室内定位技术

编者按：本文作者是智慧图 CTO 徐连明。智慧图是国内一家专注提供基于 WiFi 指纹识别的室内定位导航解决方案的创业公司。该公司在本月推出了国内第一个室内定位 C 端产品寻鹿，目前已覆盖覆盖了 46 个场馆，包括 22 个航站楼、11 个商场和 13 个演示区。徐连明表示，智慧图对于自己 Wi-Fi 布网的环境可以做到 1.5 米的定位精度，利用商场现有的 Wi-Fi 环境，智慧图可以做到 3~5 米的定位精度，机场可以做到 3~8 米的定位精度。

提起定位导航，大家首先想到的是 GPS，中国也推出了自己的卫星定位系统北斗卫星定位系统。但是，卫星定位只能用在室外环境，一到室内，由于导航信号衰减太快，卫星定位就无法使用。

十多年以来，为了解决室外定位导航“最后一公里”的问题，科技巨头和研究机构在室内定位技术方面开展了大量的研究，如基于移动通信网络的辅助 GPS（A-GPS）、伪卫星（Pseudolite）、无线局域网（WLAN）、射频标签（RFID）、Zigbee、蓝牙（Bluetooth，BT）、超宽带无线电（UltraWideBand，UWB）、地磁其他卫星或地面数字通信及广播信号、红外定位、光跟踪定位、计算机视觉定位、超声波定位等。这些技术有些是以导航定位为专门或主要用途，例如伪卫星；有些则主要用于通信，但同时也能提供定位服务，例如无线局域网。

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。

许多公司也推出了基于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。

还有许多公司推出了ZIGBEE的定位产品，主要用于工业的传感领域和智能家居方面。

还有许多机构推出了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。

当然，大家可能会说，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。另外，不少同行可能会赞同这样一个观点：室内定位的商业价值跟精度成正比、甚至是指数关系——精度越高，商业价值越大。我并不认可这个观点。

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。 ）

下面这张图可能会更清晰一些：

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。