室內(nèi)導(dǎo)航定位技術(shù)與進(jìn)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(jī)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(lán)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(jìn)行快速營商基站信息來進(jìn)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(dá)30米無源（被動）：最遠(yuǎn)可達(dá)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(jìn)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(jī)）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(lán)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(jī)、筆記本電腦、相關(guān)外設(shè)等眾多設(shè)備之間進(jìn)行無線信息交換。藍(lán)牙4.0 通訊距離達(dá)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(jìn)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(qiáng)的穿精度透能力，可在室內(nèi)和地下進(jìn)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(dá)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(dá)時間(Time of Arrival，TOA)到達(dá)時間差( Time Difference of Arrival，TDOA )到達(dá)角度( Angle o

5、f Arrival，AOA )接收信號強(qiáng)度指示（Received Signal Strength Indicator，RSSI）位置指紋IP、信號強(qiáng)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(dá)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(dá)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(qiáng)度，接收節(jié)點測距時，已知發(fā)射節(jié)點的發(fā)射信號強(qiáng)度，接收節(jié)點根據(jù)接收到的信號強(qiáng)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(qiáng)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(jī)房樓教室機(jī)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(lán)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(lán)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(dá)到一米以下，有非常明顯的優(yōu)勢，可以達(dá)到一米以下，辦公室環(huán)境里甚至可以達(dá)到辦公室環(huán)境里甚至可以達(dá)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(dá)到覆蓋范圍可以達(dá)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(jìn)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(qiáng)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(qiáng)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(dá)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(dá)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(jìn)入室內(nèi)信號難以進(jìn)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