曾经网上流传这样一句话:我们的征途是星辰大海。人类为了征服大自然,发明了茫茫多的设备仪器,用于定位的仪器从最早的罗盘、指南针,到今天的卫星定位,人类解决了在征途中“我在哪里”的问题。但是随着高度城市化的进程,室内空间越来越大、越来越复杂。人类在钢筋水泥中迷了路。
在卫星之前,如何定位?
首先,得有一只精准的钟表,然后用指南针找着东南西北,接着利用太阳的影子(日晷)计算出维度和当地时间,再比对钟表时间,计算出经度。
到了晚上没太阳怎么办?测量天上特定几颗星星的方位,大致也能计算自己的经纬度。
既没太阳又没星星的阴雨天咋办?得了,这会找科学家不如找算命先生管用!其实光看这些定位原理,就能猜到精度有多粗糙了,可即便是这些连猜带蒙的糙技术,探索过程也极尽曲折,以至于当年连牛顿都认为利用钟表在海上定位是不可能的。
发展到当下,科学技术迅猛发展,GPS的室外定位已经得到普及,精度也非常高,但是现如今人们大多数时间呆在室内,人们70%的移动电话和80%的数据连接源自室内,而GPS定位无法工作与室内环境。人们希望位置服务能够拓展到室内。
室内定位的商业价值跟精度成正比。与室外卫星定位一统天下的情况不一样,室内定位技术呈现出百花齐放的场景。今天云酷科技就简单介绍一下
1、WiFi定位技术
目前WiFi是相对成熟且应用较多的技术,这几年有不少公司投入到了这个领域。
WiFi定位一般采用“近邻法”判断,即最靠近哪个热点或基站,即认为处在什么位置,如附近有多个信源,则可以通过交叉定位(三边定位),提高定位精度。
不过,WiFi热点受到周围环境的影响会比较大,精度较低。为了做得准一点有公司就做了WiFi指纹采集,事先记录巨量的确定位置点的信号强度,通过用新加入的设备的信号强度对比拥有巨量数据的数据库,来确定位置。
WiFi定位可以实现复杂的大范围定位,但精度只能达到2米左右,无法做到精准定位。因此适用于对人或者车的定位导航,可以于医疗机构、主题公园、工厂、商场等各种需要定位导航的场合。
2、蓝牙信标技术
蓝牙信标技术目前部署的也比较多,也是相对比较成熟的技术。蓝牙跟WiFi的区别不是太大,精度会比WiFi稍微高一点。
该技术最先由诺基亚最先发起,但影响不大。2013年,苹果发布了基于蓝牙4.0低功耗协议(BLE)的iBeacon协议,主要针对零售业应用,引起广泛关注。
3、RFID技术
RFID定位的基本原理是,通过一组固定的阅读器读取目标RFID标签的特征信息(如身份ID、接收信号强度等),同样可以采用近邻法、多边定位法、接收信号强度等方法确定标签所在位置。
射频识别室内定位技术作用距离很近,但它可以在几毫秒内得到厘米级定位精度的信息,且由于电磁场非视距等优点,传输范围很大,而且标识的体积比较小,造价比较低。但其不具有通信能力,抗干扰能力较差,不便于整合到其他系统之中,且用户的安全隐私保障和国际标准化都不够完善。
目前有大量成熟的商用定位方案基于RFID技术,广泛应用于紧急救援、资产管理、人员追踪等领域。
4、红外技术
红外定位主要有两种具体实现方法,一种是将定位对象附上一个会发射红外线的电子标签,通过室内安放的多个红外传感器测量信号源的距离或角度,从而计算出对象所在的位置。
这种方法在空旷的室内容易实现较高精度,可实现对红外辐射源的被动定位,但红外很容易被障碍物遮挡,传输距离也不长,因此需要大量密集部署传感器,造成较高的硬件和施工成本。此外红外易受热源、灯光等干扰,造成定位精度和准确度下降。
该技术目前主要用于军事上对飞行器、坦克、导弹等红外辐射源的被动定位,此外也用于室内自走机器人的位置定位。
另一种红外定位的方法是红外织网,即通过多对发射器和接收器织成的红外线网覆盖待测空间,直接对运动目标进行定位。
这种方式的优势在于不需要定位对象携带任何终端或标签,隐蔽性强,常用于安防领域。劣势在于要实现精度较高的定位需要部署大量红外接收和发射器,成本非常高,因此只有高等级的安防才会采用此技术。
5、超声波技术
超声波定位主要采用反射式测距法,通过多边定位等方法确定物体位置,系统由一个主测距器和若干接收器组成,主测距仪可放置在待测目标上,接收器固定于室内环境中。定位时,向接收器发射同频率的信号,接收器接收后又反射传输给主测距器,根据回波和发射波的时间差计算出距离,从而确定位置。
声波定位整体定位精度较高,结构简单,但超声波受多径效应和非视距传播影响很大,且超声波频率受多普勒效应和温度影响,同时也需要大量基础硬件设施,成本较高。
6、超宽带技术
超宽带(UWB)定位技术利用事先布置好的已知位置的锚节点和桥节点,与新加入的盲节点进行通讯,并利用三角定位或者“指纹”定位方式来确定位置。
从技术上看,无论是从定位精度、安全性、抗干扰、功耗等角度来分析,UWB无疑是最理想的工业定位技术之一。
不过UWB的劣势也很突出,一方面难以实现大范围室内覆盖,另一方面系统建设成本远高于RFID、蓝牙信标等技术,这也限制了该技术的推广和普及。
做的比较好的代表公司:Ubisense、清华系公司清研讯科、云酷科技。