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四种室内导航定位技术

 发布日期:2019-06-03

 

  所谓的室内定位导航技术,不仅仅是定位系统可以在电脑端和移动终端展示和使用,还必须要求系统尽可能采用移动终端特有的一些传感器或通信技术来实现定位和导航,这样,可以使得定位系统尽最大可能减少对现场硬件设备的依赖,甚至实现纯软件的室内定位过程,尽最大可能方便对室内定位技术进行推广和应用。
 
  虽然目前市面上能够实现室内定位的技术林林总总,但满足上面要求的真正适用于移动终端的室内定位技术就屈指可数了,如蓝牙、wifi、地磁、惯导、计算机视觉等,不过从可用性的角度来看,笔者认为也就只有前面四种了:Wifi、蓝牙、地磁和惯性导航。接下来,我们具体分析一下这几种技术。


四种室内导航定位技术
 
  四种定位技术按照对设备的依靠程度可以粗略分为两类,一类是需要对现场进行设备部署的,即wifi和蓝牙;另一类是不需要对现场进行设备部署的,即地磁和惯导。
 

  Wifi室内定位技术

 
  基于事前在室内部署无线AP,由于每个AP都有一个全球唯一的BSSID(MAC地址),且一般情况下,无线AP在一段时间内不会移动,故当移动设备打开WIFI,扫描到附近的wifi信号,获取到AP广播出来的MAC地址,并将这些数据发送到位置服务器,服务器检索每个AP的地理位置,并结合每个信号的强弱程度(即场强,RSSI),计算出移动设备的当前地理位置。算法一般有基于RSSI的三角定位和基于RSSI的指纹定位,前者依赖移动设备同时接收到的三个以上的无线AP的信号强度进行差分计算,后者依赖事先记录大量的确定地理位置点的AP信号强度的指纹数据库,通过移动设备接收到的信号强度对比指纹数据库来确定位置。
 
  优势:目前无线AP设备普及度高,很多公共场所wifi热点接入方便,因此,多不需要额外部署硬件即可实现室内定位,在这种情况下也相对降低了系统成本;无线AP设备传输距离远于蓝牙,需要部署的节点相对少,适合大范围的室内无线定位。
 
  劣势:无线AP并不能保证100%不移动,一旦发生变动,后台数据的更新将是巨大的工作量;采用指纹定位的算法对于无线AP的地理位置的获取(即指纹采集)工作量巨大,对数据库的要求也比较高;不论是采取三角定位算法还是指纹定位算法,都无法实现非常高的定位精度,一般定位精度在5米以上;设备功耗高,必须外接电源;无线信号受干扰因素较多,定位过程不稳定。
 
  精度:5~15米。
 
  场景:对于室内导航精度要求不高,稳定性要求也不高,且无线信号覆盖率较高的场合,如商业综合体等。
 

  蓝牙室内定位技术

 
  基于蓝牙低功耗技术,通过室内部署蓝牙信标设备,发射蓝牙广播包(包含每个蓝牙设备唯一的ID),移动端接收蓝牙信号,传输给地图引擎服务器来计算移动端当前的地理位置。蓝牙室内定位技术一般采用RSSI三角定位算法,即对移动终端同时接收到的三个以上的蓝牙信标信号强度来进行演算。
 
  优势:设备体积小、功耗低、一般采用电池供电,无源设备方便部署;由于设备位置固定,定位导航过程也更稳定;定位精度高于wifi,精度在2米左右。
 
  劣势:信号容易受到金属物等的干扰,在复杂环境中需要考虑的因素比较多;受蓝牙传输的特性,设备传输距离相对短,部署的节点数量比wifi的多。
 
  精度:2~3米。
 
  场景:对精度要求相对高、要求用户导航体验相对稳定的场合,如停车场、医院等。
 

  惯性导航定位技术

 
  惯性导航技术是利用移动端集成的惯性传感器(包括加速度计和陀螺仪)对移动点位置和速度的推算来进行定位和导航,通过对加速度进行积分,可以知道行人的位置变化、速度变化,通过对角速度进行积分,可以计算行人的方向变化。室内定位场景中,一般利用加速度计来探测步数,再结合步长估计与航向估计,进行位置估算。
 
  优势:不需要事先在场景内部署硬件设备,也不要对室内环境有预先了解,只需利用自身的测量元件的观测量,推求位置、速度等导航参数,不受外界环境及其它政策性人为因素的影响;完全自主,既不发射信号,也不接收信号,不存在电磁波传播问题,无信号丢失问题。
 
  劣势:由于方向传感器(陀螺仪)的误差较大,且随时间的延长而积累,导致定位误差随时间延长而迅速增长,需要其他设备进行辅助矫正。
 
  精度:米级。
 
  应用:在消防救援领域,由于不具备现场部署设备的条件,也无法实现对救援环境进行了解,各种无线信号也容易受到干扰,故而惯性导航技术成为最优选择。
 

  地磁室内定位技术

 
  基于移动端集成的磁力计来计算周围感知的室内地磁信号强度。由于室内建筑结构一段时间内是固定不变的,故而室内特殊的磁场分布也是固定的。通过采集室内地磁数据,建立场景地磁数据库,将移动端采集到的地磁信号与数据库进行比对,这样即可得知移动设备在室内的相对位置。
 
  优势:不需要部署额外的硬件,完全零施工,不分场景和时间,不需担心设备供电,不需要现场维护等各种问题;作为一种匹配定位算法,地磁导航的误差不会随着时间产生累积效应。
 
  劣势:地磁定位技术的使用要始于对现场地磁数据的采集,而且每当室内环境有较大的变动,比如重新装修的情况时,需要重新对现场地磁数据进行采集更新,这相当于给用户带来了较多的工作量;地磁信号本身是容易受到金属物的干扰,稳定性值得商榷;地磁定位是相对位置,所以单纯依靠地磁来定位是没法立刻获取初始位置的。
 
  精度:2~3米。
 
  应用:在无法部署硬件且对获取初始位置没有硬性要求的场景

作者:华科智标