室内定位方法综述
室内定位技术的实时定位方法与应用研究

室内定位技术的实时定位方法与应用研究引言:在现代社会中,人们对于空间定位的需求越来越大。
室内定位作为一项重要的技术,为室内环境下的人员、设备以及物品提供了精确定位服务。
针对室内定位技术的实时定位方法与应用的研究可帮助我们更好地理解和应用室内定位技术。
本文将重点讨论室内定位技术的实时定位方法以及其应用研究。
一、实时定位方法1. 无线信号定位方法无线信号定位方法是最广泛应用于室内定位技术中的方法之一。
该方法利用无线信号的传播特性来实现对室内目标的定位。
其中,蓝牙信号是一种常见的无线信号用于室内定位。
通过测量蓝牙信号的强度和到达时间差,可以实现对目标的定位。
此外,Wi-Fi信号、射频识别(RFID)等也可以用于室内定位,具体方法类似。
2. 惯性测量单元(IMU)与传感器融合方法惯性测量单元与传感器融合方法是另一种常见的室内定位方法之一。
该方法通过获取目标的加速度和角速度信息,利用惯性导航原理来实现定位。
与传统无线信号定位相比,该方法对于实时定位更具优势,因为它不受到信号传播的限制。
然而,惯性测量单元的误差积累问题也不可忽视,因此需要结合其他传感器(如磁力计、气压计等)来进行误差补偿和校准。
3. 超声波定位方法超声波定位方法是一种基于声波的室内定位技术。
该方法通过超声波发射器和接收器之间的距离来计算目标的位置。
超声波的传播速度较快,定位精度较高,尤其适用于室内环境。
然而,超声波容易受到环境噪声的影响,因此在实际应用中需要进行噪声过滤和补偿处理。
4. 视觉定位方法视觉定位方法利用计算机视觉技术来实现室内目标的定位。
该方法通过摄像头或者深度摄像头获取目标的图像或者深度信息,然后利用图像处理算法来对目标进行定位。
视觉定位方法主要应用于基于图像的室内导航系统,如无人机控制、机器人导航等。
然而,由于受到光照、遮挡等因素的影响,视觉定位方法的稳定性和准确性还有待进一步提高。
二、实时定位应用研究1. 室内导航系统实时定位技术在室内导航领域有着广泛的应用。
室内定位概述

室内定位技术概述
定义
自有手机定位
公用移动定位
移动定位
移动定位技术是利用无线移动通信网络, 通过对接收到的无线电波的一些参数进行 测量,根据特定的算法对某一移动终端或 个人在某一时间所处的地理位置进行精确 测定,以便为移动终端用户提供相关的位 置信息服务,或进行实时的监测和跟踪。
室内定位
室内定位技术的现状
非视距 成本低 定位精度高等优点
射频识别定位技术常用 的实现方法:
到达角度法
到达时间法
射频识别定 位技术常用 的实现方法
到达时间差法
接收信号强度法
RFID室内定位系统结 构:
Server
LAN
Reader
Reader
Reader
Reader
Tag(target)
影响RFID室内定位系统精度的因素
定义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红外线室内定位技术超声波定位技术蓝牙定位技术射频识别定位技术超宽带定位技术wifi定位技术zigbee定位技术计算机视觉定位技术磁场定位技术信标定位技术leftright谷歌方案博通方案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gps基站盲点wifi室内无gpswifi或基站信号的地方室内一般也能搜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
1. 参考标签阵列的拓扑结构及密度对定位精度的影响 2. 读写器与参考标签阵列之间的位置关系对定位精度的影响 3. 室内环境中的多径效应对定位精度的影响 4.定位算法对定位精度的影响 5. 其他环境因素对定位精度的影响
介绍几种室内定位技术

介绍几种室内定位技术随着智能化和物联网领域的发展,室内定位技术也越来越受到人们的关注。
室内定位技术指的是在室内环境下,通过一定的技术手段得到用户所在位置的技术。
目前,室内定位技术应用非常广泛,其中包括室内地图、导航及定位服务、物联网等方面。
本文将针对几种常见的室内定位技术进行介绍。
一、基于Wi-Fi的室内定位Wi-Fi信号可以穿透墙壁,这使得在室内环境下通过Wi-Fi信号进行定位成为了一种可行的方法。
通过Wi-Fi定位,需要在室内的区域中设置一定数量的Wi-Fi信号源,将这些信号源的信号信息注册到一个定位系统中,当用户携带智能手机或其他可搜集Wi-Fi信号的设备进入室内区域时,可以通过扫描Wi-Fi信号并将收到的数据存储在本地程序或定位数据库中,定位系统可以通过收集到的Wi-Fi信号信息来对用户的位置进行定位。
该技术的优点是:相对于传统的GPS定位技术,Wi-Fi信号定位更加准确,且耗电量低,适合在各类场景下使用。
缺点是:Wi-Fi信号的覆盖范围有限,且Wi-Fi信号源需要提前设置,成本较高。
二、基于蓝牙的室内定位基于蓝牙的室内定位技术是通过搜索附近蓝牙设备并获取设备的信号强度来确定用户位置的。
通常情况下,这种技术需要用户在设备中安装一个定位应用程序,并扫描附近信号内的蓝牙设备,通过收集到的蓝牙信号强度在室内进行定位。
该技术的优点是:可作为适合室内小范围、高斯半径小的位置确定。
即便在被动状态下,只要设备蓝牙适配器开启,也可以被实时检测,从而实现位置快速定位。
同时蓝牙信号的距离计算方法是基于RSSI(接收信号强度指示)进行的,定位精度可以达到数米级别。
缺点是:需要设备安装定位应用,并在授权的情况下才能运用,与之相关的数据也需要从用户身上获取,所以可能存在信息泄露等问题。
同时,必须要在室内安装相当数量的蓝牙信号源。
三、基于红外线的室内定位红外线定位技术是通过固定点位于室内的红外发射器实现的。
射线会投射出红外火苗,并被设备所收到。
室内人员复合定位方法

室内人员复合定位方法
1. WiFi定位,利用WiFi信号的强度和位置信息来进行定位。
通过扫描周围的WiFi信号,可以确定设备所处的位置。
这种方法的精度取决于WiFi信号的密度和稳定性。
2. 蓝牙定位,利用蓝牙信号进行定位,可以通过扫描周围的蓝牙设备来确定位置。
蓝牙定位的精度通常比WiFi定位更高,但需要在室内部署蓝牙信标设备。
3. RFID定位,利用射频识别技术进行定位,通过在室内部署RFID标签和读卡器,可以实现对人员位置的精确定位。
4. 惯性导航,利用加速度计、陀螺仪等传感器来跟踪人员的运动轨迹,结合地图信息进行定位。
惯性导航的精度受到累积误差的影响,但可以在短期内提供较精确的定位信息。
5. 视觉定位,利用摄像头和计算机视觉技术对人员进行识别和跟踪,实现室内定位。
这种方法需要较高的计算资源和复杂的算法支持,但可以实现较高精度的定位。
综合利用上述方法,可以实现室内人员复合定位,提高定位的精度和可靠性。
不同的定位方法可以相互补充,从而实现更准确的定位效果。
当然,每种方法都有其局限性,需要根据具体的应用场景和需求选择合适的定位方法。
高精度室内定位算法与技术综述

0 引言在日常生活中,以位置为基础的服务(Location-based services,LBS)已经和人类的生活息息相关。
可靠的LBS 服务离不开准确的位置信息。
当前,依赖全球卫星导航系统(global navigation satellite system, GNSS)的室外定位技术[1]已经趋于成熟,甚至在于特定需求下可以达到亚米级的精度。
但是看似相似的室内定位技术实际却是截然不同,室内定位技术受环境影响较大,室外环境下障碍物较少,一般情况下二维定位即可满足需求。
而室内环境复杂,各种家具、楼房等等都会对定位产生影响,并且室内定位的精度需求远远高于室外,往往需要“厘米级”精度[2]才能满足用户需求,因此利用GNSS 提供位置服务的方案不太合适。
根据数据统计,在实际生活中,人类在室内度过的时间平均可以达到70% - 90%,对于LBS 的需求更迫切,GNSS 服务无法满足用户需求的情况下,需求精准室内位置信息已经成为室内LBS 服务发展的红线。
同时,随着几种主流室内定位技术,包括有Wi-Fi、蓝牙、超宽带、蜂窝移动网络的发展,已经能更为精确地实现信号的传递与检测。
1 应用前景随着定位技术的发展,基于位置的服务越来越受到人们的关注。
目前,LBS 已经渗透到人们日常生活的方方面面,关于室内定位的需求价值早已远远超出早期学者的预期,精确、实时的位置信息打破了虚拟空间的数据信息与真实世界物理对象的壁垒,掀起零售、制造、物流、急救、大型公共场所导航等行业的革命,真正意义上推动万物互联的进程。
[3]在商场、停车场、机场、火车站、医院等大型公共场所中,LBS 是不可或缺的。
比如,在人们外出旅游时,LBS 可以给人们带来方便,便于人们查询景点、餐厅、酒店宾馆等信息;当发生事故时,LBS 可以更加准确地提供具体信息。
同时,在信息时代的背景下,随着人工智能、机器人技术的发展,一些新型行业的兴起,比如无人医疗护理、智能制造、智能物流等行业也更加需要LBS 提供技术支撑。
室内定位的测绘技术方法及其应用案例

室内定位的测绘技术方法及其应用案例随着人们对室内空间利用的不断深入和要求的提高,室内定位的需求也日益增加。
室内定位技术是指在封闭的室内环境中,通过使用各种测绘技术手段,精确测定和记录室内空间的位置和特征,以便提供准确的定位和导航服务。
本文将探讨室内定位的测绘技术方法,并同时介绍一些实际应用案例。
一、无线信号测量法无线信号测量法是室内定位技术中常用的一种方法。
它利用室内的WiFi信号强度、蓝牙信号和移动通信信号等作为定位的依据。
通过在建筑物内部设置一定数量的信号基站,将其信号范围分为多个区域,并对不同区域的信号强度进行测量。
然后,根据信号强度的变化规律来确定用户所在的具体位置。
该方法需要借助于专门的定位设备,如WiFi接收器、蓝牙扫描器等。
例如,某医院为了更好地管理和服务患者,引入了室内定位技术。
通过在医院的各个楼层和科室内设置WiFi基站,并安装WiFi接收器,可以实时监测患者的位置信息。
医生可以通过手机或电脑查看患者所在的具体位置,减少了找不到患者的时间和误操作的风险,提高了工作效率。
二、惯性导航定位法惯性导航定位法利用惯性感测器和陀螺仪等装置测量目标对象的加速度、方向和角速度等信息,然后通过积分计算来估计目标对象的位置和姿态。
相比于无线信号测量法,惯性导航定位法的优点在于可以脱离基站的限制,实现更为灵活的定位。
以工业领域为例,某汽车生产厂引入了室内定位技术来优化生产线管理。
在汽车生产车间内安装了一系列的惯性导航传感器,并与计算机系统相连接。
工人在生产过程中,只需要佩戴配备有定位装置的工装终端,系统便能够实时跟踪和记录其位置和动作。
这样,管理人员能够根据实际情况对生产过程进行优化,提高生产效率和质量。
三、激光测距法激光测距法是一种高精度的室内定位技术方法。
它利用激光发射器发出激光束,通过测量激光束在空间中的传播时间或相位差来计算目标对象的距离,并结合地图和三维重建技术来确定目标对象的具体位置。
主流的室内定位技术15种简要介绍及对比
主流的室内定位技术15种简要介绍及对比引言随着智能化时代的到来,室内定位技术成为了人们关注的焦点。
在室内环境中,由于GPS信号的衰减和建筑物的遮挡,传统的定位技术无法准确地确定用户的位置。
因此,各种室内定位技术应运而生。
本文将介绍主流的室内定位技术,并对它们进行简要的对比。
1. Wi-Fi定位技术Wi-Fi定位技术利用Wi-Fi信号的强度和延迟来确定用户的位置。
通过收集周围Wi-Fi设备的信号强度,可以进行三角定位,从而获得用户的位置信息。
2. 蓝牙定位技术蓝牙定位技术通过收集周围蓝牙设备的信号强度和延迟来确定用户的位置。
相比Wi-Fi定位技术,蓝牙定位技术的定位精度更高,但覆盖范围较小。
3. RFID定位技术RFID定位技术利用无线射频识别技术来确定用户的位置。
通过在物体上贴上RFID标签,并在室内环境中布置RFID读写器,可以实现对物体位置的实时追踪。
4. 超声波定位技术超声波定位技术通过发射和接收超声波信号来确定用户的位置。
通过计算超声波的传播时间和强度,可以实现高精度的室内定位。
5. 激光定位技术激光定位技术利用激光测距仪来确定用户的位置。
通过测量激光束的时间延迟和角度,可以实现高精度的室内定位。
6. 红外定位技术红外定位技术通过接收红外光信号来确定用户的位置。
通过在室内环境中布置红外传感器,可以实现对用户位置的实时监测。
7. 超宽带定位技术超宽带定位技术利用超宽带信号的传播特性来确定用户的位置。
通过测量超宽带信号的时间延迟和强度,可以实现高精度的室内定位。
8. 视觉定位技术视觉定位技术利用摄像头和图像处理算法来确定用户的位置。
通过识别场景中的特征物体或标志物,可以实现对用户位置的定位。
9. 磁场定位技术磁场定位技术利用地球磁场的变化来确定用户的位置。
通过在室内环境中布置磁场传感器,可以实现对用户位置的实时监测。
10. 惯性导航定位技术惯性导航定位技术利用加速度计和陀螺仪等惯性传感器来确定用户的位置。
室内定位技术研究及实现
室内定位技术研究及实现在室外,我们可以利用卫星定位技术轻松地查找到自己的位置,如 GPS、GLONASS、Beidou 等;但是在室内,该如何确定自己的位置呢?这就需要借助室内定位技术。
室内定位技术是通过射频无线信号、光学信号、声波等手段来定位人或物体在室内的位置。
常见的室内定位技术有 WiFi 室内定位技术、蓝牙室内定位技术和超声波室内定位技术等。
WiFi 室内定位技术基于 WiFi 信号传输和接收的原理,通过接收设备(如手机)与 WiFi 热点之间的信号强度、时间延迟等参数来计算并确定设备的位置。
该技术实现简单,可扩展性强,但精度较低,一般只能达到 5 至 10 米的精度。
蓝牙室内定位技术则是利用蓝牙信号传输和接收的原理,通过检测设备与蓝牙信标(beacon)之间的距离,来确定设备的位置。
蓝牙信标的放置可以根据需要灵活调整,因此该技术适用性广。
同时,蓝牙信号的波长短,穿透力弱,可以减小设备定位的误差,提高定位精度。
但是,需要前期部署一定数量的蓝牙信标,造成一定的成本。
超声波室内定位技术则是通过在室内安装超声传感器,检测设备与传感器之间的距离,从而实现设备的定位。
超声波的频率高,波长短,穿透力较强,适用于室内环境复杂的场景。
但超声波传输过程中易受干扰,容易受到室内障碍物的影响,进而会影响定位精度。
除了上述技术外,还有其他新型技术也在逐步应用于室内定位领域。
例如,人工智能技术、视觉处理技术等,都可以为室内定位技术的应用提供更多的可能性。
室内定位技术的应用场景非常广泛,可以用于物流仓储、商场购物导航、会议签到等多个场景。
比如,在人流量较大的商场内,使用室内定位技术可以提供购物导航,帮助顾客更快捷地查找所需商品,提高购物效率和顾客购物体验。
总之,室内定位技术已经成为我们日常生活中不可或缺的一部分,越来越多的应用场景需要它的支持。
未来随着技术的不断进步和升级,室内定位技术的精度和应用范围也将得到进一步的提高和扩展。
室内定位 原理
室内定位原理
室内定位是指在一个封闭的室内环境中,通过使用各种技术手段实现对移动设备或个体的精确定位。
它的原理主要依靠以下几种技术:
1. 蓝牙定位:利用蓝牙低功耗(BLE)技术来实现室内定位。
这种技术通常使用基站或标签节点在室内布置,通过与移动设备进行通信,测量信号的强度和时间差来计算移动设备的位置。
2. Wi-Fi定位:利用Wi-Fi信号来实现室内定位。
通过在室内
安装多个Wi-Fi接入点,测量移动设备与接入点之间的信号强
度和时间差,从而确定设备的位置。
3. 超声波定位:利用超声波的传播速度和传感器的接收时间来进行室内定位。
通过在室内布置超声波发射器和接收器,测量信号的传播时间,可以计算出移动设备的位置。
4. 激光定位:利用激光技术实现对室内设备的定位。
通过在室内安装激光发射器和接收器,利用激光束的反射时间和角度来计算设备的位置。
5. 地磁定位:利用地球磁场的变化来实现室内定位。
通过在室内布置地磁传感器,测量地磁场的强度和方向,可以确定移动设备的位置。
上述这些技术一般会结合使用,以提供更精确的室内定位结果。
此外,还有其他一些技术如惯性导航、压力传感器等也可以用
于室内定位。
室内定位技术的应用领域广泛,包括室内导航、智能家居、物流管理等。
室内定位技术汇总
室内定位技术汇总室内定位技术是指在封闭的室内环境中,利用无线通信、传感器等技术手段,获取移动终端用户(如智能手机、手表等)的精确位置信息。
室内定位技术的发展为人们的生活带来了便利,可以应用于室内导航、智能家居、商场营销等方面。
目前,室内定位技术种类繁多,下面将对其中几种常见的技术进行介绍。
一、无线信号定位技术无线信号定位技术是通过无线信号的传播特性,采集移动终端设备与基站或路由器之间的信号强度信息,从而推断出用户所在位置。
常见的无线信号定位技术有Wi-Fi定位、蓝牙定位等。
1.Wi-Fi定位:Wi-Fi定位是一种基于Wi-Fi信号的室内定位技术。
利用用户所处位置附近的Wi-Fi信号强度和信号波普特性,通过算法计算出用户的位置。
它的优势是Wi-Fi信号广泛覆盖,可使用现有网络设备进行定位,但对于多层建筑和信号覆盖不均匀的场所,精度可能有所不足。
2.蓝牙定位:蓝牙定位是一种基于蓝牙信号的室内定位技术。
通过检测设备周围的蓝牙信号强度和信号传输的时间延迟等信息,确定用户的位置。
蓝牙定位的精度较高,但需要安装额外的蓝牙设备来提供信号,成本较高。
二、传感器定位技术传感器定位技术是通过移动终端设备上的传感器,如加速度传感器、陀螺仪、磁力计等,获取用户的运动信息,从而推断出用户的位置。
1.加速度传感器:加速度传感器可感知设备在空间中的三轴加速度,通过分析用户行走、跑步等运动模式,从而推断用户的位置。
加速度传感器定位技术精度较高,但无法识别运动模式以外的位置。
2.陀螺仪:陀螺仪可感知设备的旋转速度和方向,通过检测用户的旋转动作,推断用户的位置。
陀螺仪定位技术在狭小空间中精度较高,但对于大范围移动的场景可能不适用。
三、机器视觉定位技术机器视觉定位技术是通过摄像头或激光传感器等设备,利用图像或三维重建技术,获取用户所在位置的视觉信息。
1.摄像头定位:摄像头定位技术通过分析实时摄像头图像,识别出用户所在的位置。
摄像头定位的优势是可以实时获取用户位置,并且适用于复杂的室内环境,但对于用户隐私保护需求较高的场所可能有限制。
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室内定位方法综述作者:谢恩德洪毅来源:《电脑知识与技术》2021年第11期摘要:基于位置的服务应用已经包含了人们生活的方方面面,这也使得人们对位置信息的需求越来越大。
在室外我们可以依赖美国GPS和中国北斗等来获取精确的位置信息,但在复杂的室内环境中,由于卫星信号的极速衰减,无法提供满足人们要求的室内位置信息,同时没有普适性的室内定位解决方案,室内定位仍是研究热点。
文章简单介绍什么是定位,然后对室内定位算法和定位介质进行了分类和简单介绍,最后对不同定位介质从不同方面进行了比较并指出了当前室内定位方案存在的问题。
关键词:基于位置服务;室内定位;定位算法;定位介质中图分类号:TP3 文献标识码:A文章编号:1009-3044(2021)11-0231-04A Survey of Indoor Positioning MethodsXIE En-de, HONG Yi(Faculty of Computers, Guangdong University of Technology, Guangzhou 510006,China)Abstract: Location-based service applications have already included all aspects of people's lives, which makes people's demand for location information more and more. In the outdoor environment, we can rely on GPS and Bei-dou to obtain accurate location information. However,in the complex indoor environment, due to the rapid attenuation of satellite signals, indoor location information that meets people's requirements cannot be provided. Meanwhile, there is no universal indoor location solution, so indoor location is still a research hotspot. Article introduces what is the location, and then to indoor localization algorithm and positioning media has carried on the classification and simple introduction, and finally compares the different positioning media from different aspects and points out the problems existing in the current indoor positioning scheme.Key words: location-based services; indoor positioning; location algorithm; locating medium在过去的几十年间,以美国的全球定位系统(Global Positioning System,GPS)为代表的全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System,GNSS)给人们的日常生活以及思维方式带来了巨大的变化,它是现代社会一个重要的技术里程碑。
在此基础上,基于位置的服务(Location -based Services,LBS)也受到越来越多人的关注,从地图导航到社交网络,位置服务都在其中发挥重要作用。
随着物联网和移动计算的迅速发展,人们对位置服务需求不再局限于室外,室内也有定位及导航需求。
之所以需要室内定位,一方面是人类在室内环境中同样有方位和导航需求,另一方面智慧物流,智慧工厂,无人超市等对位置信息的需求。
然而,由于非視距通信问题,室内场景受到建筑物遮挡,卫星信号衰减迅速,GPS无法在室内条件下提供可靠的位置数据。
所以,室内定位技术研究成为学术研究与行业应用的热点。
1 定位算法定位简单来说就是根据已知节点(AP)的位置信息,利用已知节点与未知节点(MS)间存在的关系如距离,来估算MS的位置信息。
定位的内在逻辑可以用如下等式表示:定位方法=定位介质+定位算法(1)在等式(1)中定位介质是多样的,可以是声波[1,2],光学[3,4],无线信号[5,6],地磁场[7]等;定位算法可以分为基于测距和非测距的。
基于测距的有到达时间(Time Of Arrive,TOA)、到达时间差(Time Difference Of Arrive,TDOA)、到达角度(Angle Of Arrive,AOA)、信号强度指示(Received Signal Strength Indication,RSSI)。
基于非测距的是指纹定位(Fingerprint,FP)。
1.1 基于测距的定位算法1.1.1 TOA定位算法在TOA到达时间定位算法中AP是信号的发射端,MS是信号的接收端,信号的传播速度为v,从AP到达MS所用时间记为t,则两者之间的距离d=v*t。
原理如图1所示。
TOA算法需要接收端和发送端保持时间上的同步,在时间精确同步基础上,定位精度可以达到厘米级。
1.1.2 TDOA定位算法TDOA算法需要发送端保持时间同步即可,它利用MS接收到的两个不同AP1,AP2的信号到达时间差,计算出MS到AP1和AP2的距离差为L12,则MS就在以这AP1,AP2为焦点的双曲线上,再测得MS到AP1,AP3的距离差为L13,则MS就在这两个双曲线的交点上,原理如图2所示。
1.1.3 AOA定位算法AOA达到角度算法,AP作为信号接收端架设有天线阵列, MS作为信号发送端,MS发射的信号被AP的天线阵列接收,AP从而获取到入射角度。
两个接受端的入射角度射线的交点,即为MS位置。
原理如图3所示。
1.1.4 RSSI测距定位算法根据无线信号空间传播的路径损耗效应构建路径损耗模型[9]如式(2):[RSSId=RSSId0-10*n*lgdd0+X] (2)式(2)中RSSI(d)表示收发端距离为d时接收端的RSSI值,单位dB;RSSI(d0)表示收发端近距离时(一般d0=1m)的RSSI值,由实际测得;n表示路径损耗系数,它依赖周围环境和建筑物类型,一般取2-4;X表示噪声干扰,它符合N(0,d[2])的正态分布,d的取值一般在3.0dB-14.1dB之间变化。
根据模型可以计算出接收端和发送端的距离d。
不同发送端到同一接收端距离不同,然后依据多边定位或质心定位计算出MS位置坐标。
1.2 指纹定位无线信号易受周围环境(式(2)中n)影响及存在路径效应问题(式(2)中X)导致RSSI测距定位精度不高,所以基于无线信号的室内定位比较经典常用的算法就是指纹定位。
指纹定位包含两个阶段:离线建库和在线定位[10]。
在离线建库阶段,首先将定位区域进行划分,划分为一个个的小正方形,划分完毕之后,构建坐标系,为每一个小正方形定好坐标,之后采集每个小正方形区域内的RSSI值,采集完所有正方形之后构建指纹数据库,数据库中的每一项是一个由坐标和RSSI构成的二元组即指纹<坐标,RSSI>;在线定位阶段,获取到待测点处RSSI值,与数据库中指纹作对比,找出与待测点处RSSI值差值最小点,输出其对应坐标作为待测点处坐标。
具体如图4所示。
指纹定位的精度取决于指纹库的精准度,采集的指纹越精细,定位越精准,但同时也需要花费大量时间和精力,为了平衡成本和定位精度,在指纹库构建时可以采用群智感知或虚拟指纹方法来解决。
清华大学的吴陈沭利用移动群智感知机制[11],提出了无人工现场勘测的无线信号指纹地图构建技术;He等人[12]基于已知节点的RSSI信息,通过对数路径损耗模型来对虚拟参考点处的 RSSI 值进行估计,得到该参考点处的虚拟指纹,从而构造指纹数据库。
在线定位阶段直接使用指纹库进行在线匹配,工作量大,计算时间长,所以为了减少计算量,需要用聚类算法对指纹库进行划分,划分指纹库的聚类算法有用 K-means[13]、模糊C均值[14]等。
2 定位介质2.1 基于光学的室内定位2.1.1红外线室内定位红外线是频率介于微波和可见光之间的电磁波,具有良好的方向性。
常用的定位算法是TOA。
具有代表性的携带红外标签的红外定位系统是由Want等人[15]提出的Active Badge系统,在该定位系统中待定位的人员需携带一个红外标签,红外标签每隔10秒钟会发射一个特定的红外编码,红外传感网络收到编码后,交由与红外传感网络的计算机处理,处理完成后得到标签的位置信息。
该系统中带定位人员需要携带专门的红外标签,信息定时发送对人员的位置隐私性保护不足,且该系统需要在视距环境下才具有良好定位效果。
红外线只能进行视距传播且穿透性能差,同时易受其他光源(如太阳光)影响,所以红外定位更适合的是应用于机器人定位系统,毛玲等人[3]利用六对红外收发传感器组成小型定位系统,结合粒子滤波算法,实现了小型机器人的自定位,定位最大标准差为7.4mm。
2.1.2 可见光室内定位可见光室内定位是利用可见光通信来实现的。
可见光通信(Visible Light Communication,VLC)指利用可見光波段的光作为信息载体,利用可见光的高速明暗闪烁来传递信息,在空气中直接传输光信号的通信方式。
与荧光灯和白炽灯相比,LED可以支持更高频率的明暗变换,所以在可见光室内定位中LED成为光源首选。
Zhang等人[16]提出的基于VLC的室内定位,利用收发节点的RSSI不同,得到收发节点之间的距离,然后使用最小二乘法计算得到待测点的位置,在信道竞争问题上不再使用时分多址的方式,而是使用BFSA(basic-frame slotted ALOHA)实现不同LED的信道竞争问题,但是文中表明限于视距传播的情况,仿真结果表明定位准确率超过95%,定位误差为5.9cm。
对于边界定位误差较大问题, Zheng等人[17]针对二维平面中基于VLC定位时边界误差较大问题提出误差校正算法来提高边界处的定位精度,并进一步实现了在三维空间中的定位,对于不同LED光源采用不同频率的LED作为光源利用Hamming窗作为过滤器来进行区分,解决了信道竞争问题。