室内定位常用定位技术_米级蓝牙定位方案，厘米级UWB定位方案
前言
随着物联网生态链逐渐走向成熟，各行各业对定位的需求也大大增加。由于GPS卫星信号在室内无法定位，且容易受到各种无线电信号的干扰，为实现“最后一公里”的室内位置服务，目前主流的室内定位你技术多依赖于热门的无线通信技术，比如蓝牙技术、WiFi技术、超宽带技术等，其中蓝牙定位和UWB定位应用相对成熟。着重介绍一下应用较广的蓝牙室内定位技术和UWB室内定位技术。
一、蓝牙定位
蓝牙定位：蓝牙定位基于RSSI（Received Signal Strength Indication，信号场强指示）定位原理。蓝牙室内技术是利用在室内安装的若干个蓝牙局域网接入点，把网络维持成基于多用户的基础网络连接模式，并保证蓝牙局域网接入点始终是这个微微网的主设备，然后通过测量信号强度获得用户的位置信息。
根据定位端的不同，蓝牙定位方式分为主动定位和被动定位和主被动一体定位。
网络侧定位系统由终端（手机等带低功耗蓝牙的终端）、蓝牙Beacon节点，蓝牙网关，无线局域网及后端数据服务器构成。终端侧定位系统由终端设备（如嵌入SDK软件包的手机）和Beacon组成。蓝牙定位的优势在于实现简单，终端侧定位一般用于室内定位导航，精准位置营销等用户终端；而网络侧定位主要用于人员跟踪定位，资产定位及客流分析等情境之中。
1.主动定位-基于蓝牙Beacon的终端侧室内定位方案
主动定位，又叫终端侧蓝牙定位系统。采用高性能蓝牙定位算法，基于低功耗ibeacon蓝牙基站，定位精度在2米以内，支持多种移动终端室内高精度定位导航，具备实时定位、路径规划、反向寻车等功能，可集成到微信公众号、小程序、APP之中。此蓝牙定位系统偏重于室内路径规划和导航应用。
- 系统构成：由已嵌入或下载好SDK软件包的智能终端设备（安卓iOS手机、平板电脑等）和ibeacon设备组成，也可以在线使用室内地图
- 工作原理：
在需要定位的区域内部署蓝牙beacon，一般至少需要铺设3个蓝牙beacon信标，定位算法要求至少知道三个点的RSSI值才能准确地计算定位
1）蓝牙Beacon会每隔100毫秒广播一个数据包到周围；
2）当人携带终端设备比如智能手机进入蓝牙beacon信号覆盖范围内，智能手机在执行扫描动作时，会间隔地接收到蓝牙Beacon广播出来的数据包
3）广播包会指示来自于哪一个蓝牙beacon从机的 MAC 地址和当前的接收发送信号强度指示值RSSI。RSSI 值是确定蓝牙主机位置和蓝牙Beacon 之间远近距离的依据。
4）然后通过手机内置的定位算法，以及和地图引擎数据库的交互，就可以测算出蓝牙主机（智能手机）当前的具体位置。
3.安装方式：蓝牙Beacon单独工作，纽扣电池供电，不需要联网，安装方便；在室内环境间隔6-8米的距离部署蓝牙Beacon，电池供电，待机2-5年。
4.应用场景：蓝牙终端侧室内定位一般用于超市室内定位导航和精准位置营销等用户终端，比如一些大型超市的室内定位导航和基于位置的推送商品优惠券等。室内定位、导航；营销路径规划、导航；反向寻车；基于位置的精准营销
2.被动定位-基于蓝牙网关的网络侧定位方案
被动式蓝牙定位系统，又叫蓝牙探测定位系统。依托于精准的室内定位引擎算法和强大而丰富的蓝牙网关、蓝牙定位标签（手环、工卡、ibeacon等），可实现定位区域全天候不间断人或物的位置探测！此定位系统多用于后台定位监控前台人或物的使用，广泛应用于养老院老人定位、单位访客管理等场景。
- 系统构成：由蓝牙网关、蓝牙定位标签（蓝牙工卡，蓝牙Beacon，蓝牙手表等蓝牙标签）、终端(手机等带低功耗蓝牙的终端)、无线局域网及后端数据服务器构成。
- 工作原理：
1）蓝牙定位标签工作在iBeacon广播状态，将自身的MAC地址、电量、心率等信息进行广播；
2）蓝牙网关扫描到蓝牙定位标签的广播信息，将相关信息通过网线或者WiFi传输到后台服务器，后台服务器运行蓝牙定位算法，对有关信息进行计算，获取到蓝牙定位标签的位置信息；
3）终端显示应用软件将蓝牙定位标签的位置信息在显示屏上进行显示，可以实现实时位置跟踪、轨迹回放、电子围栏、心率监测等功能。 - 安装方式：在室内环境间隔6-8米的距离部署蓝牙网关，为需要定位的人或者重要资产配置蓝牙定位标签，网关支持POE交换机和DC 5V直流供电，需要连接网络（有线/无线网络）；
- 应用场景：
1）与APP结合，可用于室内定位导航；
2）人员定位跟踪；
3）与客流分析软件结合，可用于会展客流统计分析；
4）O2O智能考勤和资产定位：与一些智能卡片结合，可用于资产管理和员工管理。
3.主被动一体定位-同步实现定位和导航
主被动一体蓝牙定位系统采用微能信息先进的蓝牙定位引擎算法，蓝牙5.0网关、蓝牙定位标签和ibeacon等一系列硬件，可以最大限度减少蓝牙5.0网关的使用，节省用户部署定位硬件的成本，集主动定位的自主导航功能和被动定位的后台定位监测功能优势于一体。此定位方案广泛应用于贵重资产定位管理、景点、医院、停车场定位导航（反向寻车）、养老院智慧养老、展馆博物馆、访客管理等应用场景。
- 系统构成：由蓝牙Beacon，蓝牙网关，蓝牙工卡及蓝牙定位引擎算法，路由器和定位服务器，终端显示器构成。
- 工作原理：
1）Beacon工作在广播状态，将自身的MAC地址、电量等信息进行广播；
2）工卡扫描到Beacon的广播信息，将Beacon信息进行转发；
3）蓝牙网关收集工卡信息，将工卡转发出来的Beacon信息发送给定位服务器；
4）定位服务器根据工卡和Beacon信息，计算出工卡位置，终端显示软件将工卡的位置信息进行显示，可以实现实时位置跟踪、轨迹回放、电子围栏等功能。 - 安装方式：在室内环境间隔6-8米的距离部署蓝牙Beacon，蓝牙网关，为需要定位的人或者重要资产配置蓝牙定位标签，网关支持POE交换机和DC 5V直流供电，需要连接网络（有线/无线网络）。
- 应用场景
展会分析：可实现全面数据统计，查看区域实时人员及设备数量、热力分布、实时电子围栏状况，进出时间等信息；
智慧博物馆：为参观游客提供导航服务的同时后台监控游客的实时位置；
智慧医疗：为来访人员提供导航服务的同时实施监控病院和来访人员的位置；
智慧养老院：通过设置虚拟电子围栏，可以防止老人走失，为老年人的安全提供保障。
4.三种蓝牙室内定位方案对比
相比基于蓝牙Beacon的终端侧定位方案和基于蓝牙网关的网络侧定位方案，集合了蓝牙Beacon、蓝牙网关和5.0蓝牙工卡的方案可大大降低成本，将繁琐安装过程简化，同时可用作主动定位和被动定位，性价比高，缺点是工卡不能上传健康信息，只能上报位置和报警。而蓝牙手环既可以上报位置和报警，又可以上传健康信息。
二、UWB室内定位
超宽带技术是近年来新兴一项全新的、与传统通信技术有极大差异的通信无线新技术。UWB技术是一种传输速率高，发射功率较低，穿透能力较强并且是基于极窄脉冲的无线技术，无载波。
UWB定位技术在不同的应用环境中能够实现不同的定位业务需求（3D/2D/1D/区域定位），精确定位人员、车辆、资产，并在定位基础上实现轨迹追踪、区域报警、摄像联动等延伸功能。
1.TDoA定位
0维室内定位常用于存在性检测，常见的应用场景是长时间监测人员是否在一个房间内，0维室内定位系统硬件方面通常只需要一个UWB基站和UWB标签即可实现，UWB标签和基站之间相互通信，再通过和后台的交互实现人员的存在性监测、报警等功能；
一维定位应用的原理就是测距应用，能够知道定位目标标签的相对位置，适合隧道、管道、管井、矿井等多种定位精度要求不高的场景，精度在0.3米左右；详见后文TWR定位介绍；
二维定位需要确定空间的X/Y坐标，分为两种情况；一种是通过标签离基站的距离，计算标签的位置；还有一种是通过三个以上的基站，确定区域内标签的位置，能够准确得知定位目标标签的位置及行为轨迹；
三维定位需要知道定位设备的XYZ三维坐标，在基站架构的时候，需要特别拉开Z轴的高度差，以确保在Z轴上的精确度。若用测距的方式，三个基站就可以完成三维定位，用TDOA的方式，则必须要四个以上基站才能完成。能够精确判断标签位置，以及滞留时间。
1. 系统构成：
UWB定位系统大致分为位置感知层、网络传输层和定位应用层，主要包括：定位引擎服务器、智能终端、POE交换机、UWB基站、UWB标签、UWB模块、软件接口等。
2. 工作原理：
1）每个定位标签以UWB脉冲重复不间断发送数据帧；
2）定位标签发送的UWB脉冲串被定位基站接收；
3）每个定位基站利用高敏度的短脉冲侦测器测量每个定位标签的数据帧到达接收器天线的时间；
4）定位引擎参考标签发送过来的校准数据，确定标签达到不同定位基站之间的时间差，并利用三点定位技术及优化算法来计算标签位置。
5）采用多基站定位多采用TDOA（Time difference of Arrival）算法。
3. 安装方式：
1）UWB基站分为墙体安装和柱体安装两个方式，工程师更推荐墙体安装，准备的安装套件也是以螺丝套料包为主；
2）鉴于UWB技术的特性参数，有效传输距离≤50米，因此，在选择测试环境的时候，推荐选择小于50*50（m）的室内环境。如果室内环境遮挡，建议缩小间距，因为在有遮挡的情况下，会影响到信号的接收，传输距离可能会不如理想值。
3）建议UWB基站的安装高度是2米，高于需定位的人员或资产的高度即可；
4）UWB基站配置天线的安装：默认配置的UWB天线是全向天线，天线距离墙面至少大于15厘米，周围不要有遮挡。
4. 应用场景：
工业/汽车：实时追踪资产和库存，改进流程，提高搜索效率，减少资源浪费；
物流仓储：跟踪条码阅读器和叉车，减少保险检查的环节，使仓储管理变得灵活；
军事：人员定位和设备追踪，例如城市作战训练、弹药仓库管理、高级研发；
医疗保健：实时跟踪病人，进行照顾和管理，利于病情分析和治疗改进，方便于人力资源管理；
危险环境：定位个人和资源，安全位置紧急搜索，人员监控，优化管理过程，做到安全有效；
重点安保区域：人员的进出管理、实时位置查询、禁区监管、隔离距离控制、人员调度，能对人员的位、行进路线、距离、速度进行监控和统计；
体育：实时跟踪与计算运动员的方向和速度等，详细的性能分析，记录队伍的比赛实况，视频集成。
资料参考：
http://www.skylab.com.cn/cms/view/2533.html
2.TWR定位
TWR被动定位系统与TDoA类似，UWB标签与UWB基站的实时测距，通过UWB基站上传距离信息给到后台复位器，再由服务器来解析UWB标签所在位置信息。
1. 系统构成：
UWB TWR主动定位系统包含UWB定位基站、UWB定位标签和POE交换机、服务器和终端显示设备。可在客户场地搭建高精度展示环境，进行快速实地高精度UWB定位演示；也可以将此定位系统套件使用到未来实际项目中。
2. 工作原理：
在隧道定位系统中，人员或物品上所佩戴的定位标签利用UWB脉冲信号发射出位置数据，定位基站接收，通过信号飞行时间测算标签和基站的距离，然后定位引擎采集不同基站与标签的距离而计算出标签当前位置并实时展示出来。
3. 安装方式：
1）准确校准需要至少安装4个UWB基站，基站围成的区域校准效果最佳。
2）全部基站距离天花板和墙面至少大于15厘米，基站的天线周围不要有遮挡，有墙体包围尽量外移，尽量远离钢铁制品。
3）基站安装高度需要离地面2.5m以上。基站的间距取决于标签和基站的发射功率，单级PA最大增益时可以到200米，两级PA最大增益可以到500米。
PS：基站安装位置应远离天花板和墙壁 15cm 以上
01、覆盖距离400米+的一维定位
1、一维定位适用于宽带方向比较窄的空间如走廊，隧道，管廊定位；
2、每隔400米内安装一个基站（空旷环境），定位精度小于30厘米；
3、当遇到隧道或管廊有弯道或拐弯的地方，需要适当增加基站补偿；
4、可选择PCBA出货。
02、覆盖范围800米+的一维定位
1、一维定位适用于宽带方向比较窄的空间如走廊，隧道，管廊定位；
2、每隔800米内安装一个基站（空旷环境），定位精度小于30厘米；
3、当遇到隧道或管廊有弯道或拐弯的地方，需要适当增加基站补偿；
4、单个基站可以实现一维定位（方向判断）；
5、双基站版默认PCBA出货（内嵌数据采集防爆终端）可选配外壳。
UWB TWR一维定位方案优势
1、精准定位：定位精度10-30厘米；
2、远距离覆盖：UWB基站有效覆盖距离400-800米；
3、人员管理：实时精准统计人员，智能识别在线人员和离线人员；
4、危险一键求救：工作人员遇到险情，可按下标签的报警按钮，通知管理平台避免恶性事件；
5、运动轨迹回放：工作人员的运动位置可以以轨迹形式显示；
6、电子围栏：UW管理平台可根据隧道/管廊工作实况划定安全区电子围栏，门禁电子围栏，进入触发相应级别的告警。
3.室内外高精度定位-RTK+UWB室内外一体定位
室内外一体化精准定位方案，室内采用UWB定位TDoA定位算法技术，室外采用RTK高精度差分定位技术，室内室外定位精度均可达到厘米级别。
UWB TDoA技术可以保证在室内复杂环境下，CEP90 达到30厘米定位精度；
RTK（载波相位差分）在室内环境下定位精度比普通GPS北斗定位要高很多，可以保证CEP90 达到30厘米定位精度。
- 系统构成：室内外一体定位设备集成高精度GPS+北斗定位模块、GPRS或者4G模块、UWB模块SKU609和电源管理模块四部分。
- 工作原理：
1）室内外定位设备接收GPS、BDS信号和RTK差分数据并进行位置解算；
2）通过GPRS/4G将位置信息发送到云端；
3）服务器从云端接收定位设备位置信息；
4）UWB基站接收定位设备发送的UWB信号，并通过交换机将信号发送到CLE（中央定位引擎）服务器，服务器进行位置解算。 - 安装方式：在终端设备中内嵌高精度GPS+北斗定位模块和UWB模块，室内环境间隔50-200米的距离部署UWB基站，为需要定位的人或者重要资产配置内置高精度模块的定位标签。
- 应用场景：室内外一体高精度定位的主要应用场景，如大型机场，化工厂，钢铁厂等厂区复杂工作环境的室内外导航、室内外定位服务、室内外位置监测等，还可以用于智能安防、智能医疗、智能零售等领域。
总结
室内定位从用途方向可以划分消费类和工业类。
消费类主要实现室内人员引导、消费推送、安全监控、智能家居等商业应用。工业类主要实现消防安全、人员监控、设备引导、财产安全、智能工厂等应用。
有些是侧重于单纯的室内定位，而有些则更侧重于导航功能、历史轨迹、电子围栏等功能，因此需要有针对性选择方案。单纯的室内定位、导航，对定位精度要求不高，可以优先选择蓝牙定位方案，侧重历史轨迹、电子围栏这些功能则可以优先考虑UWB定位方案；希望能够帮助到各位有室内定位方案需求的客户们。