室内定位的发展与应用

室内定位的发展与应用

周诚宇

关键词:室内；定位；发展

引言

随着移动互联网、卫星通信的发展，导航定位技术日趋成熟。但部署应用成熟的卫星定位、基站定位主要作用于室外区域。经研究，人类近90%的时间是在室内活动，定位应用需求正从室外逐步向室内发展，快速、实时、精确的室内定位能够将真实世界的物理对象与虚拟空间的数据信息相结合，大幅改变零售、制造、物流、急救等行业的运作方式。

1室内定位的应用需求

1.1应急救援

商贸中心、写字楼、机场等人流聚集区监控人流，巡检安防设施，与声光报警系统、视频监控系统联动，对突发事故案件实施预警，提供救援信息。

1.2智能看护

在医院、养老院、幼儿园中，实现对病人、老人、孩童的行迹跟踪、行为分析，针对性地进行医治、护理和照料。

1.3精准营销

在大型商超、景区、会展等场所中收集全时段位置信息，查看人群行为轨迹，提供精准营销数据，推送互动消息，跨楼层导引路线，以实现智能导购。

1.4智能工厂

查看人员、物品移动轨迹，实现人员岗位巡查、人员行为分析、物资调度安排等。在关键区域设置虚拟围栏，便于人员防走失、岗位管理、物资管控等。

1.5智能交通

室内外定位相结合，为车辆提供停车场出入全程导航服务，在室内大型停车场中准确定位客户车辆，解决寻车难的问题。

2主要的室内定位技术方法

广泛应用的GPS、基站定位、无线局域网定位主要采用三角定位法，通过已知三个信标与定位目标的距离来计算位置。GPS在室内、高层建筑之间会产生信号衰减，导致定位导航功能失效，且对高度信息不敏感，不能准确辨别楼层。手机信号虽可绕过多数建筑，但利用多个基站通过三边到达时间测算，定位精度达百米。无线局域网因多波反射，定位精度不及GPS，也不适用于室内定位。适用于室内定位的主要有：

2.1惯性导航定位法

根据定位物体当前位置预估定位物体下一个位置。定位物体移动时，惯性导航定位系统通过测程法获取的数据进行聚集运算来预测定位物体的下一个位置。测程法所需数据可由加速器、磁力传感器、罗盘、陀螺仪等传感器共同获得，或由定位物体的平均行走速度来获取。定位物体的初始位置，通过GPS、RFID标签、移动电话定位系统获取。安装费用低廉，但不精确、需要和其他定位技术结合使用。

2.2感知探测定位法

通过已部署的识别器或标签感知来确定目标位置。可将定位信息及目标相关信息存储在定位标签或系统数据库中，使用时通过存储的唯一标识进行检索。定位目标具体位置通过与标签相对位置的变化来计算。定位标签主要采用无线射频识别、红外、超声波、蓝牙信标、条码等五种技术，也可采用传感器、罗盘及粒子滤波技术等多种技术来设计。系统部署具体要求依采用技术而定，定位信号在室内也会不同程度的被遮挡、被干扰。

2.3模式识别定位法

定位目标携带一个或多个传感器来感知数据，与已采集的感知数据匹配比较以实现定位。基于图像的定位技术是将用户随行拍摄图像与数据地图匹配比较，不仅需要大量存储匹配图片，还要进行大量计算处理，对设备要求较高。基于信号分布的定位技术是将一个或多个信号源发来的信号数据与数据库存储信号数据地图进行匹配比较，定位前需对系统进行训练。为提高定位精准度，通常将多种低成本传感器结合起来应用，如加速器、磁力感应器、温湿度传感器、光照传感器等。但创建多传感器地图耗时较多，且地图会因温度、光照、季节更迭影响而不够准确。

3室内定位技术主要应用方向

3.1室内定位跟踪

室内定位跟踪是通过各类传感器对室内空间中人员、设施设备和物品的位置进行实时探测的技术，目前应用地最为广泛。如仓储物流布置，利用室内跟踪技术，管理人员能够掌握物流人员位置，控制物流进程，高效配置人员。仓储管理信息化建设已成为仓储物流未来的发展方向。又如在医疗护理监控领域，特殊病患监控和医疗器械保管方面的应用：杭州市红十字会医院利用ＣＳＳ技术设计出一种应用于医院室内定位系统，实现了对患者、医疗人员和医疗器械的定位，对患者看护和医疗器械保管起到了积极作用。深圳市宝安人民医院提出了基于超宽带位置服务的患者体征监测技术。在公共安全防控领域，该技术在国内外许多监狱中得到了一定程度应用，通过给服刑人员佩戴防拆手环，可随时查看被定位人员的实时位置，实现了高效监管。

3.2商业推介

商业推介是指用户使用室内定位服务的过程中，商家可以通过智能分析用户之前的消费记录，对不同楼层、不同位置的用户进行个性化广告推送的服务。这在给用户精致、个性化的购物体验的同时，还能有效减少一部分广告费用。国外很早就将室内定位技术与商业推介相结合。

4室内定位的产业发展

4.1技术融合是趋势

室内环境布局复杂多变，障碍物多，干扰源多，室内定位技术各有优劣。高精度室内定位的实现需要昂贵的辅助设备或大量的前期人工处理，制约了技术的推广普及。低成本定位技术则定位精度有限。要实现低成本高精度定位，技术融合是必然趋势。

4.2商业模式已具雏形。

商业场馆中室内定位的已步入应用，场馆官方服务app提供室内定位信息，将附近品牌商的优惠、新品等营销信息传送给消费者，以被动定位技术帮助场馆监控和分析人流，进行项目设计和数据分析等服务，向品牌商、商业场馆收取佣金。此外，向矿井、写字楼、工厂、监狱等行业客户提供人员、资产的定位追踪管理解决方案及数据分析服务，以确保人员和资产安全，并提高运营效率。

4.3产业链支持环节逐渐完善

芯片商，博通、高通等提供Wi-Fi、蓝牙通信芯片，博世、意法半导体等提供惯性、地磁传感器芯片。手机芯片内置了蓝牙iBeacon、惯性导航等功能；移动操作系统厂商，苹果、谷歌发布了基于蓝牙的iBeacon和Eddystone的通讯平台，提供后台应用支持；室内定位方案供应商，开发不同外延功能、不同外形的信标硬件，提供相应的SDK和API服务；室内地图数据供应商，图渊、四维图新等积累了大量室内地图和POI数据，为各类LBS应用提供了便捷的室内数据来源；商业场馆，开始主动寻求合作，投资可追踪、易量化的数字营销。

结语

随着物联网、云计算、人工智能、机器人、可穿戴设备的深入发展和应用，室内定位技术及其应用必然是新一代信息技术革命中必不可少的环节。但是室内定位技术与室外定位技术相比较，一方面存在技术复杂多样、稳定性与精度各异、成本与质量冲突等问题，另一方面还需要内容多元、更新频繁的室内空间模型与地图的支持，关键技术研究上需要建立大范围室内地图快速采集、更新，实现室内外二、三维地图一体化表达；结合国家与行业标准规范，整合技术与设施资源，建立多样化室内外定位技术融合体系；挖掘各特定领域应用需求，以室内定位技术为支撑，实现室内外无缝定位与综合导航。

参考文献

[1]张全兴.超声波非均匀介质传播衰减特性研究[D].沈阳：沈阳工业大学,2015.

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[3]肖竹,王勇超,田斌等.超宽带定位研究与应用:回顾和展望[J].电子学报,2011,39(1):133-141.