科研笔记(一) 室内定位技术讲解

Hello，everyone！
我是CS科研GO，一个热衷于科研和软开的胖子！

发展背景

迄今为止，室内定位技术已经发展了二十年。精准的室内定位有可能改变人们在室内的导航方式，如同全球定位系统(GPS)改变人们在室外的导航方式一样。使用智能手机进行室内导航的场景包括定位大学、商场、机场、体育赛事、会议现场等公共建筑内的人所在的地点，跟踪儿童和老人。为满足此类需求，室内定位技术在办公大楼的定位精度必须确保被定位的设备所在的楼层和房间可以被正确识别；而对于大型的开放空间，如机场和购物中心，几米的定位误差足以建立视觉接触，并找到目标位置。

技术分类

无基础设施的方法侧重于利用现有的Wi-Fi、FM&TV、GSM、地磁和声信号，通过指纹识别实现室内定位。基于基础设施的方法依赖于定制射频信标的部署，如射频识别、红外、超声波、蓝牙、短程FM发射机、灯光和磁信号调制器，以实现准确的室内定位。

此外，由于智能手机一般都会配备GNSS导航仪，因此智能手机在室外导航场景下的使用随处可见。但是，目前还没有一种技术可以基于智能手机提供可靠的室内定位。适合应用于智能手机上的室内定位技术有：

1. 使用射频(RF)信号，无论是已经存在的无线局域网(WLAN)或蜂窝网络，还是由新的专用基础设施(RFID/NFC、蓝牙)生成的射频信号。
2. 独立传感器:三轴加速度计、三轴陀螺仪、三轴磁力计、气压计。
3. 室内地图(建筑平面图)。
4. 磁场指纹。

然而，这些技术都不能凭借大众化的智能手机满足室内定位所有需求，它们的优缺点取决于每种技术的特性。例如，基于超宽带和RFID的解决方案需要部署特定的基础设施，并向智能手机添加新的硬件组件，这会产生附加开销。

目前大多数智能手机使用基于WLAN的室内定位，通常满足WLAN路由器数量丰富区域的定位精度需求。然而，定位精度在很大程度上取决于WLAN路由器的密度和无线电地图的质量，后者通常随时间而恶化，必须定期更新。此外，对于基于WLAN的室内定位技术而言，其指纹库的建立过程，也将耗费大量的人力和物力。如果使用额外的传感器和建筑平面图，可以改进基于WLAN/BLE的定位。基于磁场的室内定位在概念上类似于军用飞机和潜艇的地形导航系统，其中高度或深度是通过地图匹配来估计位置；但磁场强度会受建筑物中的钢材影响，产生局部磁场畸变。

下图展示了近十年来比较常见的定位技术。

国内外主要实验室、学者和赛事

1. 牛津大学 Niki Trigoni 教授团队
2. 卡内基梅隆大学 Anthony Rowe 教授
3. 微软研究院及其每年一次的微软室内定位大赛
4. 同济大学 刘儿兀教授团队
5. 还有一些著名的学者，我不再一一列举

10年来有价值的参考文献

上述论文下载地址

内容靠得住，关注不迷路。