室內(nèi)定位的應(yīng)用場景

1、精準(zhǔn)室內(nèi)導(dǎo)航

在復(fù)雜室內(nèi)環(huán)境下實現(xiàn)基于移動智能終端的實時導(dǎo)航，精度一般在1-5米，可實現(xiàn)跨樓層路線導(dǎo)引，讓路癡在室內(nèi)室外都能隨心自如。主要應(yīng)用于大型商超為客戶提供智能導(dǎo)購，醫(yī)院為病患提供電子導(dǎo)醫(yī)，智慧園區(qū)為訪客提供智能引導(dǎo)等服務(wù)。

2、人員/物品實時定位

可對人員、物資、設(shè)備等目標(biāo)進(jìn)行精準(zhǔn)定位，精度一般分為厘米級定位、米級精度的定位，主要應(yīng)用于人員定位看護(hù)，物資定位管理。常見場景有訪客定位管理、倉儲設(shè)備定位管理等。

3、歷史軌跡查詢

可隨時查看人員、物品在某個時間段內(nèi)的移動軌跡，便于實現(xiàn)人員崗位巡查、人員行為分析、物資調(diào)度安排等。主要應(yīng)用于事件歷史追溯、養(yǎng)老院老人智能看護(hù)等。

4、虛擬地理圍欄

通過系統(tǒng)在關(guān)鍵區(qū)域設(shè)置虛擬圍欄，一旦人員、物資、設(shè)備，未經(jīng)授權(quán)進(jìn)入或離開某區(qū)域，立即預(yù)警，保障安全。主要應(yīng)用于人員防走失、崗位管理、物資管控等。

5、位置數(shù)據(jù)收集

可在數(shù)萬人的大型會展中實現(xiàn)全時段位置信息收集，全面收集人群行為軌跡，查看在某展位停留時間、觀覽數(shù)據(jù)，提供精準(zhǔn)營銷數(shù)據(jù)，為客戶回訪和針對性營銷提供保障，提升展會客戶轉(zhuǎn)化率。

6、互動營銷

對于大型商超、景區(qū)、會展等場景，可以通過互動消息的推送實現(xiàn)線上線下互動營銷，比如微信“搖一搖周邊”、景區(qū)智能導(dǎo)覽等大多是基于此服務(wù)。

7、系統(tǒng)聯(lián)動

可以與定位現(xiàn)場的聲光報警系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)動，實現(xiàn)預(yù)警的同時觸發(fā)警鈴或是現(xiàn)場視頻畫面，便于高效決策。

室內(nèi)定位技術(shù)現(xiàn)狀

室內(nèi)定位從最初開始，基本上都是采用無線電（即RSS，ReceivedSignalStrength原理），紅外線，超聲波這幾種傳播介質(zhì)作為定位方案的實現(xiàn)載體。在這樣的情況之下也有各個高校，各大公司研制出了許多種室內(nèi)定位方案，如MITOxygen項目開發(fā)的Cricket系統(tǒng)，Cricket定位系統(tǒng)基于超聲波和射頻信號的到達(dá)時間差來實現(xiàn)定位，還有諾基亞采用的HAIP技術(shù)，該技術(shù)需要在室內(nèi)安裝一種定位發(fā)射臺，藍(lán)牙模塊與之通信，通過這兩者之間的通信完成定位，以及由微軟開發(fā)的RADAR系統(tǒng)，該系統(tǒng)是最早的基于WiFi網(wǎng)絡(luò)的定位系統(tǒng)，它采用射頻指紋匹配方法，即從指紋庫中查找最接近的幾個鄰居，取它們坐標(biāo)的平均作為定位目標(biāo)的坐標(biāo)估計數(shù)據(jù)。

然而目前這幾種主流的室內(nèi)定位方式似乎只要在成本上盡如人意了，性能方面便會出現(xiàn)欠缺，只要在性能方面盡如人意了，成本方面便會難以承受。而現(xiàn)在已經(jīng)有部分公司在突破傳統(tǒng)，研制出開創(chuàng)性的新技術(shù)，而科研方面的相關(guān)人員，尤其是我國的相關(guān)科研人員，卻大多數(shù)還停留在主流傳統(tǒng)方向上，這些人員之中，應(yīng)該有一部分人，在有條件的情況下，進(jìn)行開創(chuàng)性的室內(nèi)定位新技術(shù)的研究工作，從而更加合理，有效地利用科研資源。

室內(nèi)定位面臨難題

1.室內(nèi)空間復(fù)雜的信道環(huán)境與空間拓?fù)潢P(guān)系

對視頻信號來講，信號發(fā)射器和接收機(jī)間通視是定位的基礎(chǔ)。任何遮擋會導(dǎo)致信號強(qiáng)度的迅速衰減或直接阻擋信號的傳播。GNSS信號無法穿越厚厚的建筑墻面是一個典型的例子。衛(wèi)星導(dǎo)航信號從2萬多千米的高空，穿越大氣層后傳到地面，已經(jīng)很微弱，再加上墻壁或玻璃的遮擋，能進(jìn)入室內(nèi)的GNSS信號只能通過高靈敏度接收機(jī)接收，其定位精度在幾十米或者更差。

由于室內(nèi)空間復(fù)雜的拓?fù)潢P(guān)系，室內(nèi)空間內(nèi)部信號遮擋是室內(nèi)定位常遇到的問題，大大限制了很多室外定位技術(shù)在室內(nèi)普及的可能性，也把有效定位范圍限制在很小的范圍內(nèi)，給實現(xiàn)室內(nèi)定位廣域覆蓋帶來極大的困難。此外，復(fù)雜的拓?fù)淇臻g也導(dǎo)致復(fù)雜信號傳播環(huán)境。大量的反射信號也直接影響到測量精度，從而導(dǎo)致較大的定位誤差。復(fù)雜的空間拓?fù)潢P(guān)系從定位精度和可用性兩個方面給室內(nèi)定位帶來諸多約束。

定位場景信號場的時空變化問題。除了復(fù)雜的空間拓?fù)潢P(guān)系外，室內(nèi)幾何環(huán)境和信號環(huán)境的時空變化也是維持定位系統(tǒng)的高可持續(xù)性的最大障礙（如Wi-Fi基站的增減，室內(nèi)電器和家具的布設(shè)變化，貨架貨物變化，展覽場館的布設(shè)變化等）。如何感知和認(rèn)知室內(nèi)幾何環(huán)境和信號環(huán)境的時空變化，提高對定位環(huán)境的自學(xué)習(xí)、自適應(yīng)能力，實現(xiàn)定位指紋庫（包括Wi-Fi指紋庫，地磁指紋庫等）、圖像特征庫、地標(biāo)信息庫自動更新，是室內(nèi)定位領(lǐng)域還沒解決的科學(xué)問題。

2.異源異構(gòu)的定位源

基于智能手機(jī)的室內(nèi)定位源主要包括3大類：衛(wèi)星定位，短距離射頻信號和傳感器。衛(wèi)星定位包括GPS、北斗、Galileo和GLONASS；短距離射頻信號包括Wi-Fi和藍(lán)牙；傳感器包括加速度計、磁力計、陀螺儀、氣壓計、光強(qiáng)度傳感器、麥克風(fēng)、揚(yáng)聲器和相機(jī)。個別智能手機(jī)還包括深度相機(jī)，除了衛(wèi)星定位接收機(jī)以外，所有傳感器和射頻信號都不是為定位用途而設(shè)置的，手機(jī)商在選擇這些傳感器和射頻信號時首要考慮的性能不是定位。衛(wèi)星定位、短距離射頻信號和傳感器的信號機(jī)制和工作原理是完全不同的。他們測量的物理量和測量方法也不一樣，測量精度也因源而異。為了得到最優(yōu)的定位結(jié)果，通常需要融合這些異源異構(gòu)的定位驗。在融合這些異源異構(gòu)的定位源時，面臨以下問題：

（1）信號測量值同步問題。

由于不同定位源的測量過程是獨(dú)立工作的，不同測量值的采樣時間是不一樣的。如果位置計算在同一個手機(jī)上，可以把所有定位源的觀測值都統(tǒng)一到同一時間系統(tǒng)（如手機(jī)時間），通過內(nèi)差等方法把異源觀測量歸算到同一觀測歷元上。如果位置計算在云端服務(wù)器上，所有參與定位的手機(jī)都必須統(tǒng)一到同一時間基準(zhǔn)，比如說網(wǎng)絡(luò)時。不同手機(jī)的異源觀測值也必須歸算到同一觀測歷元。前面所述方法只適用于用戶在低速運(yùn)動狀態(tài)下（運(yùn)動速度小于2m/s）。在高速運(yùn)動情況下，要考慮更高精度的時間同步方法。

（2）信號采樣頻率不一致。

比如Wi-Fi信號的采樣頻率為1/3Hz，而加速度計的采樣頻率可以達(dá)到180Hz。各種定位源的不同采樣頻率，要求定位算法具備不同歷元處理不同數(shù)據(jù)組合的能力，包括數(shù)據(jù)掉包情形。室內(nèi)定位的位置更新率應(yīng)該大于等于1Hz才能滿足大多數(shù)位置服務(wù)的需求，尤其是跟人流動線相關(guān)的應(yīng)用。

（3）信號測量精度差異問題。

低成本傳感器容易受環(huán)境因素干擾，影響信號測量精度，如運(yùn)動傳感器的測量精度就很差，不能直接用于慣性導(dǎo)航，但可以用于步頻探測。有些定位源如藍(lán)牙天線陣列、視覺定位、音頻定位等方法可以在局部范圍內(nèi)提供高精度距離、角度或坐標(biāo)測量值。由于受布設(shè)成本的限制，這些高精度測量值不能廣域覆蓋。這就要求定位算法有足夠的靈活性，融合不同觀測精度的定位源，讓有限的高精度測量值發(fā)揮最大的作用。

（4）不同定位終端測量偏差問題。

由于不同定位終端（如手機(jī)）硬件上的差異，它們對同一定位源的測量值是存在偏差的。比如不同手機(jī)對同一Wi-Fi基站的信號強(qiáng)度（RSSI）測量值是有偏差的，這種偏差雖然不很大，但足以影響定位精度。不同手機(jī)的相機(jī)參數(shù)也不一樣，在定位時必須考慮定位終端硬件上的差異，通過定標(biāo)的方法，消除它們定位的影響。這點對高精度定位（優(yōu)于1m）尤為重要。

3.移動終端上有限的計算資源

移動終端的計算資源主要體現(xiàn)在3個方面：有限的計算能力、有限的供電能力和有限的存儲能力。隨著智能手機(jī)的計算性能越來越高，一些復(fù)雜的定位算法如視覺定位，粒子濾波等都慢慢出現(xiàn)在室內(nèi)定位的視野里。由于智能手機(jī)是一個多功能的終端，定位功能只能占據(jù)小部分的CPU處理時間以保證其他主流功能如打電話、微信、拍照等正常工作。從節(jié)能的角度看，不管手機(jī)的計算性能有多高，都不可以讓智能手機(jī)處于連續(xù)高速運(yùn)算狀態(tài)，否則手機(jī)電池很快就耗盡。除此之外，智能手機(jī)上的存儲能力也有限，不足以運(yùn)行復(fù)雜的定位算法如圖像處理和復(fù)雜的深度學(xué)習(xí)算法。

室內(nèi)定位技術(shù)發(fā)展趨勢

（1）基于低功耗藍(lán)牙BLE的定位技術(shù)會被越來越廣泛應(yīng)用。藍(lán)牙室內(nèi)定位已發(fā)展一段時間，但過去并未受重視，隨著蘋果公司提出的iBeacon技術(shù)，BLE定位受到相當(dāng)大的關(guān)注。目前基于該技術(shù)的信息推送應(yīng)用在零售業(yè)已經(jīng)獲得相當(dāng)大的響應(yīng)，預(yù)期未來BLE室內(nèi)定位技術(shù)會更多結(jié)合信息推送、移動支付等應(yīng)用，或被實踐在日常生活上提供個性化服務(wù)。

（2）多種技術(shù)結(jié)合的混合定位方法，以滿足各種室內(nèi)環(huán)境和應(yīng)用場景的需求，并彌補(bǔ)單一技術(shù)的局限。越來越多的解決方案已經(jīng)將9軸或12軸慣性傳感器技術(shù)和其它技術(shù)如基于WiFi的定位技術(shù)融合到一起，并且這已經(jīng)成為趨勢。Google、Broadcom、CSR都提供多種技術(shù)融合的混合解決方案。未來會有更多的解決方案是完整的傳感器/WiFi/BLE的混合解決方案以滿足多種需求。

（3）室內(nèi)地圖和室內(nèi)定位數(shù)據(jù)庫會迅速發(fā)展，相關(guān)技術(shù)趨于成熟，以保證快速擴(kuò)展的能力和定位性能的可靠性與一致性。這里的挑戰(zhàn)包括地圖和數(shù)據(jù)庫的擴(kuò)展性，快速有效地產(chǎn)生和維護(hù)數(shù)據(jù)庫的技術(shù)，比如通過眾包的方法。

（4）基于位置的應(yīng)用和服務(wù)會更多利用附近的感應(yīng)和發(fā)現(xiàn)。相對定位而言，附近的發(fā)現(xiàn)會更簡單因為它并不需要計算精確位置，而只是發(fā)現(xiàn)附近的設(shè)備就能提供相應(yīng)的服務(wù)。這種技術(shù)對于室內(nèi)和連續(xù)無處不在的定位而言有很大影響，并可以作為很好的補(bǔ)充，尤其是針對精確定位不容易實現(xiàn)的場景。相關(guān)的技術(shù)有BT/BLE、LTEDirect、WiFiDirect、NFC等。

（5）采用專用的定位引擎來處理定位、運(yùn)動檢測、傳感器數(shù)據(jù)分析、信息融合和地理圍欄等。通過用專用的處理器來處理運(yùn)動，情境和定位，可以降低對應(yīng)用處理器的喚醒，以優(yōu)化和降低功耗，達(dá)到隨時隨地都知道所處位置的目標(biāo)。

（6）低功耗優(yōu)化，降低定位功能對移動設(shè)備帶來的額外功耗以實現(xiàn)隨時隨地的精準(zhǔn)定位。包括使用專用的定位處理引擎以盡量少喚醒應(yīng)用處理器，結(jié)合運(yùn)動檢測和行為模式的檢測來降低功耗，通過多種定位技術(shù)的融合選擇最省電同時滿足精度的技術(shù)，并關(guān)閉或使高功耗的定位技術(shù)處于休眠模式，以降低高功耗傳感器的使用等。