室內(nèi)定位技術(shù)綜述及其應(yīng)用領(lǐng)域和發(fā)展前景探究

對于室外環(huán)境，GNSS、GPS及我國的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)基本能滿足用戶在室外場景中對基于位置服務(wù)的需求。而在室內(nèi)環(huán)境下衛(wèi)星信號無法穿透墻體，因此室內(nèi)成為衛(wèi)星定位系統(tǒng)的盲區(qū)。因此，Wi-Fi、藍(lán)牙和超寬帶等室內(nèi)定位技術(shù)成為工業(yè)界與學(xué)術(shù)界研究的熱點(diǎn)。但是，由于室內(nèi)場景的復(fù)雜性和多樣性，不同的室內(nèi)定位技術(shù)也具有不同的缺點(diǎn)和局限性，尚未形成與GNSS類似的普適解決方案。

1　室內(nèi)定位技術(shù)綜述

紅外線定位是通過在待定位目標(biāo)上安裝紅外線發(fā)射器，該發(fā)射器能發(fā)射具有惟一身份標(biāo)識的信號，在室內(nèi)各個(gè)方向上布置紅外線接收器。各個(gè)接收器都與控制中心相連，通過控制中心的計(jì)算分析后得以定位。紅外線技術(shù)的定位精度較高，但紅外線的傳播距離較短，只能在視距內(nèi)傳播，系統(tǒng)成本較高，這些缺陷在一定程度上限制了它的發(fā)展。

超聲波定位依據(jù)回波與發(fā)射波之間的時(shí)間差得到待測點(diǎn)和參考點(diǎn)之間的距離，通過三個(gè)及以上待測點(diǎn)到參考點(diǎn)之間的距離結(jié)合三角定位或其他算法得到待測點(diǎn)在室內(nèi)的二維坐標(biāo)。這種定位技術(shù)有很高的定位精度，但由于需要在定位空間布置大量的測量設(shè)備，使其有較高的定位成本。

藍(lán)牙技術(shù)通過計(jì)算移動終端接收已知高度的發(fā)射天線所發(fā)射的信號的角度，或者根據(jù)藍(lán)牙信號強(qiáng)度定位。這種定位技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)在于：設(shè)備體積小，易于集成在手持終端設(shè)備中，且定位精度較高。其易于普及，但在復(fù)雜的室內(nèi)環(huán)境中，其定位精度受外界的干擾較大，穩(wěn)定性有待提高。

WLAN 定位主要是分為兩個(gè)階段：離線采集階段和在線定位階段。此外，一些較著名的IT公司在其研發(fā)的室內(nèi)定位產(chǎn)品中也用到 WLAN 技術(shù)?，F(xiàn)有的 WLAN 技術(shù)定位精度雖然一般，但由于WiFi設(shè)備廣泛部署于人們周圍，使其擁有良好的應(yīng)用前景。

射頻定位技術(shù)是利用射頻信號進(jìn)行非接觸式雙向通信，從而獲得目標(biāo)位置的相關(guān)信息。2003年，密歇根州立大學(xué)Lionel M .Ni 提出基于 RFID 的 LANDMARC 室內(nèi)定位系統(tǒng)。由于射頻信號傳輸范圍大、非視距、非接觸式等優(yōu)點(diǎn)，而且定位的成本較低，所以近年來被較多的應(yīng)用。但由于其傳輸距離短，不具備通信能力等缺陷，使其在發(fā)展中受到限制。

總之，雖然國內(nèi)定位技術(shù)眾多，但是仍有一些問題亟待解決，如每一種定位技術(shù)都難以適用于所有室內(nèi)場合，墻壁、家具等會導(dǎo)致信號推算距離的精度降低，基于指紋定位的方法精度受節(jié)點(diǎn)密度的限制，會造成計(jì)算復(fù)雜度的劇烈增加，導(dǎo)致定位過程實(shí)現(xiàn)慢。

2　室內(nèi)定位技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域

2.1　基于位置服務(wù)的發(fā)展方向

伴隨社交網(wǎng)絡(luò)而出現(xiàn)的LBS(LocationBasedService)能夠根據(jù)人們?nèi)粘５纳钜?guī)律打造個(gè)性化的生活方式。而室內(nèi)定位技術(shù)的發(fā)展，能進(jìn)一步完善基于位置服務(wù)，能幫助人們完成各種繁雜、耗時(shí)的任務(wù)。這些解決方案和應(yīng)用將是基于位置服務(wù)行業(yè)未來的發(fā)展方向，并將統(tǒng)領(lǐng)整個(gè)市場。

2.2　主流應(yīng)用場景

室內(nèi)定位的主流應(yīng)用場景主要分為兩類∶針對消費(fèi)級的服務(wù)和針對專業(yè)領(lǐng)域的服務(wù)。前者主要包括商場導(dǎo)購、停車場尋車、家人防走散、LBS交友、展廳自助導(dǎo)游等；后者則包括人流監(jiān)控和分析、智慧倉儲和物流、人員資產(chǎn)管理、緊急救援和應(yīng)急應(yīng)需等。隨著技術(shù)日臻完善，室內(nèi)定位技術(shù)將在日常消費(fèi)、展館導(dǎo)航等生活領(lǐng)域、智能景區(qū)及智慧社區(qū)等行業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域，以及地鐵等地下廊道公共安全領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。

2.3　創(chuàng)新應(yīng)用方向

2.3.1基于北斗的室內(nèi)外定位一體化無縫轉(zhuǎn)換

通過室內(nèi)外定位一體化無縫轉(zhuǎn)換過渡技術(shù)，建立基于北斗的室內(nèi)外無縫定位及位置服務(wù)平臺，充分實(shí)現(xiàn)不同場所下的定位方式切換，提升平臺定位精度的同時(shí)，擴(kuò)展定位廣度，從而達(dá)到位置服務(wù)應(yīng)用在高精度定位、持續(xù)無縫定位上的雙向拓展。

2.3.2多源異構(gòu)數(shù)據(jù)融合、更新技術(shù)

目前，室內(nèi)定位應(yīng)用已實(shí)現(xiàn)二三維地圖數(shù)據(jù)、全景數(shù)據(jù)、導(dǎo)航數(shù)據(jù)的地圖接入，傾斜攝影數(shù)據(jù)相關(guān)應(yīng)用也在研究當(dāng)中。隨著數(shù)據(jù)內(nèi)容的豐富，利用多源異構(gòu)數(shù)據(jù)融合與更新，以實(shí)現(xiàn)室內(nèi)地圖的坐標(biāo)體系相互轉(zhuǎn)換、室內(nèi)定位數(shù)據(jù)與室外數(shù)據(jù)的結(jié)合與表達(dá)一致性、不同數(shù)據(jù)間的無縫切換將成為下一步研究熱點(diǎn)。

2.3.3室內(nèi)數(shù)據(jù)倉儲與挖掘

室內(nèi)定位系統(tǒng)的構(gòu)建不僅僅是為了定位，將位置信息與多種數(shù)據(jù)相結(jié)合才能有效挖掘室內(nèi)定位技術(shù)的巨大價(jià)值，通過更高精度、更大量級的大數(shù)據(jù)分析，將用戶的位置與行為及行為背后的興趣偏好緊密聯(lián)系，為多種位置趨勢分析提供科學(xué)依據(jù)，將成為室內(nèi)定位最終的目標(biāo)驅(qū)動。

3　室內(nèi)定位技術(shù)的發(fā)展前景

單一定位技術(shù)普適性差，正因如此，多種技術(shù)相結(jié)合的，滿足不同室內(nèi)環(huán)境和應(yīng)用場景定位需求的混合定位方法逐漸成為室內(nèi)定位技術(shù)發(fā)展的新方向。博通公司研制了一種整合多種信號的室內(nèi)定位芯片，具備三維定位功能，通過WiFi、藍(lán)牙近場通信等技術(shù)來進(jìn)行室內(nèi)定位，甚至還可以整合手機(jī)里的陀螺儀、加速度傳感器、方位傳感器等信息。谷歌方面，通過Google Maps Floor Plan Maker手機(jī)應(yīng)用，整合GPS、WiFi、基站等信息，經(jīng)過服務(wù)器處理分析之后為用戶提供準(zhǔn)確的定位服務(wù)。另外，Broadcom、CSR也都提供多種技術(shù)融合的混合解決方案。相信隨著研究的深入，未來會有更多的混合技術(shù)室內(nèi)定位方法出現(xiàn)。

室外定位技術(shù)發(fā)展基本成熟，室內(nèi)定位技術(shù)逐漸成為熱點(diǎn)，并且需求也十分的旺盛，這兩方面原因使得研究機(jī)構(gòu)紛紛投身研發(fā)室內(nèi)定位技術(shù)的行列，高科技企業(yè)也參與其中，其中不乏百度、騰訊、阿里巴巴這樣的互聯(lián)網(wǎng)巨頭。相信隨著各方面的高度重視，室內(nèi)定位技術(shù)會擁有一個(gè)光明的未來，此行業(yè)必將迎來一個(gè)髙速的發(fā)展期。