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室内定位技术 报告人 朱兵邮箱 bingozhu 日期 2014 11 19 1 2020 1 14 室内定位技术概述 室内定位技术的现状 室内定位技术的应用前景 2020 1 14 2 室内定位技术概述 起源美国联邦通信委员会 FCC 于1996年下达指示要求移动运营商为移动电话用户提供E 911 紧急救援 服务 这就要求对所有移动电话用户实现定位功能 同时 FCC又于1999年对定位精度做出新的要求 FCC的这些举措大大促进了关于定位技术及其服务业务研究的发展 很多国家开始致力于研究商用定位技术并推出了各具特色的商用定位服务 近几年 全球移动用户的数量迅猛发展 为商用位置服务提供了极其诱人的市场前景 相关的位置服务业务可包括 紧急求救电话服务 物流管理 商业求助电话服务 个人问询服务 车辆导航服务 特定跟踪服务等等 2020 1 14 3 室内定位技术概述 随着物联网发展 各领域研究者越来越关注面向区域的定位技术 包括无线传感器网络 irelessSensingNetworks WSN 和无线局域网 WirelessLocalAreaNetworks Wlan 环境信息中很重要一点是空间位置信息 如果可以获得节点的当前位置 则许多实用的个性化功能就能实现 例如 大型仓储式超市 医院或者社区建筑物内 博物馆 智能家居中 2020 1 14 4 室内定位技术概述 室内定位在以下方面有着自身的特点 定位精度更高精度的定位信息会带来更大的便利 美国研发的机器人保安 稳健性室内环境复杂多变 要求定位技术具有很好的自适应能力 安全性很大一部分应用需求都是针对个人用户 方向判断判断目标方位和未来运动趋势 标志识别利用室内一些 标志性 目标提高定位精度 复杂度复杂度应该较低 2020 1 14 5 室内定位技术概述 定义 2020 1 14 6 室内定位技术的现状 室内定位技术解决方案介绍 室内定位技术遇到的主要问题 室内定位方案样例介绍 2020 1 14 7 室内定位技术解决方案介绍 LEFT RIGHT 2020 1 14 8 基于wifi室内定位 Wi Fi定位技术源于90年代末在美国兴起的热点地图 热点地图最初的目的是为了大家上网方便 国外许多公司都推出了允许用户在地图上查看 或标记 无线热点位置的应用程序 Ekahau是其中的代表 起源 2020 1 14 9 大面积推广WiFi定位 难在哪 1 Wi Fi网络部署对定位的影响2 AP间信道干扰对定位的影响3 场馆环境对Wi Fi信号的影响4 人体对Wi Fi信号的遮挡5 楼层判断的准确性 2020 1 14 10 WIFI定位改进方法 2020 1 14 11 基于射频识别 RFID 技术室内定位系统 简介 射频识别技术 RadioFrequencyIdentification RFID 是20世纪90年代开始兴起的一种自动识别技术 它利用射频信号通过交变磁场或电磁场耦合实现信息传递并通过所传递的信息达到识别的目的 特点 RFID标签实现了无接触操作 具有体积小 容量大 应用便利 无机械磨损 寿命长 无需可见光源 穿透性好 可重复使用 抗污染能力和耐久性强等特点 RFID 2020 1 14 12 RFID工作原理 2020 1 14 13 RFID应用 2020 1 14 14 室内定位方案样例介绍 谷歌方案 IndoorAtlas方案 Qubulus方案 杜克大学方案 关于室内定位技术的几个样例方案 诺基亚方案 2020 1 14 15 谷歌方案 室内无GPS wifi或基站信号的地方 室内一般也能搜索到2 3颗卫星 目前此方案的精度还不是很满意 所以谷歌后来又发布了一个叫 GoogleMapsFloorPlanMarker 的手机应用 号召用户按照一定的步骤来提高室内导航的精度 2020 1 14 16 谷歌方案 用户在使用谷歌的室内导航时 谷歌会收集一些GPS wifi 基站等信息 获取更多的建筑平面图 收集一些GPS wifi 基站等信息 通过服务器进行处理分析之后为用户提供更准确的定位服务 Before After 谷歌一直在努力解决两个问题 谷歌目前想通过 众包 的方式解决数据源的问题 就是鼓励用户上传建筑平面图 利用这些数据源为用户提供更准确的定位服务 2020 1 14 17 诺基亚方案 诺基亚在研究室内定位技术时 研发出名为HighAccuracyIndoorPositioning HAIP 的装置 一 设备带有蓝牙模块 就能够使用这种技术进行定位 二 三 仅有一个蓝牙模块还不能完成定位 还需要在室内安装一种定位发射台 通过这两者之间的通信完成定位 发射台可以覆盖100m 100m的范围 定位精度在30cm 100cm 而且成本低 功耗低等特点 一台或多台都能完成定位 2020 1 14 18 诺基亚方案 2020 1 14 19 诺基亚方案 诺基亚LD 6T 该设备具有发射信号的能力 并且上面标注了HAIPID的字样 那么这个叫做诺基亚LD 6T的设备就是具有诺基亚拥有独立自主产权的高精度室内定位发射台 HAIP还具有每秒50次的高速实时跟踪的特点 并且不限制被跟踪移动物体的数量 不需要校准不需要维护 发射台不需要网络连接 没有延迟 更重要的是 它将不会泄露用户的隐私 并且现在的智能手机都拥有蓝牙模块 用户不需要额外购买其他的设备 2020 1 14 20 IndoorAtlas方案 地球磁场 用户需要上传建筑平面图 拿着移动设备绕室内一圈 记录下各个位置的地磁信号特征 这些信息需要上传到IndoorAtlas的服务器 2020 1 14 21 IndoorAtlas方案 研究团队已经在一个4593英尺深 约合1380米 的矿洞中完成测试 该应用运行良好 而该应用在建筑物中运行的精确范围在0 1米 2米 用户无需安装其他配套软硬件即可使用 也可以配合其他地图应用获得更精确的位置信息 Textinhere Textinhere 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 地球上每一栋建筑物 每一个楼层 甚至每一个角落 它们的地磁都是不一样的 正因如此 通过探测其地磁就可以对它们进行定位 IndoorAtlas是芬兰奥卢大学 UniversityofOulu 的一个研究团队开发的移动地图应用 可以通过识别不同地点的地磁 帮助用户进行室内导航 IndoorAtlas通过识别地球每个位置独特的地磁进行定位 它甚至可以在没有无线信号的区域进行工作 2020 1 14 22 Qubulus方案 根据无线电信号 RadioSignature 来定位 无线电信号的强弱 收集无线电信号 根据这些差异计算出具体位置 2020 1 14 23 Qubulus方案 指纹图谱 根据无线信号的变化 采集无线信号生成图谱 QPS 引擎需要两个输入 器件的无线信号 与先前生成的指纹 定位引擎 2020 1 14 24 Qubulus方案 2020 1 14 25 杜克大学方案 2020 1 14 26 杜克大学方案 UnLoc UnLoc UnLoc 1 通过感知wifi 3G信号死角路标来计算你的位置2 通过运动特征 如电梯 楼梯等 这些位置已知的路标来计算你的位置3 当设备移动的时候 就根据其他感应器 陀螺仪 加速度传感器 方位传感器等 来跟踪设备的位置 这一过程精度会逐渐降低 但当到达下一个路标时 位置就会被校准 借助现实生活中路标 landmarks 的思想 2020 1 14 27 杜克大学方案 该技术采用相同的直觉 它充分利用了 看不见 的标志性建筑在室内环境中 手机使用其内置的传感器可以感知 示例的地标可以是不同的运动由电梯或楼梯间创建的签名 因为手机可以检测到运动 或WiFi或3G信号没有一定的死区 一旦检测到这样一种无形的地标 在手机上可以推断其当前的位置 然后从该点向前运动传感器 如加速度计 罗盘和陀螺仪 追踪其路径 随着时间的推移跟踪可能会变得不准确 但手机根据标志性建筑 不断地修正了自己的位置 应用程序最好的是 它是递归的 从零开始记录 随着时间的推移 它记录的信息越来越丰富 它定位的准确度也会逐渐提高 UnLoc ONE TWO THREE 2020 1 14 28 国产LocalSense室内定位系统 2020 1 14 29 高精度无线室内定位系统LocalSense 单系统覆盖1000平米 容量2000标签 10厘米级精度 应用于交通隧道 电力巡检 安防定位等 室内定位技术遇到的主要问题 现在 已有大量技术应用于室外和室内定位 如GPS 射频识别 Wi Fi等 然而 这些技术都必须通过各自的协议使用自带的应用程序接口 严重阻碍异构方案的发展 使用标准协议的异构定位解决方案也是存在的 它们使用隐藏底层定位技术的实时传输协议 RTP 和实时传输控制协议 PTCP 可以实现方案间的无缝切换 使用主动射频识别实时定位系统 RTLS 并结合GPS技术的商业系统已经存在 对于室内定位而言 还没有一个通用的技术 需要通过技术的融合来解决这种典型的应用案例 利用强大的中间件和应用软件 集成两种互补追踪技术的解决方案也是存在的 它能够提供更为完整的异构解决方案 以及更高的整体定位系统覆盖范围和可用性 精度问题仍然是无法快速普及应用的主要原因 2020 1 14 30 室内定位的应用前景 随着数据业务和多媒体业务数据的增长 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 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 设备与物品在室内的位置信息 但是受定位之间 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 因此很多企业与科研机构对室内定位技术做了深入开发和研究 移动数据业务量增长趋势 单位 亿MB 2009 2010 2011 50 100 140 2020 1 14 31 室内定位的应用前景 2004 Text Text Text 人们平均80 90 的时间在室内 70 的移动电话使用在室内 80 的数据连接使用在室内 indoor outdoor 随着智能手机的普及 以及移动互联网的发展 地图与导航类软件将进入一个新的时代 室内导航 2020 1 14 32 室内定位的应用前景 首先 公共安全和应急响应 在紧急情况下 每一个人都想被救援人员精确定位到 大到建筑物的位置 甚至是楼层或者房间号 其次 可以应用于手机购物 移动电子商务 个性化广告 优惠信息等