物联网之室内定位

摘要：室内定位正处于百家争鸣、技术爆发的阶段，尤其近年随着UWB、Wi-Fi以及5G等通信技术的广泛应用。

1、定位需求

物联网时代，位置服务已成为人们工作生活必不可少的服务之一，网约车、外卖、导航等都依赖定位服务。这些最常用的就是GPS卫星导航定位，可以对地表任意位置进行跟踪定位，但其最大的缺点是定位需要在室外露天场合，有遮挡物覆盖、影响无线电波的情况下无法定位或者定位不准。比如在地下停车场寻车，仓储资产设备监管，隧道内车辆导航，卫星定位就无能为力，这些需求促进了室内定位技术的发展。

2、室内定位原理

比如甲会见朋友乙，但没找到对方，这时乙电话告知，自己可以看见街边名为“嵌入式系统”的小商铺，而甲也知道“嵌入式系统”商铺的地方，那甲就可快速定位乙的大概位置。

室内定位的原理差不多，目标对象的位置不清楚，但是知道它附近相关参考点的位置，即可间接确定目标对象的位置范围，如果有3个参考点就可以定位目标位置。

如上图，大数据平台已知3个定位基站的坐标或经纬度，目标对象只需要提供其与定位基站的距离，就可以换算出目标对象的坐标或经纬度，即完成对目标的定位。

3、室内定位的限制

室内定位不是独立的设备就能完成，需要一定范围的预置辅助装置作为参考点，类似上图中的定位基站，预置的参考点的覆盖范围和密度，决定了定位的精度和范围。就技术角度而言，室内定位的指标主要包括定位精度、覆盖范围、可靠性、成本、功耗、响应时间几个方面。

1、精度，不同类型的应用对于精度的要求大有不同，比如超市或仓库管理中，需要亚米级的定位精度迅速锁定物品；而商场或者购物中心中，寻找一个特定的品牌店则需要5米甚至10米的精度即可；楼层之间可能还要高度差。

2、覆盖范围，定位需要特定的设备或终端辅助，其相应的覆盖范围有所限制，定位也只能在特殊范围有效。

3、可靠性，室内环境有着比外部环境更强的动态性，定位所依赖的基础考考点也会经常发生变化，参考点的位置变化会定位精度有很大影响。

4、成本，参考点的覆盖范围和密度，也就是数量，定位需求影响布局成本。

5、功耗，功耗是导致用户成本提升的一个关键因素，特别是使用电池的移动设备。

6、响应时间，目标对象移动时系统更新其位置所需的时间是响应时间，不同应用场景对于响应时间的需求也不相同，比如移动用户和导航应用需要更快的位置更新，而静态的资产定位则不需要。

4、基于参考点的定位技术

针对定位原理，不同的定位技术就是对参考点与目标对象距离的判断的方式不同，一般是参考点发送特定的信号，目标接收其信号，集合多个参考点信号强度进行特殊处理后，再采用基本的三角定位，确定目标对象与参考点的相对位置关系。

根据参考点信号发射源的不同衍生为不同的定位技术。

1、基站定位LBS是根据移动通信基站的信号，优点是无需布网，因为运营商已完成参考基站的建设，缺点是误差较大，部分地区基站间距离最大可达20km以上，市区定位误差也存在1km的误差。

2、wifi定位则是周围无线路由器的广播信号强度，应用较多、相对成熟的定位技术。如果能有效定位则定位精度较高，因为wifi信号太远无法接收，能接收表示和参考点已很接近，缺点是wifi热点的参考位置难收集完整，而且热点是可能发生位置改变的。

3、蓝牙定位是基于特殊蓝牙信标广播信号，优势是易于普及，功耗低、成本较低，缺点和wifi定位一样。

4、超宽带UWB定位则不同，目标设备不只是接收，根据收发对应脉冲的时间差来计算距离，最终也是采用三角定位。定位精度高、安全抗干扰等，但建设成本也高。

其中基站定位和wifi定位可以基于公用网络，也就是无需自身布置参考点，运营商的基站都有其唯一小区码（MCC+MNC+LAC/TAC_CELLID），wifi热点有唯一的MAC。一般支持定位导航的百度、高德有收集国内基站和wifi热点的位置信息，可以将设备获取的基站信息或wifi信息，包括接收信号强度，请求地图商服务器转换为经纬度，不过这些也需设备支持网络通信功能。

5、惯性导航

惯性导航和前面的不一样，主要利用终端惯性传感器采集的运动数据，一般是加速度传感器、陀螺仪等测量物体的速度、方向、加速度等信息，基于航位推测法，经过各种运算得到物体的位置信息。

但随着时间的累计，惯性导航定位的误差也在不断累积，需要外界更高精度的数据源对其进行校准。所以惯性导航一般和GPS卫星定位或者其他高精度定位方案结合，每隔一段时间进行误差修正。商用成熟的有扫地机器人和车载导航。

6、总结

其他如超声波定位、红外定位、视觉定位等，与前面的定位技术一样，每种定位都有其最佳应用场景，最终选择推广按其商业价值来判定。室内定位并不限在室内，一般与GPS卫星定位或者多种定位方式组合使用，不同定位精度和功耗、成本需求下选择不同方式。

对于一般的物联网终端产品，除GPS卫星定位外，基站定位、wifi定位、蓝牙定位、UWB定位应用偏多，其他定位技术可能在特殊行业使用。