室內定位蓄勢待發(fā)

室內定位是個待攻克的難題，也是科技巨頭公司們必爭的技術焦點。為應付復雜多樣的建筑物內部環(huán)境，室內定位需融合多種前沿技術。注重技術儲備的微軟已經發(fā)力。

不同于成熟可靠的GPS等依靠衛(wèi)星的室外定位系統(tǒng)，室內定位領域尚未出現(xiàn)通用的技術或事實標準。微軟、蘋果和Google等主流科技公司都在該領域增加了投入，不少創(chuàng)業(yè)公司也拿出了有吸引力的解決方案。打通移動互聯(lián)時代位置服務的最后100m，才能觸發(fā)新的潛力和商機，一切蓄勢待發(fā)。

7月初，我們采訪了來自微軟亞洲研究院的技術專家趙春水。他所在的研究小組最近幾年專注于室內定位技術的研究，并且取得許多突破性的進展，擁有“世界領先水平”。

基于Wi-Fi的室內定位技術

2010年年初，趙春水參與了一個研究院內部合作的“云計算交互體驗”研究項目。他們開發(fā)的“云鼠標”與傳統(tǒng)的桌面鼠標相比，更像是一個遙控器。通過云鼠標中集成的加速度感應器、陀螺儀和數(shù)字指南針等傳感器，計算機可以得到云鼠標的“運動狀態(tài)”，從而幫助用戶與虛擬世界中的數(shù)據(jù)進行三維互動。實現(xiàn)該項目的過程中，趙春水和他的同事意識到“云鼠標”的核心技術可以與慣性導航技術結合，在室內定位領域發(fā)揮作用。

這是他們最開始的想法。2010年之后，在智能手機大力發(fā)展的帶動下，這幾個傳感器逐漸成為中高端機型的標配，因此利用手機內部的傳感器跟蹤（tracking）手機的運動狀態(tài)成為可能。方法是首先指定初始位置，然后通過加速度計、陀螺儀（即角速度計）和電子指南針跟蹤每一步的距離和方向，最后將估測出的“運動狀態(tài)”與地圖信息進行結合就可以獲得位置信息。不過，這種“慣性”跟蹤技術的最大缺點是不能實現(xiàn)絕對的定位。它使用積分算法，走得越遠，誤差（漂移）就越大。而且它必須指定初始位置，無法直接拿出手機就馬上獲得位置，這使得實用性大打折扣。

跟蹤技術成熟之后，他們開始主攻基于室內Wi-Fi信號的定位方式。趙春水告訴CHIP，Wi-Fi的優(yōu)勢在于它廣泛分布，而且可開放獲得。在二維空間里，只要有3個或以上的Wi-Fi信號就可實現(xiàn)定位。此外，Wi-Fi有自身的結構，與建筑物的位置關系是固定的，它的誤差不會因為用戶走的距離變大而增大，所以能實現(xiàn)絕對定位。Wi-Fi定位首先需要采集數(shù)據(jù)，即利用開放的Wi-Fi協(xié)議，通過手機在采樣點一個頻段一個頻段掃描廣播，獲取環(huán)境中所有接入點（AP）的標識和強度。

關于定位的精度，我們知道民用GPS在室外的定位精度理想狀態(tài)下可達到10m左右。趙春水稱，他們的技術在室內定位也可以做到10m左右。同時，他很嚴謹?shù)乇硎具@并不意味著在所有Wi-Fi采樣點都能達到10m的精度，他們看重更具實用意義的90%采樣點數(shù)據(jù)。另外，具體的定位精度也會與該建筑物內的Wi-Fi分布密度有關，例如飛機場的精度通常不如大型商場。

將Wi-Fi定位與運動狀態(tài)跟蹤技術進行結合，室內定位的精度甚至可能達到驚人的1m～2m。這也是目前趙春水所在的研究小組正在做的事情。下一步，他們還會結合地磁信息和手機3G信號的數(shù)據(jù)進行更深入的研究試驗。

現(xiàn)實中的“維護”難題

不過，Wi-Fi定位技術在實際使用中也面臨著巨大挑戰(zhàn)。首先，在Wi-Fi數(shù)據(jù)的采集過程中，他們使用普通手機加定制的軟件進行大規(guī)模數(shù)據(jù)采集，但用戶最終使用設備的Wi-Fi芯片參數(shù)各不相同，無法完全匹配。其次，建筑物內的Wi-Fi分布情況有時也會有變動，事前采集的數(shù)據(jù)在真正使用時可能已經失效。最后，Wi-Fi定位的技術模型只考慮了理想狀態(tài)，現(xiàn)實中建筑物中的無線電波信號傳輸會經過墻體出現(xiàn)反射和折射，情況非常復雜。當然，頻繁的Wi-Fi掃描過程是很耗電的，因此室內定位的“效率”也是需要重點關注的問題。

在趙春水看來，目前各家室內定位的技術原理是相通的，將來真正的競爭拼的是數(shù)據(jù)庫的維護。他說，“現(xiàn)在如果不計成本地采集高密度數(shù)據(jù)，自然可以獲得更高的室內定位精度。但后期如何經濟地、高效地去維護采集來的數(shù)據(jù)庫才是最后競爭的關鍵。”

室內定位的技術前景

提到室內定位的前景，趙春水告訴我們，室內定位最早的服務對象是消防員。在濃煙滾滾的大型建筑物內，消防員靴子中的定位傳感器可以幫助他們找到失火點或逃生路線。而在消費層面，與PC相比手機是隨身攜帶的，因此位置信息是它可提供的基本信息。用戶的很多購買行為與位置信息有關聯(lián)。目前基于位置的生活服務信息已經讓我們感受到室外“定位”的力量，未來通過室內定位技術我們不僅可以直達某一樓層的店鋪，甚至可以直達某個商品，其中蘊藏的商機自然不可小覷。

定位、導航和地圖的關系

導航是利用地圖和連續(xù)的定位技術，引導物體沿規(guī)劃路徑從一點運動到另一點的過程。也就是說，定位技術是導航的基礎，導航是定位技術的應用，地圖則是實現(xiàn)導航功能的必要輔助條件。

慣性導航系統(tǒng)

使用加速度計、陀螺儀和電子指南針可以測量物體的加速度和角速度，獲取物體在三維空間的位置和姿態(tài)。提供初始位置和速度后，通過運動傳感器的信息進行整合計算，慣性導航系統(tǒng)可以不斷更新當前的位置及速度。該技術不需要一個外部參考系，常常被用在飛機、潛艇、導彈和各種航天器上。

聲音

我對室內定位的愿景是，將來我們在商場里逛的時候，打開手機上的地圖看到的場景跟實際所處的場景是一樣的。只不過手機上是虛擬的，而且包含了很多商品折扣等有用的增強信息。

——趙春水

微軟亞洲研究院硬件計算組副研究員