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八大室內(nèi)無線定位方案對(duì)比

發(fā)布時(shí)間:2017-07-07 責(zé)任編輯:wenwei

【導(dǎo)讀】不同于GPS,AGPS等室外定位系統(tǒng),室內(nèi)定位系統(tǒng)依然沒有形成一個(gè)有力的組織來制定統(tǒng)一的技術(shù)規(guī)范,現(xiàn)行的技術(shù)手段都是在各個(gè)企業(yè)各自定義的私有協(xié)議和方案下發(fā)展,也致使各種室內(nèi)定位技術(shù)相映生輝。以下我們針對(duì)幾種不同原理的室內(nèi)定位技術(shù),分別進(jìn)行描述與對(duì)比。
 
提起定位導(dǎo)航,大家首先想到的是GPS,中國(guó)也推出了自己的衛(wèi)星定位系統(tǒng)北斗衛(wèi)星定位系統(tǒng)。但是,衛(wèi)星定位只能用在室外環(huán)境,一到室內(nèi),由于導(dǎo)航信號(hào)衰減太快,衛(wèi)星定位就無法使用。
 
隨著時(shí)代飛速變遷,科學(xué)技術(shù)迅猛發(fā)展,信息服務(wù)質(zhì)量效率提高,受干擾度小,在人們的生活工作及科學(xué)研究中起到了非常重要的作用。室內(nèi)定位技術(shù)非常實(shí)用,具有較大的拓展空間,其應(yīng)用范圍廣泛,在復(fù)雜環(huán)境下,如圖書館,體育館,地下車庫(kù),貨品倉(cāng)庫(kù)等都可以實(shí)現(xiàn)對(duì)人員以及物品的快速定位。
 
但是作為L(zhǎng)BS最后一米的室內(nèi)定位飽受關(guān)注,但技術(shù)的不夠成熟依然是不爭(zhēng)的事實(shí)。不同于GPS,AGPS等室外定位系統(tǒng),室內(nèi)定位系統(tǒng)依然沒有形成一個(gè)有力的組織來制定統(tǒng)一的技術(shù)規(guī)范,現(xiàn)行的技術(shù)手段都是在各個(gè)企業(yè)各自定義的私有協(xié)議和方案下發(fā)展,也致使各種室內(nèi)定位技術(shù)相映生輝。
 
以下我們針對(duì)幾種不同原理的室內(nèi)定位技術(shù),分別進(jìn)行描述與對(duì)比。
 
紅外線定位技術(shù)
 
紅外線室內(nèi)定位有兩種,第一種是被定位目標(biāo)使用紅外線IR標(biāo)識(shí)作為移動(dòng)點(diǎn),發(fā)射調(diào)制的紅外射線,通過安裝在室內(nèi)的光學(xué)傳感器接收進(jìn)行定位;第二種是通過多對(duì)發(fā)射器和接收器織紅外線網(wǎng)覆蓋待測(cè)空間,直接對(duì)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)進(jìn)行定位。
 
八大室內(nèi)無線定位方案對(duì)比
 
紅外線的技術(shù)已經(jīng)非常成熟,用于室內(nèi)定位精度相對(duì)較高,但是由于紅外線只能視距傳播,穿透性極差(可以參考家里的電視遙控器),當(dāng)標(biāo)識(shí)被遮擋時(shí)就無法正常工作,也極易受燈光、煙霧等環(huán)境因素影響明顯。加上紅外線的傳輸距離不長(zhǎng),使其在布局上,無論哪種方式,都需要在每個(gè)遮擋背后、甚至轉(zhuǎn)角都安裝接收端,布局復(fù)雜,使得成本提升,而定位效果有限。
 
紅外線室內(nèi)定位技術(shù)比較適用于實(shí)驗(yàn)室對(duì)簡(jiǎn)單物體的軌跡精確定位記錄以及室內(nèi)自走機(jī)器人的位置定位。
 
藍(lán)牙室內(nèi)定位技術(shù)
 
藍(lán)牙室內(nèi)定位技術(shù)的代表是Nokia,推出了HAIP的室內(nèi)精確定位解決方案,采用基于藍(lán)牙的三角定位技術(shù),除了使用手機(jī)的藍(lán)牙模塊外,還需部署藍(lán)牙基站,最高可以達(dá)到亞米級(jí)定位精度。
 
藍(lán)牙室內(nèi)技術(shù)是利用在室內(nèi)安裝的若干個(gè)藍(lán)牙局域網(wǎng)接入點(diǎn),把網(wǎng)絡(luò)維持成基于多用戶的基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)連接模式,并保證藍(lán)牙局域網(wǎng)接入點(diǎn)始終是這個(gè)微微網(wǎng)(piconet)的主設(shè)備,然后通過測(cè)量信號(hào)強(qiáng)度對(duì)新加入的盲節(jié)點(diǎn)進(jìn)行三角定位。
 
八大室內(nèi)無線定位方案對(duì)比
 
藍(lán)牙室內(nèi)定位技術(shù)最大的優(yōu)點(diǎn)是設(shè)備體積小、短距離、低功耗,容易集成在手機(jī)等移動(dòng)設(shè)備中。只要設(shè)備的藍(lán)牙功能開啟,就能夠?qū)ζ溥M(jìn)行定位。藍(lán)牙傳輸不受視距的影響,但對(duì)于復(fù)雜的空間環(huán)境,藍(lán)牙系統(tǒng)的穩(wěn)定性稍差,受噪聲信號(hào)干擾大且在于藍(lán)牙器件和設(shè)備的價(jià)格比較昂貴。
 
藍(lán)牙室內(nèi)定位主要應(yīng)用于對(duì)人的小范圍定位,例如單層大廳或商店?,F(xiàn)在已經(jīng)被某些廠商開始用于LBS推廣。
 
超寬帶室內(nèi)定位技術(shù)
 
超寬帶定位技術(shù)是一種全新的、與傳統(tǒng)通信定位技術(shù)有極大差異的新技術(shù)。它利用事先布置好的已知位置的錨節(jié)點(diǎn)和橋節(jié)點(diǎn),與新加入的盲節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通訊,并利用三角定位或者“指紋”定位方式來確定位置。
 
超寬帶定位的代表是Ubisense,其定位方案采用UWB(超寬帶)脈沖信號(hào),由多個(gè)傳感器采用TDOA和AOA定位算法對(duì)標(biāo)簽位置進(jìn)行分析,多徑分辨能力強(qiáng)、精度高,定位精度可達(dá)亞米級(jí)。
 
八大室內(nèi)無線定位方案對(duì)比
 
超寬帶通信不需要使用傳統(tǒng)通信體制中的載波,而是通過發(fā)送和接收具有納秒或納秒級(jí)以下的極窄脈沖來傳輸數(shù)據(jù),因此具有GHz量級(jí)的帶寬。由于超寬帶定位技術(shù)具有穿透力強(qiáng)、抗多徑效果好、安全性高、系統(tǒng)復(fù)雜度低、能提供精確定位精度等優(yōu)點(diǎn),前景相當(dāng)廣闊。但由于新加入的盲節(jié)點(diǎn)也需要主動(dòng)通信使得功耗較高,而且事先也需要布局,使得成本還無法降低。
 
八大室內(nèi)無線定位方案對(duì)比
 
超寬帶室內(nèi)定位可用于各個(gè)領(lǐng)域的室內(nèi)精確定位和導(dǎo)航,包括人和大型物品,例如汽車地庫(kù)停車導(dǎo)航、礦井人員定位、貴重物品倉(cāng)儲(chǔ)等。
 
超聲波室內(nèi)定位技術(shù)
 
超聲波室內(nèi)定位系統(tǒng)是基于超聲波測(cè)距系統(tǒng)而開發(fā),由若干個(gè)應(yīng)答器和主測(cè)距器組成:主測(cè)距器放置在被測(cè)物體上,向位置固定的應(yīng)答器發(fā)射同無線電信號(hào),應(yīng)答器在收到信號(hào)后向主測(cè)距器發(fā)射超聲波信號(hào),利用反射式測(cè)距法和三角定位等算法確定物體的位置。
 
八大室內(nèi)無線定位方案對(duì)比
 
超聲波室內(nèi)定位整體精度很高,達(dá)到了厘米級(jí),結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單,有一定的穿透性而且超聲波本身具有很強(qiáng)的抗干擾能力,但是超聲波在空氣中的衰減較大,不適用于大型場(chǎng)合,加上反射測(cè)距時(shí)受多徑效應(yīng)和非視距傳播影響很大,造成需要精確分析計(jì)算的底層硬件設(shè)施投資,成本太高。
 
超聲波定位應(yīng)用案例的代表是Shopkic,在店鋪安裝超聲波信號(hào)盒,能夠被手機(jī)麥克風(fēng)檢測(cè)到,從而實(shí)現(xiàn)定位,主要用于店鋪的簽到。在數(shù)碼筆上已經(jīng)被廣泛利用,而海上探礦也用到了此類技術(shù),室內(nèi)定位技術(shù)還主要用于無人車間的物品定位。
 
LED定位
 
LED定位的代表是Bytelight, LED定位系統(tǒng)通過往天花板上的LED燈具實(shí)現(xiàn),燈具發(fā)出像莫斯電報(bào)密碼一樣的閃爍信號(hào),再由用戶智能手機(jī)照相機(jī)接收并進(jìn)行檢測(cè),而且用戶不需要將手機(jī)相機(jī)對(duì)準(zhǔn)某一個(gè)特定方向,亦可以接收到反饋過來的直接光源信號(hào),定位精度可以在1米之內(nèi)。LED定位需要改造LED燈具,增加芯片,增加成本,盡管如此,LED定位是一種很有潛力的室內(nèi)定位技術(shù)。
 
八大室內(nèi)無線定位方案對(duì)比
 
Wi-Fi室內(nèi)定位技術(shù)
 
Wi-Fi定位技術(shù)有兩種,一種是通過移動(dòng)設(shè)備和三個(gè)無線網(wǎng)絡(luò)接入點(diǎn)的無線信號(hào)強(qiáng)度,通過差分算法,來比較精準(zhǔn)地對(duì)人和車輛的進(jìn)行三角定位。另一種是事先記錄巨量的確定位置點(diǎn)的信號(hào)強(qiáng)度,通過用新加入的設(shè)備的信號(hào)強(qiáng)度對(duì)比擁有巨量數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫(kù),來確定位置(“指紋”定位)。
 
八大室內(nèi)無線定位方案對(duì)比
 
WifislamMeridian智慧圖Wi-Fi定位由于Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)的普及,變得非常流行。Wi-Fi定位可以達(dá)到米級(jí)定位(1~10米),傳統(tǒng)的Wi-Fi定位產(chǎn)品主要應(yīng)用在專業(yè)行業(yè)領(lǐng)域(礦井、監(jiān)獄、醫(yī)院、石油石化等),如Aeroscout和Ekahau公司的Wi-Fi定位產(chǎn)品。一些Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)設(shè)備廠商如Cisco、Motorola等公司也有自己的Wi-Fi定位產(chǎn)品,并隨著其Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的推廣,已經(jīng)有很多應(yīng)用。隨著市場(chǎng)(特別是大眾消費(fèi)相關(guān)行業(yè))對(duì)室內(nèi)定位需求的增加,google把Wi-Fi室內(nèi)定位和室內(nèi)地圖引入了google地圖,一年多來已經(jīng)覆蓋了北美和歐洲一萬大家大型場(chǎng)館,近期也涌現(xiàn)出一批Wi-Fi定位很有特色的公司,如、、、wifarer、wifront等公司。百度、高德、四維等公司也在研發(fā)Wi-Fi室內(nèi)定位產(chǎn)品。
 
Wi-Fi定位可以在廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域內(nèi)實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的大范圍定位、監(jiān)測(cè)和追蹤任務(wù),總精度比較高,但是用于室內(nèi)定位的精度只能達(dá)到2米左右,無法做到精準(zhǔn)定位。由于Wi-Fi路由器和移動(dòng)終端的普及,使得定位系統(tǒng)可以與其他客戶共享網(wǎng)絡(luò),硬件成本很低,而且Wi-Fi的定位系統(tǒng)可以降低了射頻(RF)干擾可能性。
 
ZigBee室內(nèi)定位技術(shù)
 
ZigBee室內(nèi)定位技術(shù)通過若干個(gè)待定位的盲節(jié)點(diǎn)和一個(gè)已知位置的參考節(jié)點(diǎn)與網(wǎng)關(guān)之間形成組網(wǎng),每個(gè)微小的盲節(jié)點(diǎn)之間相互協(xié)調(diào)通信以實(shí)現(xiàn)全部定位。
 
ZigBee是一種新興的短距離、低速率無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù),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(shù)據(jù)從一個(gè)節(jié)點(diǎn)傳到另一個(gè)節(jié)點(diǎn),作為一個(gè)低功耗和低成本的通信系統(tǒng),ZigBee的工作效率非常高。但ZigBee的信號(hào)傳輸受多徑效應(yīng)和移動(dòng)的影響都很大,而且定位精度取決于信道物理品質(zhì)、信號(hào)源密度、環(huán)境和算法的準(zhǔn)確性,造成定位軟件的成本較高,提高空間還很大。
 
ZigBee室內(nèi)定位已經(jīng)被很多大型的工廠和車間作為人員在崗管理系統(tǒng)所采用。
 
八大室內(nèi)無線定位方案對(duì)比
 
射頻識(shí)別(RFID)室內(nèi)定位技術(shù)
 
射頻識(shí)別室內(nèi)定位技術(shù)利用射頻方式,固定天線把無線電信號(hào)調(diào)成電磁場(chǎng),附著于物品的標(biāo)簽進(jìn)過磁場(chǎng)后感應(yīng)電流生成把數(shù)據(jù)傳送出去,以多對(duì)雙向通信交換數(shù)據(jù)以達(dá)到識(shí)別和三角定位的目的。(感應(yīng)門禁卡和商場(chǎng)防盜系統(tǒng)用的就是這種技術(shù))
 
八大室內(nèi)無線定位方案對(duì)比
 
射頻識(shí)別室內(nèi)定位技術(shù)作用距離很近,但它可以在幾毫秒內(nèi)得到厘米級(jí)定位精度的信息,且由于電磁場(chǎng)非視距等優(yōu)點(diǎn),傳輸范圍很大,而且標(biāo)識(shí)的體積比較小,造價(jià)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(tǒng)之中,且用戶的安全隱私保障和國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化都不夠完善。
 
射頻識(shí)別室內(nèi)定位已經(jīng)被倉(cāng)庫(kù)、工廠、商場(chǎng)廣泛使用在貨物、商品流轉(zhuǎn)定位上。
 
綜合來說,以下的圖表從精度及成本的角度很好的表征了目前常見的室內(nèi)定位方案的對(duì)比:
 
八大室內(nèi)無線定位方案對(duì)比
 
八大室內(nèi)無線定位方案對(duì)比
 
本文來源于電子技術(shù)設(shè)計(jì)。
 
 
 
 
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