet)的主设备，就可以获得用户的位置信息。蓝牙技术主要应用于小范围定位，例如单层大厅或仓库。 蓝牙室内定位技术最大的优点是设备体积小、易于集成在PDA、PC以及手机中，因此很容易推广普及。理论上，对于持有集成了蓝牙功能移动终端设备的用户，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。采用该技术作室内短距离定位时容易发现设备且信号传输不受视距的影响。其不足在于蓝牙器件和设备的价格比较昂贵，而且对于复杂的空间环境，蓝牙系统的稳定性稍差，受噪声信号干扰大。
无线室内定位技术分析
WLAN室内定位技术分析
目录 无线定位技术概览工程部署考虑 项目实施流程介绍iMC WSM定位介绍
GPS 定位 定位过程：由(d1,d2,d3,d4)和(p1,p2,p3,p4)参数，推导坐标（经度，纬度，海拔）。 其中(p1…p4)位置信息由GPS系统（主站、监控站等）提供，并向地面广播； (d1…d4)由天地间的传输时间差*光速得来。 高精度的原子钟（早期的GPS卫星为铯原子钟，最新的Block IIR为铷原子钟）。 差之毫厘失之千里。 进行三维定位至少需要4颗星；站星几何图形；算法；误差修正（多颗星冗余矫正）。 缺点：GPS卫星信号无法穿透建筑物到达室内。 p2 站星几何图形GPS 三维定位d1 d2 d3 d4 p1 p3 p4 GPS定位示意图
角度定位法小区定位法 三角定位法双曲线定位法
z SV 星历数据 z多普勒频偏数据 z视野星座，等 DGPS提升精度 A-GPS工作原理示意图针对GPS的首次定位时间（TTFF）较长的问题，A-GPS通过移动网络的支持可以获得更快的TTFF，且接收灵敏度、定位精度都有提升 网络侧的GPS观测设备，测量服务区域内的星历数据等，并供定位服务器使用。 用户首先向移动网络请求定位服务，然后定位服务器再返回当前空域的GPS卫星数据，用 户GPS接收机借助这些数据，快速获取当前位置到卫星的伪距。 接收机伪距等信息，再次上传到定位服务器根据区域内的差分GPS接收数据，修正位置信息并返回给用户或第三方应用呈现。 实际应用方面，有开放移动联盟OMA的SPUL规范，其定义了接入层、核心网等各种网络接口的实现。中国移动的A-GPS方案就是基于SPUL实现。
WiFi室内定位应用认识
WiFi室内定位应用认识 在一些电视剧里，我们经常会看到这样的画面：在机场内，男主角疯狂地寻找女主角，直到远远看见，奔跑相拥……不过，伴随着室内导航技术的成熟，往后，不论是男主角还是现实生活中的你只需打开智能手机，便可精确找到她所在的位置，并由导航软件“导航”到其身旁。 近日在一个技术论坛上，有业内专家向信息时报记者透露，伴随着室内Wi-Fi热点日益密布，室内导航技术已接近成熟。据了解，尽管室内导航技术蕴藏大量商机，但由于国内购物中心对新技术认识不足，影响了室内导航技术的全面应用和普及。 Wi-Fi热点变身定位雷达 在室外露天厂商定位很容易，因为有GPS卫星和地上运营商的通信基站，但在GPS卫星无法穿透的购物中心内呢？“并不难——因为国内购物中心内几乎都遍布了Wi-Fi热点。”近日在一个论坛上，导航软件公司高德导航副总裁郄建军向记者表示，目前机场、火车站、图书馆、政府办公楼以及大型购物商城中遍布的Wi-Fi热点，完全可以充当起“小雷达”的作用，对用户进行室内定位和导航。他表示，“利用Wi-Fi热点进行室内定位和导航，在技术层面已经成熟。”
据了解，目前国内各大商城中，不论是运营商、商城自身还是商城内店铺，几乎都布置了数量庞大的Wi-Fi热点。在广州天河城星巴克，记者看到几乎每一个用户点餐后都习惯性地登录Wi-Fi。此外由于三大运营商都在天河城铺设了大量热点，因此不少用户也在等候人的期间，登录Wi-Fi上网。 据郄建军介绍，用户一旦登录Wi-Fi热点，导航软件理论上就可以透过用户接入的那个Wi-Fi热点，再配合上临近三个或以上的Wi-Fi热点，就可以确定用户的位置。据了解，技术上这些Wi-Fi能将定位范围缩小到5米左右，媲美室外的GPS卫星。 技术应用物管方面很重要 尽管技术趋于成熟，但对于室内导航技术的应用，郄建军则表示短期内不能过分乐观。“国外一般是运营商对采取该技术不积极，但购物中心的商家因有商业利益而很积极；中国的情况却恰恰相反，运营商和业界对于推动技术很积极，但大型购物中心却不积极，甚至设立门槛，向铺设运营商收取昂贵的入场费，管理费。”他不无遗憾地表示，室内导航最大的瓶颈并非技术本身，而且各大商场的物业管理。 一些技术人员向记者表示，如果没有物业管理的支持，室内导航几乎是不可能实现的。首先，要定位和导航，需要绘制室内地图。显然，室内的地图比室外的变动更频繁——室外建筑物不论是外观还是名字都不可能频繁，但在室内，店铺外观和名字的修改过于频繁。此外，如
蓝牙室内定位技术发展现状
《基于蓝牙传感网络的室定位研究及在行为识别中的应用_江德祥》 2.1 无线定位技术概述 利用无线技术实现定位已成为定位研究领域的发展趋势。 每种无线技术都有各自的优缺点和适用局限性，需要根据具体的应用场景，考虑系 统成本、定位精度、实时性要求、技术实现难度和算法复杂性等因素。下面主要从 应用场景上来介绍研究较为集中的几种无线定位技术，其中室外定位主要使用GPS 和GSM 无线技术，而室主要利用各种无线传感器，包括红外、超声波、蓝牙、 Wi-Fi、ZigBee 和RFID 等。 基于红外的定位系统一般只能实现“房间级”的定位精度，而基于超声波的定位系统能实现“厘米级”的高精度定位，但是这两种定位系统需要特定的硬件设备，价格昂贵。这两种信号的穿透能力差，受墙壁和障碍物遮挡影响较大，并且信号的覆盖围过小，不适合室的大围定位。基于RFID 的定位技术是基于参考点的思想，在定位区域布置大量的RFID 节点，再进行匹配查找，这样实现大围和高精度的室定位就取决于RFID 参考点的布置密度。基于ZigBee 的定位取决于 802.15.4无线技术的特点，其缺点是短距离和高延时，对利用信号强度RSSI 来进行位置估计的应用存在一定局限。室定位研究最集中的是基于Wi-Fi 的定位技术，由于无线局域网已在城市各个角落大面积覆盖，完全可以利用现有的无线设备来实现室定位，降低成本和提高定位精度。基于Wi-Fi 的无线信号在室可以达到100-200 米的覆盖围，能满足大围的室定位需求，其主要原理是利用无线接入点（Access Point，AP）的信号强度RSS 值，定位设备通过与AP 之间的信号测量关系来估计可能的坐标位置。 2.2.1 基于围检测的定位方法
(完整版)UWB室内定位技术
UWB室内定位技术 1 引言 本文探讨室内定位技术中的一种：UWB室内定位技术，并在定位技术系列最后对各种定位技术进行总结，敬请关注微信公众号“智物客”后续文章。 2 概述 UWB（Ultra Wide Band ）即超宽带技术，它是一种无载波通信技术，利用纳秒级的非正弦波窄脉冲传输数据，因此其所占的频谱范围很宽。传统的定位技术是根据信号强弱来判别物体位置，信号强弱受外界影响较大，因此定位出的物体位置与实际位置的误差也较大，定位精度不高，而UWB定位采用了宽带脉冲通讯技术，具备极强的抗干扰能力，使定位误差减小。UWB定位技术的出现填补了高精度定位领域的空白，它具有对信道衰落不敏感、发射信号功率谱密度低、低截获能力、系统复杂度低、能提供厘米级的定位精度等优点。 3 UWB室内定位流程 （1）每个定位标签以UWB脉冲重复不间断发送数据帧； （2）定位标签发送的UWB脉冲串被定位基站接收； （3）每个定位基站利用高敏度的短脉冲侦测器测量每个定位标签的数据帧到达接收器天线的时间； （4）定位引擎参考标签发送过来的校准数据，确定标签达到不同定位基站之间的时间差，并利用三点定位技术及优化算法来计算标签位置。 （5）利用单基站定位一般采用AOA（(Angle of Arrival）算法，采用多基站定位多采用TDOA（Time difference of Arrival）算法。 4 UWB室内定位系统架构及功能 4.1 系统结构图
4.2 主要设备及组件 4.2.1 UWB定位标签 定位标签为有源标签，能做成不同的形态固定在物体、车辆或佩戴在人员身上使用，在不同应用环境下拥有多变性。它的定位精度最高可达到5-10cm，标签发出的UWB脉冲信号，通过定位基站（定位传感器）接收和传输。每一个标签都有唯一的ID号，可通过这个ID号将定位的物体联系起来，使定位基站（定位传感器）通过标签找到实际定位的位置。标签传输信号持续时间很短，能够允许成百上千的标签同时定位。 提供一个参考技术参数：
室内定位调研报告魏温典.doc
调研报告 调研题目：精准室内定位方案和算法 2016年 07月 09
目录 一室内定位的目的和意义 (3) 二室内定位技术........................................... 错误!未定义书签。三定位算法 (6) 四基于RSSI定位方案 (6) 五节点定位算法分析 (7)
一.室内定位目的和意义 随着数据业务和多媒体业务的快速增加，人们对定位与导航的需求日益增大，尤其在复杂的室内环境，如机场大厅、展厅、仓库、超市、图书馆、地下停车场、矿井等环境中，常常需要确定移动终端或其持有者、设施与物品在室内的位置信息。但是受定位时间、定位精度以及复杂室内环境等条件的限制，比较完善的定位技术目前还无法很好地利用。因此，专家学者提出了许多室内定位技术解决方案，如A-GPS定位技术、超声波定位技术、蓝牙技术、红外线技术、射频识别技术、超宽带技术、无线局域网络、光跟踪定位技术，以及图像分析、信标定位、计算机视觉定位技术等等。这些室内定位技术从总体上可归纳为几类，即GNSS技术(如伪卫星等)，无线定位技术(无线通信信号、射频无线标签、超声波、光跟踪、无线传感器定位技术等)，其它定位技术(计算机视觉、航位推算等)，以及GNSS和无线定位组合的定位技术(A-GPS或A-GNSS)。 由于在室内环境下对于不同的建筑物而言，室内布置，材料结构，建筑物尺度的不同导致了信号的路径损耗很大，与此同时，建筑物的内在结构会引起信号的反射，绕射，折射和散射，形成多径现象，使得接收信号的幅度，相位和到达时间发生变化，造成信号的损失，定位的难度大。虽然室内定位是定位技术的一种，和室外的无线定位技术相比有一定的共性，但是室内环境的复杂性和对定位精度和安全性的特殊要求，使得室内无线定位技术有着不同于普通定位系统的鲜明特点，而且这些特点是户外定位技术所不具备的。因此，两者区域的标识和划分标准是不同的。基于室内定位的诸多特点，室内定位技术和定位算法已成为各国科技工作者研究的热点。如何提高定位精度仍将是今后研究的重点。二. 室内定位技术 室内GPS定位技术 GPS是目前应用最为广泛的定位技术。当GPS接收机在室内工作时，由于信号受建筑物的影响而大大衰减，定位精度也很低，要想达到室外一样直接从卫星广播中提取导航数据和时间信息是不可能的。为了得到较高的信号灵敏度，就需要延长在每个码延迟上的停留时间，A-GPS技术为这个问题的解决提供了可能性。室内GPS技术采用大量的相关器并行地搜索可能的延迟码，同时也有助于实现快速定位。 利用GPS进行定位的优势是卫星有效覆盖范围大，且定位导航信号免费。缺点是定位信号到达地面时较弱，不能穿透建筑物，而且定位器终端的成本较高。