室内导航定位技术与进展

1、卫星导航定位技术研究中心卫星导航定位技术研究中心2012-11-20一、概述二、室内定位技术三、室内定位原理四、室内导航电子地图五、商业解决方案六、室内定位的机遇与挑战一、概述室外室外GNSS导航定位导航定位室内定位-移动位置服务的最后一米-人们平均人们平均80-90%的时间在室内的时间在室内 -70%的移动电话使用和的移动电话使用和80%的数的数据连接使用来自室内据连接使用来自室内 室内需要导航定位怎么办？室内需要导航定位怎么办？1、大型商场里面借、大型商场里面借助室内导航快速找到助室内导航快速找到出口、电梯出口、电梯2、家长用来跟踪小、家长用来跟踪小孩的位置避免小孩在孩的位置避免小孩在超市

2、中走丢超市中走丢3、商店根据用户的、商店根据用户的具体位置向用户推送具体位置向用户推送更多关于商品的介绍更多关于商品的介绍GNSS缺陷缺陷室内信号遮挡无法定位民用定位精度过低（10m左右）1、A-GPS2、RFID、NFC3、WIFI4、ZIGBEE5、UWB6、蓝牙7、其它技术二、室内定位技术A-GPS(Assisted GPS)A-GPS 系统可以通过运系统可以通过运营商基站信息来进行快速营商基站信息来进行快速定位定位RFID 物流领域 射频识别（RFID）技术是一种利用射频通信实现的非接触式自动识别技术。有源（主动）：可达30米无源（被动）：最远可达10米近场通信近场通信（Near Fi

3、eld Communication，NFC）允许电子设备之间进行非接触式点对点数据传输（在十厘米内）交换数据WiFiWi-Fi是一种能够将个人电脑、手持设备（如PDA、手机）等终端以无线方式互相连接的技术，距离100米以内。Zigbee-工业控制一种低速短距离传输的无线网络协定。低速、低耗电、低成本、支援大量网络节点、支援多种网络拓扑、低复杂度、快速、可靠、安全蓝牙(blue-tooth)是一种支持设备短距离通信（一般10m内）的无线电技术。能在包括移动电话、PDA、无线耳机、笔记本电脑、相关外设等众多设备之间进行无线信息交换。蓝牙4.0 通讯距离达10米UWB(Ultra Wideband)

4、超宽带 一种无载波通信技术，利用纳秒至微微秒级的非正弦波窄脉冲传输数据。有人称它为无线电领域的一次革命性进展，认为它将成为未来短距离无线通信的主流技术。 具有极强的穿精度透能力，可在室内和地下进行精确定位。 UWB 信号的有效传输距离在10m 以内，UWB 普遍地定位于个人局域网范畴Ubisense系统系统定位精度可达15cm,是目前国内无线电定位的最高精度其它技术视频-（图像识别、二维码等）无线电-（FM）地磁场等三、室内定位原理距离测量到达时间(Time of Arrival，TOA)到达时间差( Time Difference of Arrival，TDOA )到达角度( Angle o

5、f Arrival，AOA )接收信号强度指示（Received Signal Strength Indicator，RSSI）位置指纹IP、信号强度 、RFID、二维码编码等TOA基于基于TOA测距时，已知信号的传播速度，则可根测距时，已知信号的传播速度，则可根据信号的传播时间来计算节点之间的距离。据信号的传播时间来计算节点之间的距离。TDOA发射节点同时发射两种不同传播速度的无线信号，这两种无线信号的传播速度已知。接收发射节点同时发射两种不同传播速度的无线信号，这两种无线信号的传播速度已知。接收节点根据两种无线信号到达的时间差，计算两个节点之间的距离节点根据两种无线信号到达的时间差，计算两

6、个节点之间的距离RSSI基于基于RSSI测距时，已知发射节点的发射信号强度，接收节点测距时，已知发射节点的发射信号强度，接收节点根据接收到的信号强度，计算出信号的传输损耗，然后根据根据接收到的信号强度，计算出信号的传输损耗，然后根据理论或经验模型将传输损耗转化为两个节点之间的距离。理论或经验模型将传输损耗转化为两个节点之间的距离。理论模型理论模型位置指纹库RSSI指纹指纹IP指纹指纹射频标签射频标签ID号号二维码二维码013楼教室机房楼教室机房四、室内导航电子地图室内位置服务系统基本功能 1、 地图定位 2、设施查询（商铺、洗手间、电梯等） 3、路径导航地图可视化空间

7、数据模型Google 二维室内地图二维室内地图http:/ Accuracy Indoor Positioning (HAIP)HAIP使用由诺基亚开发的低功耗无线信号技术，该技术将成为蓝牙技术的使用由诺基亚开发的低功耗无线信号技术，该技术将成为蓝牙技术的一种标准。一种标准。 HAIP技术包括固定于屋顶的方向性发射台，可以用来接受和发射定位信号。技术包括固定于屋顶的方向性发射台，可以用来接受和发射定位信号。 HAIP的准确度和可靠性比的准确度和可靠性比WLAN有非常明显的优势，可以达到一米以下，有非常明显的优势，可以达到一米以下，办公室环境里甚至可以达到办公室环境里甚至可以达到30厘米，而且不

8、受环境因素影响。厘米，而且不受环境因素影响。 HAIP覆盖范围广。一个发射台可以覆盖覆盖范围广。一个发射台可以覆盖100米的距离，在较高的屋顶安装，米的距离，在较高的屋顶安装，覆盖范围可以达到覆盖范围可以达到1000平方米。平方米。 HAIP低功耗的特点也非常突出。发射台可以使用电池，而一般的纽扣电池低功耗的特点也非常突出。发射台可以使用电池，而一般的纽扣电池就可以使电子标签使用两年以上。就可以使电子标签使用两年以上。 IndoorAtlas方案方案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

9、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）。Qubulus方案方案跟跟IndoorAtlas不同的是，不同的是，Qubulus公司根据无线电信号（公司根据无线电信号（Radio Signature）来）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，定位。每一个位置的无线电信号数量、频度、

10、强度等也是不同的，Qubulus根据这根据这些差异计算出你的具体位置。使用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的方案，你同样需要收集室内的无线电信号。信号。Qubulus也提供了开发工具包，很容易申请下来。开发工具包里有一个例子，也提供了开发工具包，很容易申请下来。开发工具包里有一个例子，可以使用可以使用Eclipse直接编译通过。直接编译通过。杜克大学方案杜克大学方案杜克大学则借助现实生活中路标（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）的思想，正在开发一个叫做UnLoc的应用。此应用通过感知的应用。此应用通过感知w

11、ifi、3G信号死角，以及一些运动特征，如电梯、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（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。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。室内定位的挑战室内定位的挑战 技术挑战技术挑战 GPS信号难以进入室内信号难以进入室内 室内环境的干扰很多室内环境的干扰很多 信号反射，折射，衍射产生多径传播，信号反射，折射，衍射产生多径传播， 环境温度，湿度，物体变动，人员走动，都会导致接受信号的变化，环境温度，湿度，物体变动，人员走动，都会导致接受信号的变化，影响定位的精度影响定位的精度 现有的几种技术都有其局限性现有的几种技术都有其局限性 光跟踪设备复杂光跟踪设备复杂 超声波易受温度影响超声波易受温度