淺析物聯網場景中常見的十種定位技術

責任編輯：editor005 |來源：企業(yè)網D1Net 2017-10-30 14:34:54 本文摘自：物聯網世界

萬物互聯的時代也是數據為王的時代，然而在很多時候，沒有對應的位置信息就意味著數據是“雜亂無章”的，可利用的價值就會大大降低。隨著物聯網行業(yè)這兩年的蓬勃發(fā)展，定位技術在各種物聯網應用場景的需求也大大提升，以下就為大家介紹幾種室內外的定位技術。

1、射頻識別室內定位技術

射頻識別室內定位技術利用射頻方式，固定天線把無線電信號調成電磁場，附著于物品的標簽經過磁場后生成感應電流把數據傳送出去，以多對雙向通信交換數據以達到識別和三角定位的目的。

射頻識別室內定位技術作用距離很近，但它可以在幾毫秒內得到厘米級定位精度的信息，且由于電磁場非視距等優(yōu)點，傳輸范圍很大，而且標識的體積比較小，造價比較低。但其不具有通信能力，抗干擾能力較差，不便于整合到其他系統之中，且用戶的安全隱私保障和國際標準化都不夠完善。

射頻識別室內定位已經被倉庫、工廠、商場廣泛使用在貨物、商品流轉定位上。

　　2、Wi-Fi室內定位技術

Wi-Fi定位技術有兩種，一種是通過移動設備和三個無線網絡接入點的無線信號強度，通過差分算法，來比較精準地對人和車輛的進行三角定位。另一種是事先記錄巨量的確定位置點的信號強度，通過用新加入的設備的信號強度對比擁有巨量數據的數據庫，來確定位置。

Wi-Fi定位可以在廣泛的應用領域內實現復雜的大范圍定位、監(jiān)測和追蹤任務，總精度比較高，但是用于室內定位的精度只能達到2米左右，無法做到精準定位。由于Wi-Fi路由器和移動終端的普及，使得定位系統可以與其他客戶共享網絡，硬件成本很低，而且Wi-Fi的定位系統可以降低了射頻(RF)干擾可能性。

Wi-Fi定位適用于對人或者車的定位導航，可以于醫(yī)療機構、主題公園、工廠、商場等各種需要定位導航的場合。

3、超寬帶(UWB)定位技術

超寬帶技術是近年來新興一項全新的、與傳統通信技術有極大差異的通信無線新技術。它不需要使用傳統通信體制中的載波，而是通過發(fā)送和接收具有納秒或微秒級以下的極窄脈沖來傳輸數據，從而具有3.1~10.6GHz量級的帶寬。目前，包括美國，日本，加拿大等在內的國家都在研究這項技術，在無線室內定位領域具有良好的前景。

UWB技術是一種傳輸速率高，發(fā)射功率較低，穿透能力較強并且是基于極窄脈沖的無線技術，無載波。正是這些優(yōu)點，使它在室內定位領域得到了較為精確的結果。超寬帶室內定位技術常采用TDOA演示測距定位算法，就是通過信號到達的時間差，通過雙曲線交叉來定位的超寬帶系統包括產生、發(fā)射、接收、處理極窄脈沖信號的無線電系統。而超寬帶室內定位系統則包括UWB接收器、UWB參考標簽和主動UWB標簽。定位過程中由UWB接收器接收標簽發(fā)射的UWB信號，通過過濾電磁波傳輸過程中夾雜的各種噪聲干擾，得到含有效信息的信號，再通過中央處理單元進行測距定位計算分析。

超寬帶可用于室內精確定位，例如戰(zhàn)場士兵的位置發(fā)現、機器人運動跟蹤等。超寬帶系統與傳統的窄帶系統相比，具有穿透力強、功耗低、抗干擾效果好、安全性高、系統復雜度低、能提供精確定位精度等優(yōu)點。因此，超寬帶技術可以應用于室內靜止或者移動物體以及人的定位跟蹤與導航，且能提供十分精確的定位精度。根據不同公司使用的技術手段或算法不同，精度可保持在0.1 m~0.5 m。

4、地磁定位技術

地球可視為一個磁偶極，其中一極位在地理北極附近，另一極位在地理南極附近。地磁場包括基本磁場和變化磁場兩個部分。基本磁場是地磁場的主要部分，起源于地球內部，比較穩(wěn)定，屬于靜磁場部分。變化磁場包括地磁場的各種短期變化，主要起源于地球內部，相對比較微弱。

現代建筑的鋼筋混凝土結構會在局部范圍內對地磁產生擾亂，指南針可能也會因此受到影響。原則上來說，非均勻的磁場環(huán)境會因其路徑不同產生不同的磁場觀測結果。而這種被稱為 IndoorAtlas的定位技術，正是利用地磁在室內的這種變化進行室內導航，并且導航精度已經可以達到 0.1 米到 2 米。

不過使用這種技術進行導航的過程還是稍顯麻煩。你需要先將室內樓層平面圖上傳到 IndoorAtlas 提供的地圖云中，然后你需要使用其移動客戶端實地記錄目標地點不同方位的地磁場。記錄的地磁數據都會被客戶端上傳至云端，這樣其它人才能利用已記錄過的地磁進行精確室內導航。

百度于2014年戰(zhàn)略投資了地磁定位技術開發(fā)商IndoorAtlas，并于2015年6月宣布在自己的地圖應用中使用其地磁定位技術，將該技術與Wi-Fi熱點地圖、慣性導航技術聯合使用。精度高, 宣傳商業(yè)應用中，可以達到米級定位標準，但磁信號容易受到環(huán)境中不斷變化的電、磁信號源干擾，定位結果不穩(wěn)定，精度會受影響。

5、超聲波定位技術

超聲波定位技術通過在室內安裝多個超聲波揚聲器，發(fā)出能被終端麥克風檢測到的超聲信號。通過不同聲波的到達時間差，推測出終端的位臵。

由于聲波的傳送速度遠低于電磁波，其系統實現難度非常低，可以非常簡單地實現系統的無線同步，然后用超聲波發(fā)送器發(fā)送，接收端采用麥克風接收，自己運算位置即可。

由于聲波的速率比較低，傳送相同的內容需要的時間比較長，只有通過類似TDoA的方式才能獲得較大的系統容量。

6、ZigBee室內定位技術

該項技術是通過若干個待定位的盲節(jié)點和一個已知位置的參考節(jié)點與網關之間形成組網，每個微小的盲節(jié)點之間相互協調通信以實現全部定位。

ZigBee是一種新興的短距離、低速率無線網絡技術，這些傳感器只需要很少的能量，以接力的方式通過無線電波將數據從一個節(jié)點傳到另一個節(jié)點，作為一個低功耗和低成本的通信系統，ZigBee的工作效率非常高。但ZigBee的信號傳輸受多徑效應和移動的影響都很大，而且定位精度取決于信道物理品質、信號源密度、環(huán)境和算法的準確性，造成定位軟件的成本較高，提高空間還很大。

ZigBee室內定位已經被很多大型的工廠和車間作為人員在崗管理系統所采用。

7、紅外線定位技術

紅外線是一種波長間于無線電波和可見光波之間的電磁波。紅外線室內定位技術定位的原理是，紅外線標識發(fā)射調制的紅外射線，通過安裝在室內的光學傳感器接收進行定位。雖然紅外線具有相對較高的室內定位精度，但是由于光線不能穿過障礙物，使得紅外射線僅能視距傳播。直線視距和傳輸距離較短這兩大主要缺點使其室內定位的效果很差。當標識放在口袋里或者有墻壁及其他遮擋時就不能正常工作，需要在每個房間、走廊安裝接收天線，造價較高。因此，紅外線只適合短距離傳播，而且容易被熒光燈或者房間內的燈光干擾，在精確定位上有局限性。

典型的紅外線室內定位系統Activebadges使待測物體附上一個電子標，該標識通過紅外發(fā)射機向室內固定放置的紅外接收機周期發(fā)送該待測物唯一ID，接收機再通過有線網絡將數據傳輸給數據庫。這個定位技術功耗較大且常常會受到室內墻體或物體的阻隔，實用性較低。如果將紅外線與超聲波技術相結合也可方便地實現定位功能。用紅外線觸發(fā)定位信號使參考點的超聲波發(fā)射器向待測點發(fā)射超聲波，應用TOA基本算法，通過計時器測距定位。一方面降低了功耗，另一方面避免了超聲波反射式定位技術傳輸距離短的缺陷。使得紅外技術與超聲波技術優(yōu)勢互補。

8、藍牙定位技術

藍牙技術通過測量信號強度進行定位。這是一種短距離低功耗的無線傳輸技術，在室內安裝適當的藍牙局域網接入點，把網絡配置成基于多用戶的基礎網絡連接模式，并保證藍牙局域網接入點始終是這個微微網(piconet)的主設備，就可以獲得用戶的位置信息。藍牙技術主要應用于小范圍定位，例如單層大廳或倉庫。藍牙室內定位技術最大的優(yōu)點是設備體積小、易于集成在PDA、PC 以及手機中，因此很容易推廣普及。理論上，對于持有集成了藍牙功能移動終端設備的用戶，只要設備的藍牙功能開啟，藍牙室內定位系統就能夠對其進行位置判斷。采用該技術作室內短距離定位時容易發(fā)現設備且信號傳輸不受視距的影響。根據不同公司使用的技術手段或算法不同，精度可保持在3 m~15 m。

9、北斗衛(wèi)星定位技術

北斗衛(wèi)星定位是中國自主研發(fā)的，利用地球同步衛(wèi)星為用戶提供全天候、區(qū)域性的衛(wèi)星定位系統。它能快速確定目標或者用戶所處地理位置，向用戶及主管部門提供導航信息。

北斗衛(wèi)星導航系統在2008年的汶川地震抗震救災中發(fā)揮了重要作用。在當地通信設施嚴重受損的情況下，通過北斗衛(wèi)星系統實現各點位各部門之間的聯絡，精確判定各路救災部隊的位置，以便根據災情及時下達新的救援任務。

現階段北斗衛(wèi)星應用于民事的比較少，而市面上也可以看到有北斗手機和北斗汽車導航。

10、基站定位技術

基站定位一般應用于手機用戶，手機基站定位服務又叫做移動位置服務(LBS——Location Based Service)，它是通過電信移動運營商的網絡(如GSM網)獲取移動終端用戶的位置信息(經緯度坐標)，在電子地圖平臺的支持下，為用戶提供相應服務的一種增值業(yè)務，例如目前中國移動動感地帶提供的動感位置查詢服務等。

由于GPS定位比較費電，所以基站定位是GPS設備常見功能。但是基站定位精度較低，一般在500米到2000米的誤差。