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曾经用decaware芯片做的demo,跑了一些基本的东西,定位精度确实高,不过从整个方案上看可能更适合某些特殊细分领域了,这颗芯片由前intel,前motorola和ieee-802.15.4标准起草核心人员设计并组建公司。
各种室内定位技术各有优劣,在不同应用场景、不同预算要求下,也可将不同的原理组合使用。主流技术有以下几种:
WiFi定位技术
目前WiFi是相对成熟且应用较多的技术,这几年有不少公司投入到了这个领域。WiFi室内定位技术主要有两种。
一种是通过移动设备和三个无线网络接入点的无线信号强度,通过差分算法,来比较精准地对人和车辆的进行三角定位。另一种是事先记录巨量的确定位置点的信号强度,通过用新加入的设备的信号强度对比拥有巨量数据的数据库,来确定位置(“指纹”定位)。
WiFi定位可以实现复杂的大范围定位,但精度只能达到2米左右,无法做到精准定位。因此适用于对人或者车的定位导航,可以于医疗机构、主题公园、工厂、商场等各种需要室内定位导航的场合。
蓝牙室内技术
蓝牙信标技术目前部署的也比较多,也是相对比较成熟的技术。蓝牙跟WiFi的区别不是太大,精度会比WiFi稍微高一点。
蓝牙室内定位技术的代表是Nokia,推出了HAIP的室内精确定位解决方案,采用基于蓝牙的三角定位技术,除了使用手机的蓝牙模块外,还需部署蓝牙基站,最高可以达到亚米级定位精度。
蓝牙室内定位技术最大的优点是设备体积小、短距离、低功耗,容易集成在手机等移动设备中。只要设备的蓝牙功能开启,就能够对其进行定位。蓝牙传输不受视距的影响,但对于复杂的空间环境,蓝牙系统的稳定性稍差,受噪声信号干扰大且在于蓝牙器件和设备的价格比较昂贵。
超宽带UWB室内定位技术
超宽带(UWB)室内定位技术利用事先布置好的已知位置的锚节点和桥节点,与新加入的盲节点进行通讯,并利用三角定位或者“指纹”定位方式来确定位置。
超宽带室内定位的定位方案采用UWB(超宽带)脉冲信号,由多个传感器采用TDOA和AOA定位算法对标签位置进行分析,多径分辨能力强、精度高,定位精度可达亚米级。
超宽带通信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极窄脉冲来传输数据,因此具有GHz量级的带宽。由于超宽带定位技术具有穿透力强、抗多径效果好、安全性高、系统复杂度低、能提供精确定位精度等优点,前景相当广阔。
之前的技术研究中,由于新加入的盲节点也需要主动通信使得功耗较高,而且事先也需要布局,使得成本还无法降低。
但是在恒高科技的产品设计之中,定位基站使用电池供电,满足续航时间大于1年。且基站通过无线与通信基站传输数据,不需要铺设线缆,既节省了安装的硬件成本,又节省安装的时间成本。不仅如此,日常运行成本,受台风、暴雨等影响时的恢复成本都会加到产品售出时的价格之上。对此,恒高科技形成了一套自组网、自维护的产品设计,有效的将维护费用降低,优化投入成本。
从技术上看,无论是从定位精度、安全性、抗干扰、功耗等角度来分析,UWB无疑是最理想的工业定位技术之一。
RFID技术
RFID室内定位的基本原理是,通过一组固定的阅读器读取目标RFID标签的特征信息(如身份ID、接收信号强度等),同样可以采用近邻法、多边定位法、接收信号强度等方法确定标签所在位置。
射频识别室内定位技术作用距离很近,但它可以在几毫秒内得到厘米级定位精度的信息,且由于电磁场非视距等优点,传输范围很大,而且标识的体积比较小,造价比较低。但其不具有通信能力,抗干扰能力较差,不便于整合到其他系统之中,且用户的安全隐私保障和国际标准化都不够完善。
目前有大量成熟的商用定位方案基于RFID技术,广泛应用于紧急救援、资产管理、人员追踪等领域。
红外室内定位技术
红外线室内定位有两种,第一种是被定位目标使用红外线IR标识作为移动点,发射调制的红外射线,通过安装在室内的光学传感器接收进行定位;第二种是通过多对发射器和接收器织红外线网覆盖待测空间,直接对运动目标进行定位。
红外线的技术已经非常成熟,用于室内定位精度相对较高,但是由于红外线只能视距传播,穿透性极差(可以参考家里的电视遥控器),当标识被遮挡时就无法正常工作,也极易受灯光、烟雾等环境因素影响明显。加上红外线的传输距离不长,使其在布局上,无论哪种方式,都需要在每个遮挡背后、甚至转角都安装接收端,布局复杂,使得成本提升,而定位效果有限。
该技术目前主要用于军事上对飞行器、坦克、导弹等红外辐射源的被动定位,此外也用于室内自走机器人的位置定位。
超声波室内定位技术
超声波室内定位主要采用反射式测距法,通过多边定位等方法确定物体位置,系统由一个主测距器和若干接收器组成,主测距仪可放置在待测目标上,接收器固定于室内环境中。定位时,向接收器发射同频率的信号,接收器接收后又反射传输给主测距器,根据回波和发射波的时间差计算出距离,从而确定位置。
超声波定位整体定位精度较高,结构简单,但超声波受多径效应和非视距传播影响很大,且超声波频率受多普勒效应和温度影响,同时也需要大量基础硬件设施,成本较高。
除了这种微惯导模块,现在大部分智能手机都配有惯性元件,这就可以使得智能手机也可以搭载惯导算法进行定位。目前在国内做到这种在手机端的惯导定位有谦尊升科技的千云地图SDK,其方案就是在室内外连接处放置一个beacon用于切换室内外地图,然后在室内完全利用惯导算法在智能手机上进行定位,它可以植入到任何一种需求室内定位功能的app上,在室内以惯导作为最主要的定位方式,这样就大大减少了物联网基础设施的投入成本,为用户提供准确的定位和路线规划功能。目前其惯导定位精度可以做到亚米级。可以说千云地图的定位精度比WiFi的定位精度更好,并且性价比更高。目前千云地图已经在APP store上线,用于给现有的室内定位客户测试。
米级的定位方式如蓝牙定位,目前主流的是iBeacon技术,通过蓝牙广播的RSSI的场强值的强弱与距离的换算关系来定位,定位原理如下图所示:
区域定位的技术较多,像WIFI,RFID,ZigBee,先说RFID,RFID定位一般有两部分组成,RFID的定位技术又分为两种,一是采用2.4GHZ定位,需要读写器,在房间的出入口部署读写器,当定位标签经过时感知到标签的信号即认为标签从此处经过,一般的2.4G的定位方式会放在房间的出入口,大门口。这种定位方式只能是区域感知,无精度可言。
另一种RFID的定位更高,采用2.4GHZ+125KHZ的低频触发,此种定位方式需要定位基站(也称读写器),激活器、天线三部分组成, 激活器与天线相连,只需供电,会源源不断的广播125KHZ的低频信息。125KHz的低频信息感知距离在1~2米以内。定位标签中采用双模双频,也即2.4GHZ+125KHz;当定位标签到达125KHZ到达激活器天线附近时,被激活器天线感知,激活器天线是固定的,若被感知就认为在天线附近,若感知不到可通过2.4GHZ定位,这种定位模式能定位到房间级,是目前RFID厂商广泛采用的定位方式。
再说到WiFi定位,作为资深室内定位产品经理,小编认为这种定位方式正在逐渐被淘汰,为什么呢,因为WiFi的频段在2.4GHZ,WiFi设计的初衷并非为定位而是为了联网,传输网络数据。在2.4GHZ频段信号容易受干扰,并且耗电量极大,再有一个致命的就是WiFi的定位精度很差,一般能做到3~5米便是即理想的环境了,3~5米的范围根本做不到房间级,若两个房间挨在一起,会时不时的穿墙到达另一个房间,实际项目上的体验极差。说到WiFi定位所用到的技术原理,一般分为两种,一是指纹定位算法,另一种是三边定位算法。指纹算法每次定位前要采集WiFi的指纹数据,并且随着WiFi的使用时长以及周围WiFi信号的干扰,这种定位方式在实际使用中根本不实用。三边定位算法和蓝牙定位原理类似,但是WiFi信号容易受干扰的特性决定了它的定位精度只能做到3~5米。再有目前有一些做室内定位的厂商采用WiFi+125K低频触发的方式定位,这种定位方式和RFID定位类似,也是一种可取的定位方法。
至于超声和ZigBee定位,这两种属于小众的定位,在大型的项目中并不常见,尤其是超声,一般用在车载定位,室内定位用得少之又少。
最后,小编要做下总结,随着室内定位技术的发展,更高的精度更低的成本是所有室内定位用户的诉求,未来的定位方式将朝着低成本,高精度发展。随着蓝牙5.0协议的普及,采用蓝牙5.0芯片使用AOA定位将是未来室内定位的发展方向