國內室內定位技術發展現狀綜述

閆大禹，宋 偉，王旭丹，胡子燁

國內室內定位技術發展現狀綜述

閆大禹，宋 偉，王旭丹，胡子燁

（北京航空航天大學 電子信息工程學院，北京 100091）

為了進一步研究室內定位技術，通過介紹幾種主流室內定位技術的原理及國內發展情況，包括有無線保真(WiFi）、藍牙、超寬帶、蜂窩移動網絡、偽衛星、慣性導航和地磁，基于最新國內室內定位技術比測結果，討論無額外設備輔助的智能手機定位、允許額外輔助的智能手機定位和允許額外設備輔助的其他終端定位3種場景下當前國內成熟的室內定位技術方案，并在此基礎上總結國內室內定位技術方案的發展趨勢，提出多傳感器組合導航定位方案的改進優化和新興室內定位技術的開拓創新思路，探討室內定位標準和性能體系構建的可能性。

位置服務；室內定位；定位技術；定位方案

0 引言

基于位置的服務（location-based service, LBS）作為一種生活方式已逐漸滲透到人類生活的方方面面。準確的位置信息是開展LBS的前提。目前，人類可依賴全球衛星導航系統（global navigation satellite system, GNSS）達到亞米級的室外定位精度；但是由于衛星信號無法穿透建筑物，室內定位無法利用GNSS實現。

人類平均約有70 %~90 %的時間在室內度過，且在室內對LBS的需求更迫切。在GNSS無法提供室內定位服務的情況下，準確的室內位置信息已成為開展室內LBS的瓶頸。工業界和學術界均在探求高精度、高可靠性的室內定位技術，以期在電磁環境和地理環境復雜的室內環境中獲取準確的位置信息。2011年谷歌依賴有無線保真（wireless fidelity, WiFi）和移動通信基站等信息發布室內地圖，覆蓋包括商場超市、機場、車站等建筑物；蘋果依靠大量iBeacon設備和用戶的iPhone繪制室內地圖，精度優于谷歌；加拿大Calgary大學結合傳感器、公共場合無線信號（WiFi、藍牙）以及室內環境特征（如磁場環境），實時、可靠地提供用戶在室內的位置。此外韓國三星公司、俄羅斯Spirit公司、意大利Zetesis公司、德國斯圖加特大學、韓國首爾大學、比利時安特衛普大學等都在室內定位領域開展研究。我國于“十二五”期間啟動了“羲和”計劃，旨在構建能夠提供室內3 m、室外1 m的精密定位服務系統；“十三五”期間在對地觀測領域啟動了多項室內定位方向的國家重點研發計劃，以國家重點研發計劃為支撐，國內多家企業、高校院所也競相開展了室內定位技術的研究。

本文以國家遙感中心主辦的“2018年室內導航定位比測”中各參測團隊提供的室內定位方案和比測數據為參考，總結國內現有主流室內定位技術，討論不同應用場景下的室內定位方案，對國內室內定位發展趨勢作分析和展望。

1 國內主流室內定位技術總結

本文將室內定位技術分為2類：第一類為基于外置信源的室內定位技術，這類技術的實現依賴于外置信源，主要包括WiFi、藍牙、超寬帶（ultra wide band, UWB）、蜂窩移動網絡和偽衛星；第二類為基于天然信源的室內定位技術，這類技術僅依靠終端的傳感器即可實現定位，包括慣性導航、地磁導航等。隨著室內定位技術的不斷進步，定位精度也逐漸提高到米級甚至亞米級，開始邁入消費級市場水平。表1給出了不同室內定位技術的對比情況。

表1 室內定位技術對比

1.1 基于外置信源的室內定位技術

1.1.1 WiFi定位技術

利用WiFi信號實現室內定位有2種方法，測距交匯法和指紋匹配法。測距交匯法是指利用信號強度衰減模型將WiFi信號從接入點到接收機的信號衰減強度轉化為2者之間距離，采用三角定位法，根據3個以上接入點到接收機之間的距離約束對接收機的位置進行估算。該方法優點在于無需建立維護數據指紋庫，且定位精度比指紋匹配法精度高；缺點在于信號強度衰減模型與室內環境強相關，由于室內環境復雜多變且非視距現象嚴重，很難獲取準確的信號強度衰減模型。

指紋匹配法是將難以直接測量的位置信息和容易獲取的信號特征（如無線信號強度）建立映射關系，即對應每個室內場景的位置坐標建立專屬的信號特征指紋，從而匹配估算出待測目標的空間位置。指紋匹配法分訓練和定位2步進行：訓練是將定位環境劃分網格，并在網格點采集信號指紋，如WiFi強度，建立指紋庫；定位是將接收到的信號特征測量值與指紋庫中的值進行比對，通過相似性分析得到室內位置估計。與測距交匯法相比，該方法的優點在于不需要求解信道衰減模型，缺點在于指紋庫的構建需要耗費大量人力。

目前，國內有多家單位致力于研究WiFi定位技術，在傳統WiFi室內定位的多個方面逐步取得技術突破和進步，主要包括指紋庫采集成本降低、指紋庫精度提升和匹配方法的優化等等。

基于WiFi信號的指紋匹配法首先要經過離線構建指紋庫的階段，場地柵格化、網格點信號指紋采集、指紋庫校正處理都需要消耗一定的人力物力成本，極大地制約了室內定位技術在實際場合中的投入使用。針對離線建庫成本的問題，文獻[1]提出基于眾包數據建立室內定位方法與平臺，由廣大用戶上傳并不斷更新指紋數據，節省離線建庫階段的成本消耗，同時避免了由于WiFi設備和信號波動導致的指紋庫時效性問題，可提供長時間的有效定位保證。采集的WiFi信號強度是指紋庫構建的重要依據。單條指紋的復雜程度由無線接入點的密度和數量決定。但現實考慮不能無限制的增加路由器設備；因此如何利用有限的設備產生的WiFi信號構建成高精度指紋庫，也是指紋匹配法現實應用中面臨的難題。文獻[2]提出用相鄰位置的信號強度差值建立梯度指紋庫，通過z檢驗使梯度庫二元化；文獻[3]提出使用基于離群點檢測與雙閾值濾波算法處理采集到的不同無線接入點信息，在提高指紋庫精度方面具有優秀表現。在線定位匹配階段，要實時將定位終端采集到的WiFi信息與指紋庫匹配。對于信號數據處理和匹配算法的研究，北京智慧圖公司利用虛擬指紋提升接入點（access point, AP）稀疏時的定位穩定性。文獻[4]在定位場景內均勻部署少量的參考節點以實時監測環境信號變化，對定位終端測量的接收信號強度指示（received signal strength indicator, RSSI）進行動態補償，顯著提高在線定位階段的穩定性和精度。

1.1.2 藍牙定位技術

與WiFi定位原理相同，藍牙定位分為測距交匯法和指紋匹配法。由于絕大多數智能手機終端都自帶藍牙模塊，方便大范圍地普及和場地設備的部署；但是基于藍牙的定位技術容易受到外部噪聲信號的干擾，信號穩定性較差，通信范圍較小[5]。最常用的藍牙定位技術是基于藍牙4.0的低功耗藍牙技術，即iBeacon技術，該技術具有低功耗、連接速度更快、傳輸速率高、信號傳輸穩定安全無干擾等特點[6]。iBeacon技術尚未大規模工程應用，其原因在于需要高密度部署藍牙信標，加之軟件費用較高，使得該系統成本偏高[7]。

藍牙設備同樣可作為無線接入點，與WiFi定位技術類似；因此指紋匹配算法同樣應用廣泛，針對信號范圍小、穩定性差等特點，經常與WiFi組合應用來實現室內定位的小范圍區域增強。

國內有幾家企業開發了iBeacon的產品，包括SENSORO、四月兄弟、智石科技和Drop Beacon；但針對藍牙定位技術的理論研究較少，主要集中于定位算法層面。文獻[8]提出了一種基于核嶺回歸的自適應藍牙定位算法，該算法對藍牙信號強度的動態變化具有較好的適應性和魯棒性。國內對藍牙在室內定位領域的技術研究與WiFi有所區別的進展是，文獻[9]充分考慮到藍牙范圍小、布設方便的特點，研究特定場地下藍牙設備的數量、密度和位置的最優化布設方案，提出在小范圍室內區域如辦公室環境中將藍牙5~6個呈放射狀排列、直線貫通區域如走廊中呈直線排列，可以達到最高的定位精度和可靠性。

1.1.3 UWB定位技術

UWB定位技術用來傳輸數據的脈沖信號功率譜密度極低、脈沖寬度極窄，因此具備了時間分辨率高、空間穿透能力強等特點，在視距（line of sight,LOS）環境下能獲得優于厘米級的測距和定位精度。UWB最初便是用于軍事工業用途，2002年才發布商用化規范，就目前的情況而言，UWB設備價格昂貴，部署成本比較高，雖然在專業領域中應用廣泛且表現極佳，但難以進入消費級市場[10-11]。UWB定位方法包括信號到達角（angle of arrival, AOA）、接收信號強度（received signal strength, RSS）、信號到達時間（time of arrival, TOA）和信號到達時間差（time difference of Arrival, TDOA），是一種典型的基于測距方法的定位技術。

早在2001年我國發布的“十五”國家863計劃就將“超寬帶無線通信關鍵技術及其共存與兼容技術”作為無線通信共性與創新技術的研究內容，國內高校如中國科學技術大學、北京郵電大學、東南大學等就UWB定位技術開展了研究。文獻[12]中研究了超寬帶信號接收中的低位寬量化問題，并對室內復雜環境下的穩健到達時間估計問題進行了研究，給出了室內環境下的固定節點定位方法。超寬帶定位在非視距（non line of sight, NLOS）環境下的相關研究也是UWB定位技術的一個熱點。文獻[13]提出了一種基于機器學習的超寬帶NLOS鑒別方法，該方法較大地提升了鑒別的準確度和誤差消除能力。文獻[14]建立了信號的穿墻傳播模型，并提出了一種 NLOS誤差減小方法，有效減小誤差并提高對目標的定位精度。同時，定位算法的融合也是領域內的研究熱點趨勢：文獻[15]將AOA算法與TOA算法進行融合；文獻[16]對TOA算法與TDOA算法進行融合，從而有效提高定位精度。

1.1.4 蜂窩移動網絡定位技術

隨著第二代、第三代到第四代移動網絡通信長期演進（long term evolution, LTE）定位技術的發展，基于基站的蜂窩移動網絡定位技術的精度得到了較大提高；第5代移動網絡通信技術（the fifth generation of mobile network communication technology, 5G）協議的投入商用對室內定位領域是一個巨大的契機，其密集組網技術也使得基站定位具備廣闊的應用前景和發展空間[17]。蜂窩定位技術可以便捷使用搭建的基礎設施，依靠移動通信系統的體系結構和傳輸信息實現用戶的位置坐標推算。利用室內可直接測得的無線電通信信號，與WiFi、藍牙、UWB技術相同，既可基于信號強度使用傳統的位置指紋匹配方法，也可以進行TOA、TDOA、AOA等測距方式測量。蜂窩移動網絡定位技術依賴通信基站，與基站密度密切相關：雖然室內信號受基站輸出功率的動態調整和非視距傳播效應的影響，定位精度不高；但在室內外無縫定位需求下，可作為普適化的室內外坐標一體化的定位方案。

依托廣泛部署的分布式皮基站，文獻[18]提出了一種基于LTE網絡的室內定位系統，利用基站信號的參考信號強度或時延進行定位。為了解決LTE室內分布式網絡下不同位置處的信號相似性問題，文獻[19]提出基于相關性測序的定位算法，顯著提升了定位精度。針對空缺的室內外無縫定位技術，我國自主研制的室內外高精度定位導航“羲和”系統中采用時分正交頻分復用（timecode division-orthogonal frequency division multiplexing, TC-OFDM）技術。該技術由北京郵電大學提出，它融合了定位和通信信號體制，屬于蜂窩移動網絡通信技術的一種，可實現高精度的廣域室內外無縫定位。國內企業如北京首科信通、蘇州羲和北斗作為TC-OFDM專用設備、產品、室內外位置服務的推廣窗口，TC-OFDM技術逐漸走向成熟和產業化標準。

1.1.5 偽衛星定位技術

偽衛星是指安裝在地面附近的能夠發射類似于GNSS信號的裝置，其本質是一個GNSS信號模擬器，可以作為室內環境中對GNSS信號的補充。偽衛星技術定位的規模化難度比較低，同時定位精度為亞米級[20]，能夠滿足大多數時候的定位需求，但是較高的基站部署成本使該技術停留在專業領域，尚未投入市場使用。目前國內上海交通大學、中國電子科技集團54所也對偽衛星技術進行了深入的研究，對偽衛星的組網配置方案進行了詳細的研究和分析，共同探討偽衛星獨立組網配置方案的可行方案[21-22]。

文獻[23]提出了在偽衛星系統中對于線性化誤差的檢測方法，分析了自校準偽衛星陣列與LocataNet系統的關鍵技術；并針對偽衛星獨立定位系統中載波相位雙差定位的問題，提出利用在航解算整周模糊度的方法。由于地基偽衛星位置固定，在信號連續發射模式下偽衛星信號間的多址干擾會引起相對恒定的測距誤差。針對地基偽衛星系統這一特點, 文獻[24]提出一種基于反饋串行干擾抵消的測距算法，抵消強功率偽衛星信號對期望測距信號的干擾。文獻[25]提出了適合描述室內導航偽衛星信號傳播特性的大尺度對數距離路徑損耗模型，及小尺度萊斯-瑞利-對數正態分布模型，準確描述室內偽衛星信號的傳播效應。

1.2 基于天然信源的室內定位技術

基于天然信源的室內定位技術是指利用傳感器將某些與位置相關的天然信源轉換為可用于定位的信號以實現定位，例如：慣性導航技術利用慣性傳感器感知載體的運動狀態；地磁導航技術利用地磁傳感器獲取當前位置的磁場特征；氣壓計測高技術利用氣壓計測量當前位置的氣壓等。

1.2.1 慣性導航

慣性導航技術是基于慣性傳感器（inertial measurement units, IMU）對狀態進行預測，具體是利用加速度計、陀螺儀和磁力計等傳感器對前一時刻的位置信息進行處理，得到當前時刻的相對位置。隨著傳感器的小型集成化與低成本，近些年來IMU被廣泛應用于室內定位導航。慣性導航系統基于航位推算方法實現終端的定位，具備較強的自主性，短時間內的定位精度和連續性非常高；但定位導航精度極大地受限于器件成本，且不可避免地隨著時間的推移產生累積誤差，需要借助外界定位信息源不斷對位置推算進行校準。

零速校正是慣性導航技術中的一種誤差補償技術，可以有效控制長時間的累積誤差，提高系統精度。針對零速點的誤判和漏判問題，文獻[26]提出了一種新的零速檢測算法，基于加速度傳感器和陀螺儀的輸出進行零速點檢測，通過擴展卡爾曼濾波算法進行誤差修正，以提高系統精度。以捷聯慣性導航原理為基礎，文獻[27]設計基于梯度下降的姿態解算算法，相對于傳統的卡爾曼濾波及其衍生算法，能以更高的實時性獲得行人姿態，結合零速更新算法獲得行人靜止區間，實現實時化的行人自主室內定位。文獻[28]采用了一種基于無跡卡爾曼濾波的無線定位與慣性導航系統組合的室內定位算法，解決了無線定位結果波動幅度過大和慣導系統的累積誤差問題。文獻[29]將慣性導航系統與室內WiFi信息、地磁特征相結合，多層次約束陀螺儀零偏誤差，定位精度可達到3~5m，定位結果連續平滑。

1.2.2 地磁定位

地球的磁場特性最先被廣泛用于航海和軍事等室外定位。地磁定位同樣可以采用指紋匹配的方法，通過事先采集并構建精確的地磁指紋數據庫，利用傳感器獲取人員當前位置磁場數據，將實時數據與地磁指紋庫基準數據精確匹配獲得最佳估測值，從而實現人員在指定區域中的定位[20]。由于地球磁場分布方向的原因，室內采集到的地磁3軸數據本質上只具備2個維度的指紋信息，大型建筑物的室內地磁特征差異不明顯，在傳統的室內區域柵格化指紋匹配方法中表現不佳，因此室內地磁信息多用于室內定位的多源信息融合，與慣性導航系統組合使用，起到輔助和誤差糾正的作用。

文獻[30]提出了一種基于智能手機的室內地磁定位系統，設計方向和地磁的自適應權重混合位置指紋，通過范圍搜尋定位算法匹配室內真實坐標，提高了地磁數據的辨識度和定位精度。針對地磁場特異性不足的問題，文獻[31]將動態時間規整算法和粒子濾波算法結合，以路徑匹配的方法增加地磁匹配特征的數目，解決了定位結果模糊的現象。文獻[32]提出一種基于模糊C均值聚類算法及位置區切換的室內地磁定位方法，縮小地磁指紋的匹配范圍，減小匹配運算量。

1.3 多源融合定位技術

1.1節所介紹的各種定位技術各具優勢和局限性，如：WiFi、藍牙和UWB信號屬于射頻信號，易受多徑效應的影響；慣性導航雖不依賴外置信源，但定位誤差會隨時間累積。目前還沒有哪種室內定位技術可做到與GNSS一樣開機即得。目前國內主流的室內定位方法是根據場景需求及各類室內定位技術的特點，選擇2種及以上的定位技術進行融合以獲得當前位置的最優估計。融合方法有2種，松耦合和緊耦合法，2者的區別在于：松耦合需要各類傳感器提供定位結果，而緊耦合需要各類傳感器直接提供觀測信息；松耦合易于實現，但要求各類傳感器均輸出定位結果，緊耦合較松耦合相比實現難度大，但各類傳感器值需提供觀測信息即可。信息融合的實現依賴濾波算法，如卡爾曼濾波、無跡濾波和粒子濾波，目前工程應用多采用卡爾曼濾波。

融合定位的信息源可以是多種多樣的，GNSS信號、加速度計/陀螺儀、基站信號、WiFi、藍牙、氣壓計、地磁、視覺、室內地圖等等；但融合定位模型和方案同樣需要考慮室內定位結果的精度和可靠性：多種信息的協同融合可以帶來精度的提升，同樣可能會導致災難性的定位失準。獲得傳感器數據后需要對多來源信息進行預處理以剔除原生和融合噪聲，從數據中提取特征后要根據不同應用情景、設備條件和具體需求進行特征級融合，賦予不同的權重，結合地圖信息和各種狀態估計濾波算法后進行決策級融合。

2 不同應用場景下室內定位方案

室內定位的需求主要集中于大型公共場所，如體育場館、機場車站、地下車庫、會展中心、大型商超和博物展覽館等。不同的公共場所、不同的群體對室內定位的需求不同，例如：在機場，乘客的終端為智能手機，其需求為找到安檢口、登機口等目標位置，定位精度和可靠性要求低；機場地勤工作人員的終端可以是特制的小型手持設備，其需求為準確獲取故障設備、突發事件的具體位置，定位精度和可靠性要求高；在體育場館中，觀眾的終端為智能手機，其需求為找到觀賽座位，定位精度要求高，可靠性要求低；志愿者的終端為某種輕型可穿戴設備，組委會工作人員需獲取志愿者的大概位置，以及時調配人力應用突發情況，定位精度要求低，可靠性要求高。考慮到各種室內定位技術的優勢和缺陷，應針對不同的應用場景設計不同的室內定位技術方案，在定位性能達標的前提下盡量降低成本。

根據終端類型和額外輔助設備的添加情況，本文將室內定位的應用場景概括為3類：無額外設備輔助的智能手機定位場景，允許額外設備輔助的智能手機定位場景和允許額外設備輔助的其他終端定位場景。此處的額外輔助設備是指除室內環境中原有的外置信源外，額外添加的其他外置信源。

2.1 無額外設備輔助的智能手機定位

智能手機是當今社會人手必備的電子產品，對于個人用戶，LBS的開展大多依賴于智能手機。以智能手機為終端實現室內定位有2個優勢：一是用戶不需要額外配置其他專門用于室內定位的手持終端；二是智能手機內置多種可用于室內定位的信號接收器和傳感器，包括蜂窩移動信號接收器、WiFi信號接收器、藍牙信號接收器、加速度計、陀螺儀、磁力計、氣壓計等，盡管這些信號接收器和傳感器都不是為定位專門設置的，但是它們均可為定位所用。

在無額外設備輔助的智能手機定位場景中，國內目前成型的技術方案皆以慣性導航系統為核心，利用場景內可實時測得的WiFi信號、基站信號信息進行輔助定位，利用氣壓計進行測高以完成樓層識別，結合地圖匹配技術和濾波算法完成定位精度為5~10 m的坐標推算。

根據“2018年室內導航定位比測”結果，無額外設備輔助的智能手機定位場景下，最優的室內定位技術方案為慣導+WiFi+氣壓計+地磁+地圖約束，水平定位精度優于3.2 m、高程定位精度優于1.2 m（95 %置信區間）。此場景下影響定位精度的因素主要包括傳感器靈敏度、指紋庫的精度、外置信源的幾何布局和強度，以及信息融合算法對多元定位信息的優化程度。

2.2 允許額外設備輔助的智能手機定位

目前多數大型公共室內環境中，WiFi、藍牙和移動蜂窩基站等外置信源的布設是為了通信而非定位，其布設密度遠遠達不到室內高精度定位的需求。由于室內定位精度與外置信源的部署密度呈正相關，以智能手機為終端的室內定位可通過增加額外的WiFi路由器、藍牙信標和移動蜂窩基站等額外輔助設備來提升定位精度。由于增設移動蜂窩基站需要運營商完成，實施難度大；因此在以智能手機為終端的室內定位場景下，多采用增設WiFi路由器和藍牙信標的方式。

WiFi信號雖然覆蓋范圍大，但信號易受干擾，同時路由器的部署需要電源和網絡接口，體積相對較大，部署成本較高；藍牙信標體積小、功耗低，能內置電池獨立工作，部署方便：因此國內成熟的技術方案多以添加藍牙信標輔助智能手機定位。

根據“2018年室內導航定位比測”結果，以藍牙信標為額外輔助設備，在藍牙信標部署密度受到限制的條件下，智能手機水平定位精度優于0.94 m、高程定位精度優于0.2 m（95 %置信區間）。此場景下影響定位精度的因素主要包括額外輔助設備硬件性能和幾何布局、傳感器靈敏度、指紋庫的精度，以及信息融合算法對多元定位信息的優化程度。

2.3 允許額外設備輔助的其他終端定位

由于智能手機中的信號接收器和傳感器種類及性能有限，對于有室內定位高精度需求的應用場景，在原有的室內環境中，可額外增加特殊信源，該信源可以是智能手機無法接收的，再根據信源開發與之匹配的終端。目前，在允許額外設備輔助的其他終端定位場景下，國內成熟的技術方案主要有2套方案：一套是基于超寬帶定位技術的UWB系統；另一套則是基于激光雷達的即時定位與地圖構建（simultaneous localization and mapping, SLAM）系統，都可以保證高精度的專業室內定位需求。

根據“2018年室內導航定位比測”結果，允許額外設備輔助的其他終端定位場景下，國內專業技術團隊采用UWB+慣導+氣壓計方案，實現水平定位精度優于0.2 m、高程定位精度優于0.1m（95 %置信區間）。此場景下影響定位精度的因素主要包括定位設備的選擇及其硬件性能和幾何布局，以及終端的軟硬件設計。

3 國內室內定位發展趨勢

目前國內主流的室內定位方案主要是針對不同的應用需求選用WiFi、藍牙、UWB、慣導、氣壓計和磁場中2種以上信源，并對不同信源提供的定位信息進行融合。與室外相比：室內信道環境和空間拓撲關系復雜，雖然室內信源種類繁多，但各種信源都有一定的局限性；不同定位信息的融合目前仍采用最簡單的擴展卡爾曼濾波技術，不具備抗差能力；室內定位方案的選擇多數以成本和定位精度為衡量指標，尚未構成與GNSS定位類似的完整的室內定位性能評估體系。

結合國際室內定位技術的發展趨勢，考慮目前國內室內定位技術的成熟度，可對國內室內定位的發展趨勢進行總結，主要包括以下3個方面：

1）探索新的室內定位技術。由于各種成熟室內定位技術的局限性，國際上開始探索新的室內低位技術，試圖尋找一種服務性能媲美GNSS的室內定位技術。目前，新室內定位技術的研究熱點集中于視覺、光源、音頻、藍牙5.0和5G信號。除視覺定位外，其他幾種都需要外置的信號源。視覺定位以相機為傳感器，在場景光線和圖線特征充足的條件下，定位精度可達分米級甚至厘米級。光源定位技術即光源編碼定位技術，以安裝在天花板上的扇格發光二極管（light emitting diode, LED）光罩為信號源，通過旋轉光罩使終端接收扇格在地面的光投影來確定其位置，定位精度可達厘米級。音頻定位通過測量聲音從音頻基站到終端的傳播距離來確定終端的位置。與WiFi、藍牙等射頻信號相比，由于聲音的傳播速度慢，因而對時間同步的要求低。例如，要達到分米級的定位精度，時間同步精度只需0.1 ms。藍牙5.0與藍牙4.0相比，在通信速度、功耗、通信距離和容量方面均有顯著提高，單一藍牙5.0信標的信號覆蓋范圍將是藍牙4.0信標的16倍，故藍牙5.0的使用將大大降低信標布設成本。5G作為新一代的移動蜂窩網絡在設計時就考慮了室內定位的功能，5G白皮書已明確要求室內定位精度優于1 m；5G信號可能成為室內外無縫定位最可靠的信源。上述技術均處于理論研究階段，從理論研究轉換為工程應用仍需要突破許多技術壁壘。

2）發展多源定位信息融合技術。由于各類室內定位技術的局限性，將2種以上具備互補特性的定位技術組合使用以獲得優于優于單一技術的定位性能，是目前實現室內定位的主流。在選擇定位技術的基礎上，需設計高效的信息融合方案以提高系統的定位性能。以高精度或高可靠性的定位源為基準，采用緊耦合的方式融合其它定位源以獲得位置的最優估計，是目前業界認可的信息融合方案設計基礎。以此為前提，在信息融合過程中增加粗差探測和信源互檢以確保整個系統的穩定性和可靠性是需要進一步探討的技術難點。

3）建立室內定位技術標準體系。通過目前國內外室內導航定位技術的對比，發現各技術存在多方面的差異。室內定位技術數據來源五花八門，用戶提供、網絡、線下搜集、信標參考等均是可能的來源，而且不同來源的數據表現形式、信息量和精度等均有所不同。目前室內定位技術缺乏統一的標準規范，即一套完整的室內空間數據采集、處理、編碼、更新、集成、應用和服務標準和技術規范體系，對室內數據的采集、處理與集成過程中的元數據信息、數據模型、交換格式、數據精度等具體細節進行統一規定，使得室內導航服務的生產、更新、維護和數據共享成為可能。

4）建立室內定位性能評估體系。GNSS作為一種技術成熟的室外定位技術，擁有完整的導航服務性能評估體系，該評估體系以定位精度、完好性、連續性和可用性為指標，衡量GNSS提供導航服務的質量。其中定位精度是最基礎的導航服務性能需求。當前室內定位技術尚未達到與GNSS相當的成熟度，對其研究焦點還集中在提升定位精度上。但是，隨著室內定位技術的不斷發展，當定位精度的需求能夠滿足時，為提升服務質量，需額外考慮定位結果的可靠性、定位服務的連續性等其他服務性能指標。與GNSS相比，室內定位的實現是多種室內定位技術組合使用的結果，一套完整的室內定位方案往往包含多種異構定位源；因此對室內定位性能的評估要比對GNSS服務性能的評估要復雜的多。考慮到其必要性及實施難度，室內定位性能評估體系的建立可作為室內定位領域的一個新的研究方向。

4 結束語

作為LBS的核心技術之一，室內定位技術在即將到來的人工智能和萬物互聯時代有著不可或缺的作用，是目前學術界和工業界的研究熱點。本文通過對國內幾種主流室內定位技術的介紹，以及對不同場景下室內定位方案的分析，表明當前國內室內定位技術亟須進一步提升精度，探索新的室內定位技術、進一步發展多源定位信息融合技術以及建立室內定位性能評估體系是國內室內定位未來的發展方向。

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Review of development status of indoor location technology in China

YAN Dayu, SONG Wei, WANG Xudan, HU Ziye

（School of Electronic Information and Engineering, Beihang University, Beijing 100091, China）

In order to further study on indoor location technology, the paper introduced the principles and domestic development of several main indoor location technologies, including WiFi, bluetooth, UWB, cellular mobile network, pseudosatellite, inertial navigation and geomagnetism and so on; and discussed the mature technology solutions under three scenarios: smartphone positioning without additional equipments, smartphone positioning with additional assistance and free terminal positioning with additional equipments based on the latest comparison results of domestic indoor location technology; then summarized the development trends of indoor location technology in China, and proposed the improvement and optimization of multi-sensor integrated navigation and positioning schemes and the innovation of emerging indoor positioning technology; finally gave the probability of establishing the indoor location standards and performance system.

location-based service (LBS); indoor location; positioning technology; positioning scheme

P228

A

2095-4999(2019)04-0005-08

閆大禹，宋偉，王旭丹，等.國內室內定位技術發展現狀綜述[J].導航定位學報,2019,7(4): 5-12.（YAN Dayu, SONG Wei, WANG Xudan,et al.Review of development status of indoor location technology in China[J].Journal of Navigation and Positioning,2019,7(4): 5-12.）

10.16547/j.cnki.10-1096.20190402.

2019-02-20

北航北斗技術成果轉化及產業化資金資助項目（BARI1806）。

閆大禹（1996—），男，安徽阜陽人，碩士生，研究方向為室內定位。

宋偉（1992—），男，河南信陽人，博士生，研究方向為導航定位。