室内精确定位，室内定位的实现流程【室内精准定位】

1、实现原理：UWB室内定位系统是通过TDOA算法实现三维定位的。TDOA定位算法是一种利用到达时间差来来进行定位的方法。也就是说定位标签会不停地向四周发送信息，这个信息包含了标签自己的ID值。当附近至少有三个基站收到这一信息时，这时就可以根据信息到达三个基站的时间差推断出标签当时的位置。。

2、UWB室内定位基站布置原则：零维定位是存在性检测，用于检测房间内是否有定位标签卡的存在。一维定位就是测距应用，常用于隧道、管廊等场景，典型应用为巷道定位，只需要定位目标在这个巷道的应用位置，一般会忽略巷道的宽度。二维定位常用于工厂厂房。通过四个以上的基站，来确定定位标签在空间的X、Y坐标，从而确定区域内人员或物资的位置。三维定位常用于立体建筑物内，需要得到的是定位设备的X、Y、Z三维坐标，在安装定位基站时，需要特别拉开Z轴的高度差，以确保在Z轴上的精确度。。

3、室内定位系统的系统架构。

4、定位标签：可有佩戴到人员身上或绑定到物体上。

5、定位基站：可依附墙体或者杆体进行安装。

1、实现原理：UWB室内定位系统是通过TDOA算法实现三维定位的。

2、TDOA定位算法是一种利用到达时间差来来进行定位的方法。

3、也就是说定位标签会不停地向四周发送信息，这个信息包含了标签自己的ID值。

4、当附近至少有三个基站收到这一信息时，这时就可以根据信息到达三个基站的时间差推断出标签当时的位置。

1、目前我们已经能够看到一些室内定位技术的应用介绍了。

2、据我所知的有谷歌、诺基亚、博通、IndoorAtals、Qubulus、杜克大学这几个方案。

3、下面笔者就把它们整理一下，欢迎大家在此基础上进行指正、补充。

4、谷歌方案谷歌手机地图0版的时候已经在一些地区加入了室内导航功能，此方案主要依靠GPS(室内一般也能搜索到2～3颗卫星)、wifi信号、手机基站以及根据一些“盲点”(室内无GPS、wifi或基站信号的地方)的具体位置完成室内的定位。

5、目前此方案的精度还不是很满意，所以谷歌后来又发布了一个叫“GoogleMapsFloorPlanMarker”的手机应用，号召用户按照一定的步骤来提高室内导航的精度。

6、谷歌一直在努力解决两个问题、获取更多的建筑平面图。

7、提高室内导航的精度。

8、建筑平面图是室内导航的基础，就如同GPS车用导航需要电子导航地图一样。

9、谷歌目前想通过“众包”的方式解决数据源的问题，就是鼓励用户上传建筑平面图。

10、另外，用户在使用谷歌的室内导航时，谷歌会收集一些GPS、wifi、基站等信息，通过服务器进行处理分析之后为用户提供更准确的定位服务。

11、诺基亚方案诺基亚采用的是HAIP技术，具体是什么笔者也没能查到更多的资料，不过诺基亚正在努力使它成为蓝牙协议的一部分，这样只要你的设备带有蓝牙模块，就能够使用这种技术进行定位。

12、当然，仅有一个蓝牙模块还不能完成定位，还需要在室内安装一种定位发射台，通过这两者之间的通信完成定位。

13、这种发射台可以覆盖100m×100m的范围，定位精度在30cm～100cm，据说这种发射台还有成本低、功耗低等特点，一台或多台都能完成定位。

14、博通方案博通公司研制了一种用于室内定位的新芯片(BCM4752)，具备三维定位功能(即你所在位置的高度也算出来)。

15、这种芯片可以通过wifi、蓝牙或NFC等技术来提供室内定位系统支持。

16、更强大的是，该芯片可以结合其它传感器，例如手机里的陀螺仪、加速度传感器、方位传感器等，将你位置的变化实时计算出来，甚至做到没有死角。

17、博通公司的如意算盘是将这种芯片内置到智能手机里。

18、IndoorAtlas方案IndoorAtlas是一家专注于室内导航解决方案的公司，刚成立不久。

19、IndoorAtlas的方案基于地球磁场，依据是每一个具体位置的磁场信息都不一样。

20、不过使用这种技术进行导航比较麻烦，首先用户需要上传建筑平面图，然后还需要你拿着移动设备绕室内一圈，记录下各个位置的地磁信号特征，这些信息需要上传到IndoorAtlas的服务器。

21、最后，你需要使用IndoorAtlas提供的工具包开发一个应用才能使用定位功能(IndoorAtlas的开发工具包可以在线申请，不过笔者申请了两次都没结果)。

22、Qubulus方案跟IndoorAtlas不同的是，Qubulus公司根据无线电信号(RadioSignature)来定位。

23、每一个位置的无线电信号数量、频度、强度等也是不同的，Qubulus根据这些差异计算出你的具体位置。

24、使用Qubulus的方案，你同样需要收集室内的无线电信号。

25、Qubulus也提供了开发工具包，很容易申请下来。

26、开发工具包里有一个例子，可以使用Eclipse直接编译通过。

27、杜克大学方案杜克大学则借助现实生活中路标(landmarks)的思想，正在开发一个叫做UnLoc的应用。

28、此应用通过感知wifi、3G信号死角，以及一些运动特征，如电梯、楼梯等，并根据这些位置已知的路标来计算你的位置。

29、当你移动的时候，就根据其他感应器(陀螺仪、加速度传感器、方位传感器等)来跟踪你的位置。

30、这一过程精度会逐渐降低，但当你到达下一个路标时，位置就会被校准。

31、智慧图方案北京智慧图科技有限责任公司通过检测Wi-Fi、蓝牙节点(iBeacon)的信号强度进行定位，目前智慧图定位产品包括终端侧定位与网络侧定位两种。

32、终端侧定位通过手机检测无线网络信号，进行手机自主定位导航，在手机app中提供了部分室内场馆(机场及商业广场)的室内位置服务功能(定位、导航、POI搜索、优惠查询等)。

33、网络侧定位由Wi-Fi的无线AP检测移动设备的信号，进行定位，主要应用于建筑内的客流数据统计分析，该模式主要为大型商业广场、店铺、公共文化建筑提供服务。

1、目前我们已经能够看到一些室内定位技术的应用介绍了。

1、室内定位技术的选择室内定位是指在室内的环境下在房间内的区域实现定位，目前市面上的定位技术有UWB、蓝牙、WiFi、ZigBee、RFID等等，这些定位技术按精度区分，可分为三类：l 精准定位，也即高精度定位，定位精度在亚米级，也即50cm以内。蓝牙0定位以及UWB(超宽带)定位；l 米级定位，定位精度在1~3米以内，定位技术包括蓝牙0定位；l 区域级别的定位，无定位精度可言，一般指能够定位到某个楼层的某个区域，定位技术包括WiFi、ZigBee、RFID。我们可根据室内定位项目的精度要求，对室内定位技术进行合理选择。对人员、物体定位，可选择精度较高的UWB定位技术。EHIGH恒高室内定位系统就是基于UWB定位技术研究开艺级发的，其定位精度高达10cm，并具有抗干扰、抗遮挡等优势。。

2、室内定位模式的选择对于不同的应景场景，要实现精确室内定位，需要采用多维模式的定位技术。UWB定位系统就可以实现零维、一维、二维、三维等定位模式，适应于各种复杂的应用环境。零维薪激定位模式属于存在性检测，能够检测一个房间里是否存在定位标签卡，多用于监狱、看守所、办案中心等，用于检测多个小房间之间是否有“串房间”的行为。一维定位应用的原理就是测距应用，能够定位出标签卡的X线性坐标，适合隧道、管廊、矿井等多种走廊、道路性质的应用场景。二维定位需要定位出标签卡的X,Y平面坐标，能够准确得知定位目标标签的位置及行为轨迹。常用于工厂、化工厂等大房间内，能够准确定位人员、物资的位置。三维定位需要定位出标签卡的X,Y,Z立体坐标，不仅能实现定位目标在平面上的位置信息，还可监测出定位目标在高度上（空间）的位置信息，常用于立体建筑内。。

3、室内定位设备的选择应用环境的不同，需要不同类型的定位设备。比如，公检司法：由于定位需求的特殊性，针对犯人需要用到防拆手环，手环要求防拆卸、防剪断，并且可实时监测在押人员的生命体征；石油化工：化工厂区域内，易燃易爆等危险品较多，所以在车间内、仓库等部署基站需要采用防爆型三袭胳定位基站；工厂/施工工地：对于施工作业环境内，需要给人员佩戴安全帽型定位标签卡，小巧轻便，实现精准定位同时保障施工安全。。

1、到达角度定位（AOA）和信号强度分析法（RSS） AOA通过获取被测点到两个接收机的信号到达角度进行定位，需要配置复杂的天线系统，且角度误差对定位精度的影响远比测距误差大。RSS则根据信号的传播模型，利用接收信号的强度与信号传播距离的关系，对目标进行定位。这种方法的定位覆盖距离较近，且对信道传输模型的依赖性非常大，多径以及环境条件的变化都会使其精度严重恶化，特别是距离估计的精度与信号的带宽无关，不能发挥UWB带宽大的优势。 所以，RSS和AOA方法一般不单独用于UWB定位，只能作为辅助手段进行初级粗定位，UWB实现精确定位主要依靠精密测距完成。。

2、到达时间定位（TOA） 被测点（标签）发射信号到达3个以上的参考节点接收机（基站），通过测量到达不同接收机所用的时间，得到发射点与接收点之间的距离，然后以接收机为圆心，所测得的距离为半径做圆，3个圆的交点即为被测点所在的位置。但是TOA要求参考节点与被测点保持严格的时间同步，多数应用场合无法满足这一要求。 该方法实现过程中，需要测得定位标签与每个基站的距离信息，从而定位标签需要与每个基站进行来回通信，因此定位标签功耗较高。该定位方法的优势在于在定位区域内外（基站围成区域的内外），都能保持很高的定位精度。。

3、到达时间差定位（TDOA）  与TOA类似，只是测量得到的是时间差而非绝对时间。这种方法只需参考节点之间保持同步，不要求参考节点与被测点之间的严格的时间同步，使系统相对简化，所以在定位系统中应用最广。  TDOA定位即双曲线定位，二维定位中需要使用4个定位基站。通过测量标签到每两个基站之间的距离差，距离差等于常量即可绘制出双曲线，而曲线交点即可确定标签坐标。该方法实现过程中，标签只需要广播一次UWB信号即可，因此有利于标签的功耗及标签并发数量。。

4、为了对定位原理深入了解，我们可对定位系统结构进行分析。EHIGH恒高定位系统由应用层、服务层、传输层和感知层（定位基站和定位标签）构成，传输层主干网通信方式采用有线或无线的通信方式。系统架构如下图所示：。

5、感知层感知层主要包括定位基站和定位标签。基站和标签是定位系统的核心设备，标签会按时隙广播携带有自身ID号的无线电信号，定位基站接收到标签发送的信号后，将接收到信号的时间戳和标签ID卡号通过主干网传输给服务层，完成对标签卡的定位，基站也可以接收到应用层下发的指令，完成相关的设置。。

6、传输层 传输层也称主干通信网（简称“主干网”），是基站与服务层、应用层之间的数据传输通道，向下将应用层相关指令传输给基站，向上将定位原始数据（标签与基站之间距离）传输给服务层，采用有线光纤方式进行数据传输。。

7、服务层 通过标签与覆盖该区域定位基站进行测距，顶层通过各基站的位置和标签距离，通过TDOA算法或者TOA算法解算出标签坐标。除此之外，服务层还提供了灵活的设备管理和网络管理功能，以及各项前端功能和应用接口。。

8、应用层 通过服务层获取定位标签的具体位置，以一维、二维或三维地图的形式实时显示标签的位置，并提供轨迹回放，人员信息管理和呼叫求救等功能。  此外，应用层还提供websocket接口和http接口，通过websocket接口可获取标签卡的实时位置数据，通过http接口可获取系统相关的数据，因此，该定位系统易于二次开发和集成。。

1、到达角度定位(AOA)和信号强度分析法(RSS) AOA通过获取被测点到两个接收机的信号到达角度进行定位，需要配置复杂的天线系统，且角度误差对定位精度的影响远比测距误差大。

1、WiFi为WLAN 的标准化组织，其设备均遵循8011 协议，从1999年发展以及有好几代，从808011B，8011A/G，8011N，8011AC，其传输速率也越来越高，从最早的2Mbps 到现在的Gbps，Wi-Fi逐渐被广大用户所接受。通过无线接入点（包括无线路由器）组成的无线局域网络(WLAN)，可以实现复杂环境中的定位、监测和追踪任务。它以网络节点（无线接入点）的位置信息为基础和前提，采用经验测试和信号传播模型相结合的方式，对已接入的移动设备进行位置定位，最高精确度大约在1米至20米之间。如果定位测算仅基于当前连接的Wi-Fi接入点，而不是参照周边Wi-Fi的信号强度合成图，则Wi-Fi定位就很容易存在误差（例如：定位楼层错误）。另外，Wi-Fi接入点通常都只能覆盖半径90米左右的区域，很容易受到其他信号的干扰，从而影响其精度，定位器的能耗也较高。。

2、UWB超宽带是一种无载波通信技术，与传统通信技术的定位方法有较大差异，它不需要使用传统通信体制中的载波，而是通过发送和接收具有纳秒或纳秒级以下的非正弦波窄脉冲来传输数据，可用于室内精确定位，定位精度可达10cm。沃旭通讯国内最早做UWB定位技术的，为各行业提供精准位置服务解决方案，例如：电厂、化工厂、工业0、隧道管廊、煤矿矿山、仓储物流、新零售、运动等。沃旭超宽带系统与传统的窄带系统相比，具有穿透力强、功耗低、抗多径效果好、安全性高、系统复杂度低、能够提高精确定位精度等优点，通常用于室内移动物体的位置信息跟踪。。

3、iBeacons是基于BluetoothLowEnergy技术，又可简称BLE，是一种短距离低功耗的无线传输技术，在室内安装适当的蓝牙局域网接入点后，将网络配置成基于多用户的基础网络连接模式，并保证蓝牙局域网接入点始终是这个微网络的主设备。这样通过检测信号强度就可以获得用户的位置信息。蓝牙技术由诺基亚在2001年开始研发，2007年与蓝牙技术联盟达成协议，并入标准蓝牙并正式定名为低功耗蓝牙。蓝牙定位主要应用于小范围定位，例如：单层大厅或仓库。对于持有集成了蓝牙功能移动终端设备，只要设备的蓝牙功能开启，蓝牙室内定位系统就能够对其进行位置判断。不过，对于复杂的空间环境，蓝牙定位系统的稳定性稍差，受噪声信号干扰大。。

4、ZigBee是基于IEEE804 标准的低功耗局域网协议。根据这个协议规定的技术是一种短距离、低功耗的无线通信技术。它介于RFID和蓝牙之间，可以通过传感器之间的相互协调通信进行设备的位置定位。这些传感器只需要很少的能量，以接力的方式通过无线电波将数据从一个传感器传到另一个传感器。主要适合用于自动控制和远程控制领域，可以嵌入各种设备。其特点是近距离、低复杂度、自组织、低功耗、高数据速率。。

5、RFID分为UHF和4G两种技术，UHF就是常说的工作在900MHz的RFID技术，主要是有无源标签和阅读器组成。其最大的好处是在标签端是无源的，这就决定了其工作距离非常有限，一般只能到10米，采用UHF技术，实现的定位，只能解决是否进入某个区域的简单判断，然后再根据标签反馈回的信号强度，可以知道标签和阅读器之间的距离。采用其他的4G的定位技术公司有很多，这里主要提一下瑞典的Qubulus，电子标签对每个设备进行定位追踪，这些标签使用有源RFID 技术，工作频率在4GHZ。RFID定位技术利用射频方式进行非接触式双向通信交换数据，实现移动设备识别和定位的目的。它可以在几毫秒内得到厘米级定位精度的信息，且传输范围大、成本较低；不过，由于RFID不便于整合到移动设备之中、作用距离短（一般最长为几十米）、用户的安全隐私保护、国际标准化以下问题未能解决，以RFID定位技术的适用范围受到局限。。

6、红外线技术室内定位是通过安装在室内的光学传感器，接收各移动设备（红外线IR标识）发射调制的红外射线进行定位，具有相对较高的室内定位精度。但是，由于光线不能穿过障碍物，使得红外射线仅能视距传播，容易受其他灯光干扰，并且红外线的传输距离较短，使其室内定位的效果很差。当移动设备放置在口袋里或者被墙壁遮挡时，就不能正常工作，需要在每个房间、走廊安装接收天线，导致总体造价较高。。

7、超声波定位主要采用反射式测距（发射超声波并接收由被测物产生的回波后，根据回波与发射波的时间差计算出两者之间的距离），并通过三角定位等算法确定物体的位置。超声波定位整体定位精度较高、系统结构简单，但容易受多径效应和非视距传播的影响，降低定位精度；同时，它还需要大量的底层硬件设施投资，总体成本较高。。

1、室内定位建筑空间内的精确导航：室内定位即人员借助智能终端设备，主动获取自己的位置信息。

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