室內(nèi)導(dǎo)航定位技術(shù)與進展

1、衛(wèi)星導(dǎo)航定位技術(shù)研究中心衛(wèi)星導(dǎo)航定位技術(shù)研究中心2012-11-20一、概述二、室內(nèi)定位技術(shù)三、室內(nèi)定位原理四、室內(nèi)導(dǎo)航電子地圖五、商業(yè)解決方案六、室內(nèi)定位的機遇與挑戰(zhàn)一、概述室外室外GNSS導(dǎo)航定位導(dǎo)航定位室內(nèi)定位-移動位置服務(wù)的最后一米-人們平均人們平均80-90%的時間在室內(nèi)的時間在室內(nèi) -70%的移動電話使用和的移動電話使用和80%的數(shù)的數(shù)據(jù)連接使用來自室內(nèi)據(jù)連接使用來自室內(nèi) 室內(nèi)需要導(dǎo)航定位怎么辦？室內(nèi)需要導(dǎo)航定位怎么辦？1、大型商場里面借、大型商場里面借助室內(nèi)導(dǎo)航快速找到助室內(nèi)導(dǎo)航快速找到出口、電梯出口、電梯2、家長用來跟蹤小、家長用來跟蹤小孩的位置避免小孩在孩的位置避免小孩在超市

2、中走丟超市中走丟3、商店根據(jù)用戶的、商店根據(jù)用戶的具體位置向用戶推送具體位置向用戶推送更多關(guān)于商品的介紹更多關(guān)于商品的介紹GNSS缺陷缺陷室內(nèi)信號遮擋無法定位民用定位精度過低（10m左右）1、A-GPS2、RFID、NFC3、WIFI4、ZIGBEE5、UWB6、藍牙7、其它技術(shù)二、室內(nèi)定位技術(shù)A-GPS(Assisted GPS)A-GPS 系統(tǒng)可以通過運系統(tǒng)可以通過運營商基站信息來進行快速營商基站信息來進行快速定位定位RFID 物流領(lǐng)域 射頻識別（RFID）技術(shù)是一種利用射頻通信實現(xiàn)的非接觸式自動識別技術(shù)。有源（主動）：可達30米無源（被動）：最遠可達10米近場通信近場通信（Near Fi

3、eld Communication，NFC）允許電子設(shè)備之間進行非接觸式點對點數(shù)據(jù)傳輸（在十厘米內(nèi)）交換數(shù)據(jù)WiFiWi-Fi是一種能夠?qū)€人電腦、手持設(shè)備（如PDA、手機）等終端以無線方式互相連接的技術(shù)，距離100米以內(nèi)。Zigbee-工業(yè)控制一種低速短距離傳輸?shù)臒o線網(wǎng)絡(luò)協(xié)定。低速、低耗電、低成本、支援大量網(wǎng)絡(luò)節(jié)點、支援多種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?、低?fù)雜度、快速、可靠、安全藍牙(blue-tooth)是一種支持設(shè)備短距離通信（一般10m內(nèi)）的無線電技術(shù)。能在包括移動電話、PDA、無線耳機、筆記本電腦、相關(guān)外設(shè)等眾多設(shè)備之間進行無線信息交換。藍牙4.0 通訊距離達10米UWB(Ultra Wideband)

4、超寬帶 一種無載波通信技術(shù)，利用納秒至微微秒級的非正弦波窄脈沖傳輸數(shù)據(jù)。有人稱它為無線電領(lǐng)域的一次革命性進展，認(rèn)為它將成為未來短距離無線通信的主流技術(shù)。 具有極強的穿精度透能力，可在室內(nèi)和地下進行精確定位。 UWB 信號的有效傳輸距離在10m 以內(nèi)，UWB 普遍地定位于個人局域網(wǎng)范疇Ubisense系統(tǒng)系統(tǒng)定位精度可達15cm,是目前國內(nèi)無線電定位的最高精度其它技術(shù)視頻-（圖像識別、二維碼等）無線電-（FM）地磁場等三、室內(nèi)定位原理距離測量到達時間(Time of Arrival，TOA)到達時間差( Time Difference of Arrival，TDOA )到達角度( Angle o

5、f Arrival，AOA )接收信號強度指示（Received Signal Strength Indicator，RSSI）位置指紋IP、信號強度 、RFID、二維碼編碼等TOA基于基于TOA測距時，已知信號的傳播速度，則可根測距時，已知信號的傳播速度，則可根據(jù)信號的傳播時間來計算節(jié)點之間的距離。據(jù)信號的傳播時間來計算節(jié)點之間的距離。TDOA發(fā)射節(jié)點同時發(fā)射兩種不同傳播速度的無線信號，這兩種無線信號的傳播速度已知。接收發(fā)射節(jié)點同時發(fā)射兩種不同傳播速度的無線信號，這兩種無線信號的傳播速度已知。接收節(jié)點根據(jù)兩種無線信號到達的時間差，計算兩個節(jié)點之間的距離節(jié)點根據(jù)兩種無線信號到達的時間差，計算兩

6、個節(jié)點之間的距離RSSI基于基于RSSI測距時，已知發(fā)射節(jié)點的發(fā)射信號強度，接收節(jié)點測距時，已知發(fā)射節(jié)點的發(fā)射信號強度，接收節(jié)點根據(jù)接收到的信號強度，計算出信號的傳輸損耗，然后根據(jù)根據(jù)接收到的信號強度，計算出信號的傳輸損耗，然后根據(jù)理論或經(jīng)驗?zāi)Ｐ蛯鬏敁p耗轉(zhuǎn)化為兩個節(jié)點之間的距離。理論或經(jīng)驗?zāi)Ｐ蛯鬏敁p耗轉(zhuǎn)化為兩個節(jié)點之間的距離。理論模型理論模型位置指紋庫RSSI指紋指紋IP指紋指紋射頻標(biāo)簽射頻標(biāo)簽ID號號二維碼二維碼013樓教室機房樓教室機房四、室內(nèi)導(dǎo)航電子地圖室內(nèi)位置服務(wù)系統(tǒng)基本功能 1、 地圖定位 2、設(shè)施查詢（商鋪、洗手間、電梯等） 3、路徑導(dǎo)航地圖可視化空間

7、數(shù)據(jù)模型Google 二維室內(nèi)地圖二維室內(nèi)地圖http:/ Accuracy Indoor Positioning (HAIP)HAIP使用由諾基亞開發(fā)的低功耗無線信號技術(shù)，該技術(shù)將成為藍牙技術(shù)的使用由諾基亞開發(fā)的低功耗無線信號技術(shù)，該技術(shù)將成為藍牙技術(shù)的一種標(biāo)準(zhǔn)。一種標(biāo)準(zhǔn)。 HAIP技術(shù)包括固定于屋頂?shù)姆较蛐园l(fā)射臺，可以用來接受和發(fā)射定位信號。技術(shù)包括固定于屋頂?shù)姆较蛐园l(fā)射臺，可以用來接受和發(fā)射定位信號。 HAIP的準(zhǔn)確度和可靠性比的準(zhǔn)確度和可靠性比WLAN有非常明顯的優(yōu)勢，可以達到一米以下，有非常明顯的優(yōu)勢，可以達到一米以下，辦公室環(huán)境里甚至可以達到辦公室環(huán)境里甚至可以達到30厘米，而且不

8、受環(huán)境因素影響。厘米，而且不受環(huán)境因素影響。 HAIP覆蓋范圍廣。一個發(fā)射臺可以覆蓋覆蓋范圍廣。一個發(fā)射臺可以覆蓋100米的距離，在較高的屋頂安裝，米的距離，在較高的屋頂安裝，覆蓋范圍可以達到覆蓋范圍可以達到1000平方米。平方米。 HAIP低功耗的特點也非常突出。發(fā)射臺可以使用電池，而一般的紐扣電池低功耗的特點也非常突出。發(fā)射臺可以使用電池，而一般的紐扣電池就可以使電子標(biāo)簽使用兩年以上。就可以使電子標(biāo)簽使用兩年以上。 IndoorAtlas方案方案IndoorAtlas是一家專注于室內(nèi)導(dǎo)航解決方案的公司，剛成立不久。IndoorAtlas的方案基于地球磁場，依據(jù)是每一個具體位置的磁場信息都不

9、一樣。不過使用這種技術(shù)進行導(dǎo)航比較麻煩，首先用戶需要上傳建筑平面圖，然后還需要你拿著移動設(shè)備繞室內(nèi)一圈，記錄下各個位置的地磁信號特征，這些信息需要上傳到IndoorAtlas的服務(wù)器。最后，你需要使用IndoorAtlas提供的工具包開發(fā)一個應(yīng)用才能使用定位功能（IndoorAtlas的開發(fā)工具包可以在線申請，不過筆者申請了兩次都沒結(jié)果）。Qubulus方案方案跟跟IndoorAtlas不同的是，不同的是，Qubulus公司根據(jù)無線電信號（公司根據(jù)無線電信號（Radio Signature）來）來定位。每一個位置的無線電信號數(shù)量、頻度、強度等也是不同的，定位。每一個位置的無線電信號數(shù)量、頻度、

10、強度等也是不同的，Qubulus根據(jù)這根據(jù)這些差異計算出你的具體位置。使用些差異計算出你的具體位置。使用Qubulus的方案，你同樣需要收集室內(nèi)的無線電的方案，你同樣需要收集室內(nèi)的無線電信號。信號。Qubulus也提供了開發(fā)工具包，很容易申請下來。開發(fā)工具包里有一個例子，也提供了開發(fā)工具包，很容易申請下來。開發(fā)工具包里有一個例子，可以使用可以使用Eclipse直接編譯通過。直接編譯通過。杜克大學(xué)方案杜克大學(xué)方案杜克大學(xué)則借助現(xiàn)實生活中路標(biāo)（杜克大學(xué)則借助現(xiàn)實生活中路標(biāo)（landmarks）的思想，正在開發(fā)一個叫做）的思想，正在開發(fā)一個叫做UnLoc的應(yīng)用。此應(yīng)用通過感知的應(yīng)用。此應(yīng)用通過感知w

11、ifi、3G信號死角，以及一些運動特征，如電梯、信號死角，以及一些運動特征，如電梯、樓梯等，并根據(jù)這些位置已知的路標(biāo)來計算你的位置。當(dāng)你移動的時候，就根據(jù)樓梯等，并根據(jù)這些位置已知的路標(biāo)來計算你的位置。當(dāng)你移動的時候，就根據(jù)其他感應(yīng)器（其他感應(yīng)器（ 陀螺儀、加速度傳感器、方位傳感器等）來跟蹤你的位置。這一過陀螺儀、加速度傳感器、方位傳感器等）來跟蹤你的位置。這一過程精度會逐漸降低，但當(dāng)你到達下一個路標(biāo)時，位置就會被校準(zhǔn)。程精度會逐漸降低，但當(dāng)你到達下一個路標(biāo)時，位置就會被校準(zhǔn)。室內(nèi)定位的挑戰(zhàn)室內(nèi)定位的挑戰(zhàn) 技術(shù)挑戰(zhàn)技術(shù)挑戰(zhàn) GPS信號難以進入室內(nèi)信號難以進入室內(nèi) 室內(nèi)環(huán)境的干擾很多室內(nèi)環(huán)境的干擾很多 信號反射，折射，衍射產(chǎn)生多徑傳播，信號反射，折射，衍射產(chǎn)生多徑傳播， 環(huán)境溫度，濕度，物體變動，人員走動，都會導(dǎo)致接受信號的變化，環(huán)境溫度，濕度，物體變動，人員走動，都會導(dǎo)致接受信號的變化，影響定位的精度影響定位的精度 現(xiàn)有的幾種技術(shù)都有其局限性現(xiàn)有的幾種技術(shù)都有其局限性 光跟蹤設(shè)備復(fù)雜光跟蹤設(shè)備復(fù)雜 超聲波易受溫度影響超聲波易受溫度