室內(nèi)也定位

劉勇

“高分一號(hào)”衛(wèi)星上海影像圖

“高分一號(hào)”衛(wèi)星北京影像圖

當(dāng)你在陌生的大型室內(nèi)建筑，如購(gòu)物中心、機(jī)場(chǎng)、展館中迷路時(shí)，當(dāng)你在地下停車場(chǎng)找不到車停在哪里時(shí)，當(dāng)你在某展館中找不到感興趣的展位時(shí)……你是不是很希望手機(jī)上有一個(gè)“搜索”按鈕，類似室外的GPS導(dǎo)航一樣，點(diǎn)一下就可以清楚顯示室內(nèi)行進(jìn)的路線？

研究表明，人類有70%以上的活動(dòng)時(shí)間在室內(nèi)，而商業(yè)的基礎(chǔ)——消費(fèi)行為存在室內(nèi)的比例則更高。然而，四大衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)因信號(hào)弱，無(wú)法進(jìn)行室內(nèi)精準(zhǔn)定位，為此，諾基亞、三星、蘋果、谷歌等成立“室內(nèi)定位聯(lián)盟”，圍繞室內(nèi)定位展開(kāi)了大量的研究。

與GPS定位的原理（幾何定位）不同，室內(nèi)定位技術(shù)本質(zhì)上是一種“指紋”定位和幾何定位的集合。即在室內(nèi)遍布基站，在基站周圍根據(jù)距離、信號(hào)強(qiáng)度等建立“指紋”特征庫(kù)（信號(hào)強(qiáng)度），然后根據(jù)多個(gè)基站的“指紋”交叉確定用戶的準(zhǔn)確位置。這里的基站可能是WiFi熱點(diǎn)，也可能是特制的傳感器，甚至可能是室內(nèi)節(jié)能燈，而“指紋”特征可能是信號(hào)強(qiáng)度，也可能是節(jié)能燈的閃爍頻率。室內(nèi)定位需達(dá)到水平3米，垂直1米的精度才能區(qū)分樓層與房間，產(chǎn)生實(shí)際的應(yīng)用價(jià)值。

室內(nèi)定位最早的服務(wù)對(duì)象是消防員。在濃煙滾滾的大型建筑物內(nèi)，消防員靴子中的定位傳感器可以幫助他們找到失火點(diǎn)或逃生路線。在消費(fèi)層面，用戶的很多購(gòu)買行為也與位置信息有關(guān)聯(lián)。目前基于位置的生活服務(wù)信息已經(jīng)讓我們感受到室外“定位”的力量，未來(lái)通過(guò)室內(nèi)定位技術(shù)我們不僅可以直達(dá)某一樓層的店鋪，還可以直達(dá)某個(gè)商品，甚至可以參與系統(tǒng)中設(shè)置的一些活動(dòng)或游戲環(huán)節(jié)，增加逛商場(chǎng)的樂(lè)趣。

目前，用于室內(nèi)定位服務(wù)的技術(shù)有很多：如WiFi、RFID（射頻標(biāo)簽）、藍(lán)牙、超寬帶無(wú)線電、偽衛(wèi)星（布設(shè)于地面上發(fā)射類似于GPS信號(hào)的發(fā)射器）、紅外定位、光跟蹤定位、計(jì)算機(jī)視覺(jué)定位、超聲波定位等。這些技術(shù)大體上又可以分為兩個(gè)方向：局域室內(nèi)定位技術(shù)和廣域室內(nèi)定位技術(shù)。WiFi、RFID、藍(lán)牙、偽衛(wèi)星等都是承載到局域網(wǎng)中實(shí)現(xiàn)局部區(qū)域的覆蓋，因此被稱為局域室內(nèi)定位技術(shù)。北京郵電大學(xué)研發(fā)的TC-OFDM系統(tǒng)、澳大利亞的新型本地定位系統(tǒng)Locata和美國(guó)高通公司的方案都是承載到廣域網(wǎng)上實(shí)現(xiàn)廣域覆蓋的，被稱為廣域室內(nèi)定位技術(shù)。

隨著WiFi在公共場(chǎng)所覆蓋率的迅速提升，這項(xiàng)原本被用于無(wú)線上網(wǎng)的技術(shù)成為局域室內(nèi)定位領(lǐng)域應(yīng)用最廣泛的技術(shù)。

利用WiFi進(jìn)行定位主要是基于三邊或多邊算法，即通過(guò)測(cè)算移動(dòng)設(shè)備與附近的三個(gè)或多個(gè)AP（Access Point，無(wú)線接入點(diǎn)）的距離來(lái)確定該移動(dòng)設(shè)備所處的具體位置。和GPS定位相比，WiFi定位的速度更快、精度更高，但室內(nèi)空間相對(duì)狹小，對(duì)定位的精度要求比室外更高，即便是5米的誤差仍難以滿足室內(nèi)定位的要求，而復(fù)雜的室內(nèi)環(huán)境和參差不齊的WiFi覆蓋率、信號(hào)強(qiáng)度等因素又限制著室內(nèi)定位精度的提升。

傳統(tǒng)的WiFi定位產(chǎn)品主要應(yīng)用在專業(yè)領(lǐng)域，如礦井、醫(yī)院、石油石化等。一些WiFi網(wǎng)絡(luò)設(shè)備廠商如思科、摩托羅拉等公司也有自己的WiFi定位產(chǎn)品，并隨著其WiFi網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的推廣，已經(jīng)有很多應(yīng)用。隨著市場(chǎng)（特別是大眾消費(fèi)）對(duì)室內(nèi)定位需求的增加，谷歌把WiFi室內(nèi)定位和室內(nèi)地圖引入了谷歌地圖，一年多來(lái)已經(jīng)覆蓋了北美和歐洲一萬(wàn)多家大型場(chǎng)館。百度、高德、四維等公司也在研發(fā)WiFi室內(nèi)定位產(chǎn)品。

我國(guó)研制成功的TC-OFDM定位與通信融合的新型信號(hào)體制則是廣域室內(nèi)定位驗(yàn)證系統(tǒng)的代表。依靠這種技術(shù)，不僅將室內(nèi)定位精度提高了數(shù)十倍，突破了多項(xiàng)室內(nèi)高精度定位關(guān)鍵技術(shù)瓶頸，還大大節(jié)約成本，把現(xiàn)在的移動(dòng)通信網(wǎng)變成即時(shí)通信網(wǎng)和高精度定位網(wǎng)。TC-OFDM系統(tǒng)于2011年完成終端、基站等原型設(shè)備開(kāi)發(fā)，實(shí)現(xiàn)基于基站的水平優(yōu)于3米、垂直優(yōu)于1米的高精度室內(nèi)外無(wú)縫定位。

2012年，天津?yàn)I海新區(qū)基于TC-OFDM系統(tǒng)建立了全球首個(gè)廣域高精度室內(nèi)外無(wú)縫定位的消防救援平臺(tái)。此后，江蘇、安徽、新疆等地建立了老年人關(guān)愛(ài)平臺(tái)，首都、虹橋等8大機(jī)場(chǎng)22個(gè)航站樓建立了機(jī)場(chǎng)位置服務(wù)平臺(tái)。今后，TC-OFDM系統(tǒng)將在全國(guó)各地逐步展開(kāi)推廣，除應(yīng)急救援外，還將應(yīng)用于智慧醫(yī)療、智能交通、休閑娛樂(lè)、大型場(chǎng)館管理以及個(gè)人位置導(dǎo)航服務(wù)等領(lǐng)域。

未來(lái)，基于室內(nèi)定位技術(shù)、室內(nèi)地圖、室內(nèi)影像、搜索系統(tǒng)、室內(nèi)商家信息、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)、交易系統(tǒng)、互動(dòng)分享系統(tǒng)所構(gòu)建的室內(nèi)虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)將是技術(shù)發(fā)展的方向。我們將會(huì)看到下面的場(chǎng)景：一個(gè)用戶開(kāi)車進(jìn)入商場(chǎng)車庫(kù)之前，系統(tǒng)就會(huì)自動(dòng)提示是否有空車位、引導(dǎo)用戶駛?cè)肟哲囄?；語(yǔ)音搜索餐館，商場(chǎng)立刻根據(jù)用戶的需要推送各個(gè)餐館信息、比價(jià)、特色菜；選定餐館后，系統(tǒng)幫助預(yù)定餐位、引導(dǎo)用戶去餐館，并邀請(qǐng)周圍好友過(guò)來(lái)聚餐；就餐結(jié)束買單時(shí)，商場(chǎng)自動(dòng)推送周圍的商品信息和娛樂(lè)信息，并支持在線支付。

整個(gè)過(guò)程都將以實(shí)景圖、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)和語(yǔ)音所展現(xiàn)，而展現(xiàn)的設(shè)備可能是手機(jī)，也可能是智能眼鏡。在這樣的虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的推進(jìn)下，商場(chǎng)已經(jīng)逐步異化成了休閑娛樂(lè)設(shè)施、實(shí)體體驗(yàn)店、網(wǎng)上商城、精準(zhǔn)廣告系統(tǒng)的綜合體，并提供救援、安全等基礎(chǔ)能力。我們期待著這一切早日成為現(xiàn)實(shí)。

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室內(nèi)定位幾種解決方案

1.谷歌方案

谷歌手機(jī)地圖推出6.0版的時(shí)候已經(jīng)在一些地區(qū)加入了室內(nèi)定位功能，此方案主要依靠GPS（室內(nèi)一般也能搜索到2～3顆衛(wèi)星）、WiFi信號(hào)、手機(jī)基站以及根據(jù)一些“盲點(diǎn)”（室內(nèi)無(wú)GPS、WiFi或基站信號(hào)的地方）的具體位置完成室內(nèi)的定位。目前此方案的精度還不是很令人滿意。

谷歌目前想通過(guò)“眾包”的方式解決數(shù)據(jù)源的問(wèn)題，就是鼓勵(lì)用戶上傳建筑平面圖。另外，用戶在使用谷歌的室內(nèi)導(dǎo)航時(shí)，谷歌會(huì)收集一些GPS、WiFi、基站等信息，通過(guò)服務(wù)器進(jìn)行處理分析之后為用戶提供更準(zhǔn)確的定位服務(wù)。

2.博通方案

博通公司研制的一種用于室內(nèi)定位的新芯片具備三維定位功能（即你所在位置的高度也能計(jì)算出來(lái)）。這種芯片可以通過(guò)WiFi、藍(lán)牙或NFC等技術(shù)來(lái)提供室內(nèi)定位系統(tǒng)支持。該芯片可以結(jié)合其他傳感器，例如手機(jī)里的陀螺儀、加速度傳感器、方位傳感器等，將你位置的變化實(shí)時(shí)計(jì)算出來(lái)，甚至做到?jīng)]有死角。

3.Qubulus方案

Qubulus公司根據(jù)無(wú)線電信號(hào)來(lái)定位。每一個(gè)位置的無(wú)線電信號(hào)數(shù)量、頻度、強(qiáng)度等也是不同的，Qubulus根據(jù)這些差異計(jì)算出你的具體位置。使用Qubulus方案，用戶需要收集室內(nèi)的無(wú)線電信號(hào)。Qubulus還提供了開(kāi)發(fā)工具包。

4.杜克大學(xué)方案

杜克大學(xué)則借助現(xiàn)實(shí)生活中路標(biāo)的思想，正在開(kāi)發(fā)一個(gè)叫作UnLoc的應(yīng)用。該應(yīng)用通過(guò)感知WiFi、3G信號(hào)死角，以及一些運(yùn)動(dòng)特征，如電梯、樓梯等，并根據(jù)這些位置已知的路標(biāo)來(lái)計(jì)算你的位置。當(dāng)你移動(dòng)的時(shí)候，就根據(jù)其他感應(yīng)器（ 陀螺儀、加速度傳感器、方位傳感器等）來(lái)跟蹤你的位置。這一過(guò)程精度會(huì)逐漸降低，但當(dāng)你到達(dá)下一個(gè)路標(biāo)時(shí)，位置就會(huì)被校準(zhǔn)。

【責(zé)任編輯】趙新宇