室内三维定位技术

室内三维定位技术
一、概述
室内定位参考百科的描述为：在室内环境无法使用卫星定位时，使用室内
定位技术作为卫星定位的辅助定位，解决卫星信号到达地面时较弱、不能穿透
建筑物的问题。

最终定位物体当前所处的位置。

主要采用无线通讯、基站定位、惯导定位等多种技术集成形成一套室内位置定位体系，从而实现人员、物体等
在室内空间中的位置监控。

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。

经研究，人们80%--90%的时间都是呆在室内，70%
移动设备的使用都是在室内，80%的数据连接也在室内。

近几年来，包括谷歌、微软、苹果、博通等在内的一些科技巨头，还有一些世界有名的大学都在研究
室内定位技术。

室内定位技术的商业化必将带来一波创新高潮，各种基于此技
术的应用将出现在我们的面前，其影响和规模绝不会亚于GPS。

民用领域可以想象一些比较常见的应用场景，比如在机场大厅、展厅、大
型商场、超市、公共场所室内导航，能够快速找到安全出口、电梯，家长用来
跟踪小孩的位置避免小孩在超市中走丢。

室内停车，找车位、停车，计时计费等。

智能家居，房屋根据你的位置打开或关闭电灯。

商场商户，商店根据用户
的具体位置向用户推送更多关于商品的介绍，促销活动，排队预约，支付服务等。

大型建筑物应急疏散，公共安全，灾后救援。

大数据分析：室内定位系统
可以进行更高精度、更大量级的大数据分析，室内定位数据可以捕捉用户在某
个货架或者店铺的光顾频率、停留时间，从而得出用户的类型、兴趣和偏好等
特质以及店铺热度、品牌关联度等重要结论，为商业分析提供有力的工具。

例如，万达广场借此发现许多在必胜客消费的客户都会去ZARA消费，他们据此针对性的做了两者间的联合促销，得到了良好的收效。

如果相关技术产业化后，
应用场景会十分广泛。

工业领域应用场景，如矿井，工厂厂房内精确地定位工人、设备（叉车）
上位置，实时时地将人、车、物的位置信息准确地将反映到工厂控制中心，方
便管理人员进行安全区域管控、人员在岗监控、车辆实时轨迹监控。

实现精益生产，通过合理调度安排，从而提高企业的管理水平。

实时精确地定位物资，方便管理人员进行物资查询、物资盘点等。

军事领域场景如室内无人机、机器人位置监控，军用枪械定位、驱动军事训练人员定位、重要资产定位，监狱人员监控等。

二、室内定位技术分类
1、蓝牙
蓝牙通讯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后，将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网络的主设备。

这样通过检测信号强度就可以获得用户的位置信息。

蓝牙定位主要应用于小范围定位，例如：单层大厅或仓库。

对于持有集成了蓝牙功能移动终端设备，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。

不过，对于复杂的空间环境，蓝牙定位系统的稳定性稍差，受噪声信号干扰大。

目前诺基亚，苹果公司（BLE），高通等公司均在该技术方面有成熟的解决方案。

2、WIFI，3G等
通过无线接入点（包括无线路由器）组成的无线局域网络(WLAN)，可以实现复杂环境中的定位、监测和追踪任务。

它以网络节点（无线接入点）的位置信息为基础和前提，采用经验测试和信号传播模型相结合的方式，对已接入的移动设备进行位置定位，最高精确度大约在1米至20米之间。

如果定位测算仅基于当前连接的Wi-Fi接入点，而不是参照周边Wi-Fi的信号强度合成图，则Wi-Fi定位就很容易存在误差（例如：定位楼层错误）。

另外，Wi-Fi接入点通常都只能覆盖半径90米左右的区域，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。

如博通公司，杜克大学方案等
3、地磁场
IndoorAtlas方案。

IndoorAtlas是一家专注于室内导航解决方案的公司，是一家刚成立的创业公司。

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。

目前可执行性不高，精度也较差，仍需要技术突破。

4、无线电
无线电技术就是指在自由空间（包括空气和真空）传播的电磁波上面搭载了一些信号，并通过这些信号传送的时间、空间等方面来寻找人们需要的东西的技术。

1）Qubulus。

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。

2）清研讯科。

LocalSense®是国产新型室内外无线定位系统解决方案，采LocalSense®无线脉冲专利技术，系统最高可达10cm级定位精度。

系统由本公司独立研发，拥有多项知识产权，研发团队来自清华大学测试技术与仪器国家重点实验室，是国内唯一的工业高精度定位、商业智能定位全领域产品和服务提供商。

5、LED技术
该技术的原理是将需要传输的信息编译成一段调制信号，用脉宽调制的方法附加到LED灯具的驱动电流上，利用户内无处不在的光源作为发射载体，
通过专业终端或任何智能终端来接收并解码，从而通过灯具完成信息传输的目的。

由于可见光通信具有定位精准、成本低廉、附加值高等优势，伴随着未来
半导体照明灯具的大量普及。

代表技术商有：
ByteLight，中国华策等。

在商业模式上两者均是选择技术授权的形式。

它自己不生产芯片也不生产灯具，而是向厂商 (及开发者) 提供硬件技术授权
以及配套的移动应用技术。

ByteLight现在已经和GE合作，即将投入试验。

6、RFID技术
RFID定位技术利用射频方式进行非接触式双向通信交换数据，实现移动设
备识别和定位的目的。

它可以在几毫秒内得到厘米级定位精度的信息，且传输
范围大、成本较低；不过，由于以下问题未能解决，以RFID定位技术的适用范围受到局限。

1)RFID不便于整合到移动设备之中
2)作用距离短（一般最长为几十米）
3)用户的安全隐私保护
4)国际标准化
7、ZigBee技术
ZigBee是一种短距离、低速率的无线网络技术。

它介于RFID和蓝牙之间，可以通过传感器之间的相互协调通信进行设备的位置定位。

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ZigBee最显著的技术特点是它的低功耗和低成本。

相关技术商：南京物联传感技术有限公司
8、超声波技术
超声波定位主要采用反射式测距（发射超声波并接收由被测物产生的回波后，根据回波与发射波的时间差计算出两者之间的距离），并通过三角定位等算法确定物体的位置。

超声波定位整体定位精度较高、系统结构简单，但容易受多径效应和非视距传播的影响，降低定位精度；同时，它还需要大量的底层硬件设施投资，总体成本较高。

9、超宽带技术
超宽带技术与传统通信技术的定位方法有较大差异，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冲来传输数据，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、能够提高精确定位精度等优点，通常用于室内移动物体的定位跟踪或导航。

三、对比
从上图可以看到，目前室内定位大致有那些主要技术方向，从定位性能和实施难度等方面进行了一个划分。

各种技术的技术性能详细对比如下表（缺少无线电，LED，地磁等数据）
在民用领域，移动设备兼容性、成本作为首要考虑两个要素，推荐采用WIFI，蓝牙，LED等技术。

在工业领域，更注重实时性和定位精度，RFID(射频识别技术)，Zigbee更为合适。

在军事领域，注重安全性，就不能采用(射频识别技术)，可以考虑采用超宽带。

四小结
国内外目前在室内定位技术及服务领域有无数科技的企业，其中不乏大量创业公司，每个公司都有自己相关产品及成熟的解决方案。

但目前来看该行业发展尚不成熟，依然处于市场培育期，行业发展的瓶颈主要体现在以下几个方面：技术标准尚不统一；室内地图数据不完善；消费者接受度低、市场需要培育；盈利模式不清晰。

总体来说，室内定位技术能够对人们日常生活，各行业发展产生极大的便利，未来发展前景还是非常广阔的，需要有相关的大公司牵头，进行市场的引领，后面才会迎来行业爆发增长。