室內也定位

劉勇

“高分一號”衛(wèi)星上海影像圖

“高分一號”衛(wèi)星北京影像圖

當你在陌生的大型室內建筑，如購物中心、機場、展館中迷路時，當你在地下停車場找不到車停在哪里時，當你在某展館中找不到感興趣的展位時……你是不是很希望手機上有一個“搜索”按鈕，類似室外的GPS導航一樣，點一下就可以清楚顯示室內行進的路線？

研究表明，人類有70%以上的活動時間在室內，而商業(yè)的基礎——消費行為存在室內的比例則更高。然而，四大衛(wèi)星導航系統(tǒng)因信號弱，無法進行室內精準定位，為此，諾基亞、三星、蘋果、谷歌等成立“室內定位聯(lián)盟”，圍繞室內定位展開了大量的研究。

與GPS定位的原理（幾何定位）不同，室內定位技術本質上是一種“指紋”定位和幾何定位的集合。即在室內遍布基站，在基站周圍根據(jù)距離、信號強度等建立“指紋”特征庫（信號強度），然后根據(jù)多個基站的“指紋”交叉確定用戶的準確位置。這里的基站可能是WiFi熱點，也可能是特制的傳感器，甚至可能是室內節(jié)能燈，而“指紋”特征可能是信號強度，也可能是節(jié)能燈的閃爍頻率。室內定位需達到水平3米，垂直1米的精度才能區(qū)分樓層與房間，產生實際的應用價值。

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。在消費層面，用戶的很多購買行為也與位置信息有關聯(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，還可以直達某個商品，甚至可以參與系統(tǒng)中設置的一些活動或游戲環(huán)節(jié)，增加逛商場的樂趣。

目前，用于室內定位服務的技術有很多：如WiFi、RFID（射頻標簽）、藍牙、超寬帶無線電、偽衛(wèi)星（布設于地面上發(fā)射類似于GPS信號的發(fā)射器）、紅外定位、光跟蹤定位、計算機視覺定位、超聲波定位等。這些技術大體上又可以分為兩個方向：局域室內定位技術和廣域室內定位技術。WiFi、RFID、藍牙、偽衛(wèi)星等都是承載到局域網中實現(xiàn)局部區(qū)域的覆蓋，因此被稱為局域室內定位技術。北京郵電大學研發(fā)的TC-OFDM系統(tǒng)、澳大利亞的新型本地定位系統(tǒng)Locata和美國高通公司的方案都是承載到廣域網上實現(xiàn)廣域覆蓋的，被稱為廣域室內定位技術。

隨著WiFi在公共場所覆蓋率的迅速提升，這項原本被用于無線上網的技術成為局域室內定位領域應用最廣泛的技術。

利用WiFi進行定位主要是基于三邊或多邊算法，即通過測算移動設備與附近的三個或多個AP（Access Point，無線接入點）的距離來確定該移動設備所處的具體位置。和GPS定位相比，WiFi定位的速度更快、精度更高，但室內空間相對狹小，對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定位的要求，而復雜的室內環(huán)境和參差不齊的WiFi覆蓋率、信號強度等因素又限制著室內定位精度的提升。

傳統(tǒng)的WiFi定位產品主要應用在專業(yè)領域，如礦井、醫(yī)院、石油石化等。一些WiFi網絡設備廠商如思科、摩托羅拉等公司也有自己的WiFi定位產品，并隨著其WiFi網絡設備的推廣，已經有很多應用。隨著市場（特別是大眾消費）對室內定位需求的增加，谷歌把WiFi室內定位和室內地圖引入了谷歌地圖，一年多來已經覆蓋了北美和歐洲一萬多家大型場館。百度、高德、四維等公司也在研發(fā)WiFi室內定位產品。

我國研制成功的TC-OFDM定位與通信融合的新型信號體制則是廣域室內定位驗證系統(tǒng)的代表。依靠這種技術，不僅將室內定位精度提高了數(shù)十倍，突破了多項室內高精度定位關鍵技術瓶頸，還大大節(jié)約成本，把現(xiàn)在的移動通信網變成即時通信網和高精度定位網。TC-OFDM系統(tǒng)于2011年完成終端、基站等原型設備開發(fā)，實現(xiàn)基于基站的水平優(yōu)于3米、垂直優(yōu)于1米的高精度室內外無縫定位。

2012年，天津濱海新區(qū)基于TC-OFDM系統(tǒng)建立了全球首個廣域高精度室內外無縫定位的消防救援平臺。此后，江蘇、安徽、新疆等地建立了老年人關愛平臺，首都、虹橋等8大機場22個航站樓建立了機場位置服務平臺。今后，TC-OFDM系統(tǒng)將在全國各地逐步展開推廣，除應急救援外，還將應用于智慧醫(yī)療、智能交通、休閑娛樂、大型場館管理以及個人位置導航服務等領域。

未來，基于室內定位技術、室內地圖、室內影像、搜索系統(tǒng)、室內商家信息、增強現(xiàn)實技術、交易系統(tǒng)、互動分享系統(tǒng)所構建的室內虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)將是技術發(fā)展的方向。我們將會看到下面的場景：一個用戶開車進入商場車庫之前，系統(tǒng)就會自動提示是否有空車位、引導用戶駛入空車位；語音搜索餐館，商場立刻根據(jù)用戶的需要推送各個餐館信息、比價、特色菜；選定餐館后，系統(tǒng)幫助預定餐位、引導用戶去餐館，并邀請周圍好友過來聚餐；就餐結束買單時，商場自動推送周圍的商品信息和娛樂信息，并支持在線支付。

整個過程都將以實景圖、增強現(xiàn)實和語音所展現(xiàn)，而展現(xiàn)的設備可能是手機，也可能是智能眼鏡。在這樣的虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的推進下，商場已經逐步異化成了休閑娛樂設施、實體體驗店、網上商城、精準廣告系統(tǒng)的綜合體，并提供救援、安全等基礎能力。我們期待著這一切早日成為現(xiàn)實。

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室內定位幾種解決方案

1.谷歌方案

谷歌手機地圖推出6.0版的時候已經在一些地區(qū)加入了室內定位功能，此方案主要依靠GPS（室內一般也能搜索到2～3顆衛(wèi)星）、WiFi信號、手機基站以及根據(jù)一些“盲點”（室內無GPS、WiFi或基站信號的地方）的具體位置完成室內的定位。目前此方案的精度還不是很令人滿意。

谷歌目前想通過“眾包”的方式解決數(shù)據(jù)源的問題，就是鼓勵用戶上傳建筑平面圖。另外，用戶在使用谷歌的室內導航時，谷歌會收集一些GPS、WiFi、基站等信息，通過服務器進行處理分析之后為用戶提供更準確的定位服務。

2.博通方案

博通公司研制的一種用于室內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算出來）。這種芯片可以通過WiFi、藍牙或NFC等技術來提供室內定位系統(tǒng)支持。該芯片可以結合其他傳感器，例如手機里的陀螺儀、加速度傳感器、方位傳感器等，將你位置的變化實時計算出來，甚至做到沒有死角。

3.Qubulus方案

Qubulus公司根據(jù)無線電信號來定位。每一個位置的無線電信號數(shù)量、頻度、強度等也是不同的，Qubulus根據(jù)這些差異計算出你的具體位置。使用Qubulus方案，用戶需要收集室內的無線電信號。Qubulus還提供了開發(fā)工具包。

4.杜克大學方案

杜克大學則借助現(xiàn)實生活中路標的思想，正在開發(fā)一個叫作UnLoc的應用。該應用通過感知WiFi、3G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來計算你的位置。當你移動的時候，就根據(jù)其他感應器（ 陀螺儀、加速度傳感器、方位傳感器等）來跟蹤你的位置。這一過程精度會逐漸降低，但當你到達下一個路標時，位置就會被校準。

【責任編輯】趙新宇