科研筆記(一) 室內定位技術講解

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發展背景

迄今爲止，室內定位技術已經發展了二十年。精準的室內定位有可能改變人們在室內的導航方式，如同全球定位系統(GPS)改變人們在室外的導航方式一樣。使用智能手機進行室內導航的場景包括定位大學、商場、機場、體育賽事、會議現場等公共建築內的人所在的地點，跟蹤兒童和老人。爲滿足此類需求，室內定位技術在辦公大樓的定位精度必須確保被定位的設備所在的樓層和房間可以被正確識別；而對於大型的開放空間，如機場和購物中心，幾米的定位誤差足以建立視覺接觸，並找到目標位置。

技術分類

無基礎設施的方法側重於利用現有的Wi-Fi、FM&TV、GSM、地磁和聲信號，通過指紋識別實現室內定位。基於基礎設施的方法依賴於定製射頻信標的部署，如射頻識別、紅外、超聲波、藍牙、短程FM發射機、燈光和磁信號調製器，以實現準確的室內定位。

此外，由於智能手機一般都會配備GNSS導航儀，因此智能手機在室外導航場景下的使用隨處可見。但是，目前還沒有一種技術可以基於智能手機提供可靠的室內定位。適合應用於智能手機上的室內定位技術有：

1. 使用射頻(RF)信號，無論是已經存在的無線局域網(WLAN)或蜂窩網絡，還是由新的專用基礎設施(RFID/NFC、藍牙)生成的射頻信號。
2. 獨立傳感器:三軸加速度計、三軸陀螺儀、三軸磁力計、氣壓計。
3. 室內地圖(建築平面圖)。
4. 磁場指紋。

然而，這些技術都不能憑藉大衆化的智能手機滿足室內定位所有需求，它們的優缺點取決於每種技術的特性。例如，基於超寬帶和RFID的解決方案需要部署特定的基礎設施，並向智能手機添加新的硬件組件，這會產生附加開銷。

目前大多數智能手機使用基於WLAN的室內定位，通常滿足WLAN路由器數量豐富區域的定位精度需求。然而，定位精度在很大程度上取決於WLAN路由器的密度和無線電地圖的質量，後者通常隨時間而惡化，必須定期更新。此外，對於基於WLAN的室內定位技術而言，其指紋庫的建立過程，也將耗費大量的人力和物力。如果使用額外的傳感器和建築平面圖，可以改進基於WLAN/BLE的定位。基於磁場的室內定位在概念上類似於軍用飛機和潛艇的地形導航系統，其中高度或深度是通過地圖匹配來估計位置；但磁場強度會受建築物中的鋼材影響，產生局部磁場畸變。

下圖展示了近十年來比較常見的定位技術。

國內外主要實驗室、學者和賽事

1. 牛津大學 Niki Trigoni 教授團隊
2. 卡內基梅隆大學 Anthony Rowe 教授
3. 微軟研究院及其每年一次的微軟室內定位大賽
4. 同濟大學 劉兒兀教授團隊
5. 還有一些著名的學者，我不再一一列舉

10年來有價值的參考文獻

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