不同的室內定位方法選擇不同的觀測量,通過不同的觀測量提取算法所需要的信息。下表對主要的觀測量進行簡要的介紹。
根據(jù)上面介紹的定位原理和觀測量,衍生出了多種室內定位技術,下面將對主流的室內定位技術進行簡要介紹。
1. WiFi定位技術
目前WiFi是相對成熟且應用較多的技術,這幾年有不少公司投入到了這個領域。WiFi室內定位技術主要有兩種。
WiFi定位一般采用“近鄰法”判斷,即最靠近哪個熱點或基站,即認為處在什么位置,如附近有多個信源,則可以通過交叉定位(三角定位),提高定位精度。
由于WiFi已普及,因此不需要再鋪設專門的設備用于定位。用戶在使用智能手機時開啟過Wi-Fi、移動蜂窩網絡,就可能成為數(shù)據(jù)源。該技術具有便于擴展、可自動更新數(shù)據(jù)、成本低的優(yōu)勢,因此最先實現(xiàn)了規(guī)模化。
不過,WiFi熱點受到周圍環(huán)境的影響會比較大,精度較低。為了做得準一點有公司就做了WiFi指紋采集,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(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫,來確定位置。
由于采集工作需要大量的人員來進行,并且要定期進行維護,技術難以擴展,很少有公司能把國內的這么多商場定期的更新指紋數(shù)據(jù)。
WiFi定位可以實現(xiàn)復雜的大范圍定位,但精度只能達到2米左右,無法做到精準定位。因此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。
2. FRID定位
RFID定位的基本原理是,通過一組固定的閱讀器讀取目標RFID標簽的特征信息(如身份ID、接收信號強度等),同樣可以采用近鄰法、多邊定位法、接收信號強度等方法確定標簽所在位置。
這種技術作用距離短,一般最長為幾十米。但它可以在幾毫秒內得到厘米級定位精度的信息,且傳輸范圍很大,成本較低。同時由于其非接觸和非視距等優(yōu)點,可望成為優(yōu)選的室內定位技術。
目前,射頻識別研究的熱點和難點在于理論傳播模型的建立、用戶的安全隱私和國際標準化等問題。優(yōu)點是標識的體積比較小,造價比較低,但是作用距離近,不具有通信能力,而且不便于整合到其他系統(tǒng)之中,無法做到精準定位,布設讀卡器和天線需要有大量的工程實踐經驗難度大。
3. 紅外技術
紅外線是一種波長在無線電波和可見光波之間的電磁波。紅外定位主要有兩種具體實現(xiàn)方法,一種是將定位對象附上一個會發(fā)射紅外線的電子標簽,通過室內安放的多個紅外傳感器測量信號源的距離或角度,從而計算出對象所在的位置。
這種方法在空曠的室內容易實現(xiàn)較高精度,可實現(xiàn)對紅外輻射源的被動定位,但紅外很容易被障礙物遮擋,傳輸距離也不長,因此需要大量密集部署傳感器,造成較高的硬件和施工成本。此外紅外易受熱源、燈光等干擾,造成定位精度和準確度下降。
該技術目前主要用于軍事上對飛行器、坦克、導彈等紅外輻射源的被動定位,此外也用于室內自走機器人的位置定位。
另一種紅外定位的方法是紅外織網,即通過多對發(fā)射器和接收器織成的紅外線網覆蓋待測空間,直接對運動目標進行定位。
這種方式的優(yōu)勢在于不需要定位對象攜帶任何終端或標簽,隱蔽性強,常用于安防領域。劣勢在于要實現(xiàn)精度較高的定位需要部署大量紅外接收和發(fā)射器,成本非常高,因此只有高等級的安防才會采用此技術。
4. 超聲波技術
超聲波定位目前大多數(shù)采用反射式測距法。系統(tǒng)由一個主測距器和若干個電子標簽組成,主測距器可放置于移動機器人本體上,各個電子標簽放置于室內空間的固定位置。
定位過程如下:先由上位機發(fā)送同頻率的信號給各個電子標簽,電子標簽接收到后又反射傳輸給主測距器,從而可以確定各個電子標簽到主測距器之間的距離,并得到定位坐標。
目前,比較流行的基于超聲波室內定位的技術還有兩種:一種為將超聲波與射頻技術結合進行定位。由于射頻信號傳輸速率接近光速,遠高于射頻速率,那么可以利用射頻信號先激活電子標簽而后使其接收超聲波信號,利用時間差的方法測距。這種技術成本低,功耗小,精度高。另一種為多超聲波定位技術。該技術采用全局定位,可在移動機器人身上4個朝向安裝4個超聲波傳感器,將待定位空間分區(qū),由超聲波傳感器測距形成坐標,總體把握數(shù)據(jù),抗干擾性強,精度高,而且可以解決機器人迷路問題。