高精度室內(nèi)定位導(dǎo)航系統(tǒng)應(yīng)用場(chǎng)景和設(shè)計(jì)思路

江岸林

摘要：隨著大型樓宇、商圈、大型建筑群、文體場(chǎng)館的日漸增多，高精度室內(nèi)定位導(dǎo)航系統(tǒng)的便利性和可塑性逐漸體現(xiàn)。5G技術(shù)及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用以及元宇宙概念的提出，使整個(gè)現(xiàn)實(shí)世界通過高精度建模構(gòu)筑到虛擬世界成為可能。文章介紹了高精度室內(nèi)定位導(dǎo)航系統(tǒng)的主要應(yīng)用場(chǎng)景和不同場(chǎng)景下的設(shè)計(jì)思路，為高精度室內(nèi)定位導(dǎo)航系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員提供參考。

關(guān)鍵詞：室內(nèi)定位；高精度；導(dǎo)航系統(tǒng)；元宇宙

中圖分類號(hào)：TN92文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 引言

隨著數(shù)字化轉(zhuǎn)型的加速以及“十四五”以來國(guó)家政策上的大力支持，各類信息化、智能化系統(tǒng)飛速發(fā)展，同時(shí)，為滿足城市化建設(shè)和人們對(duì)美好生活的需要，無數(shù)巨型建筑群拔地而起，各類服務(wù)于大型建筑的系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。5G技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的普及以及元宇宙概念的提出，為高精度室內(nèi)定位導(dǎo)航系統(tǒng)提供了前所未有的發(fā)展機(jī)會(huì)［1］。大型建筑體比以往任何時(shí)候都迫切需要建設(shè)高精度室內(nèi)定位導(dǎo)航系統(tǒng)，這套系統(tǒng)不僅僅是大型建筑體智能化的基礎(chǔ)，更是連接未來的紐帶。

1 高精度室內(nèi)定位導(dǎo)航系統(tǒng)的應(yīng)用場(chǎng)景

高精度室內(nèi)定位導(dǎo)航系統(tǒng)需要各種模塊化的組件：基礎(chǔ)的BIM系統(tǒng)、掃描技術(shù)等為高精度室內(nèi)定位導(dǎo)航系統(tǒng)構(gòu)建嚴(yán)謹(jǐn)?shù)氖覂?nèi)2D/3D/VR等高精度建模；藍(lán)牙、WiFi 6、RFID等為高精度室內(nèi)定位導(dǎo)航系統(tǒng)提供定位導(dǎo)航能力；越來越大帶寬的5G、WiFi6為高精度室內(nèi)定位導(dǎo)航系統(tǒng)提供前所未有的刷新能力和上下行速度；物聯(lián)網(wǎng)、5G應(yīng)用的各類標(biāo)簽在這個(gè)高精度模型（地圖）上的無限疊加。另外，高精度室內(nèi)定位導(dǎo)航系統(tǒng)還需要高度耦合、高度集成的應(yīng)用界面供使用者去操控和交互［2］。

1.1 大型政府樓宇、企業(yè)樓宇

私密性、安保能力和接待能力是關(guān)鍵詞。一棟30層樓的高端樓宇，一般有70%的空間都是相似布局，不具有地圖復(fù)雜性，那么樓內(nèi)地圖導(dǎo)航將不會(huì)是重點(diǎn)，設(shè)計(jì)重點(diǎn)應(yīng)偏向于定位。

（1）對(duì)樓內(nèi)工作人員的各類型設(shè)備做好標(biāo)簽綁定，并可在高精度室內(nèi)定位導(dǎo)航系統(tǒng)中隨時(shí)查看，對(duì)涉及機(jī)密的設(shè)備設(shè)置丟失、帶出樓預(yù)警，可有效防止設(shè)備遺落、設(shè)備帶走等問題。

（2）樓內(nèi)各部門、各科室的定位，綁定易于檢索的關(guān)鍵詞，方便使用人員搜索定位，并在后期可添加各部門主要處理的業(yè)務(wù)，來訪人員可通過搜索要辦理的業(yè)務(wù)直接定位至相關(guān)部門。

（3）樓內(nèi)各公共空間、會(huì)議室、衛(wèi)生間、活動(dòng)室的定位，配合空間預(yù)約系統(tǒng)查看可用空間，并可配合人流熱力分析系統(tǒng)，為管理者和來訪者展示全樓公共空間使用動(dòng)態(tài)和空間使用情況。

1.2 生產(chǎn)園區(qū)

設(shè)備位置、場(chǎng)地標(biāo)簽、運(yùn)維能力是關(guān)鍵詞。生產(chǎn)園區(qū)的建筑往往相似，且內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，不具有地圖復(fù)雜性，設(shè)計(jì)重點(diǎn)應(yīng)偏向于定位。

（1）對(duì)生產(chǎn)園區(qū)各類型機(jī)械化設(shè)備做好標(biāo)簽綁定，并可在高精度室內(nèi)定位導(dǎo)航系統(tǒng)中隨時(shí)查看，對(duì)生產(chǎn)機(jī)械化設(shè)備設(shè)置丟失、移位預(yù)警，可有效防止設(shè)備遺落、快速更換設(shè)備部件等問題。

（2）對(duì)生產(chǎn)園區(qū)各生產(chǎn)車間的定位，便于管理者在地圖上查看自有產(chǎn)能情況，進(jìn)行產(chǎn)能調(diào)配或格局變動(dòng)。

1.3 巨型文體科研場(chǎng)館

巨型文體科研場(chǎng)館內(nèi)部空曠，也存在各式各樣的設(shè)備，但因舉辦的活動(dòng)不同，內(nèi)部的變化多端，具有一定的復(fù)雜性，并且需要較好的組件修改能力，設(shè)計(jì)重點(diǎn)應(yīng)偏向于導(dǎo)航和方便使用的模塊化組件。

（1）對(duì)巨型文體科研場(chǎng)館各類設(shè)備做好標(biāo)簽綁定，并可在高精度室內(nèi)定位導(dǎo)航系統(tǒng)中隨時(shí)查看，對(duì)各類設(shè)備設(shè)置丟失、移位預(yù)警，也可用于設(shè)備快速調(diào)配，協(xié)助運(yùn)維保障人員的工作。

（2）系統(tǒng)設(shè)計(jì)上應(yīng)多使用便利的編輯、拖拽模塊，便于在舉辦不同的活動(dòng)、展覽、運(yùn)動(dòng)時(shí)，運(yùn)維人員編排場(chǎng)地位置，方便使用人員搜索定位，快速導(dǎo)航到達(dá)相應(yīng)場(chǎng)館。

1.4 巨型商圈、地下-地面-空中大型建筑群

便利性、準(zhǔn)確性、最優(yōu)路線、相關(guān)推薦是關(guān)鍵詞。大型商業(yè)建筑群往往具備辦公、商業(yè)等多種功能，標(biāo)簽數(shù)不勝數(shù)，樓層錯(cuò)落，地圖復(fù)雜，那么樓內(nèi)地圖導(dǎo)航和定位是重點(diǎn)設(shè)計(jì)方向，并且要考慮各類型標(biāo)簽、應(yīng)用的疊加。

（1）對(duì)建筑群內(nèi)各商鋪、公共設(shè)施、充電設(shè)施的定位，綁定易于檢索的關(guān)鍵詞，方便訪客搜索定位，自動(dòng)規(guī)劃尋路路徑；分層導(dǎo)航，規(guī)劃最優(yōu)路線，并可在后期添加相關(guān)搜索、推薦地點(diǎn)等。

（2）樓內(nèi)各公共空間、商鋪、衛(wèi)生間、充電點(diǎn)、母嬰室、殘疾人援助站、急救設(shè)備的定位，可配合人流熱力分析系統(tǒng)，為管理者和來訪者展示全樓公共空間使用情況，進(jìn)而可在高精地圖上添加商鋪優(yōu)惠和公共空間舉辦的演出、活動(dòng)、拍賣會(huì)情況等。

（3）接駁停車場(chǎng)反向?qū)ぼ囅到y(tǒng)、其他交通系統(tǒng)可規(guī)劃最優(yōu)交通路線，配合人流熱力分析系統(tǒng)，在高精地圖上提供餐飲排隊(duì)情況、店鋪人群密度情況等。

（4）繪制高精地圖并將建筑群內(nèi)部各商業(yè)數(shù)據(jù)制作到系統(tǒng)中，未來通過元宇宙概念，配合虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，做到足不出戶，商圈閑庭信步。

1.5 交通樞紐、地下交通

運(yùn)維能力、便利性、最優(yōu)路線是關(guān)鍵詞。大型交通樞紐往往具備多種出入口，并且要兼顧應(yīng)急預(yù)案和人群導(dǎo)流、疏散，樓內(nèi)地圖導(dǎo)航和定位是重點(diǎn)設(shè)計(jì)方向，并且其復(fù)雜程度要高于商業(yè)建筑群。

（1）對(duì)大型交通樞紐的各類設(shè)備做好標(biāo)簽綁定，并可在高精度室內(nèi)定位導(dǎo)航系統(tǒng)中隨時(shí)查看，可對(duì)各類設(shè)備進(jìn)行丟失、移位預(yù)警，也可用于設(shè)備的快速調(diào)配、維修、檢查。

（2）樓內(nèi)各公共空間、出入口、交通接駁口、站臺(tái)、登機(jī)口、登船口、商鋪、衛(wèi)生間、充電點(diǎn)、母嬰室、殘疾人援助站、急救設(shè)備的定位，可配合人流熱力分析系統(tǒng)，為管理者展示全樓公共空間使用動(dòng)態(tài)，及時(shí)進(jìn)行人群疏散、人群導(dǎo)流。

（3）對(duì)地鐵沿線、地下軌道、隧道內(nèi)設(shè)備的定位，便于運(yùn)維人員快速定位設(shè)備位置或者故障地點(diǎn)。

（4）大都市地面建設(shè)趨于飽和，對(duì)于未來的大型地下交通網(wǎng)絡(luò)，不管是車輛的室內(nèi)導(dǎo)航，還是交警的定位事故車輛，高精度室內(nèi)定位導(dǎo)航系統(tǒng)都能夠起到不可估量的作用。

2 高精度室內(nèi)定位導(dǎo)航系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路

2.1 設(shè)計(jì)原則和思路

2.1.1 大膽創(chuàng)新和適度超前

系統(tǒng)中采用的設(shè)計(jì)方法和技術(shù)路線在本行業(yè)中處于領(lǐng)先地位，符合當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的未來發(fā)展趨勢(shì)，在此之上大膽創(chuàng)新，建設(shè)可擴(kuò)展的、開放的系統(tǒng)應(yīng)用。很多建筑群或許暫時(shí)無法體現(xiàn)高精度室內(nèi)定位導(dǎo)航系統(tǒng)的強(qiáng)大性能，適度超前設(shè)計(jì)，在未來將成為其他應(yīng)用系統(tǒng)迭代的基礎(chǔ)。

2.1.2 模塊化和可擴(kuò)展性

系統(tǒng)應(yīng)采用模塊化的設(shè)計(jì)思路，支持多種當(dāng)今流行的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。基于組件進(jìn)行設(shè)計(jì)，任何模塊都可被替代升級(jí)，并且保證模塊、組件、系統(tǒng)之間能夠?qū)崿F(xiàn)互聯(lián)互通和便于未來的集成應(yīng)用。總體結(jié)構(gòu)具有較強(qiáng)的兼容性和擴(kuò)展性，便于系統(tǒng)的完善、改進(jìn)和提高，也便于設(shè)備的更新?lián)Q代［3］。

2.1.3 高可靠和高穩(wěn)定性

系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行是整個(gè)系統(tǒng)建設(shè)的基礎(chǔ)。為了確保整個(gè)系統(tǒng)能夠穩(wěn)定工作，系統(tǒng)選用的產(chǎn)品應(yīng)盡量選擇國(guó)內(nèi)、國(guó)際知名品牌廠家的產(chǎn)品，并充分考慮設(shè)備的冗余和容錯(cuò)能力。關(guān)鍵網(wǎng)絡(luò)設(shè)備都需要充分冗余設(shè)計(jì)，并具有完善的帶外管理能力。

2.1.4 針對(duì)性和適用性

高精度室內(nèi)定位導(dǎo)航系統(tǒng)要針對(duì)具體的應(yīng)用場(chǎng)景提出設(shè)計(jì)方案，并不是所有的建筑物內(nèi)部都適用該系統(tǒng)，對(duì)不同應(yīng)用場(chǎng)景進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研、探勘，充分了解客戶需求和管理痛點(diǎn)，模擬場(chǎng)景化應(yīng)用，進(jìn)行針對(duì)設(shè)計(jì)，歸納總結(jié)。

2.2 硬件設(shè)計(jì)

根據(jù)“未來室內(nèi)場(chǎng)景”描繪的藍(lán)圖，做出整體硬件規(guī)劃。具體網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淙鐖D1所示。

硬件的功能架構(gòu)基于國(guó)際以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備采用標(biāo)準(zhǔn)的接口和規(guī)范協(xié)議，滿足用戶的不同需求，建設(shè)時(shí)可考慮用戶自有資源情況，有效地保護(hù)用戶投資的長(zhǎng)期效益［4］。

2.2.1 硬件可擴(kuò)充性

網(wǎng)絡(luò)方案在滿足當(dāng)前需求的基礎(chǔ)上，隨著用戶應(yīng)用規(guī)模的擴(kuò)展，硬件可以便利地進(jìn)行擴(kuò)容以支持更強(qiáng)的運(yùn)算能力；硬件能力應(yīng)該充分考慮到未來硬件升級(jí)的平穩(wěn)銜接，保證網(wǎng)絡(luò)通信介質(zhì)、網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)核心的向后兼容性。

2.2.2 硬件的可管理性

良好的組織和管理對(duì)硬件的正常運(yùn)轉(zhuǎn)和高效使用有很大的幫助，硬件設(shè)備應(yīng)提供方便、靈活、有力的工具對(duì)設(shè)備進(jìn)行集中式的有效管理和控制。

2.2.3 硬件的安全性

平臺(tái)因?yàn)樯婕癙C端和手機(jī)端，勢(shì)必存在用戶內(nèi)部網(wǎng)與外部網(wǎng)的連接，建立安全區(qū)域保證網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的安全運(yùn)行是重要設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)。

2.2.4 硬件的高可靠性

硬件設(shè)備一旦投入運(yùn)行就會(huì)成為各項(xiàng)日常應(yīng)用的基礎(chǔ)，并隨著應(yīng)用的深入迭代，硬件的基礎(chǔ)作用將越來越大。整個(gè)硬件系統(tǒng)必須有良好的可靠性及一定程度的冗余設(shè)計(jì)。

2.2.5 硬件的高性能

為了及時(shí)、迅速地處理網(wǎng)絡(luò)上傳送的數(shù)據(jù)，硬件設(shè)備必須具備高速處理能力，高帶寬鏈路保證網(wǎng)絡(luò)的高吞吐力，滿足各種應(yīng)用的迭代升級(jí)對(duì)帶寬提出的更高要求。

2.2.6 設(shè)計(jì)的針對(duì)性

硬件架構(gòu)設(shè)計(jì)過程必須針對(duì)不同用戶的具體硬件資源情況、網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)情況、安全域建設(shè)情況進(jìn)行優(yōu)化。

2.3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

高精度室內(nèi)定位導(dǎo)航系統(tǒng)應(yīng)該充分考慮用戶的各項(xiàng)需求，依托強(qiáng)大的底層數(shù)據(jù)交換能力、完善的業(yè)務(wù)功能、多維度的訪問端，呈現(xiàn)一個(gè)能力強(qiáng)大的應(yīng)用系統(tǒng)。

2.3.1 數(shù)據(jù)交換服務(wù)

數(shù)據(jù)交換服務(wù)主要面向用戶現(xiàn)有的各應(yīng)用平臺(tái)、未來將要建設(shè)的應(yīng)用系統(tǒng)和前端設(shè)備群，基于通用的數(shù)據(jù)交換規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)和用戶的各類大數(shù)據(jù)平臺(tái)、BIM系統(tǒng)、地圖數(shù)據(jù)庫等的數(shù)據(jù)交換。

2.3.2 引擎及數(shù)據(jù)庫服務(wù)

引擎服務(wù)主要包括室內(nèi)地圖引擎、室內(nèi)定位引擎、導(dǎo)航引擎以及針對(duì)不同場(chǎng)景化應(yīng)用的服務(wù)引擎，各項(xiàng)引擎主要負(fù)責(zé)對(duì)接元數(shù)據(jù)庫、位置服務(wù)數(shù)據(jù)庫、地圖數(shù)據(jù)庫等，實(shí)現(xiàn)面向上層業(yè)務(wù)服務(wù)調(diào)用。

2.3.3 模塊化組件服務(wù)

模塊化組件主要包括高精度地圖、定位設(shè)備管理能力、各類導(dǎo)航服務(wù)、標(biāo)簽索引能力等，為管理者、來訪者提供不同場(chǎng)景化應(yīng)用的能力。

2.3.4 應(yīng)用能力擴(kuò)展服務(wù)

應(yīng)用能力擴(kuò)展服務(wù)主要面向上層業(yè)務(wù)應(yīng)用和不同平臺(tái)終端，實(shí)現(xiàn)室內(nèi)位置服務(wù)各類應(yīng)用不斷疊加和不斷進(jìn)步的服務(wù)能力。

3 結(jié)語

飛速發(fā)展的科技和網(wǎng)絡(luò)帶寬能力給高精度室內(nèi)定位導(dǎo)航系統(tǒng)帶來了無限的可能。高帶寬的5G網(wǎng)絡(luò)使得迅速打開一張布滿標(biāo)簽和應(yīng)用數(shù)據(jù)的高精度地圖成為可能，讓在高精度室內(nèi)定位導(dǎo)航系統(tǒng)上進(jìn)行迭代各類應(yīng)用系統(tǒng)更加可期；讓一張圖走遍建筑群成為可能，再結(jié)合虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，更讓足不出戶逛盡商圈成為可能。

參考文獻(xiàn)

［1］高宏旭，邰強(qiáng).面向物聯(lián)網(wǎng)位置服務(wù)的無線定位技術(shù)：機(jī)遇與挑戰(zhàn)［J］.科技成果縱橫，2019（18）：107.

［2］劉公緒，史凌峰.室內(nèi)導(dǎo)航與定位技術(shù)發(fā)展綜述［J］.導(dǎo)航定位學(xué)報(bào)，2018（2）：7-14.

［3］蔡文郁，周展業(yè)，張棟.基于BL4.0 iBeacon技術(shù)的室內(nèi)定位算法研究［J］.杭州電子科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2016（5）：1-5，21.

［4］于佳亮，宋偉，孔德良，等.基于通信網(wǎng)絡(luò)的高精度時(shí)間傳送技術(shù)［J］.電信工程技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)化，2020（2）：5-8.

（編輯 （王雪芬）