室内定位技术的现状与发展
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摘 要：随着无线通信技术的飞速发展和智能移动终端的普及应用，基于位置服务的技术应运而生。然而，GPS、北斗等卫星定位系统在室内的信号覆盖差，无法满足室内定位精度的高要求。本文主要介绍了室内位置服务产业的现状和常见定位技术原理，并展望了未来的发展前景。
关键词：位置服务;卫星定位;室内定位
中图分类号：TN92 文献标识码：A 文章编号：1003-5168（2019）04-0018-02
The Present Condition and Development of Indoor Positioning Technology
HU Zhihui TANG Hai
（School of Electrical & Information Engineering， Hubei University of Automotive Technology，Shiyan Hubei 442002）
Abstract： With the rapid development of wireless communication technology and the popular application of smart mobile terminals， location-based service technology has emerged. Because GPS， Beidou and other satellite positioning systems have poor indoor signal coverage， they can not meet the high requirements for indoor positioning accuracy.In this paper， the present situation of the indoor location service industry and the principle of common positioning technology were introduced， and the future development prospects were forecasted.
Keywords： location-based services;satellite positioning;indoor positioning
定位服务来源于英文Location Based Service。1994年，美国学者Schilit提出了定位服务的三大目标：你在哪里、你和谁在一起以及你的附近有什么资源，构成了LBS最基础的内容。目前，全球室外定位主要采用美国的GPS、俄罗斯的GLONASS、中国北斗COMPASS以及欧洲的GALILEO这4套卫星定位系统。它们提供的民商用信号定位精度均达到了10m以内，军用信号定位精度更是达到了厘米级别。然而，全球卫星定位系统也存在局限性，在环境复杂的室内效果大打折扣，如定位精度差、信号弱、显示无法定位。随着移动互联网的发展和室内定位技术的创新，新型室内定位技术应运而生。
1 位置服务产业的发展
根据《2018中国卫星导航与位置服务产业发展白皮书》[1]，我国位置服务产业规模持续扩大，产值已达到2 550亿元，较2017年度增长20.4%。近年来，随着移动互联的高速发展和云计算、物联网等新技术的兴起，传统行业的发展模式发生了改变，催生了众多新业态。中国拥有全球最多的智能手机，人们对生活服务、出行及娱乐等的需求和习惯随之改变，促使在室内快速准确获得移动终端的位置信息和提供位置服务的需求变得日益迫切。
中国现有火车站1 000余个，单日客流量超过1 000万人;民用机场200多个，旅客年吞吐量已突破10亿人;城市随处可见的大型室内停车场有车位数上千;1×105m2以上的大型倉库数量不断增加[2]。这些人们息息相关的生活场景，由于室内空间日益庞大复杂，无法依靠传统标识进行引导，需要依赖信息化的定位导航。例如，在火车站、飞机场，需要为旅客提供位置导航，同时监控与分析客流，以便调度。在大型室内停车场，需要为用户提供停车、找车定位导航服务，以提高停车场管理效率和用户停车体验。在大型仓库，企业需要实现智能仓储管理、自动搬运货物以及货物追踪定位，以提高生产效率。
我国政府支持跨界融合的产业创新和应用发展，2017年11月，在上海成功召开了第二届全球室内位置服务产业峰会，成立了中国位置服务产业联盟，推动了产业生态协作圈的建立，提高了室内位置服务全产业链竞争能力，拓宽了应用场景，引导了位置服务产业的健康稳步发展。
2 室内定位技术及原理
目前，室内定位技术在国内外都是研究热门。美国高通公司和微软研究院、澳大利亚Locate、芬兰Ekahau及北京邮电大学等公司、研究机构及国内外大学，对室内定位、室内地图等关键技术展开了深入研究，设计开发了各种室内定位系统。室内定位技术主要分为局域网室内定位技术和广域网室内定位技术两个方向。广域网室内定位技术需要特殊硬件的支持，花费成本较高;而局域网室内定位技术一般采用较常见的WiFi、蓝牙及红外线等技术，更适合商业推广。
2.1 WiFi室内定位技术
目前，室内基本都有固定WiFi路由器供连接上网。WiFi定位采用指纹定位原理，选取多个AP（Access Point）采集指纹点构造指纹地图，完成信号比对，进而完成定位。虽然这项技术的成本较低，使用普通上网路由器即可，但是采集数据较麻烦，需采集较多指纹点，且定位误差要控制在3～5m[3]。
2.2 超声波定位技术
超声波定位技术需要特殊的超声波发射源。已知超声波传播的速度为光速，测得至少3个发射源到待测点的时间，可得到发射源与待测点的距离，从而精确计算待测点的位置。这是利用几何原理定位的，但是要发射源同步时钟信号，并要求接受点能准确计算信号到达时间，以便准确定位。 2.3 蓝牙室内定位技术
该项技术需要至少3个蓝牙发射信号源，通过采集接收点蓝牙信号的强度估算距离，从而使用几何定位原理实现定位。目前，大部分手机终端都自带蓝牙模块，可部署实施该项技术，易受外部噪声干扰，信号稳定性较差，扩散距离有限。
2.4 ZigBee定位技术
ZigBee技术是一种消耗功率低、传输速率低、花费硬件资源少的无线即时通信技术。ZigBee定位技术需要特殊的信号发射器，利用几何定位原理定位，技术实现和蓝牙室内定位技术类似。
2.5 红外线定位技术
红外线是一种波长介于无线电波和可见波之间的电磁波。红外线定位技术通过室内待定位设备上的光学传感器接收到红外线发射器发射的特定红外线后进行定位。1992年，AT&T实验室与Cambridge大学联合开发的Active Badge System被称为第一代室内定位系统，其平均定位精度可达到6m。2011年，德国Ambiplex提出的IR.Loc定位系统基于AOA测量热辐射进行定位，10m范围内的定位精度达到20～30cm[4]。
2.6 LED定位技术
LED定位技术是LED灯发出一定规律的光信号，通过设备的摄影头接收光信号，然后分析光信号计算定位。该技术需使用特殊设备，成本较高，且分析光信号是技术难点。
2.7 超宽带（UWB）定位技术
该技术通过到达时间差（TDOA）的不同实现定位，需提前部署多个信号发射源，测量不同的到达时间，以计算距离完成定位。虽然它具有体积小、功耗低、穿透力强、不易察觉和定位精度高等特点，但是系统建设成本较高，限制了技术的推广应用。
通过分析常见室内定位技术，归纳其定位精度、部署成本等优缺点，认为组合/混合定位技术将成为未来室内定位技术的发展趋势。
3 结语
随着人们对室内位置服务需求的持续增加、各种室内定位技术的不断发展和不同技术之间的互融与互补，室内定位技术将日渐完善和精确。室内位置服务使人与人、人与物、物与物之间的联系更加紧密，真正实现万物互联，促进相关产业的进一步发展。
参考文献：
[1]周慧.基于WiFi室內定位技术研究[D].南京：南京邮电大学，2016.
[2]李同松.基于ZigBee技术的室内定位系统研究与实现[D].大连：大连理工大学，2008.
[3]华蕊，郝永平，杨芳.超声波定位系统的设计[J].国外电子测量技术，2009（6）：65-67.
[4]裴凌，刘东辉，钱久超.室内定位技术与应用综述[J].导航定位与授时，2017（5）：1-10.
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