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物聯(lián)網(wǎng)定位技術(shù)正從逐步從航海、航天、航空、測(cè)繪、軍事、自然災(zāi)害預(yù)防等滲透到社會(huì)生活的方方面面，比如人員搜尋、位置查找、交通管理、車輛導(dǎo)航與路線規(guī)劃

隨著社會(huì)的進(jìn)步和科技的發(fā)展，定位技術(shù)在技術(shù)手段、定位精度、可用性等方面均取得質(zhì)的飛越，并且逐步從航海、航天、航空、測(cè)繪、軍事、自然災(zāi)害預(yù)防等“高大上”的領(lǐng)域逐步滲透社會(huì)生活的方方面面，成為人們?nèi)粘Ｖ胁豢苫蛉钡闹匾獞?yīng)用——比如人員搜尋、位置查找、交通管理、車輛導(dǎo)航與路線規(guī)劃等等……

總體來(lái)說(shuō)，定位可以按照使用場(chǎng)景的不同劃分為室內(nèi)定位和室外定位兩大類，因?yàn)閳?chǎng)景不同，需求也就不同，所以分別采用的定位技術(shù)也不盡相同。

成熟的室外定位技術(shù)

目前應(yīng)用于室外定位的主流技術(shù)主要有衛(wèi)星定位和基站定位兩種。

1.衛(wèi)星定位

衛(wèi)星定位即是通過(guò)接收衛(wèi)星提供的經(jīng)緯度坐標(biāo)信號(hào)來(lái)進(jìn)行定位，衛(wèi)星定位系統(tǒng)主要有：美國(guó)全球定位系(GPS)、俄羅斯格洛納斯(GLONASS)、歐洲伽利略(GALILEO)系統(tǒng)、中國(guó)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，其中GPS系統(tǒng)是現(xiàn)階段應(yīng)用最為廣泛、技術(shù)最為成熟的衛(wèi)星定位技術(shù)。GPS全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)由三部分組成：空間部分、地面控制部分、用戶設(shè)備部分。

空間部分是由24顆工作衛(wèi)星組成，它們均勻分布在6個(gè)軌道面上(每個(gè)軌道面4顆)，衛(wèi)星的分布使得在全球任何地方、任何時(shí)間都可觀測(cè)到4顆以上的衛(wèi)星，并能保持良好定位解算精度的幾何圖象;

     控制部分主要由監(jiān)測(cè)站、主控站、備用主控站、信息注入站構(gòu)成，主要負(fù)責(zé)GPS衛(wèi)星陣的管理控制;

用戶設(shè)備部分主要是GPS接收機(jī)，主要功能是接收GPS衛(wèi)星發(fā)射的信號(hào)，獲得定位信息和觀測(cè)量，經(jīng)數(shù)據(jù)處理實(shí)現(xiàn)定位。

GPS的定位原理說(shuō)白了就是通過(guò)四顆已知位置的衛(wèi)星來(lái)確定GPS接收器的位置。

要達(dá)到這一目的，衛(wèi)星的位置可以根據(jù)星載時(shí)鐘所記錄的時(shí)間在衛(wèi)星星歷中查出。而用戶到衛(wèi)星的距離則通過(guò)紀(jì)錄衛(wèi)星信號(hào)傳播到用戶所經(jīng)歷的時(shí)間，再將其乘以光速得到(由于大氣層電離層的干擾，這一距離并不是用戶與衛(wèi)星之間的真實(shí)距離，而是偽距)。

      當(dāng)GPS衛(wèi)星正常工作時(shí)，會(huì)不斷地用1和0二進(jìn)制碼元組成的偽隨機(jī)碼(簡(jiǎn)稱偽碼)發(fā)射導(dǎo)航電文。導(dǎo)航電文包括衛(wèi)星星歷、工作狀況、時(shí)鐘改正、電離層時(shí)延修正、大氣折射修正等信息。然而，由于用戶接受機(jī)使用的時(shí)鐘與衛(wèi)星星載時(shí)鐘不可能總是同步，所以除了用戶的三維坐標(biāo)x、y、z外,還要引進(jìn)一個(gè)變量t即衛(wèi)星與接收機(jī)之間的時(shí)間差作為未知數(shù)，然后用4個(gè)方程將這4個(gè)未知數(shù)解出來(lái)。所以如果想知道接收機(jī)所處的位置，至少要能接收到4個(gè)衛(wèi)星的信號(hào)。

衛(wèi)星定位雖然精度高、覆蓋廣，但其成本昂貴、功耗大，并不適合于所有用戶。

2.基站定位

基站定位一般應(yīng)用于手機(jī)用戶，手機(jī)基站定位服務(wù)又叫做移動(dòng)位置服務(wù)(LBS，LocationBasedService)，它是通過(guò)電信移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商的網(wǎng)絡(luò)(如GSM網(wǎng))獲取移動(dòng)終端用戶的位置信息。

手機(jī)等移動(dòng)設(shè)備在插入sim卡開機(jī)以后，會(huì)主動(dòng)搜索周圍的基站信息，與基站建立聯(lián)系，而且在可以搜索到信號(hào)的區(qū)域，手機(jī)能搜索到的基站不止一個(gè)，只不過(guò)遠(yuǎn)近程度不同，再進(jìn)行通信時(shí)會(huì)選取距離最近、信號(hào)最強(qiáng)的基站作為通信基站。其余的基站并不是沒(méi)有用處了，當(dāng)你的位置發(fā)生移動(dòng)時(shí)，不同基站的信號(hào)強(qiáng)度會(huì)發(fā)生變化，如果基站A的信號(hào)不如基站B了，手機(jī)為了防止突然間中斷鏈接，會(huì)先和基站B進(jìn)行通信，協(xié)調(diào)好通信方式之后就會(huì)從A切換到B。這也就是為什么同樣是待機(jī)一天，你在火車上比在家里耗電要多的原因，手機(jī)需要不停的搜索、連接基站。

基站定位的原理也很簡(jiǎn)單：我們知道，距離基站越遠(yuǎn)，信號(hào)越差，根據(jù)手機(jī)收到的信號(hào)強(qiáng)度可以大致估計(jì)距離基站的遠(yuǎn)近，當(dāng)手機(jī)同時(shí)搜索到至少三個(gè)基站的信號(hào)時(shí)(現(xiàn)在的網(wǎng)絡(luò)覆蓋這是很輕松的一件事情)，大致可以估計(jì)出距離基站的遠(yuǎn)近;基站在移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)中是唯一確定的，其地理位置也是唯一的，也就可以得到三個(gè)基站(三個(gè)點(diǎn))距離手機(jī)的距離，根據(jù)三點(diǎn)定位原理，只需要以基站為圓心，距離為半徑多次畫圓即可，這些圓的交點(diǎn)就是手機(jī)的位置。

由于基站定位時(shí)，信號(hào)很容易受到干擾，所以先天就決定了它定位的不準(zhǔn)確性，精度大約在150米左右，基本無(wú)法開車導(dǎo)航。定位條件是必須在有基站信號(hào)的位置，手機(jī)處于sim卡注冊(cè)狀態(tài)(飛行模式下開wifi和拔出sim卡都不行)，而且必須收到3個(gè)基站的信號(hào)，無(wú)論是否在室內(nèi)。但是，定位速度超快，一旦有信號(hào)就可以定位，目前主要用途是沒(méi)有GPS且沒(méi)有wifi的情況下快速大體了解下你的位置。

定位技術(shù)從室外走向室內(nèi)

GPS和基站定位技術(shù)基本滿足了用戶在室外場(chǎng)景中對(duì)位置服務(wù)的需求。然而，人的一生當(dāng)中有80%的時(shí)間是在室內(nèi)度過(guò)的，個(gè)人用戶、服務(wù)機(jī)器人、新型物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備等大量的定位需求也發(fā)生在室內(nèi);而室內(nèi)場(chǎng)景受到建筑物的遮擋，GNSS信號(hào)快速衰減，甚至完全拒止，無(wú)法滿足室內(nèi)場(chǎng)景中導(dǎo)航定位的需要。

近年來(lái)，位置服務(wù)的相關(guān)技術(shù)和產(chǎn)業(yè)正從室外向室內(nèi)發(fā)展，以提供無(wú)所不在的基于位置的服務(wù)，其主要推動(dòng)力是室內(nèi)位置服務(wù)所能帶來(lái)的巨大的應(yīng)用和商業(yè)潛能。許多公司包括OS提供商、服務(wù)提供商，設(shè)備和芯片提供商都在競(jìng)爭(zhēng)這個(gè)市場(chǎng)。

1.室內(nèi)定位應(yīng)用

室內(nèi)定位即通過(guò)技術(shù)手段獲知人們?cè)谑覂?nèi)所處的實(shí)時(shí)位置或者行動(dòng)軌跡?；谶@些信息能夠?qū)崿F(xiàn)多種應(yīng)用。大型商場(chǎng)中的商戶能夠通過(guò)室內(nèi)定位技術(shù)獲知哪些地方人流量最大，客人們通常會(huì)選擇哪些行動(dòng)路線等，從而更科學(xué)地布置柜臺(tái)或者選擇舉辦促銷活動(dòng)的地點(diǎn)。

客人也可以利用室內(nèi)定位技術(shù)更方便地找到所需購(gòu)買物品的擺放區(qū)域，并獲得前往該處的最佳路線。家長(zhǎng)不用再擔(dān)心孩子在商場(chǎng)中走失，通過(guò)室內(nèi)定位技術(shù)可以實(shí)時(shí)定位孩子的位置。公司的管理者則可以運(yùn)用室內(nèi)定位技術(shù)實(shí)時(shí)獲知室內(nèi)的人員狀況，從而更好地優(yōu)化空調(diào)的使用等，達(dá)到節(jié)能減排的目的，還能夠有效提高安全保衛(wèi)的水平。

通過(guò)部署室內(nèi)定位技術(shù)，電信運(yùn)營(yíng)商能夠更好地找到室內(nèi)覆蓋的“盲點(diǎn)”和“熱點(diǎn)”區(qū)域，更好地在室內(nèi)為用戶提供通信服務(wù)。

2.室內(nèi)定位面臨的挑戰(zhàn)

和室外定位相比，室內(nèi)定位面臨很多獨(dú)特的挑戰(zhàn)，比如說(shuō)室內(nèi)的環(huán)境動(dòng)態(tài)性很強(qiáng)，可以說(shuō)是多種多樣，不同的大廈會(huì)有不同的室內(nèi)布局;室內(nèi)的環(huán)境更加精細(xì)，由此也需要更高的精度來(lái)分辨不同的特征。

那么實(shí)用的室內(nèi)定位解決方案都需要滿足那些要求呢?主要包括以下幾個(gè)方面：精度、覆蓋范圍、可靠性、成本、功耗、可擴(kuò)展性和響應(yīng)時(shí)間。

       精度：對(duì)精度的要求不同的應(yīng)用差別很大，比如在超市或倉(cāng)庫(kù)找一個(gè)特定的商品可能需要1米甚至更低的精度，如果在購(gòu)物中心尋找一個(gè)特定的品牌或餐館，5-10米的精度就能滿足要求。

覆蓋范圍：覆蓋范圍主要是指一個(gè)技術(shù)和解決方案可以在多大的范圍內(nèi)提供滿足精度的覆蓋。有些技術(shù)需要相應(yīng)或?qū)Ｓ玫幕A(chǔ)設(shè)施支撐并結(jié)合相應(yīng)的定位終端使用，這樣它的覆蓋就只是布局了相應(yīng)技術(shù)的環(huán)境范圍。

可靠性：前面提到室內(nèi)環(huán)境動(dòng)態(tài)性很強(qiáng)，會(huì)經(jīng)常發(fā)生改變，比如商場(chǎng)的設(shè)置和隔斷會(huì)經(jīng)常發(fā)生變化。另一方面，定位所依賴的基礎(chǔ)設(shè)施也會(huì)經(jīng)常發(fā)生變化。舉個(gè)例子，一些大型的會(huì)議，參展商會(huì)架設(shè)自己的WiFi熱點(diǎn)，這些設(shè)施會(huì)動(dòng)態(tài)變化位置，甚至有時(shí)開有時(shí)關(guān)，如果定位技術(shù)是基于WiFi的，可靠的系統(tǒng)應(yīng)該不會(huì)受到這些因素的影響。

成本和復(fù)雜度：成本和復(fù)雜度指標(biāo)涵蓋兩個(gè)方面。一個(gè)是定位終端的成本，是不是可以用終端已有的硬件而不添加新的硬件。另一方面是布局和維護(hù)的成本及其復(fù)雜度，包括布局與維護(hù)定位所需要的設(shè)施和采集相關(guān)的數(shù)據(jù)庫(kù)。

功耗：定位所產(chǎn)生的功耗是一個(gè)很重要的指標(biāo)尤其對(duì)使用電池的移動(dòng)設(shè)備，如果功耗大很快使設(shè)備沒(méi)電了，就限制了用戶的使用。有調(diào)查表明，電池消耗過(guò)快是很多用戶不開啟定位功能的一個(gè)主要因素。所以，如果要實(shí)現(xiàn)隨時(shí)隨地的位置感知，必須降低定位所增加的設(shè)備額外功耗。

可擴(kuò)展性：可擴(kuò)展性指一個(gè)解覺(jué)方案擴(kuò)展到更大的覆蓋范圍使用的能力，和方便地移植到不同的環(huán)境和應(yīng)用的能力。

響應(yīng)時(shí)間：系統(tǒng)給出一個(gè)位置更新所需的時(shí)間是響應(yīng)時(shí)間，不同的應(yīng)用需求不同，比如移動(dòng)用戶和導(dǎo)航應(yīng)用需要快的位置更新。

文章編輯：CobiNet(寧波)  
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