關(guān)注、星標(biāo)公眾號，直達(dá)精彩內(nèi)容

來源 | 導(dǎo)航圈

作者 | 北斗天璣

RTLS即 Real Time Location Systems的簡稱，實(shí)時定位系統(tǒng)。

RTLS是一種基于信號的無線電定位手段，可以采用主動式，或者被動感應(yīng)式。其中主動式分為AOA（到達(dá)角度定位）以及TDOA（到達(dá)時間差定位）、TOA（到達(dá)時間）、TW-TOF(雙向飛行時間）、NFER（近場電磁測距）等。

談到定位，大家首先會想到GPS，基于GNSS（全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)）衛(wèi)星定位已無處不在，但衛(wèi)星定位有其關(guān)鍵弊端：就是信號無法穿透建筑物實(shí)現(xiàn)室內(nèi)定位。

那么，室內(nèi)定位問題如何解決呢？

隨著室內(nèi)定位市場需求驅(qū)動和無線通信技術(shù)、傳感器識別技術(shù)及大數(shù)據(jù)互聯(lián)技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)的不斷發(fā)展，此難題也逐漸迎刃而解了，產(chǎn)業(yè)鏈不斷豐富和成熟中。

室內(nèi)定位從用途方向可以劃分消費(fèi)類和工業(yè)類。

消費(fèi)類主要實(shí)現(xiàn)室內(nèi)人員引導(dǎo)、消費(fèi)推送、安全監(jiān)控、智能家居等商業(yè)應(yīng)用；

工業(yè)類主要實(shí)現(xiàn)消防安全、人員監(jiān)控、設(shè)備引導(dǎo)、財產(chǎn)安全、智能工廠、智慧工地等應(yīng)用。

1藍(lán)牙室內(nèi)定位藍(lán)牙室內(nèi)定位技術(shù)

藍(lán)牙室內(nèi)技術(shù)是利用在室內(nèi)安裝的若干個藍(lán)牙局域網(wǎng)接入點(diǎn)，把網(wǎng)絡(luò)維持成基于多用戶的基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)連接模式，并保證藍(lán)牙局域網(wǎng)接入點(diǎn)始終是這個微網(wǎng)的主設(shè)備，然后通過測量信號強(qiáng)度對新加入的盲節(jié)點(diǎn)進(jìn)行三角定位。

目前藍(lán)牙 iBeacon 定位的方式主要有兩種：基于 RSSI（接收信號強(qiáng)度指示）和基于定位指紋，或者兩者結(jié)合。

基于距離最大的問題在于，室內(nèi)環(huán)境復(fù)雜，而藍(lán)牙作為2.4GHZ高頻信號，會受到很大的干擾。加上室內(nèi)的各種反射折射，手機(jī)所獲取的 RSSI 值并沒有太大的參考價值；而與此同時，為了提高定位精度，就不得不對 RSSI 值進(jìn)行多次獲取來平滑結(jié)果，這就意味著時延的增加。而基于定位指紋的最大問題在于，前期獲取指紋數(shù)據(jù)的人力成本和時間成本非常高，數(shù)據(jù)庫維護(hù)困難。而且如果商場增添了新的基站，或者進(jìn)行了其他改造，原始的指紋數(shù)據(jù)可能就不再適用。所以，如何在定位精度、延時和成本之間進(jìn)行權(quán)衡和取舍，就成了藍(lán)牙定位的核心的問題。

市場上主流的藍(lán)牙定位精度是70%的地段在2米以內(nèi)，部分公司可以做到90%的地段在2米以內(nèi)。目前市場上主流的藍(lán)牙定位技術(shù)都是基于三角定位算法，通過手機(jī)獲取周圍藍(lán)牙基站的信號強(qiáng)度，再通過其他的一些輔助方法比如加權(quán)平均算法，時間加權(quán)算法，慣性導(dǎo)航算法，卡爾曼濾波算法，高斯濾波算法等來計算出當(dāng)前位置。

優(yōu)勢：設(shè)備體積小、短距離、低功耗，容易集成在手機(jī)等移動設(shè)備中；

缺點(diǎn)：藍(lán)牙傳輸不受視距的影響，但對于復(fù)雜的空間環(huán)境，藍(lán)牙系統(tǒng)的穩(wěn)定性稍差，受噪聲信號干擾大且在于藍(lán)牙器件和設(shè)備的價格比較昂貴；

適用：藍(lán)牙室內(nèi)定位主要應(yīng)用于對人的小范圍定位，例如單層大廳或商店。

2室內(nèi)WiFi定位技術(shù)Wi-Fi定位技術(shù)

Wi-Fi定位技術(shù)有兩種，一種是通過移動設(shè)備和三個無線網(wǎng)絡(luò)接入點(diǎn)的無線信號強(qiáng)度，通過差分算法，來比較精準(zhǔn)地對人和車輛的進(jìn)行三角定位。另一種是事先記錄巨量的確定位置點(diǎn)的信號強(qiáng)度，通過用新加入的設(shè)備的信號強(qiáng)度對比擁有巨量數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫，來確定位置。

優(yōu)勢：總精度較高，硬件成本低，傳輸速率高；可應(yīng)用于實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的大范圍定位、監(jiān)測和追蹤任務(wù)。

缺點(diǎn)：傳輸距離較短，功耗較高，一般是星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

適用：Wi-Fi定位適用于對人或者車的定位導(dǎo)航，可以于醫(yī)療機(jī)構(gòu)、主題公園、工廠、商場等各種需要定位導(dǎo)航的場合。

▲?Wi-Fi室內(nèi)定位模式

3RFID定位RFID室內(nèi)定位技術(shù)

射頻識別（RFID）室內(nèi)定位技術(shù)利用射頻方式，固定天線把無線電信號調(diào)成電磁場，附著于物品的標(biāo)簽進(jìn)過磁場后感應(yīng)電流生成把數(shù)據(jù)傳送出去，以多對雙向通信交換數(shù)據(jù)以達(dá)到識別和三角定位的目的。

射頻識別（英語：Radio Frequency IDentification，縮寫：RFID）是一種無線通信技術(shù)，可以通過無線電訊號識別特定目標(biāo)并讀寫相關(guān)數(shù)據(jù)，而無需識別系統(tǒng)與特定目標(biāo)之間建立機(jī)械或者光學(xué)接觸。

無線電的信號是通過調(diào)成無線電頻率的電磁場，把數(shù)據(jù)從附著在物品上的標(biāo)簽上傳送出去，以自動辨識與追蹤該物品。某些標(biāo)簽在識別時從識別器發(fā)出的電磁場中就可以得到能量，并不需要電池；也有標(biāo)簽本身擁有電源，并可以主動發(fā)出無線電波（調(diào)成無線電頻率的電磁場）。標(biāo)簽包含了電子儲存的信息，數(shù)米之內(nèi)都可以識別。與條形碼不同的是，射頻標(biāo)簽不需要處在識別器視線之內(nèi)，也可以嵌入被追蹤物體之內(nèi)。

優(yōu)勢：射頻識別室內(nèi)定位技術(shù)作用距離很近，但它可以在幾毫秒內(nèi)得到厘米級定位精度的信息；標(biāo)簽的體積比較小，造價比較低。

缺點(diǎn)：不具有通信能力，抗干擾能力較差，不便于整合到其他系統(tǒng)之中，且用戶的安全隱私保障和國際標(biāo)準(zhǔn)化都不夠完善。

適用：射頻識別室內(nèi)定位已經(jīng)被倉庫、工廠、商場廣泛使用在貨物、商品流轉(zhuǎn)定位上。

▲?RFID室內(nèi)定位模式

4ZigBee定位Zigbee室內(nèi)定位技術(shù)

ZigBee（基于IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)的低功耗局域網(wǎng)協(xié)議）室內(nèi)定位技術(shù)通過若干待測節(jié)點(diǎn)和參考節(jié)點(diǎn)與網(wǎng)關(guān)之間形成組網(wǎng)，網(wǎng)絡(luò)中的待測節(jié)點(diǎn)發(fā)出廣播信息，并從各相鄰的參考節(jié)點(diǎn)采集數(shù)據(jù)，選擇信號最強(qiáng)的參考節(jié)點(diǎn)的 X 和 Y 坐標(biāo)。然后，計算與參考節(jié)點(diǎn)相關(guān)的其他節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)。最后，對定位引擎中的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并考慮距離最近參考節(jié)點(diǎn)的偏移值，從而獲得待測節(jié)點(diǎn)在大型網(wǎng)絡(luò)中的實(shí)際位置。

ZigBee協(xié)議層從下到上分別為物理層（PHY）、媒體訪問層（MAC）、網(wǎng)絡(luò)層（NWK）、應(yīng)用層（APL）等。網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的角色可分為ZigBee Coordinator、ZigBee Router、ZigBee End Device等三種。支持網(wǎng)絡(luò)拓?fù)溆行切?、樹型、網(wǎng)型等三種。

▲?Zigbee網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?/span>

優(yōu)勢：功耗低、成本較低、延時短、高容量以及高安全，傳輸距離較長；可支持網(wǎng)狀拓?fù)洌瑯錉钔負(fù)浜托切屯負(fù)浣Y(jié)構(gòu)，組網(wǎng)靈活，可實(shí)現(xiàn)多跳傳輸。

缺點(diǎn)：傳輸速率低，定位精度對算法要求較高。

適用：目前zigbee系統(tǒng)定位已廣泛應(yīng)用于室內(nèi)定位、工業(yè)控制、環(huán)境監(jiān)測、智能家居控制等領(lǐng)域。

▲?Zigbee室內(nèi)定位模式

5UWB定位技術(shù)UWB定位技術(shù)

超寬帶（UWB)定位技術(shù)是一種全新的、與傳統(tǒng)通信定位技術(shù)有極大差異的新技術(shù)。它利用事先布置好的已知位置的錨節(jié)點(diǎn)和橋節(jié)點(diǎn)，與新加入的盲節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通訊，并利用三角定位或者“指紋”定位方式來確定位置。

超寬帶無線(UWB)技術(shù)是近年來提出的室內(nèi)高精度無線定位技術(shù)，具有高達(dá)納秒級別的時間分辨能力，結(jié)合基于到達(dá)時間的測距算法，理論上可以達(dá)到厘米級的定位精度，可以滿足工業(yè)應(yīng)用的定位需求。

整個系統(tǒng)劃分為三層：管理層、服務(wù)層、現(xiàn)場層。系統(tǒng)層次劃分明確，架構(gòu)清晰。

現(xiàn)場層由定位錨點(diǎn)/Anchor、定位標(biāo)簽/Tag組成：

• 定位錨點(diǎn)/Anchor

定位錨點(diǎn)計算Tag和自己的距離，通過有線或WLAN方式回傳報文給位置計算引擎。

• 定位標(biāo)簽/Tag

標(biāo)簽與被定位的人、物品進(jìn)行關(guān)聯(lián)，和Anchor通訊并廣播自己的位置。

優(yōu)勢：具有GHz量級的帶寬，定位精度高；穿透力強(qiáng)，抗多徑效果好、安全性高。

缺點(diǎn)：但由于新加入的盲節(jié)點(diǎn)也需要主動通信使得功耗較高，同時該系統(tǒng)成本高；

適用：超寬帶技術(shù)可用于雷達(dá)探測，同時應(yīng)用于各個領(lǐng)域的室內(nèi)精確定位和導(dǎo)航。

▲?UWB室內(nèi)定位模式

▲?基于UWB的人員定位系統(tǒng)架構(gòu)圖

6紅外線室內(nèi)定位紅外線室內(nèi)定位

紅外線室內(nèi)定位有兩種，第一種是被定位目標(biāo)使用紅外線IR標(biāo)識作為移動點(diǎn)，發(fā)射調(diào)制的紅外射線，通過安裝在室內(nèi)的光學(xué)傳感器接收進(jìn)行定位；第二種是通過多對發(fā)射器和接收器織紅外線網(wǎng)覆蓋待測空間，直接對運(yùn)動目標(biāo)進(jìn)行定位。

優(yōu)勢：較高的室內(nèi)定位精度，抗干擾能力強(qiáng)；

缺點(diǎn)：紅外線只能視線傳播，穿透性能極差，當(dāng)標(biāo)識被遮擋時就無法正常工作，也極易受燈光、煙霧等環(huán)境因素影響明顯；

傳輸距離不長，使其在布局上，無論哪種方式，都需要在每個遮擋背后、甚至轉(zhuǎn)角都安裝接收端，布局復(fù)雜，成本較高。

適用：適用于實(shí)驗(yàn)室對簡單物體的軌跡精確定位記錄以及室內(nèi)自走機(jī)器人的位置定位。

▲ 紅外室內(nèi)定位模式

7超聲波定位技術(shù)超聲波定位系統(tǒng)

超聲波定位技術(shù)是基于超聲波測距系統(tǒng)而開發(fā)，由若干個應(yīng)答器和主測距器組成：主測距器放置在被測物體上，向位置固定的應(yīng)答器發(fā)射同無線電信號，應(yīng)答器在收到信號后向主測距器發(fā)射超聲波信號，利用反射式測距法和三角定位等算法確定物體的位置。

優(yōu)勢：定位整體精度很高，達(dá)到了厘米級；結(jié)構(gòu)相對簡單，有一定的穿透性而且超聲波本身具有很強(qiáng)的抗干擾能力。

缺點(diǎn)：空氣中的衰減較大，不適用于大型場合；反射測距時受多徑效應(yīng)和非視距傳播影響很大，造成需要精確分析計算的底層硬件設(shè)施投資，成本太高。

適用：超聲波定位技術(shù)在數(shù)碼筆上已經(jīng)被廣泛利用，而海上探礦也用到了此類技術(shù)，室內(nèi)定位技術(shù)還主要用于無人車間的物物定位。

▲ 超聲波室內(nèi)定位模式

8iBeaconiBeacon定位

iBeacon是一種新型基于藍(lán)牙4.0的精準(zhǔn)室內(nèi)微定位技術(shù)，目前iOS、Android、Windows和黑莓系統(tǒng)設(shè)備，均具備了藍(lán)牙低能耗技術(shù)（BLE）。當(dāng)你的手持設(shè)備靠近一個iBeacon基站時，設(shè)備就能夠感應(yīng)到iBeacon信號（UUID和RSSI），范圍可以從幾毫米到50米，通過加權(quán)三環(huán)定位算法即可得到精確的位置，常規(guī)可達(dá)到2m的精度。

▲?iBeacon

iBeacon是蘋果公司提出的“一種可以讓附近手持電子設(shè)備檢測到的一種新的低功耗、低成本信號傳送器”的一套可用于室內(nèi)定位系統(tǒng)的協(xié)議。這種技術(shù)可以使一個智能手機(jī)或其他裝置在一個iBeacon基站的感應(yīng)范圍內(nèi)執(zhí)行相應(yīng)的命令。

這是幫助智能手機(jī)確定他們大概位置或環(huán)境的一個應(yīng)用程序。在一個iBeacon基站的幫助下，智能手機(jī)的軟件能大概找到它和這個iBeacon基站的相對位置。iBeacon能讓手機(jī)收到附近售賣商品的通知，也可以讓消費(fèi)者不用拿出錢包或信用卡就能在銷售點(diǎn)的POS機(jī)上完成支付。iBeacon技術(shù)通過低功耗藍(lán)牙（BLE），也就是智能藍(lán)牙來實(shí)現(xiàn)。

iBeacon為利用低功耗藍(lán)牙可以近距離感測的功能來傳輸通用唯一識別碼的一個app或操作系統(tǒng)。這個識別碼可以在網(wǎng)上被查找到用以確定設(shè)備的物理位置或者可以在設(shè)備上觸發(fā)一個動作比如在社交媒體簽到或者推送通知。

▲ iBeacon室內(nèi)定位模式

以上是成型的主流的室內(nèi)定位方案，每種定位模式均有其優(yōu)勢和劣勢，隨著室內(nèi)定位和科技的發(fā)展，未來必定是多模式融合定位的結(jié)果，同時更大的難題是室內(nèi)外無縫切換定位解決方案。

▲ 多模式融合室內(nèi)外定位

|?整理文章為傳播相關(guān)技術(shù)，版權(quán)歸原作者所有?|

|?如有侵權(quán)，請聯(lián)系刪除?

???????????????? ?END ?????????????????