室內(nèi)也定位

劉勇

“高分一號”衛(wèi)星上海影像圖

“高分一號”衛(wèi)星北京影像圖

當你在陌生的大型室內(nèi)建筑，如購物中心、機場、展館中迷路時，當你在地下停車場找不到車停在哪里時，當你在某展館中找不到感興趣的展位時……你是不是很希望手機上有一個“搜索”按鈕，類似室外的GPS導航一樣，點一下就可以清楚顯示室內(nèi)行進的路線？

研究表明，人類有70%以上的活動時間在室內(nèi)，而商業(yè)的基礎(chǔ)——消費行為存在室內(nèi)的比例則更高。然而，四大衛(wèi)星導航系統(tǒng)因信號弱，無法進行室內(nèi)精準定位，為此，諾基亞、三星、蘋果、谷歌等成立“室內(nèi)定位聯(lián)盟”，圍繞室內(nèi)定位展開了大量的研究。

與GPS定位的原理（幾何定位）不同，室內(nèi)定位技術(shù)本質(zhì)上是一種“指紋”定位和幾何定位的集合。即在室內(nèi)遍布基站，在基站周圍根據(jù)距離、信號強度等建立“指紋”特征庫（信號強度），然后根據(jù)多個基站的“指紋”交叉確定用戶的準確位置。這里的基站可能是WiFi熱點，也可能是特制的傳感器，甚至可能是室內(nèi)節(jié)能燈，而“指紋”特征可能是信號強度，也可能是節(jié)能燈的閃爍頻率。室內(nèi)定位需達到水平3米，垂直1米的精度才能區(qū)分樓層與房間，產(chǎn)生實際的應用價值。

室內(nèi)定位最早的服務對象是消防員。在濃煙滾滾的大型建筑物內(nèi)，消防員靴子中的定位傳感器可以幫助他們找到失火點或逃生路線。在消費層面，用戶的很多購買行為也與位置信息有關(guān)聯(lián)。目前基于位置的生活服務信息已經(jīng)讓我們感受到室外“定位”的力量，未來通過室內(nèi)定位技術(shù)我們不僅可以直達某一樓層的店鋪，還可以直達某個商品，甚至可以參與系統(tǒng)中設(shè)置的一些活動或游戲環(huán)節(jié)，增加逛商場的樂趣。

目前，用于室內(nèi)定位服務的技術(shù)有很多：如WiFi、RFID（射頻標簽）、藍牙、超寬帶無線電、偽衛(wèi)星（布設(shè)于地面上發(fā)射類似于GPS信號的發(fā)射器）、紅外定位、光跟蹤定位、計算機視覺定位、超聲波定位等。這些技術(shù)大體上又可以分為兩個方向：局域室內(nèi)定位技術(shù)和廣域室內(nèi)定位技術(shù)。WiFi、RFID、藍牙、偽衛(wèi)星等都是承載到局域網(wǎng)中實現(xiàn)局部區(qū)域的覆蓋，因此被稱為局域室內(nèi)定位技術(shù)。北京郵電大學研發(fā)的TC-OFDM系統(tǒng)、澳大利亞的新型本地定位系統(tǒng)Locata和美國高通公司的方案都是承載到廣域網(wǎng)上實現(xiàn)廣域覆蓋的，被稱為廣域室內(nèi)定位技術(shù)。

隨著WiFi在公共場所覆蓋率的迅速提升，這項原本被用于無線上網(wǎng)的技術(shù)成為局域室內(nèi)定位領(lǐng)域應用最廣泛的技術(shù)。

利用WiFi進行定位主要是基于三邊或多邊算法，即通過測算移動設(shè)備與附近的三個或多個AP（Access Point，無線接入點）的距離來確定該移動設(shè)備所處的具體位置。和GPS定位相比，WiFi定位的速度更快、精度更高，但室內(nèi)空間相對狹小，對定位的精度要求比室外更高，即便是5米的誤差仍難以滿足室內(nèi)定位的要求，而復雜的室內(nèi)環(huán)境和參差不齊的WiFi覆蓋率、信號強度等因素又限制著室內(nèi)定位精度的提升。

傳統(tǒng)的WiFi定位產(chǎn)品主要應用在專業(yè)領(lǐng)域，如礦井、醫(yī)院、石油石化等。一些WiFi網(wǎng)絡(luò)設(shè)備廠商如思科、摩托羅拉等公司也有自己的WiFi定位產(chǎn)品，并隨著其WiFi網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的推廣，已經(jīng)有很多應用。隨著市場（特別是大眾消費）對室內(nèi)定位需求的增加，谷歌把WiFi室內(nèi)定位和室內(nèi)地圖引入了谷歌地圖，一年多來已經(jīng)覆蓋了北美和歐洲一萬多家大型場館。百度、高德、四維等公司也在研發(fā)WiFi室內(nèi)定位產(chǎn)品。

我國研制成功的TC-OFDM定位與通信融合的新型信號體制則是廣域室內(nèi)定位驗證系統(tǒng)的代表。依靠這種技術(shù)，不僅將室內(nèi)定位精度提高了數(shù)十倍，突破了多項室內(nèi)高精度定位關(guān)鍵技術(shù)瓶頸，還大大節(jié)約成本，把現(xiàn)在的移動通信網(wǎng)變成即時通信網(wǎng)和高精度定位網(wǎng)。TC-OFDM系統(tǒng)于2011年完成終端、基站等原型設(shè)備開發(fā)，實現(xiàn)基于基站的水平優(yōu)于3米、垂直優(yōu)于1米的高精度室內(nèi)外無縫定位。

2012年，天津濱海新區(qū)基于TC-OFDM系統(tǒng)建立了全球首個廣域高精度室內(nèi)外無縫定位的消防救援平臺。此后，江蘇、安徽、新疆等地建立了老年人關(guān)愛平臺，首都、虹橋等8大機場22個航站樓建立了機場位置服務平臺。今后，TC-OFDM系統(tǒng)將在全國各地逐步展開推廣，除應急救援外，還將應用于智慧醫(yī)療、智能交通、休閑娛樂、大型場館管理以及個人位置導航服務等領(lǐng)域。

未來，基于室內(nèi)定位技術(shù)、室內(nèi)地圖、室內(nèi)影像、搜索系統(tǒng)、室內(nèi)商家信息、增強現(xiàn)實技術(shù)、交易系統(tǒng)、互動分享系統(tǒng)所構(gòu)建的室內(nèi)虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)將是技術(shù)發(fā)展的方向。我們將會看到下面的場景：一個用戶開車進入商場車庫之前，系統(tǒng)就會自動提示是否有空車位、引導用戶駛?cè)肟哲囄?；語音搜索餐館，商場立刻根據(jù)用戶的需要推送各個餐館信息、比價、特色菜；選定餐館后，系統(tǒng)幫助預定餐位、引導用戶去餐館，并邀請周圍好友過來聚餐；就餐結(jié)束買單時，商場自動推送周圍的商品信息和娛樂信息，并支持在線支付。

整個過程都將以實景圖、增強現(xiàn)實和語音所展現(xiàn)，而展現(xiàn)的設(shè)備可能是手機，也可能是智能眼鏡。在這樣的虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的推進下，商場已經(jīng)逐步異化成了休閑娛樂設(shè)施、實體體驗店、網(wǎng)上商城、精準廣告系統(tǒng)的綜合體，并提供救援、安全等基礎(chǔ)能力。我們期待著這一切早日成為現(xiàn)實。

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室內(nèi)定位幾種解決方案

1.谷歌方案

谷歌手機地圖推出6.0版的時候已經(jīng)在一些地區(qū)加入了室內(nèi)定位功能，此方案主要依靠GPS（室內(nèi)一般也能搜索到2～3顆衛(wèi)星）、WiFi信號、手機基站以及根據(jù)一些“盲點”（室內(nèi)無GPS、WiFi或基站信號的地方）的具體位置完成室內(nèi)的定位。目前此方案的精度還不是很令人滿意。

谷歌目前想通過“眾包”的方式解決數(shù)據(jù)源的問題，就是鼓勵用戶上傳建筑平面圖。另外，用戶在使用谷歌的室內(nèi)導航時，谷歌會收集一些GPS、WiFi、基站等信息，通過服務器進行處理分析之后為用戶提供更準確的定位服務。

2.博通方案

博通公司研制的一種用于室內(nèi)定位的新芯片具備三維定位功能（即你所在位置的高度也能計算出來）。這種芯片可以通過WiFi、藍牙或NFC等技術(shù)來提供室內(nèi)定位系統(tǒng)支持。該芯片可以結(jié)合其他傳感器，例如手機里的陀螺儀、加速度傳感器、方位傳感器等，將你位置的變化實時計算出來，甚至做到?jīng)]有死角。

3.Qubulus方案

Qubulus公司根據(jù)無線電信號來定位。每一個位置的無線電信號數(shù)量、頻度、強度等也是不同的，Qubulus根據(jù)這些差異計算出你的具體位置。使用Qubulus方案，用戶需要收集室內(nèi)的無線電信號。Qubulus還提供了開發(fā)工具包。

4.杜克大學方案

杜克大學則借助現(xiàn)實生活中路標的思想，正在開發(fā)一個叫作UnLoc的應用。該應用通過感知WiFi、3G信號死角，以及一些運動特征，如電梯、樓梯等，并根據(jù)這些位置已知的路標來計算你的位置。當你移動的時候，就根據(jù)其他感應器（ 陀螺儀、加速度傳感器、方位傳感器等）來跟蹤你的位置。這一過程精度會逐漸降低，但當你到達下一個路標時，位置就會被校準。

【責任編輯】趙新宇