室内定位

室内环境下的定位一直是一个很多问题未被解决的领域。由于信号的严重衰减和多径效应，通用的室外定位设施（比如GPS）并不能在建筑物内有效地工作。定位准确性也是一个问题，GPS也许可以指出移动设备在哪一个建筑物，但是室内场景下，人们希望得到更精确的室内位置，这需要更精密的地图信息和更高的定位精度。 我们可以在室内搭建一套完整的基础设施用来定位，但是这样需要很大的代价，包括定位信号占用的频谱资源、用于感知定位信号的嵌入在移动设备中的额外硬件、安装在固定位置的用来发送定位信号的锚节点。因此，大家倾向于使用那些已有的被广泛部署的无线设备去实现室内定位。目前的室内定位有哪些呢？他们的适合场景，以及是否需要需要铺设设备呢？ 市面上的技术不外乎上面列举的这些，开发者在软件开发时如果需要定位功能，精度要求不高可以直接调用百度或者高德的sdk解决，基本能精确到楼的级别，有些商场他们也能实现楼层定位。但是要实现精度更高的室内定位貌似还是有难度，目前实现定位到店铺级别的产品，笔者开发的产品接入过的数位云开发者平台提供的sdk，他们使用的是wifi指纹定位技术，无需铺设设备。不过应该采用了别的信号，例如基站，地磁等补充，精度居然达到了3m，线下poi库的数据应该很大才能有这样的定位效果，感兴趣的可以试试。至于UWB，随着ip11内置U1芯片，整个生态建设也越来越好，只是目前的成本过高。 来源： https:/

常用室内定位技术总结 目前，常用的定位方法，从原理上来说，主要分为：邻近探测法、质心法、极点法、多边定位法、指纹法和航位推算法。 主要室内定位方法对比如下： 各种原理各有优劣，在不同应用场景、不同预算要求下，也可将不同的原理组合使用。主流技术主要有：红外技术、超声波、WiFi、Zigbee、惯性、蓝牙、RFID、UWB，下面为大家分别介绍这几种技术。 红外技术 红外定位主要有两种具体实现方法，一种是将定位对象附上一个会发射红外线的电子标签，通过室内安放的多个红外传感器测量信号源的距离或角度，从而计算出对象所在的位置。 这种方法在空旷的室内容易实现较高精度，可实现对红外辐射源的被动定位，但红外会完全被障碍物遮挡，传输距离也不长，因此需要大量密集部署传感器，造成较高的硬件和施工成本。此外红外易受热源、灯光等干扰，造成定位精度和准确度下降。 该技术目前主要用于军事上对飞行器、坦克、导弹等红外辐射源的被动定位，此外也用于室内自走机器人的位置定位。 另一种红外定位的方法是红外织网，即通过多对发射器和接收器织成的红外线网覆盖待测空间，直接对运动目标进行定位。 这种方式的优势在于不需要定位对象携带任何终端或标签，隐蔽性强，常用于安防领域。劣势在于要实现精度较高的定位需要部署大量红外接收和发射器，成本非常高，因此只有高等级的安防才会采用此技术。 超声波技术 超声波定位主要采用反射式测距法

很多情况下大家都采用实际测量的数据进行定位算法的性能分析和验证，但是实际测量的工作量太大、数据不全面、灵活性较小，采用仿真的方法获取RSS数据是另一种可供选择的方式。本文介绍射线跟踪技术的基本原理，以及如何得到用于定位仿真的RSS数据。在此基础上得到位置指纹库与一组测试数据，用于以后定位算法的验证。（本文的原理介绍并不严谨，但求快速理解） 对数距离损耗模型 在自由空间中，没有任何障碍物，信号从发射源向四面八方呈球面形状发射出去，各个方向上没有任何区别，因此信号的功率和距离的平方呈反比： \(P \propto \frac{1}{d^2}\) 。 RSS就是功率，但是衰减的单位一般用dB来表示，那么就很容易理解RSS与距离的关系了，RSS衰减与距离的对数呈正比，假设已知一个参考距离 \(d_0\) 以及这个距离上的RSS为 \(RSS(d_0)\) ，那么， \(RSS(d) = RSS(d_0) - 10n\log(\frac{d}{d_0})\) 。自由空间中 \(n=2\) ，这就是最常见的对数距离损耗模型（针对室内的传播模型还有分隔损耗、楼层间分隔损耗、Ericsson多重断点模型等）。下图中的黑线是一组在走廊中测量的实际数据，红线是对数距离损耗模型的拟合结果，可以看出模型可以反映总体趋势，但和真实室内环境下的情况还是有较大区别，注意黑线的波动不是因为噪声

1.可见光通信概述 可见光通信技术 (Visible Light communication),其原理是将需要传输的信息编码成一段特殊信号，用某种调制方法将这个信号附加到LED灯具的驱动电流上，使LED灯具以极高的频率闪烁。虽然人眼看不到这种闪烁，但是通过光敏设备可以检测到这种高频闪烁并将其还原为要传输的信息，从而通过灯具完成信息传输的目的。白光通信具有保密性强，不占用无线信道资源，由于照明灯具的大量存在，这种技术可以集成到广大灯具中。 2.可见光通信发展现状 早在2000年，日本庆应大学的Tanaka等人和SONY计算机科学研究所的Haruyama就提出了利用LED灯作为通信基站进行信息无线传输的室内通信系统。经过近些年的发展，国内外相关科研机构及商业公司提出了一系列解决方案及实际系统。同时可见光的商用步伐也在不断向前，国内有华策光通信的室内可见光定位导航系统，国际上美国的Bytelight公司也有一套类似的室内可见光定位导航系统；在14年的国际消费电子展（CES）期间，法国Oledcomm公司演示了可以实现光通信技术的手机设备，技术人员将智能手机的前置摄像头改装成光线感应器，让观众亲眼见证LiFi光通信技术，传输速率约为10Mpbs。目前该公司网站上已有相关可见光通信套件出售。 3.可见光通信应用领域 虽然可见光通信这一名词我们是耳熟能详了，但具体到它的应用领域，却未必都知晓

2018.10.23 Update : 最近好多同学问我怎么采集数据，怎么实现最基础的定位，我整理了一个基础的WiFi， iBeacon采集端和KNN实现的python定位方法，放在Github上给萌新们参考，地址请戳在 这里 时间过得真快，三四年过去了。 也就是我做室内定位已经好几年，不成器，没做出什么成果。 不过踩了不少坑，在这里做个总结，如果有人翻到这篇博客，就当科普也好，如果恰好你也是这个方向，能避免你踩些坑，有些方向的作用那也就值了。 ps.可能持续更新。。。 1室内定位的主要种类 　 这里要讲的室内定位，主要针对我自己做过或者理解的内容，主要是基于手机平台的行人的室内定位。至于机器人的SLAM通过的激光雷达等部分暂时不敢妄议。 目前来看，从定位 信号来源 大致可以分为： 　 1.基于无线信号发射设备的WiFi，蓝牙（iBeacon）,RFID,UWB 　 这一类定位方式，主要通过手机或者特定接收端，WiFi和蓝牙普通的手机具有接受模块，RFID部分手机具有，UWB需要专门的接收设备，当然也有号称把UWB设备集成到手 机里面的硬件公司 ，这个目前就不再我讨论的范围里面了。通过接收以上设备发射的无线信号进行定位，就好像GPS定位一样。 2.基于惯性导航的（IMU,MEMS）的室内定位 大家都知道惯导随着时间误差会不断积累，所以这个方法往往不会单独使用

进行目标跟踪时，先验知识告诉我们定位轨迹是平滑的，目标当前时刻的状态与上一时刻的状态有关，滤波方法可以将这些先验知识考虑进来得到更准确的定位轨迹。本文简单介绍卡尔曼滤波及其使用。 原理 卡尔曼滤波的细节可以参考下面这些，有直观解释也有数学推导。 运动目标跟踪（一）--搜索算法预测模型之KF,EKF,UKF 初学者的卡尔曼滤波——扩展卡尔曼滤波（一） 理解Kalman滤波的使用 这里仅从目标定位跟踪的角度做一个简化版的介绍。 定位跟踪时，可以通过某种定位技术（比如位置指纹法）得到一个位置估计（观测位置），也可以根据我们的经验（运动目标常常是匀速运动的）由上一时刻的位置和速度来预测出当前位置（预测位置）。把这个观测结果和预测结果做一个加权平均作为定位结果，权值的大小取决于观测位置和预测位置的不确定性程度，在数学上可以证明在预测过程和观测过程都是线性高斯时，按照卡尔曼的方法做加权是最优的。 扩展： 在有些应用中，如果不是线性高斯的情况该怎么办？可以采用 EKF （扩展卡尔曼滤波），在工作点附近对系统进行线性化，即使不是高斯也近似成高斯去做。这样做有点太粗糙了，于是又有了 IEKF （迭代卡尔曼滤波，对工作点进行迭代优化）， UKF或SPKF （无迹卡尔曼滤波，不做线性化，而是投影做出一个高斯分布去近似）。或者抛弃各种假设，直接采用蒙特卡洛的方式，假设出很多的粒子去近似分布，就是 PF

1.简单的介绍下定位原理 该定位方案是基于信号强弱，通过定位标签接收到的定位基站的信号强弱不同在通过三角定位原理计算出标签的位置坐标。 2.如下图所示，在需要定位的区域根据定位精度的要求安装定位基站，比如需要的定位精度是小于3米，那么可以每隔10米间距安装一个定位基站。 定位基站采用电池供电可以连续工作3-5年，只需要贴地安装或者安装在墙壁上，不需要单独走通信和供电线路。如下图所示为2种蓝牙定位基站: 需要被定位的人员佩戴的定位工卡如下图所示，该工卡具集成了GPS+蓝牙双重定位技术，在室外环境采用GPS定位精度可以到10米左右，如对定位精度要求不高室外环境可以不需要布设定位基站，室内通过布设蓝牙定位基站可以实现3-4米的定位精度。 该标签集成了一键呼救和语音提示功能，人员可以通过一键呼救按钮呼救，管理中心也可以向人员下发指令。 3.LORA基站是蓝牙定位系统中常用的数据传输设备，一台LORA基站可以覆盖半径1-2公里，所有定位标签的数据可以通过LORA基站回传到监控中心，LORA基站如下图所示。 4.定位系统可以实现哪些功能？ 在2D、3D或者GIS地图中实时显示人员的位置，人员的姓名信息，可以快速查找某人的位置。 人员运动轨迹回放功能，可以查看任意时间段人员的历史运动轨迹，轨迹可以保留数月。 告警信息统计将会统计所有告警类信息，包括电子围栏，SOS等信息如下图所示。 电子围栏功能

室内定位之所以能快速被各行各业所接纳，最主要的原因之一就是定位技术种类繁多。常见的室内定位技术有超声波技术、红外线定位技术、蓝牙定位技术、WiFi定位技术、UWB定位技术、ZigBee定位技术、射频技术、视觉定位等。 不同行业对定位精度的需求有所不同，所以使用的定位技术也不尽相同。其中，智能制造、智能建设、养老医疗、石油化工等行业使用最多的就是UWB定位技术。 一、何为UWB定位技术？ UWB概念的提出可追溯到1960年，但是一直被看作是基带、无载波的脉冲技术，只能用于军事上的雷达系统。直到1989年，美国国防部（DARPA）才首次使用了“UWB”这个称呼，并规定在-20dB处的绝对带宽大于1.SGHz或相对带宽大于25%的任何信号均称之为UWB信号。 2002年，FCC（美国联邦通信委员会）对UWB的定义作了修改，规定信号-10dB绝对带宽大于0.5GHz或相对带宽大于、等于20%，就称之为UWB信号。 同年2月22日，FCC准许UWB技术进入民用领域，用户不必进行申请即可使用。之后，随着微电子器件的高速发展，UWB定位技术在国际上掀起了研究和应用的热潮，被认为是下一代无线通信的革命性技术。 二、UWB定位技术优势分析 1）定位精度高，10cm精确定位 UWB定位技术是目前室内定位行业定位精度最高的定位技术。因定位算法、硬件设备等原因，不同企业研发的UWB定位系统精度会略有差异

2019杭州云栖大会上，高德地图技术团队向与会者分享了包括视觉与机器智能、路线规划、场景化/精细化定位时空数据应用、亿级流量架构演进等多个出行技术领域的热门话题。现场火爆，听众反响强烈。我们把其中的优秀演讲内容整理成文并陆续发布出来，本文为其中一篇。 阿里巴巴高级地图技术专家方兴在高德技术专场做了题为 《向场景化、精细化演进的定位技术》 的演讲，主要分享了高德在提升定位精度方面的探索和实践，本文根据现场内容整理而成（在不影响原意的情况下对文字略作编辑），更多定位技术的实现细节请关注后续系列文章。 以下为方兴演讲内容的简版实录： 今天要分享的主题是关于定位的场景化、精细化。高德定位，并不只是服务于高德地图本身，而是面向所有的应用开发者和手机设备厂商提供定位服务。目前已有30万以上的APP在使用高德的定位服务。 用户每天会大量使用定位服务，比如看新闻、打车、订外卖，甚至是购物，首先都是要获得位置信息，有了更精准的位置信息，才可能获得更好的服务体验。 高德地图有超过1亿的日活用户，但是使用定位的有好几个亿，每天的定位请求数量有一千亿次。如此大的数据量，高德定位服务可以保持毫秒级的响应速度，我们在这里面做了很多工作。此外，我们还提供全场景的定位能力，不管为手机、车机还是任何厂家，都能提供位置服务。 我今天从四个方面介绍，分别是： 定位面临的挑战 高德地图全场景定位 分场景提升定位精度

UWB室内定位系统是由EHIGH恒高研发团队及核心技术来源于电子科技大学（电子科学与技术、信息与通信工程的双一流A+国家级重点学科）。系统可达10cm级定位精度，可满足系统集成商、终端用户实现不同的定位业务需求（3D、2D定位、1D测距以及区域存在检测）。应市场需求，EHIGH恒高还可提供一套快速帮助开发者实现二次开发的SDK位置服务开发平台，解决集成商二次开发技术难、耗时长、成本高的问题，提升定位系统可集成性、功能的灵活性，最大化满足客户的个性化需求。 采用 UWB室内定位技术 ，通过在需要定位的区域内部署一定数量的定位基站（至少3台定位基站才能形成一个定位环境），以及为人员、车辆、物资佩戴标签卡的形式，实时获取人员精确位置，室内定位系统由硬件定位设备、定位引擎、应用软件组成，精度高达10cm。通过定位标签发射信号，定位基站接收信号，定位引擎计算标签的位置。通过绑定在人或物品上的定位标签，EHIGH恒高UWB室内定位系统可以对目标进行实时的定位和跟踪。 UWB室内定位实现： 每个定位标签以UWB脉冲重复不间断发送数据帧； 定位标签发送的UWB脉冲串被定位基站接收； 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； 定位基站通过WIFI或者以太网实现与后台服务器通信； 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