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            室內定位多技術的應用分析

            2020-06-09 11:32:24 admin

                比較流行的室內定位技術有WIFI、藍牙、RFID、UWB,這幾種都是需要部署定位基站,WIFI需要部署AP,藍牙要部署藍牙基站或者iBeacon,RFID需要部署RFID Reader。定位的距離都是相對比較近的,但是精度完全不同。


                從定位原理上可以分成RSSI測距、TOF測距、TDOA測距這三種。三種方式對應不同的精度。


            •     WIFI 定位


                    WIFI定位原理:


                    WIFI定位采用RSSI定位原理,因此精度相對比較低,WIFI網絡的建設本來就不是為了專用與定位業務,是因為WIFI網絡建設需要達到WIFI的傳輸速率要求WIFI基站或者AP部署的密度非常高,因此這么高的密度就造成了WIFI的定位成為了可能。


                    在室內的情況下,手機往往能收到很多的WIFI的SSID信息。而手機和WIFI基站在通信的時候,手機不需要連接上Wi-Fi AP的,所有的Wi-Fi終端在連接AP之間,都有發出一種probe_request的幀,遍歷空間所有信道,等待AP返回Probe Response幀。這個交互過程中,終端會在消息中廣播自身的MAC地址,AP或者WIFI基站能夠接受到帶了手機MAD地址和信號強弱的消息包。因為各AP的信號強度值是一清二楚的,從而可以采用RSSI等方式來定位。


                    也就是說只要你手機終端開啟了Wi-Fi,在后臺它是會與空間內的AP發生一次或反復的幀聽與響應,這些可以幀聽,就暴露了你在空間的大致位置了。


                    因為手機終端搜索的時候就相當于把手機的定位信息上傳了,所以WIFI基站或者AP就是根據手機的指紋信息來進行定位的。進行定位計算的是基站或者后面的定位服務器上的定位引擎,最后獲取相對的位置坐標。最簡單的方式就是直接把WIFI基站的位置信息就當做手機終端的位置信息。如果同時有好幾個基站能收集到收集的指紋信息,可以進行一些根據RSSI場強的加權算法來計算相對位置,但是由于無線信號的傳播模型在空間上場強是不斷波動變化的,因為WIFI定位精度主要取決于WIFI基站或者AP的密度,定位算法上能夠優化的余地非常的小。定位精度偏低,沒有方位性。一般精度在5米左右。


                    WIFI定位缺陷:


                    WIFI定位的主要缺陷就是蘋果手機無法使用,蘋果沒有開放相應的接口。


                    其次,WIFI定位對位置地圖的工作量比較大,WIFI定位是獲取相對坐標,就是手機相對與WIFI基站或AP的坐標,WIFI基站或者AP變動后都需要對地圖進行修正。


                    再次,WIFI定位的缺陷是WIFI基站或AP的質量不穩定,導致定位的質量無法得到有效的保證。


                    WIFI定位優勢:


                    WIFI定位的優勢主要是WIFI的部署太廣泛了,目前作為最重要的無線傳輸手段,WIFI在各種室內場合都有著最大的部署量,因此WIFI無處不在,對精度要求不高的場合,WIFI的數據傳輸網絡建設完畢后就可以通過假設定位引擎服務來開通WIFI定位功能。


                    WIFI定位的第二個優勢是成本低廉,WIFI的芯片模組已經在10元左右,WIFI基站和AP的價格都是百元以內,而且可以數據傳輸和定位的功能,所以能夠滿足低成本大規模擴展的需要。


                    WIFI定位的第三個優勢是可以利用手機終端,省略了終端部署的成本。因此,WIFI定位是幾種室內定位方案中成本最為低廉的。


                    WIFI定位應用場景:


            主要面向低精度場景,比如景區的定位、大型shopping mall定位、商場定位、娛樂場所定位、公司的員工WIFI考勤、WIFI簽到、會展定位。部分經過改造后也用于煤炭礦用定位等??傮w而言是用于定位需求不強,定位功能是輔助,而投入少的領域。


            •     藍牙定位


                    藍牙定位原理:


                    藍牙 iBeacon 定位的方式主要有兩種:基于 RSSI(接收信號強度指示)和基于定位指紋,或者兩者結合?;诰嚯x最大的問題在于,室內環境復雜,而藍牙作為2.4GHZ高頻信號,會受到很大的干擾。加上室內的各種反射折射,手機所獲取的 RSSI 值并沒有太大的參考價值;


                    而與此同時,為了提高定位精度,就不得不對 RSSI 值進行多次獲取來平滑結果,這就意味著時延的增加。而基于定位指紋的最大問題在于,前期獲取指紋數據的人力成本和時間成本非常高,數據庫維護困難。而且如果商場增添了新的基站,或者進行了其他改造,原始的指紋數據可能就不再適用。所以,如何在定位精度、延時和成本之間進行權衡和取舍,就成了藍牙定位的核心的問題。


                    目前,市場上主流的藍牙定位精度是70%的地段在2米以內,部分公司可以做到90%的地段在2米以內。目前市場上主流的藍牙定位技術都是基于三角定位算法,通過手機獲取周圍藍牙基站的信號強度,再通過其他的一些輔助方法比如加權平均算法,時間加權算法,慣性導航算法,卡爾曼濾波算法,高斯濾波算法等來計算出當前位置。


                    藍牙定位缺陷:


                    和WIFI定位相比,藍牙定位需要部署藍牙的信標,因此需要建設藍牙的網絡,相比之下網絡建設的成本,網絡維護的成本要增加不少


                    在定位精度上,藍牙定位的算法和WIFI相比沒有什么優勢,所以精度和藍牙信標的密度相關,精度1-5米左右。


                    藍牙定位優勢:


                    藍牙的iBecon是蘋果主導的,因此相比WIFI定位顯得高大上了不少,藍牙定位的顯著優勢是功耗相對較低,藍牙的功耗要低于WIFI,如果部署一張專用的定位的網絡對系統的可靠性而言要比兼顧數據傳輸和定位的WIFI網絡要健壯,穩定性要好。


                    藍牙定位也可以利用手機和其他設備的藍牙功能,省去了部分終端的部署,但是由于用戶的手機藍牙功能一般是關閉狀態,所以這樣的優勢有限。


                    藍牙定位應用場景:


                    從很大程度上是和WIFI定位高度重疊,藍牙的終端以藍牙手環比較多,主要是用在商場定位、醫院定位、物品防丟、shopping mall定位、娛樂場所定位、微信搖一搖等地方,都屬于非剛性需求。


            • RFID定位


                    RFID定位原理:


                    RFID分有源RFID和無源RFID兩種,所以定位的方式也有很多種。但是,算法也都是RSSI能量算法:通過調節發射能量來調節讀寫距離的RFID reader,這樣如果RFID標簽離reader越遠能量就越小,反之就越近,設置閾值就可以進行定位了。


                    根據有源RFID標簽發送到信號到reader讀取到標簽信息的延時來輔助判斷標簽的位置信息,延遲越長則越遠,反之越近。比較新的技術是也用了TDOA的算法,一般是用在UHF頻段的RFID了,但是應用很少,成本很高。


                    RFID定位優勢:


                    RFID定位的優勢是成本較低,可以大規模的部署。


                    RFID提供有源和無源兩種方案,無源方案沒有供電的問題,有源的方案也可以做到功耗極低,可以用紐扣電池持續數年的待機量。


                    RFID基站設備相對豐富,大功率設備和小功率的讀卡器產品比較多,適合各種場合的組網。


                    RFID定位的缺點:


                    需要達到同樣的精度要求,相比UWB定位而言,RFID基站或者reader部署相對復雜,數量較多。


                    RFID定位應用場景


                    RFID設備相對穩定,因此在定位領域是應用很廣,因為RFID定位終端、RFID標簽的價格極低,所以可以大規模的使用,在物流分揀、監獄定位、電瓶車定位、汽車電子車牌定位等有著成熟的應用和良好的使用前景。



                    UWB定位原理:


                    采用TDOA算法進行定位,UWB定位需要3個基站的支持。


                    UWB優勢:


                    同時具有實時定位和精確定位的雙重優點,定位的延遲時間遠遠小于藍牙定位、WIFI定位等其他的室內定位技術。精度可以達到10cm左右,是室內高精度定位的首選。


                    建設專用的定位網絡,因此網絡有著很好的可靠性和健壯性。


                    定位缺陷:


                    UWB的缺點是需要有完善的定位網絡,而且在任何一個定位點上都需要有3個定位基站的支持,UWB定位算法是基于三點定位的,如果基站的數量降低會大大的影響定位的精度。


                    其次,UWB的缺點是不能有遮擋無線電發射的障礙物,小的障礙物是不會有影響的,因為無線電會衍射,但是如果完全的遮擋是會導致定位基站的接收,從而使得定位精度大幅度的下降。


                    再次,UWB定位需要部署定位網絡,所以造價相對比較高一點。


                    UWB定位應用場景:


                    主要是面向一些特種行業,對流程的實時性或者對精確定位有著比較高要求的行業,比如工廠定位、化工人員安全、足球訓練定位、物流叉車定位等。



            艾森匯智是一家專業的室內定位產品及服務提供商

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