室內定位技術分析

劉逸飛 酈蘇丹

摘 要 人們生活到處都離不開位置定位，對室內的精準定位也變得越來越需要，衛星定位等技術已不能精確反映室內位置。本文首先簡述室內定位技術的發展，然后對室內定位技術進行分析，最后對基于無線局域網的位置指紋定位法展開了拓展研究。

關鍵詞 位置定位;衛星定位;室內定位技術

定位是指通過一些設備或信息來獲取目標位置。古代人發明了指南針和星盤等一些定位設備并通過這些設備來定位和導航，這些設備的定位精確度低且易受天氣等外界條件的干擾，阻礙了定位技術的發展。直到近代，無線電技術推進了位置定位的迅速發展。

1室內定位技術的發展

20世紀70年代，美國開始研制通過衛星實現對目標定位的全球定位系統（GPS），并于1994年正式把該系統投入使用，目前全球定位系統（GPS）已經廣泛地應用于軍事、民用等多個領域，給人們的生活帶來了便利。

伴隨無線技術和移動通信技術的迅猛發展以及“普適計算”、“情境感知”等概念的相應提出，人們更加渴望在任意時間、地點對環境中所處的物體進行信息的獲取與處理，感知環境變化從而享受更多的背景服務。在“情境感知”領域中，對象的位置信息是最重要的環境參數之一。對許多需要情境服務的室內公共環境，如超市、圖書館、醫院等，利用衛星定位等技術來測定室內位置，其定位結果會很不精準，所以室外定位技術不能直接應用于室內定位中。因此，室內定位應運而生[1]。

2室內定位技術分析

室內定位技術主要分為以下五種：超聲波室內定位技術、紅外線室內定位技術、藍牙（Bluetooth）室內定位技術、超寬帶室內定位技術及無線局域網絡（WLAN）室內定位技術。

2.1 基于超聲波的室內定位技術

該技術測距采用的是反射測距法，其采用三角定位等算法來確定目標位置。即發射超聲波，然后接收由被測物產生的回波，根據發射波及回波的時間差計算待測距離。該系統的組成包括一個主測距器與若干個應答器，其因需要大量的底層硬件設施，所以所需成本較高，在多徑效應和非視距傳播的情況下測距時，所測距的精度會比較低。

2.2 基于紅外線的室內定位技術

該技術基本原理是放置紅外標識于每個待定位的目標上，同時根據一定周期發送包含自身身份信息的紅外線信號，如果待定位目標能夠被讀寫器進行識別，就認為定位目標的位置在該閱讀器的讀寫區域。該技術的視距傳輸特性要求定位目標必須與紅外線閱讀器成直線分布，并且其定位精度為5米左右，要其進行精準的室內定位基本無法滿足。

2.3 基于藍牙的室內定位技術

藍牙是一種適用于較短距離、功耗低的無線信號傳輸技術。在室內安裝一定數量的藍牙局域網接入點，把網絡設置成基于多用戶的基礎網絡連接模式，就能獲得用戶的位置信息，從而實現該技術的定位。采用該技術作室內短距離定位，其優勢在于設備小、易集成電腦和手機中，可用于非視距的室內環境中;其劣勢在于該設備價格較昂貴，處于復雜環境下，穩定性較差。

2.4 基于超寬帶的室內定位技術

超寬帶技術（Ultra Wide Band，UWB）是一種采用脈沖信號來進行高速無線數據傳輸的短距離通信技術，具有對信道衰減不敏感、發射信號功率譜密度低、傳輸速率高、保密性強、定位精度高等優點。但該技術在現階段的硬件水平還很難實現精確定位處理算法方面的需求，還有諸多技術問題有待研究解決。

2.5 基于無線局域網的室內定位技術

該定位系統是在一定的區域范圍內安裝若干無線基站，根據這些基站獲取的待定位物體的信息（時間和信號強度），并結合基站所構成的拓撲結構，通過計算分析確定物體的實際位置。該系統可使用現有的無線局域網設備，因此僅需要增加相應的分析服務器即可[2]。

3基于無線局域網的室內定位技術應用

該技術定位方法包括以下4種：基于信號到達角度 （AOA）、

基于信號到達時間（TOA）、基于信號到達時間差 （TDOA）和基于RSS的定位方法。本文主要對基于RSS定位法中的位置指紋法展開拓展研究。

位置指紋法雖操作步驟簡便，但在離線建立指紋庫和在線定位階段中計算量較大。要想提高其整體精度，不僅要在離線采集和實時采集指紋的細致度上下功夫，還要在在線定位階段的選取靜態指紋庫上深入研究。基于該想法，可利用攝像器材獲取待定位點的大致位置，將待測點的實時RSS值組與所處大致區域位置下的靜態指紋進行比對，利用靜態指紋選擇法提高定位精度。

上述方法可用到實際生活中，如在醫院會有患阿爾茨海默癥的患者就醫，其有走丟的可能性，為更好地服務于這類患者，本文結合上述提出的方法展開了相應思考，并提出了相應的尋找措施。家屬在帶患者看病前可先將患者的證件照片存到工作人員處，如家屬找不到患者時，便可起動相關應急流程，可利用醫院攝像頭對區域人群的視頻，用視頻進行實時的動態人像比獲取，后果將視頻中獲取的人像與底庫中存儲的患者照片進行碰撞比對，如比對出即可掌握患者所處的大體區域，而后再用從患者讀取的RSS實時數據與相應的區域的靜態指紋進行比對，從而達到快速確定老人位置的目的[3]。

4結束語

本文主要從室內定位技術的發展、分析以及基于無線局域網室內定位技術的實際應用這三部分進行了論述。本文在最后部分提出了基于位置指紋法的靜態指紋選擇法，其原理是通過攝像頭縮小待測點的區域，再根據縮小后的區域去選擇對應的靜態庫指紋進行比對，從而減少計算量，提高定位精度。在實例運用中，將此法與人像識別進行了結合，從而達到較好的定位效果。

參考文獻

[1] 張茂龍.基于AP加權的WLAN室內定位系統研究與實現[D].大連：大連理工大學，2014.

[2] 吳璇.室內無線定位關鍵算法改進與實現[D].廣東：廣東工業大學，2017.

[3] 劉佳媚.室內導游系統中無線定位服務的研究與應用[D].江西：江西農業大學，2017.

作者簡介

劉逸飛（1990-），男，河北人;畢業院校：國防科技大學計算機學院，專業：計算機科學與技術，學歷：碩士，現就職單位：國防科技大學計算機學院，研究方向：網絡協議、網絡安全研究。

酈蘇丹（1973-），男，安徽省人;研究員，博士，長期從事計算機網絡領域方面研究，包括網絡體系結構、網絡協議與軟件、網絡設備研制等。