常见室内无线定位技术的研究与探讨VIP

1、常见室内无线定位技术的研究与探讨夏焌峰（大连海事大学 信息科学技术学院,辽宁 大连116026)摘要：针对近年来定位技术的应用越来越广泛，并且新兴的定位技术发展迅速，通过对常见的几种室内无线定位技术的介绍，讨论无线定位技术在室内实现的可能性以及各种方法的局限性，为使用者提供一些参考。关键词：无线、定位技术、比较、解决方案1 引言 近年来移动互联网迅速发展1，数据和多媒体业务快速增加，人们对于室内定位的需求日益增加。室内定位对于城市居民来说越来越重要，例如在超级商场，通过获得消费者个人位置信息和目标商品位置信息，进行路线指引，实现智能导购；在突发灾难中，通过室内定位，引导救援人员以最快速度解救大

2、楼内被困人员；在医院里，病人的监控以及医疗设备的管理等。实现低成本且高精度的室内定位，具有非常重要的现实意义。GPS 1是目前广泛应用于航空航海、车辆导航等领域的室外定位技术，其优势在于卫星的大面积有效覆盖和定位导航信号免费；缺点是终端成本较高和定位精度误差源影响较大。GPS定位信号较弱，无法穿透建筑物，建筑物内搜到卫星的数量很难达到4颗以上，无法通过解算伪距得到当前位置，因此GPS等卫星定位导航系统不适合室内定位。室内定位技术解决方案主要有：A-GPS定位技术、超声波定位技术、蓝牙技术、红外线技术、射频识别技术、超宽带技术、无线局域网络等。2 常见无线定位技术介绍及比较2.1 常见无线定位技

3、术介绍2.1.1 蓝牙技术蓝牙技术通过测量信号强度进行定位。这是一种短距离低功耗的无线传输技术，在室内安装适当的蓝牙局域网接入点，把网络配置成基于多用户的基础网络连接模式，并保证蓝牙局域网接入点始终是这个微微网(piconet)的主设备，就可以获得用户的位置信息。蓝牙技术主要应用于小范围定位，例如单层大厅或仓库。蓝牙室内定位技术最大的优点是设备体积小、易于集成在PDA、PC 以及手机中，因此很容易推广普及。理论上，对于持有集成了蓝牙功能移动终端设备的用户，只要设备的蓝牙功能开启，蓝牙室内定位系统就能够对其进行位置判断。采用该技术作室内短距离定位时容易发现设备且信号传输不受视距的影响。其不足在于

4、蓝牙器件和设备的价格比较昂贵，而且对于复杂的空间环境，蓝牙系统的稳定性稍差，受噪声信号干扰大。2.1.2红外线定位技术红外线室内定位技术定位的原理是，红外线标识发射调制的红外射线，通过安装在室内的光学传感器接收进行定位。虽然红外线具有相对较高的室内定位精度，但是由于光线不能穿过障碍物，使得红外射线仅能视距传播。直线视距和传输距离较短这两大主要缺点使其室内定位的效果很差。当标识放在口袋里或者有墙壁及其他遮挡时就不能正常工作，需要在每个房间、走廊安装接收天线，造价较高。因此，红外线只适合短距离传播， 而且容易被荧光灯或者房间内的灯光干扰，在精确定位上有局限性。2.1.3射频识别技术（RFID）射频

5、识别技术利用射频方式进行非接触式双向通信交换数据以达到识别和定位的目的。这种技术作用距离短，一般最长为几十米。但它可以在几毫秒内得到厘米级定位精度的信息， 且传输范围很大，成本较低。同时由于其非接触和非视距等优点，可望成为优选的室内定位技术。目前，射频识别研究的热点和难点在于理论传播模型的建立、用户的安全隐私和国际标准化等问题。优点是标识的体积比较小，造价比较低，但是作用距离近，不具有通信能力，而且不便于整合到其他系统之中。2.1.4超宽带技术（UWB）超宽带技术是一种全新的、与传统通信技术有极大差异的通信新技术。它不需要使用传统通信体制中的载波，而是通过发送和接收具有纳秒或纳秒级以下的极窄脉

6、冲来传输数据，从而具有3.110.6GHz量级的带宽。超宽带可用于室内精确定位，例如战场士兵的位置发现、机器人运动跟踪等。超宽带系统与传统的窄带系统相比，具有穿透力强、功耗低、抗多径效果好、安全性高、系统复杂度低、能提供精确定位精度等优点。因此，超宽带技术可以应用于室内静止或者移动物体以及人的定位跟踪与导航，且能提供十分精确的定位精度。2.1.5 Wifi技术无线局域网络(WLAN)是一种全新的信息获取平台，可以在广泛的应用领域内实现复杂的大范围定位、监测和追踪任务，而网络节点自身定位是大多数应用的基础和前提。当前比较流行的Wi-Fi定位是无线局域网络系列标准之IEEE802.11的一种定位解

7、决方案。该系统采用经验测试和信号传播模型相结合的方式，易于安装，需要很少基站，能采用相同的底层无线网络结构，系统总精度高。芬兰的Ekahau公司开发了能够利用Wi-Fi进行室内定位的软件。Wi-Fi绘图的精确度大约在1米至20米的范围内，总体而言，它比蜂窝网络三角测量定位方法更精确。但是，如果定位的测算仅仅依赖于哪个Wi-Fi的接入点最近，而不是依赖于合成的信号强度图，那么在楼层定位上很容易出错。目前，它应用于小范围的室内定位，成本较低。但无论是用于室内还是室外定位，Wi-Fi收发器都只能覆盖半径90米以内的区域，而且很容易受到其他信号的干扰，从而影响其精度，定位器的能耗也较高。2.1.6 Z

8、igBee 技术ZigBee是一种新兴的短距离、低速率无线网络技术，它介于射频识别和蓝牙之间，也可以用于室内定位。它有自己的无线电标准，在数千个微小的传感器之间相互协调通信以实现定位。这些传感器只需要很少的能量，以接力的方式通过无线电波将数据从一个传感器传到另一个传感器，所以它们的通信效率非常高。ZigBee最显著的技术特点是它的低功耗和低成本。2.2 常见无线定位技术比较表1 常见无线定位技术比较23定位精度可靠性使用成本安全性蓝牙技术5米中高中红外线技术5m低中高超宽带技术0.15m低高低射频技术1m中低中Wi-Fi技术1.5米低低中Zigbee技术3米高低高3 室内定位技术解决方案介绍3

9、.1 谷歌方案谷歌手机地图6.0版的时候已经在一些地区加入了室内导航功能，此方案主要依靠GPS（室内一般也能搜索到23颗卫星）、wifi信号、手机基站以及根据一些“盲点”（室内无GPS、wifi或基站信号的地方）的具体位置完成室内的定位。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“Google Maps Floor Plan Marker”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。谷歌一直在努力解决两个问题：获取更多的建筑平面图；提高室内导航的精度。建筑平面图是室内导航的基础，就如同GPS车用导航需要电子导航地图一样。谷歌目前想通过“众包”的方式解决数据源的问题，就

10、是鼓励用户上传建筑平面图。另外，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，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。3.2 洛基亚方案诺基亚采用的是HAIP技术，具体是什么笔者也没能查到更多的资料，不过诺基亚正在努力使它成为蓝牙协议的一部分，这样只要你的设备带有蓝牙模块，就能够使用这种技术进行定位。当然，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。这种发射台可以覆盖100m100m的范围，定位精度在30cm100cm，据说这种发射台还有成本低、功耗低等特点，一台或多台都能完成定位。3.3 博通方案博通公

11、司研制了一种用于室内定位的新芯片（BCM4752），具备三维定位功能（即你所在位置的高度也算出来）。这种芯片可以通过wifi、蓝牙或NFC等技术来提供室内定位系统支持。更强大的是，该芯片可以结合其它传感器，例如手机里的陀螺仪、加速度传感器、方位传感器等，将你位置的变化实时计算出来，甚至做到没有死角。博通公司的如意算盘是将这种芯片内置到智能手机里。3.4 IndoorAtlas方案IndoorAtlas是一家专注于室内导航解决方案的公司，刚成立不久。IndoorAtlas的方案基于地球磁场，依据是每一个具体位置的磁场信息都不一样。不过使用这种技术进行导航比较麻烦，首先用户需要上传建筑平面图，然后

12、还需要你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。最后，你需要使用IndoorAtlas提供的工具包开发一个应用才能使用定位功能（IndoorAtlas的开发工具包可以在线申请，不过笔者申请了两次都没结果）。3.5 Qubulus方案跟IndoorAtlas不同的是，Qubulus公司根据无线电信号（Radio Signature）来定位。每一个位置的无线电信号数量、频度、强度等也是不同的，Qubulus根据这些差异计算出你的具体位置。使用Qubulus的方案，你同样需要收集室内的无线电信号。Qubulus也提供了开发工具包，很容易

13、申请下来。开发工具包里有一个例子，可以使用Eclipse直接编译通过。3.6杜克大学方案杜克大学则借助现实生活中路标（landmarks）的思想，正在开发一个叫做UnLoc的应用。此应用通过感知wifi、3G信号死角，以及一些运动特征，如电梯、楼梯等，并根据这些位置已知的路标来计算你的位置。当你移动的时候，就根据其他感应器（ 陀螺仪、加速度传感器、方位传感器等）来跟踪你的位置。这一过程精度会逐渐降低，但当你到达下一个路标时，位置就会被校准。4.总结通过对常见的几种室内定位技术的了解及比较，可以看出每种方法都有其优缺点，在室内这样比较复杂的环境里，相对而言ZigBee 技术有更多的优势，也正被应用到住宅、酒店、写字楼等场所，前景也十分可观，但如果能将卫星导航技术与无线定