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室内定位技术研究进展室内定位技术包括：AGPS、红外线、超声波、UWB、WaveLAN、RFID、视觉等。1、AGPS（辅助全球定位技术）a)基本原理：使用GPS芯片和移动电话网络来实现定位，定位中端首先将本身的基站地址通过网络传输到AGPS定位服务器，AGPS定位服务器根据该终端的概略位置传输与该位置相关的GPS辅助信息估算该终端的位置，最后AGPS服务器将该手机的位置通过网络传输到定位终端或应用平台，AGPS系统如下图1：图1b）算法及精度：文献12；用诺基亚E72测试在大楼内实测精度为30m(49.44%有效)，60m（97.99%有效）。1张鹏,骆晓亮.一种终端定位方法和一种基站.H04W64/00(2009.01)I,201110030091,2012-08-01.2 谢翔,荆昊,郭际明.室内环境下手机GPS 定位精度研究.测绘通报,2012,8(2):9597.2、红外线定位技术a)基本原理：Active badges 是Cambridge大学AT &T实验室开发的第一个室内定位传感系统，每个人身上携带一个微型的红外发射器，该发射器每10-15秒钟发射一个独特的身份信息代码，覆盖在建筑物内的红外接收站网络将会接收到这些红外发射器发出的信号而进行定位。b）算法和精度：文献3通过使用多对红外发射器和红外接收器交叉组成的探测信号网来覆盖待测空间，探测距离为30m，定位精度可达0.05m；文献4基于最小二乘法原理的极小化误差法，探测距离20km，精度为10m。3 宁静.采用红外织网的室内定位技术.激光与红外,2011,7 (41):775777.4 侯娜,黄道君.红外无源定位技术研究.电子对抗技术, 2002,17(4):1214.c)缺陷：红外线虽然有较高的定位精度，但由于光线不能穿过障碍物，使得红外线仅能视距传播，只能直线视距且传输距离较短。需要在每个房间、走廊安装接收天线，造价高，红外线只适合短距离传播。3、超声波定位技术a) 基本原理：Cambridge AT&T实验室在Active Badges系统基础上开发了Active bats超声波定位技术, 该技术能够提供更好更精确的室内定位服务. 人员或物品携带或附属一个“bats”的超声波标签,这些标签向安装在天花板上的超声波接收器定期发出超声波信号, 定位系统产生基本的位置和导向信息, 如图2 所示. 使用超声波定位技术的问题是需要在天花板上安装大量的超声波接收器以及这些接收器的安装位置也需要精确地计算。图2为了解决Active bat定位系统需要安装大量周密部署接收器装置的问题, MIT 开发了最早的可轻松随意部署的定位系统Cricket. 它由散布在建筑物内位置固定的锚节点和需要定位的人或物体携带的未知节点(称为Listener)组成锚节点随机地同时发射RF 和超声波信号，超声波信号中包含该锚节点的位置和ID， 未知节点使用TDOA技术测量其与锚节点的距离, 当它能够获得3个以上锚节点距离时(即使用三边测量法提供物理定位)。物理空间互联网络的分布式物体定位系统Distributed Object Locating System for Physical space Internetworking (Dolphin). b）算法和精度：文献5在一个10m的室内环境精度可达1-2cm，文献6基于超声波技术和射频技术, 引入节能机制, 改进Cricket 室内定位系统的信道分配策略, 当信标和接收机距离为0-6m时, 精度为1.2m.。文献7和8介绍了Dolpin系统由分布式的无线传感结点组成, 这些结点发射和接收RF和超声波信号, 采用分布式定位算法, Dolpin技术降低了物体定位的系统配置, 在3m*3m的空间可以达到2cm的精度.5 Priyantha NB. The cricket indoor location systemPhD Thesis. Massachusetts Institute of Technology, 2005.6 刘君,吴建国,褚曦丹,朱丽进,李炜.Cricket 室内定位系统的研究与改进.计算机技术与发展,2011,5(21):207209.7 Fukuju Y, Minami M, Morikawa H, Aoyama TD. An autonomous indoor positioning system in ubiquitous computing environment,in Proc of the IEEE Workshop on Software Technologies for Future Embedded Systems, 20038 Minami M, Fukuju Y, HirasawaK, Yokoyama S, MizumachiM, Morikawa H, Ao yama T. Dolphin:A practical approach for implementing a fully distributed indoor ultrasonic positioning system,Ubicomp, 2004.347365.4、RSSI定位技术a) 基本原理：Received Signal Strength Information(RSSI)接收信号强度信息技术是使用RF信号来估算发送和接收设备间的距离，被测物体的位置是根据接收到的RF信息强度来利用三角测量或三边测量技术计算的, 在测量之前需要建立参考位置信息数据库, 待测的RSSI数据需要和经验测试数据相对比来找到最匹配的结果。由于RSSI数据会受到室内墙壁或障碍物的多径反射折射影响, 所以在实际应用中应充分考虑到。 采用RF信号定位的系统有WaveLAN, Ultra Wide Band ,RFID.b）算法和精度：文献9报道了一个利用WaveLAN无线网络技术开发的室内跟踪系统, 该系统利用网卡接收到的信号强度和有效的信噪比, 根据室内无线信号传播的经验数据或者数学算法通过三角法计算出物体平面的位置. 这个定位技术方法优势是部属灵活方便, 只需要极少的无线基站, 但是被跟踪定位的物体必须配置一个WaveLAN网卡模块, 而且在多层建筑物内使用会收到信号的穿透干扰影响, 系统的定位精度在3m左右. 文献10报道基于空间相关性滤波和迭代最小余差剔除NLoS的ToA定位算法, 其定位精度小于1m.9 Bahl P, Padmanabhan VN. User Location and Tracking in an In-Building Radio Network,Microsoft Research Technical Report: MSR-TR-99-12, February 1999.10 Luo HY, Liu SJ, Liu XM. NLoS Mitigation in ToA Localization Based on Spatial Correlation Filter and Iterative Minimum Residual,China Communication(中国通信英文版),2012,4(9):1416.超宽带(Ultra Wide Band,UWB)技术, 是一种无线载波通信技术, 广泛应用于定位技术中, UWB定位原理按照测量参数不同,可分为基于接收信号强度法(Signal-Strength,SS)、基于接收信号时间法(Time of Arrival,TOA)和基于接收信号角度法(Angle of Arrival,AOA), UWB定位系统由传感器组、定位标签、服务器等组成, 系统连接如图3所示。文献11报道超宽带脉冲(IR-UWB)信号具有的高达纳秒级别的时间分辨能力, 结合基于到达时间(TOA, time of arrival)的测距算法在理论上可获得厘米级别的定位精度. 文献12提出利用NLOS距离误差信息对TOA测距结果修正可以提高定位精度, 试验证明精度可达5-45厘米.图311 GEZICI S, POOR H V. Position estimation via ultra-wideband signals.IEEE Proceedings,2009,97(2):386403.12 Gab-Hoe Kim,Jong-Sung Kim,Ki-Sang Hong.Vision-based Simultaneous Localization and mapping with Two Cameras, RSJ Int conference on intelligent robots and systems 2009: 34013406.RFID(Radio Frequency Identification )是一种非接触式无线射频识别技术, 也称为电子标签, 其成本低, 通信协议简单、灵活, 被广泛应用在物品、人员、车辆等的识别跟踪和定位上. 比较典型的有SPOTON和LAND-MARC系统，LAND-MARC系统是一种基于有源射频识别技术、以位置固定的参考标签为辅助校验定位基准的二维动态定位识别系统, 整个系统包括RFID读写器、RFID待定位标签和参考标签, 如图4所示，基本算法是基于间接测量和近邻算法的原理, 利用经验公式来估算待定标签的坐标位置。文献13提出改进的LAND-MARC算法, 定位精度可达0.03-1.85m之间。SpotON是基于信号强度分析, 发展了一种聚合算法对三维空间进行定位, SpotON系统中硬件标签成网络状分布, 无需中央控制单元, 通过检测到标签的信号强弱值来换算表示标签之间的物理距离。文献14提出一种基于SpotON的室内3D定位感知系统，测量精度达1m3。13 顾嘉,钱钰博,孙厚芳,王婧.工装室内定位技术研究,北京理工大学学报,2010,9(30):10571059.14 Hightower J, Want R, Borriello G. SpotON: An indoor 3D location sensing technology based on RF signal strength,UWCSE00-02-02, /homes/jeffro/pubs/hightower2000indoor/hightower2000indoor.pdf.February 2000:3536.图4RFID区域和点式定位: 在一些实际应用中, 对于定位精度要求不高的区域定位, 则采用简单的RFID阅读器定位方法, 每个RFID阅读器都有一定的接收距离, 合理部署RFID阅读器, 通过软件组合逻辑判断定位标签在哪个阅读器读取范围之内, 该定位精度取决于阅读器读写距离以及阅读器安装的密度, 一般实际应用精度在10米左右, 如图5所示. 如果要在此基础上实现某些特定区域或轨迹的精确定位, 则可以增加低频RFID(125K)唤醒器和带低频唤醒的RFID标签, 由于125K低频电磁波基本不受环境影响(除了金属), 而且识别距离可稳定控制在1-3m范围, 其精度小于1m。图55、计算机可视化系统a) 基本原理：文献18提出一种利用多摄像头来定位人员的可视化系统, 系统采用两套立体彩色摄像头来定位房间内的多个人员活动。立体图像用来定位员，彩色图像用来辨别身份。该系统的缺点是需要在室内每个角落安装多个摄像头，所以造价昂贵。b）算法和精度：文献15 系统的定位精度可达10cm；文献16报道了动平台下双目视觉定位标定算法定位精度控制在毫米范围内。15 Krumm J, Harris S, Meyers B, Brumitt B, Hale M, Shafer S.Multi camera Multi-person tracking easy living. 3rd IEEE International Workshop on Visual Surveillance, Dublin,Ireland, 2000:18.16 钱真,彭秀艳,贾书丽,刘海波.动平台下双目视觉定位标定算法研究.计算机仿真,2012,10(29):293297.总结：总体概述室内定位技术发展有两个方向：广域室内定位技术和局域室内定位技术。广域室内定位技术的代表是北邮的 TC-OFDM、澳大利亚的 Locata 和美国高通公司的方案，这些都是承载到广域网上实现广域覆盖的；局域室内定位技术的代表是 Wi-Fi、蓝牙、ZIGBEE、RFID 等定位方案，这些都是承载到局域网中实现局部区域的覆盖。广域室内定位技术通常需要改造基站及手机芯片等设备模块，成本巨大、时间周期较长。局域室内定位技术成本较低、周期短，是目前商业化推广运作较好的选择方案。所以下文我们主要谈谈关于局域室内定位的几种技术：蓝牙室内定位技术的代表是 Nokia，推出了 HAIP 的室内精确定位解决方案，采用基于蓝牙的三角定位技术，除了使用手机的蓝牙模块外，还需部署蓝牙基站，最高可以达到亚米级定位精度。但由于蓝牙基站的不普及，室内精确定位成本较高，在目前公开报道中，尚没有大规模推广的报道。超宽带定位的代表是 Ubisense，其定位方案采用 UWB（超宽带）脉冲信号，由多个传感器采用 TDOA 和 AOA 定位算法对标签位置进行分析，多径分辨能力强、精度高，定位精度可达亚米级。但 UWB 难以实现大范围室内覆盖，且手机不支持 UWB，定位成本非常高。超声波定位应用案例的代表是 Shopkic，在店铺安装超声波信号盒，能够被手机麦克风检测到，从而实现定位，主要用于店铺的签到。手机自主惯性传感器定位导航的代表是 Broadcom 和 Intel，他们推出利用手机的惯性传感器数据进行定位计算的硬件解决方案，但由于手机初始姿态的不确定性和手机惯性传感器精度问题，室内定位效果不佳。现在越来越多的人用自主惯性传感器定位导航进行辅助导航，特别是 IOS 手机不开放 RSSI 等接口的情况下。LED定位的代表是 Bytelight， LED 定位系统通过往天花板上的 LED 灯具实现，灯具发出像莫斯电报密码一样的闪烁信号，再由用户智能手机照相机接收并进行检测，而且用户不需要将手机相机对准某一个特定方向，亦可以接收到反馈过来的直接光源信号，定位精度可以在 1 米之内。LED 定位需要改造 LED 灯具，增加芯片，增加成本，尽管如此，LED 定位是一种很有潜力的室内定位技术。 Wi-Fi定位由于 Wi-Fi 网络的普及，变得非常流行。Wi-Fi 定位可以达到米级定位（110 米），传统的 Wi-Fi 定位产品主要应用在专业行业领域（矿井、监狱、医院、石油石化等），如 Aeroscout 和 Ekahau 公司的 Wi-Fi 定位产品。一些 Wi-Fi 网络设备厂商如 Cisco、Motorola 等公司也有自己的 Wi-Fi 定位产品，并随着其 Wi-Fi 网络设备的推广，已经有很多应用。随着市场（特别是大众消费相关行业）对室内定位需求的增加，google 把 Wi-Fi 室内定位和室内地图引入了 google 地图，一年多来已经覆盖了北美和欧洲一万大家大型场馆，近期也涌现出一批 Wi-Fi 定位很有特色的公司，如Wifislam、Meridian、智慧图、wifarer、wifront 等公司。百度、高德、四维等公司也在研发 Wi-Fi 室内定位产品。基于RFID的定位，采用刷卡方式，根据阅读器位置对刷卡人员或设备进行区间定位。主要应用在仓库、煤矿、货物跟踪、安检、ETC、办公考勤等，无法进行实时定位，定位精确度低。基于ZIGBEE的定位产品，主要用于工业的传感领域和智能家居方面。基于地磁和计算机视觉定位的产品，目前这两类产品大多用于军事及科学探测，如军事上的水下导航常用地磁导航，火星车的导航用到了计算机视觉导航。面对这么多技术解决方案可能大家有点眼花缭乱，这里简单成一句话：很多信号都有可能被用于室内定位，蓝牙、超宽带脉冲、超声波、等等。不过大家也可能注意到了，Wifi 因为上网的需要变得非常普及，除了 Wifi 信号，其余都必须铺设单独铺设信号发生器，甚至有些技术还要求从新在前端上也铺设信号接收设备，这给商用大面积推广带来了巨大的阻力。WiFi 定位技术的定位精度仅到米级，相比于蓝牙、超宽带、激光等技术的亚米级、甚至分米级的定位方案要逊色很多。定位精度的提高会带来成本的提高，甚至也是指数关系。现在的室内定位需求大部分为客流统计分析（常用在商场）、实时导航（停车场找车）、基于地理围栏的广告推送，安全监控（火车站甚至矿井）等。目前米级的室内定位精度已经能够满足绝大部分市场的需求了，因为在室内，米级的定位精度意味着抬头就能看见。1 千平米的区域利用超宽带定位到达分米级定位，需要几十万元，而同样的费用利用 Wi-Fi 可以覆盖一个十万平米的商场，在这个商场中不仅可以做到米级的定位，还可以满足上网需求（在商场中用户的需求中，上网的需求远远大于室内定位导航的需求）。Wi-Fi 定位并不是不能做亚米级乃至分米级的定位，英国的研究机构就用 Wi-Fi 技术来探测墙后恐怖分子的肢体活动，当然这个成本目前也不是大众消费市场所能负担的。（注：定位精度在 0.1 米0.5 米 ，通常称为分米级定位；定位精度在 0.5 米1 米，称为亚米级定位；定位精度在 1 米10 米则称米级定位。 ）从图上看，能够满足米级定位精度的定位技术，从规模上推广角度来看由易到难，依次为 Wi-Fi、LED、RFID、ZiBee、超声波、蓝牙、计算机视觉、激光、超宽带等。因此，从技术成熟与大规模应用的现实角度考虑，Wi-Fi 定位技术成为当前主流、也是未来最具发展潜力的室内定位技术手段之一。Wi-Fi 定位技术除具有良好的精度和可用性外，其独特优势在于 Wi-Fi 芯片已经在各类用户智能终端（智能手机、平板电脑等）中得到广泛普及，并且随“无线城市”的发展，国内各大城市电信运营商、公司与家庭均已安装了大量的 Wi-Fi 热点与网关，通过利用现有的这些 Wi-Fi 设施，能够显著降低建设与长期运营成本，快速实现项目预定目标。WiFi定位技术的起源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。后来人们发现用热点地图可以进行定位，比如说智慧图公司有一个 SSID 为 RTMAP（MAC 地址为 XX）的 AP，当用户收到这个 AP 信号时我们就可以认为在智慧图公司附近。由于 AP 的信号传播范围在几十米，大多室内 AP 在 20 米左右，所以定位精度可以认为 20 米左右。在 20012003 年，联通公司兴致勃勃的推高通公司的室内定位（A-GPS），因为 CDMA 网支持 40 米的室内定位，在当时相比中国移动的 200 米定位方案（小区基站）具有相当的优势，但是很快就被以百度、高德为代表的热点地图定位方案冲击掉了。现在还有网友在为高德、百度地图是否能支持室内定位而争辩不休。热点地图定位的缺点也很明显，一是精度不够，二是 AP 位置发生变化时容易出错。2011 年我们曾把方正大厦的 AP 拿到我们公司进行测试，我们公司所有人的手机上的高德、百度地图都把我们定位到了方正大厦。为了克服热点地图的缺点，很多机构和公司研究了基于 Wi-Fi 的精确定位技术。对于 Wi-Fi 的精确定位技术，有硬件解决方案和软件解决方案两种方案。硬件（芯片）解决方案（高通、三星等）采用 TDOA 定位技术，由于其时钟同步的高难度和高成本、惯性传感器的低精度等原因，一直没有取得理想的定位效果，推进周期比较慢。软件解决方案（Google、Microsoft、AeroScout、Ekahau、Cisco、Motorola、Wifislam、智慧图）采用 Fingerprint 定位技术，由于其灵活、高精度、低成本，推进周期比较快。Google、Wifislam、智慧图推出了面向 C 端用户的产品，AeroScout、Ekahau 主要面向矿井、监狱等行业领域，Cisco、Motorola 等推出 Wi-Fi 定位产品主要为了其 Wi-Fi 相关设备的销售。近期，有几家专门从事 Wi-Fi 定位技术及其应用的公司涌现出来，如 Wifislam、meridian、智慧图、wifarer、wifront，百度、高德、四维、点道、图渊等公司也在进行室内定位产品研发。Wifislam 的核心技术是 SLAM 技术（指纹精确定位和指纹快速采集处理技术）、手机惯导辅助定位技术和地图路径自动获取技术。Wifislam 已经被苹果公司收购， meridian对室内定位的应用做的非常好，但不掌握核心的定位技术，meridian 被收购前做的几十个应用案例用的都是 Cisco 的定位平台，但 meridian 却被 Aruba 收购了。Meridian 核心是在云端可快速定制的室内定位 APP、室内定位的平滑显示和功能强大的位置（用户行为）数据统计分析。智慧图掌握指纹精确定位和指纹快速采集处理技术、室内地图技术、wifi 定位反向解算技术、手机惯导辅助定位技术、室内定位数据和地理信息数据迭加技术。智慧图的室内定位已经覆盖了 46 个场馆，包括 22 个航站楼、11 个商场和 13 个演示区。wifarer核心技术是指纹精确定位、wifi 定位反向解算技术和手机惯导辅助定位技术。Wifarer 的室内定位已经覆盖了北美和欧洲 50 多家场馆。wifarer 室内定位视频：Wifront是今年刚成立的公司，核心技术是无线定位、优选导航和信息地图， 大面积推广WiFi定位，难在哪？北京、上海、深圳、成都的一些公司都在自己的实验场地搭建了小范围的定位案例，但在大面积推广时还有两大类问题。第一类问题是室内定位需要米级（110 米）的定位精度，并能够判断楼层，Wi-Fi 定位是否能做到呢？影响 Wi-Fi 定位精度的因素有很多：Wi-Fi网络部署对定位的影响。目前大多数场馆上 Wi-Fi 时只考虑上网的需求，没要考虑定位的需求，所以一般运营商在进行网络部署时，休息室、咖啡厅等人员密集有上网需求的地方，AP 部署较多，而对于大厅、通道等人员上网需求较少的地方，AP 数量较少，或者利用室分系统大面积覆盖。定位与上网所需的 AP 的数量级是一样的，但定位需要 AP 部署相对均匀，尽量避免出现盲区。AP间信道干扰对定位的影响。现在许多场馆是利用运营权的模式实现 Wi-Fi 部署的，所以只要给钱，都可以进去部署。经常会在一个场馆中出现几家运营商和 Wi-Fi 运营公司都去部署的情况。不同的 WI-FI 网之间会带来信道干扰，严重的情况会出现有信号却无法上网的情况，同样信道干扰对定位影响非常大，会造成定位失败。如许多机场都有 Wi-Fi 信号覆盖（同一点会收到几十甚至上百个信号），但上网总是断网，某知名公司在机场进行 Wi-