室內(nèi)定位技術(shù)分析

劉逸飛 酈蘇丹

摘 要 人們生活到處都離不開位置定位，對(duì)室內(nèi)的精準(zhǔn)定位也變得越來越需要，衛(wèi)星定位等技術(shù)已不能精確反映室內(nèi)位置。本文首先簡述室內(nèi)定位技術(shù)的發(fā)展，然后對(duì)室內(nèi)定位技術(shù)進(jìn)行分析，最后對(duì)基于無線局域網(wǎng)的位置指紋定位法展開了拓展研究。

關(guān)鍵詞 位置定位;衛(wèi)星定位;室內(nèi)定位技術(shù)

定位是指通過一些設(shè)備或信息來獲取目標(biāo)位置。古代人發(fā)明了指南針和星盤等一些定位設(shè)備并通過這些設(shè)備來定位和導(dǎo)航，這些設(shè)備的定位精確度低且易受天氣等外界條件的干擾，阻礙了定位技術(shù)的發(fā)展。直到近代，無線電技術(shù)推進(jìn)了位置定位的迅速發(fā)展。

1室內(nèi)定位技術(shù)的發(fā)展

20世紀(jì)70年代，美國開始研制通過衛(wèi)星實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)定位的全球定位系統(tǒng)（GPS），并于1994年正式把該系統(tǒng)投入使用，目前全球定位系統(tǒng)（GPS）已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于軍事、民用等多個(gè)領(lǐng)域，給人們的生活帶來了便利。

伴隨無線技術(shù)和移動(dòng)通信技術(shù)的迅猛發(fā)展以及“普適計(jì)算”、“情境感知”等概念的相應(yīng)提出，人們更加渴望在任意時(shí)間、地點(diǎn)對(duì)環(huán)境中所處的物體進(jìn)行信息的獲取與處理，感知環(huán)境變化從而享受更多的背景服務(wù)。在“情境感知”領(lǐng)域中，對(duì)象的位置信息是最重要的環(huán)境參數(shù)之一。對(duì)許多需要情境服務(wù)的室內(nèi)公共環(huán)境，如超市、圖書館、醫(yī)院等，利用衛(wèi)星定位等技術(shù)來測定室內(nèi)位置，其定位結(jié)果會(huì)很不精準(zhǔn)，所以室外定位技術(shù)不能直接應(yīng)用于室內(nèi)定位中。因此，室內(nèi)定位應(yīng)運(yùn)而生[1]。

2室內(nèi)定位技術(shù)分析

室內(nèi)定位技術(shù)主要分為以下五種：超聲波室內(nèi)定位技術(shù)、紅外線室內(nèi)定位技術(shù)、藍(lán)牙（Bluetooth）室內(nèi)定位技術(shù)、超寬帶室內(nèi)定位技術(shù)及無線局域網(wǎng)絡(luò)（WLAN）室內(nèi)定位技術(shù)。

2.1 基于超聲波的室內(nèi)定位技術(shù)

該技術(shù)測距采用的是反射測距法，其采用三角定位等算法來確定目標(biāo)位置。即發(fā)射超聲波，然后接收由被測物產(chǎn)生的回波，根據(jù)發(fā)射波及回波的時(shí)間差計(jì)算待測距離。該系統(tǒng)的組成包括一個(gè)主測距器與若干個(gè)應(yīng)答器，其因需要大量的底層硬件設(shè)施，所以所需成本較高，在多徑效應(yīng)和非視距傳播的情況下測距時(shí)，所測距的精度會(huì)比較低。

2.2 基于紅外線的室內(nèi)定位技術(shù)

該技術(shù)基本原理是放置紅外標(biāo)識(shí)于每個(gè)待定位的目標(biāo)上，同時(shí)根據(jù)一定周期發(fā)送包含自身身份信息的紅外線信號(hào)，如果待定位目標(biāo)能夠被讀寫器進(jìn)行識(shí)別，就認(rèn)為定位目標(biāo)的位置在該閱讀器的讀寫區(qū)域。該技術(shù)的視距傳輸特性要求定位目標(biāo)必須與紅外線閱讀器成直線分布，并且其定位精度為5米左右，要其進(jìn)行精準(zhǔn)的室內(nèi)定位基本無法滿足。

2.3 基于藍(lán)牙的室內(nèi)定位技術(shù)

藍(lán)牙是一種適用于較短距離、功耗低的無線信號(hào)傳輸技術(shù)。在室內(nèi)安裝一定數(shù)量的藍(lán)牙局域網(wǎng)接入點(diǎn)，把網(wǎng)絡(luò)設(shè)置成基于多用戶的基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)連接模式，就能獲得用戶的位置信息，從而實(shí)現(xiàn)該技術(shù)的定位。采用該技術(shù)作室內(nèi)短距離定位，其優(yōu)勢(shì)在于設(shè)備小、易集成電腦和手機(jī)中，可用于非視距的室內(nèi)環(huán)境中;其劣勢(shì)在于該設(shè)備價(jià)格較昂貴，處于復(fù)雜環(huán)境下，穩(wěn)定性較差。

2.4 基于超寬帶的室內(nèi)定位技術(shù)

超寬帶技術(shù)（Ultra Wide Band，UWB）是一種采用脈沖信號(hào)來進(jìn)行高速無線數(shù)據(jù)傳輸?shù)亩叹嚯x通信技術(shù)，具有對(duì)信道衰減不敏感、發(fā)射信號(hào)功率譜密度低、傳輸速率高、保密性強(qiáng)、定位精度高等優(yōu)點(diǎn)。但該技術(shù)在現(xiàn)階段的硬件水平還很難實(shí)現(xiàn)精確定位處理算法方面的需求，還有諸多技術(shù)問題有待研究解決。

2.5 基于無線局域網(wǎng)的室內(nèi)定位技術(shù)

該定位系統(tǒng)是在一定的區(qū)域范圍內(nèi)安裝若干無線基站，根據(jù)這些基站獲取的待定位物體的信息（時(shí)間和信號(hào)強(qiáng)度），并結(jié)合基站所構(gòu)成的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，通過計(jì)算分析確定物體的實(shí)際位置。該系統(tǒng)可使用現(xiàn)有的無線局域網(wǎng)設(shè)備，因此僅需要增加相應(yīng)的分析服務(wù)器即可[2]。

3基于無線局域網(wǎng)的室內(nèi)定位技術(shù)應(yīng)用

該技術(shù)定位方法包括以下4種：基于信號(hào)到達(dá)角度 （AOA）、

基于信號(hào)到達(dá)時(shí)間（TOA）、基于信號(hào)到達(dá)時(shí)間差 （TDOA）和基于RSS的定位方法。本文主要對(duì)基于RSS定位法中的位置指紋法展開拓展研究。

位置指紋法雖操作步驟簡便，但在離線建立指紋庫和在線定位階段中計(jì)算量較大。要想提高其整體精度，不僅要在離線采集和實(shí)時(shí)采集指紋的細(xì)致度上下功夫，還要在在線定位階段的選取靜態(tài)指紋庫上深入研究?；谠撓敕ǎ衫脭z像器材獲取待定位點(diǎn)的大致位置，將待測點(diǎn)的實(shí)時(shí)RSS值組與所處大致區(qū)域位置下的靜態(tài)指紋進(jìn)行比對(duì)，利用靜態(tài)指紋選擇法提高定位精度。

上述方法可用到實(shí)際生活中，如在醫(yī)院會(huì)有患阿爾茨海默癥的患者就醫(yī)，其有走丟的可能性，為更好地服務(wù)于這類患者，本文結(jié)合上述提出的方法展開了相應(yīng)思考，并提出了相應(yīng)的尋找措施。家屬在帶患者看病前可先將患者的證件照片存到工作人員處，如家屬找不到患者時(shí)，便可起動(dòng)相關(guān)應(yīng)急流程，可利用醫(yī)院攝像頭對(duì)區(qū)域人群的視頻，用視頻進(jìn)行實(shí)時(shí)的動(dòng)態(tài)人像比獲取，后果將視頻中獲取的人像與底庫中存儲(chǔ)的患者照片進(jìn)行碰撞比對(duì)，如比對(duì)出即可掌握患者所處的大體區(qū)域，而后再用從患者讀取的RSS實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)與相應(yīng)的區(qū)域的靜態(tài)指紋進(jìn)行比對(duì)，從而達(dá)到快速確定老人位置的目的[3]。

4結(jié)束語

本文主要從室內(nèi)定位技術(shù)的發(fā)展、分析以及基于無線局域網(wǎng)室內(nèi)定位技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用這三部分進(jìn)行了論述。本文在最后部分提出了基于位置指紋法的靜態(tài)指紋選擇法，其原理是通過攝像頭縮小待測點(diǎn)的區(qū)域，再根據(jù)縮小后的區(qū)域去選擇對(duì)應(yīng)的靜態(tài)庫指紋進(jìn)行比對(duì)，從而減少計(jì)算量，提高定位精度。在實(shí)例運(yùn)用中，將此法與人像識(shí)別進(jìn)行了結(jié)合，從而達(dá)到較好的定位效果。

參考文獻(xiàn)

[1] 張茂龍.基于AP加權(quán)的WLAN室內(nèi)定位系統(tǒng)研究與實(shí)現(xiàn)[D].大連：大連理工大學(xué)，2014.

[2] 吳璇.室內(nèi)無線定位關(guān)鍵算法改進(jìn)與實(shí)現(xiàn)[D].廣東：廣東工業(yè)大學(xué)，2017.

[3] 劉佳媚.室內(nèi)導(dǎo)游系統(tǒng)中無線定位服務(wù)的研究與應(yīng)用[D].江西：江西農(nóng)業(yè)大學(xué)，2017.

作者簡介

劉逸飛（1990-），男，河北人;畢業(yè)院校：國防科技大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院，專業(yè)：計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)，學(xué)歷：碩士，現(xiàn)就職單位：國防科技大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院，研究方向：網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、網(wǎng)絡(luò)安全研究。

酈蘇丹（1973-），男，安徽省人;研究員，博士，長期從事計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域方面研究，包括網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議與軟件、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備研制等。