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全面解讀物聯(lián)網(wǎng)定位技術(shù)（三）
蓬勃發(fā)展的室外定位技術(shù)——WiFi、藍(lán)牙、RFID、紅外等等各有特殊
室內(nèi)定位的技術(shù)分支多樣，下圖是各種室內(nèi)定位方案的對(duì)比圖：
目前室內(nèi)定位常用的定位方法，從原理上主要分為七種：鄰近探測(cè)法、質(zhì)心定位法、多邊定位法、三角定位法、極點(diǎn)法、指紋定位法和航位推算法。
定位原理 | 描述 | 特點(diǎn) |
臨近探測(cè)法 | 通過一些有范圍限制的物理信號(hào)的接收，從而判斷移動(dòng)設(shè)備是否出現(xiàn)在某一個(gè)發(fā)射點(diǎn)附近。 | 該方法雖然只能提供大概的定位信息，但其布設(shè)成本低、易于搭建，適合于一些對(duì)定位精度要求不高的應(yīng)用，例如自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)用于公司的員工簽到。 |
質(zhì)心定位法 | 根據(jù)移動(dòng)設(shè)備可接收信號(hào)范圍內(nèi)所有已知的信標(biāo)（beacon）位置，計(jì)算其質(zhì)心坐標(biāo)作為移動(dòng)設(shè)備的坐標(biāo)。 | 該方法易于理解，計(jì)算量小，定位精度取決于信標(biāo)的布設(shè)密度。 |
多邊定位法 | 通過測(cè)量待測(cè)目標(biāo)到已知參考點(diǎn)之間的距離，從而確定待測(cè)目標(biāo)的位置。 | 精度高、應(yīng)用廣。 |
三角定位法 | 該方法是在獲取待測(cè)目標(biāo)相對(duì)２個(gè)已知參考點(diǎn)的角度后結(jié)合兩參考點(diǎn)間的距離信息可以確定唯一的三角形，即可確定待測(cè)目標(biāo)的位置。 | 精度高、應(yīng)用廣。 |
極點(diǎn)法 | 通過測(cè)量相對(duì)某一已知參考點(diǎn)的距離和角度從而確定待測(cè)點(diǎn)的位置。 | 該方法僅需已知一個(gè)參考點(diǎn)的位置坐標(biāo)，因此使用非常方便，已經(jīng)在大地測(cè)量中得到廣泛應(yīng)用。 |
指紋定位法 | 在定位空間中建立指紋數(shù)據(jù)庫(kù)，通過將實(shí)際信息與數(shù)據(jù)庫(kù)中的參數(shù)進(jìn)行對(duì)比來實(shí)現(xiàn)定位。 | 指紋定位的優(yōu)勢(shì)是幾乎不需要參考測(cè)量點(diǎn)，定位精度相對(duì)較高；但缺點(diǎn)是前期離線建立指紋庫(kù)的工作量巨大，同時(shí)很難自適應(yīng)于環(huán)境變化較大的場(chǎng)景。 |
航位推算法 | 是在已知上一位置的基礎(chǔ)上，通過計(jì)算或已知的運(yùn)動(dòng)速度和時(shí)間計(jì)算得到當(dāng)前的位置。 | 數(shù)據(jù)穩(wěn)定，無依賴，但該方法存在累積誤差，定位精度隨著時(shí)間增加而惡化。 |
不同的室內(nèi)定位方法選擇不同的觀測(cè)量，通過不同的觀測(cè)量提取算法所需要的信息。下表對(duì)主要的觀測(cè)量進(jìn)行簡(jiǎn)要的介紹。
觀測(cè)量 | 簡(jiǎn)介 |
RSSI測(cè)量 | 它是通過計(jì)算信號(hào)的傳播損耗，可以使用理論或者經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ蛠韺鞑p耗轉(zhuǎn)化為距離，也可以用于指紋定位建立指紋庫(kù)。 |
TOA測(cè)量 | 該方法主要測(cè)量信號(hào)在基站和移動(dòng)臺(tái)之間的單程傳播時(shí)間或來回傳播時(shí)間。前者要求基站與移動(dòng)臺(tái)間的時(shí)鐘同步。 |
TDOA測(cè)量 | 該方法同樣是測(cè)量信號(hào)到達(dá)時(shí)間，但使用到達(dá)時(shí)間差進(jìn)行定位計(jì)算，可利用雙曲線交點(diǎn)確定移動(dòng)臺(tái)位置，故可以避免對(duì)基站和移動(dòng)臺(tái)的精確同步。 |
AOA測(cè)量 | 該方法是指接收機(jī)通過天線陣列測(cè)出電磁波的入射角度，包括測(cè)量基站信號(hào)到移動(dòng)臺(tái)的角度或者移動(dòng)臺(tái)信號(hào)到達(dá)基站的角度。每種方式均會(huì)產(chǎn)生從基站到移動(dòng)臺(tái)的方向線。2個(gè)基站可以得到2條方向線，其交點(diǎn)即為移動(dòng)臺(tái)位置。因此，AOA方法只需要2個(gè)基站即可確定移動(dòng)臺(tái)位置。 |
方向和距離 | 獲取方向和距離多用于航位推算定位，采用自包含傳感器記錄載體的物理信息，計(jì)算得到方向和距離，從而在已知上一位置的基礎(chǔ)上計(jì)算得到當(dāng)前的位置。 |
根據(jù)上面介紹的定位原理和觀測(cè)量，衍生出了多種室內(nèi)定位技術(shù)，下面將對(duì)主流的室內(nèi)定位技術(shù)進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹。
1.WiFi定位技術(shù)
目前WiFi是相對(duì)成熟且應(yīng)用較多的技術(shù)，這幾年有不少公司投入到了這個(gè)領(lǐng)域。WiFi室內(nèi)定位技術(shù)主要有兩種。
WiFi定位一般采用“近鄰法”判斷，即最靠近哪個(gè)熱點(diǎn)或基站，即認(rèn)為處在什么位置，如附近有多個(gè)信源，則可以通過交叉定位（三角定位），提高定位精度。
由于WiFi已普及，因此不需要再鋪設(shè)專門的設(shè)備用于定位。用戶在使用智能手機(jī)時(shí)開啟過Wi-Fi、移動(dòng)蜂窩網(wǎng)絡(luò)，就可能成為數(shù)據(jù)源。該技術(shù)具有便于擴(kuò)展、可自動(dòng)更新數(shù)據(jù)、成本低的優(yōu)勢(shì)，因此最先實(shí)現(xiàn)了規(guī)模化。
不過，WiFi熱點(diǎn)受到周圍環(huán)境的影響會(huì)比較大，精度較低。為了做得準(zhǔn)一點(diǎn)有公司就做了WiFi指紋采集，事先記錄巨量的確定位置點(diǎn)的信號(hào)強(qiáng)度，通過用新加入的設(shè)備的信號(hào)強(qiáng)度對(duì)比擁有巨量數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫(kù)，來確定位置。
由于采集工作需要大量的人員來進(jìn)行，并且要定期進(jìn)行維護(hù)，技術(shù)難以擴(kuò)展，很少有公司能把國(guó)內(nèi)的這么多商場(chǎng)定期的更新指紋數(shù)據(jù)。
WiFi定位可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的大范圍定位，但精度只能達(dá)到2米左右，無法做到精準(zhǔn)定位。因此適用于對(duì)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(chǎng)等各種需要定位導(dǎo)航的場(chǎng)合。
2.FRID定位技術(shù)
RFID定位的基本原理是，通過一組固定的閱讀器讀取目標(biāo)RFID標(biāo)簽的特征信息（如身份ID、接收信號(hào)強(qiáng)度等），同樣可以采用近鄰法、多邊定位法、接收信號(hào)強(qiáng)度等方法確定標(biāo)簽所在位置。
這種技術(shù)作用距離短，一般最長(zhǎng)為幾十米。但它可以在幾毫秒內(nèi)得到厘米級(jí)定位精度的信息，且傳輸范圍很大，成本較低。同時(shí)由于其非接觸和非視距等優(yōu)點(diǎn)，可望成為優(yōu)選的室內(nèi)定位技術(shù)。