室內定位技術的現狀與發展

胡志慧 唐海

摘 要：隨著無線通信技術的飛速發展和智能移動終端的普及應用，基于位置服務的技術應運而生。然而，GPS、北斗等衛星定位系統在室內的信號覆蓋差，無法滿足室內定位精度的高要求。本文主要介紹了室內位置服務產業的現狀和常見定位技術原理，并展望了未來的發展前景。

關鍵詞：位置服務;衛星定位;室內定位

中圖分類號：TN92 文獻標識碼：A 文章編號：1003-5168（2019）04-0018-02

The Present Condition and Development of Indoor Positioning Technology

HU Zhihui TANG Hai

（School of Electrical & Information Engineering， Hubei University of Automotive Technology，Shiyan Hubei 442002）

Abstract： With the rapid development of wireless communication technology and the popular application of smart mobile terminals， location-based service technology has emerged. Because GPS， Beidou and other satellite positioning systems have poor indoor signal coverage， they can not meet the high requirements for indoor positioning accuracy.In this paper， the present situation of the indoor location service industry and the principle of common positioning technology were introduced， and the future development prospects were forecasted.

Keywords： location-based services;satellite positioning;indoor positioning

定位服務來源于英文Location Based Service。1994年，美國學者Schilit提出了定位服務的三大目標：你在哪里、你和誰在一起以及你的附近有什么資源，構成了LBS最基礎的內容。目前，全球室外定位主要采用美國的GPS、俄羅斯的GLONASS、中國北斗COMPASS以及歐洲的GALILEO這4套衛星定位系統。它們提供的民商用信號定位精度均達到了10m以內，軍用信號定位精度更是達到了厘米級別。然而，全球衛星定位系統也存在局限性，在環境復雜的室內效果大打折扣，如定位精度差、信號弱、顯示無法定位。隨著移動互聯網的發展和室內定位技術的創新，新型室內定位技術應運而生。

1 位置服務產業的發展

根據《2018中國衛星導航與位置服務產業發展白皮書》[1]，我國位置服務產業規模持續擴大，產值已達到2 550億元，較2017年度增長20.4%。近年來，隨著移動互聯的高速發展和云計算、物聯網等新技術的興起，傳統行業的發展模式發生了改變，催生了眾多新業態。中國擁有全球最多的智能手機，人們對生活服務、出行及娛樂等的需求和習慣隨之改變，促使在室內快速準確獲得移動終端的位置信息和提供位置服務的需求變得日益迫切。

中國現有火車站1 000余個，單日客流量超過1 000萬人;民用機場200多個，旅客年吞吐量已突破10億人;城市隨處可見的大型室內停車場有車位數上千;1×105m2以上的大型倉庫數量不斷增加[2]。這些人們息息相關的生活場景，由于室內空間日益龐大復雜，無法依靠傳統標識進行引導，需要依賴信息化的定位導航。例如，在火車站、飛機場，需要為旅客提供位置導航，同時監控與分析客流，以便調度。在大型室內停車場，需要為用戶提供停車、找車定位導航服務，以提高停車場管理效率和用戶停車體驗。在大型倉庫，企業需要實現智能倉儲管理、自動搬運貨物以及貨物追蹤定位，以提高生產效率。

我國政府支持跨界融合的產業創新和應用發展，2017年11月，在上海成功召開了第二屆全球室內位置服務產業峰會，成立了中國位置服務產業聯盟，推動了產業生態協作圈的建立，提高了室內位置服務全產業鏈競爭能力，拓寬了應用場景，引導了位置服務產業的健康穩步發展。

2 室內定位技術及原理

目前，室內定位技術在國內外都是研究熱門。美國高通公司和微軟研究院、澳大利亞Locate、芬蘭Ekahau及北京郵電大學等公司、研究機構及國內外大學，對室內定位、室內地圖等關鍵技術展開了深入研究，設計開發了各種室內定位系統。室內定位技術主要分為局域網室內定位技術和廣域網室內定位技術兩個方向。廣域網室內定位技術需要特殊硬件的支持，花費成本較高;而局域網室內定位技術一般采用較常見的WiFi、藍牙及紅外線等技術，更適合商業推廣。

2.1 WiFi室內定位技術

目前，室內基本都有固定WiFi路由器供連接上網。WiFi定位采用指紋定位原理，選取多個AP（Access Point）采集指紋點構造指紋地圖，完成信號比對，進而完成定位。雖然這項技術的成本較低，使用普通上網路由器即可，但是采集數據較麻煩，需采集較多指紋點，且定位誤差要控制在3～5m[3]。

2.2 超聲波定位技術

超聲波定位技術需要特殊的超聲波發射源。已知超聲波傳播的速度為光速，測得至少3個發射源到待測點的時間，可得到發射源與待測點的距離，從而精確計算待測點的位置。這是利用幾何原理定位的，但是要發射源同步時鐘信號，并要求接受點能準確計算信號到達時間，以便準確定位。

2.3 藍牙室內定位技術

該項技術需要至少3個藍牙發射信號源，通過采集接收點藍牙信號的強度估算距離，從而使用幾何定位原理實現定位。目前，大部分手機終端都自帶藍牙模塊，可部署實施該項技術，易受外部噪聲干擾，信號穩定性較差，擴散距離有限。

2.4 ZigBee定位技術

ZigBee技術是一種消耗功率低、傳輸速率低、花費硬件資源少的無線即時通信技術。ZigBee定位技術需要特殊的信號發射器，利用幾何定位原理定位，技術實現和藍牙室內定位技術類似。

2.5 紅外線定位技術

紅外線是一種波長介于無線電波和可見波之間的電磁波。紅外線定位技術通過室內待定位設備上的光學傳感器接收到紅外線發射器發射的特定紅外線后進行定位。1992年，AT&T實驗室與Cambridge大學聯合開發的Active Badge System被稱為第一代室內定位系統，其平均定位精度可達到6m。2011年，德國Ambiplex提出的IR.Loc定位系統基于AOA測量熱輻射進行定位，10m范圍內的定位精度達到20～30cm[4]。

2.6 LED定位技術

LED定位技術是LED燈發出一定規律的光信號，通過設備的攝影頭接收光信號，然后分析光信號計算定位。該技術需使用特殊設備，成本較高，且分析光信號是技術難點。

2.7 超寬帶（UWB）定位技術

該技術通過到達時間差（TDOA）的不同實現定位，需提前部署多個信號發射源，測量不同的到達時間，以計算距離完成定位。雖然它具有體積小、功耗低、穿透力強、不易察覺和定位精度高等特點，但是系統建設成本較高，限制了技術的推廣應用。

通過分析常見室內定位技術，歸納其定位精度、部署成本等優缺點，認為組合/混合定位技術將成為未來室內定位技術的發展趨勢。

3 結語

隨著人們對室內位置服務需求的持續增加、各種室內定位技術的不斷發展和不同技術之間的互融與互補，室內定位技術將日漸完善和精確。室內位置服務使人與人、人與物、物與物之間的聯系更加緊密，真正實現萬物互聯，促進相關產業的進一步發展。

參考文獻：

[1]周慧.基于WiFi室內定位技術研究[D].南京：南京郵電大學，2016.

[2]李同松.基于ZigBee技術的室內定位系統研究與實現[D].大連：大連理工大學，2008.

[3]華蕊，郝永平，楊芳.超聲波定位系統的設計[J].國外電子測量技術，2009（6）：65-67.

[4]裴凌，劉東輝，錢久超.室內定位技術與應用綜述[J].導航定位與授時，2017（5）：1-10.