示. 如果要在此基础上实现某些特定区域或轨迹的精确定位, 则可以增加低频RFID(125K)唤醒器和带低频唤醒的RFID标签, 由于125K低频电磁波基本不受环境影响(除了金属), 而且识别距离可稳定控制在1-3m范围, 其精度小于1m。
图5
5、计算机可视化系统
a) 基本原理:文献[18]提出一种利用多摄像头来定位人员的可视化系统, 系统采用两套
立体彩色摄像头来定位房间内的多个人员活动。立体图像用来定位员,彩色图像用来辨别身份。该系统的缺点是需要在室内每个角落安装多个摄像头,所以造价昂贵。
b)算法和精度:文献[15] 系统的定位精度可达10cm;文献[16]报道了动平台下双目视觉
定位标定算法定位精度控制在毫米范围内。
[15] Krumm J, Harris S, Meyers B, Brumitt B, Hale M, Shafer S.Multi camera Multi-person tracking easy living. 3rd IEEE International Workshop on Visual Surveillance, Dublin,Ireland, 2000:1?8.
[16] 钱真,彭秀艳,贾书丽,刘海波.动平台下双目视觉定位标定算法研究.计算机仿真,2012,10(29):293?297.
总结:
总体概述
室内定位技术发展有两个方向:广域室内定位技术和局域室内定位技术。广域室内定位技术的代表是北邮的 TC-OFDM、澳大利亚的 Locata 和美国高通公司的方案,这些都是承载到广域网上实现广域覆盖的;局域室内定位技术的代表是 Wi-Fi、蓝牙、ZIGBEE、RFID 等定位方案,这些都是承载到局域网中实现局部区域的覆盖。广域室内定位技术通常需要改造基站及手机芯片等设备模块,成本巨大、时间周期较长。局域室内定位技术成本较低、周期短,是目前商业化推广运作较好的选择方案。所以下文我们主要谈谈关于局域室内定位的几种技术:
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。但由于蓝牙基站的不普及,室内精确定位成本较高,在目前公开报道中,尚没有大规模推广的报道。
超宽带定位的代表是 Ubisense,其定位方案采用 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。但 UWB 难以实现大范围室内覆盖,且手机不支持 UWB,定位成本非常高。
超声波定位应用案例的代表是 Shopkic,在店铺安装超声波信号盒,能够被手机麦克风检测到,从而实现定位,主要用于店铺的签到。
手机自主惯性传感器定位导航的代表是 Broadcom 和 Intel,他们推出利用手机的惯性传感器数据进行定位计算的硬件解决方案,但由于手机初始姿态的不确定性和手机惯性传感器精度问题,室内定位效果不佳。现在越来越多的人用自主惯性传感器定位导航进行辅助导航,特别是 IOS 手机不开放 RSSI 等接口的情况下。
LED定位的代表是 Bytelight, LED 定位系统通过往天花板上的 LED 灯具实现,灯具发出像莫斯电报密码一样的闪烁信号,再由用户智能手机照相机接收并进行检测,而且用户不需要将手机相机对准某一个特定方向,亦可以接收到反馈过来的直接光源信号,定位精度可以在 1 米之内。LED 定位需要改造 LED 灯具,增加芯片,增加成本,尽管如此,LED 定位是一种很有潜力的室内定位技术。
Wi-Fi定位由于 Wi-Fi 网络的普及,变得非常流行。Wi-Fi 定位可以达到
米级定位(1~10 米),传统的 Wi-Fi 定位产品主要应用在专业行业领域(矿井、监狱、医院、石油石化等),如 Aeroscout 和 Ekahau 公司的 Wi-Fi 定位产品。一些 Wi-Fi 网络设备厂商如 Cisco、Motorola 等公司也有自己的 Wi-Fi 定位产品,并随着其 Wi-Fi 网络设备的推广,已经有很多应用。随着市场(特别是大众消费相关行业)对室内定位需求的增加,google 把 Wi-Fi 室内定位和室内地图引入了 google 地图,一年多来已经覆盖了北美和欧洲一万大家大型场馆,近期也涌现出一批 Wi-Fi 定位很有特色的公司,如Wifislam、Meridian、智慧图、wifarer、wifront 等公司。百度、高德、四维等公司也在研发 Wi-Fi 室内定位产品。
基于RFID的定位,采用刷卡方式,根据阅读器位置对刷卡人员或设备进行区间定位。主要应用在仓库、煤矿、货物跟踪、安检、ETC、办公考勤等,无法进行实时定位,定位精确度低。
基于ZIGBEE的定位产品,主要用于工业的传感领域和智能家居方面。 基于地磁和计算机视觉定位的产品,目前这两类产品大多用于军事及科学探测,如军事上的水下导航常用地磁导航,火星车的导航用到了计算机视觉导航。
面对这么多技术解决方案可能大家有点眼花缭乱,这里简单成一句话:很多信号都有可能被用于室内定位,蓝牙、超宽带脉冲、超声波、等等。不过大家也可能注意到了,Wifi 因为上网的需要变得非常普及,除了 Wifi 信号,其余都必须铺设单独铺设信号发生器,甚至有些技术还要求从新在前端上也铺设信号接收设备,这给商用大面积推广带来了巨大的阻力。
WiFi 定位技术的定位精度仅到米级,相比于蓝牙、超宽带、激光等技术的亚米级、甚至分米级的定位方案要逊色很多。
定位精度的提高会带来成本的提高,甚至也是指数关系。现在的室内定位需求大部分为客流统计分析(常用在商场)、实时导航(停车场找车)、基于地理围栏的广告推送,安全监控(火车站甚至矿井)等。目前米级的室内定位精度已经能够满足绝大部分市场的需求了,因为在室内,米级的定位精度意味着抬头就能看见。1 千平米的区域利用超宽带定位到达分米级定位,需要几十万元,而同样的费用利用 Wi-Fi 可以覆盖一个十万平米的商场,在这个商场中不仅可以做
到米级的定位,还可以满足上网需求(在商场中用户的需求中,上网的需求远远大于室内定位导航的需求)。Wi-Fi 定位并不是不能做亚米级乃至分米级的定位,英国的研究机构就用 Wi-Fi 技术来探测墙后恐怖分子的肢体活动,当然这个成本目前也不是大众消费市场所能负担的。(注:定位精度在 0.1 米~0.5 米 ,通常称为分米级定位;定位精度在 0.5 米~1 米,称为亚米级定位;定位精度在 1 米~10 米则称米级定位。 )
从图上看,能够满足米级定位精度的定位技术,从规模上推广角度来看由易到难,依次为 Wi-Fi、LED、RFID、ZiBee、超声波、蓝牙、计算机视觉、激光、超宽带等。因此,从技术成熟与大规模应用的现实角度考虑,Wi-Fi 定位技术成为当前主流、也是未来最具发展潜力的室内定位技术手段之一。Wi-Fi 定位技术除具有良好的精度和可用性外,其独特优势在于 Wi-Fi 芯片已经在各类用户智能终端(智能手机、平板电脑等)中得到广泛普及,并且随“无线城市”的发展,国内各大城市电信运营商、公司与家庭均已安装了大量的 Wi-Fi 热点与网关,通过利用现有的这些 Wi-Fi 设施,能够显著降低建设与长期运营成本,快速实现项目预定目标。