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常见室内无线定位技术的研究与探讨夏焌峰（大连海事大学信息科学技术学院,辽宁大连116026)摘要：针对近年来定位技术的应用越来越广泛，并且新兴的定位技术发展迅速，通过对常见的几种室内无线定位技术的介绍，讨论无线定位技术在室内实现的可能性以及各种方法的局限性，为使用者提供一些参考。
关键词：无线、定位技术、比较、解决方案1引言近年来移动互联网迅速发展[1]，数据和多媒体业务快速增加，人们对于室内定位的需求日益增加。
室内定位对于城市居民来说越来越重要，例如在超级商场，通过获得消费者个人位置信息和目标商品位置信息，进行路线指引，实现智能导购；在突发灾难中，通过室内定位，引导救援人员以最快速度解救大楼内被困人员；在医院里，病人的监控以及医疗设备的管理等。
实现低成本且高精度的室内定位，具有非常重要的现实意义。
GPS [1]是目前广泛应用于航空航海、车辆导航等领域的室外定位技术，其优势在于卫星的大面积有效覆盖和定位导航信号免费；缺点是终端成本较高和定位精度误差源影响较大。
GPS定位信号较弱，无法穿透建筑物，建筑物内搜到卫星的数量很难达到4颗以上，无法通过解算伪距得到当前位置，因此GPS等卫星定位导航系统不适合室内定位。
室内定位技术解决方案主要有：A-GPS 定位技术、超声波定位技术、蓝牙技术、红外线技术、射频识别技术、超宽带技术、无线局域网络等。
2常见无线定位技术介绍及比较2.1 常见无线定位技术介绍2.1.1 蓝牙技术蓝牙技术通过测量信号强度进行定位。
这是一种短距离低功耗的无线传输技术，在室内安装适当的蓝牙局域网接入点，把网络配置成基于多用户的基础网络连接模式，并保证蓝牙局域网接入点始终是这个微微网(piconet)的主设备，就可以获得用户的位置信息。
蓝牙技术主要应用于小范围定位，例如单层大厅或仓库。
蓝牙室内定位技术最大的优点是设备体积小、易于集成在PDA、PC 以及手机中，因此很容易推广普及。
理论上，对于持有集成了蓝牙功能移动终端设备的用户，只要设备的蓝牙功能开启，蓝牙室内定位系统就能够对其进行位置判断。
室内定位技术汇总室内定位技术是指在封闭的室内环境中，利用无线通信、传感器等技术手段，获取移动终端用户（如智能手机、手表等）的精确位置信息。
室内定位技术的发展为人们的生活带来了便利，可以应用于室内导航、智能家居、商场营销等方面。
目前，室内定位技术种类繁多，下面将对其中几种常见的技术进行介绍。
一、无线信号定位技术无线信号定位技术是通过无线信号的传播特性，采集移动终端设备与基站或路由器之间的信号强度信息，从而推断出用户所在位置。
常见的无线信号定位技术有Wi-Fi定位、蓝牙定位等。
1.Wi-Fi定位：Wi-Fi定位是一种基于Wi-Fi信号的室内定位技术。
利用用户所处位置附近的Wi-Fi信号强度和信号波普特性，通过算法计算出用户的位置。
它的优势是Wi-Fi信号广泛覆盖，可使用现有网络设备进行定位，但对于多层建筑和信号覆盖不均匀的场所，精度可能有所不足。
2.蓝牙定位：蓝牙定位是一种基于蓝牙信号的室内定位技术。
通过检测设备周围的蓝牙信号强度和信号传输的时间延迟等信息，确定用户的位置。
蓝牙定位的精度较高，但需要安装额外的蓝牙设备来提供信号，成本较高。
二、传感器定位技术传感器定位技术是通过移动终端设备上的传感器，如加速度传感器、陀螺仪、磁力计等，获取用户的运动信息，从而推断出用户的位置。
1.加速度传感器：加速度传感器可感知设备在空间中的三轴加速度，通过分析用户行走、跑步等运动模式，从而推断用户的位置。
加速度传感器定位技术精度较高，但无法识别运动模式以外的位置。
2.陀螺仪：陀螺仪可感知设备的旋转速度和方向，通过检测用户的旋转动作，推断用户的位置。
陀螺仪定位技术在狭小空间中精度较高，但对于大范围移动的场景可能不适用。
三、机器视觉定位技术机器视觉定位技术是通过摄像头或激光传感器等设备，利用图像或三维重建技术，获取用户所在位置的视觉信息。
1.摄像头定位：摄像头定位技术通过分析实时摄像头图像，识别出用户所在的位置。
摄像头定位的优势是可以实时获取用户位置，并且适用于复杂的室内环境，但对于用户隐私保护需求较高的场所可能有限制。
无线定位方案简介无线定位是一种通过使用无线技术来确定物体或个体在空间中的位置的方法。
无线定位可以应用于许多领域，包括室内定位、物流追踪和位置导航等。
本文将介绍几种常见的无线定位方案。
WiFi定位WiFi定位是一种使用WiFi信号来确定设备位置的技术。
它利用了WiFi信号的传播特性和网络环境的特征，通过测量信号强度、延迟和多径效应等信息来计算设备所在的位置。
WiFi定位可以应用于室内导航、商场广告定向推送和位置驱动服务等场景。
蓝牙定位蓝牙定位是一种使用蓝牙信号来确定设备位置的技术。
它利用了蓝牙信号的传播特性和设备接入点的位置信息，通过测量信号强度、多径效应和距离等信息来计算设备所在的位置。
蓝牙定位可以应用于室内导航、展会导览和设备追踪等场景。
基站定位基站定位是一种使用移动通信基站信号来确定设备位置的技术。
它利用了基站信号的覆盖范围和信号强度等信息来计算设备所在的位置。
基站定位可以应用于电信网络优化、物流追踪和应急救援等场景。
RFID定位RFID（Radio-Frequency Identification）定位是一种使用无线射频识别技术来确定物体或个体位置的方法。
它利用了RFID标签的唯一识别码和读取器的位置信息，通过测量信号的接收强度和多径效应等信息来计算物体或个体所在的位置。
RFID定位可以应用于仓储管理、商品追踪和人员定位等场景。
蜂窝定位蜂窝定位是一种使用移动通信网络来确定设备位置的技术。
它利用了移动终端与移动通信网络之间的交互，通过测量信号延迟、多径效应和接入基站的位置信息等来计算设备所在的位置。
蜂窝定位可以应用于位置服务、车辆监控和社交网络等场景。
惯性定位惯性定位是一种使用惯性传感器来确定设备位置的技术。
它利用了设备内置的加速度计、陀螺仪和磁力计等传感器，通过测量设备的加速度、角速度和磁场强度等信息来计算设备的位置。
惯性定位可以应用于室内导航、运动监测和虚拟现实等场景。
结论无线定位方案有多种不同的技术和应用场景。
几种室内定位方案对比,详细介绍室内定位应当考虑的因素目前,物联网技术发展至今,定位技术也越来越高超,精确.实现苏州新导室内定位方案的种类也越来越多:蓝牙定位,ZigBee定位,IBecon定位,RFID定位,WIFI定位,UWB定位等等.这些室内定位技术因不同应用场景与自身的特点被广泛应用在不同场景.例如:养老院室内定位,化工厂室内定位,学校室内定位系统等等.那么现在就有苏州新导来为我们相信介绍以上几种室内定位方案:一.蓝牙定位为了满足位置服务市场不断增长的需求，全新蓝牙5.1标准新增了寻向功能，可帮助设备明确蓝牙信号的方向，进而帮助开发者解读设备方向的蓝牙解决方案，实现厘米级位置精度的蓝牙定位系统。
基于位置的蓝牙室内定位方案通常分为两类：接近类解决方案和定位系统。
无论是实时定位，还是室内定位，原理都是类似的，即在数据包传输中加入RSSI机制，通过RSSI来虚拟出产品的大致范围，再通过三边测量法，实现相互交集的测量算法，最终完成室内定位。
蓝牙定位，只要设备的蓝牙功能开启，就能够对其进行定位。
蓝牙传输不受视距的影响，但对于复杂的空间环境，蓝牙系统的稳定性稍差，受噪声信号干扰大，且蓝牙器件和设备的价格比较贵。
二.RFID定位苏州新导射频识别(RFID)技术是一种操控简易，适用于自动控制领域的技术，它利用了电感和电磁耦合或雷达反射的传输特性，实现对被识别物体的自动识别。
射频(RF)是具有一定波长的电磁波，它的频率描述为：kHz、MHz、GHz，范围从低频到微波不一。
RFID室内定位系统通常由电子标签、射频读写器、中间件以及计算机数据库组成，射频标签和读写器是通过由天线架起的空间电磁波的传输通道进行数据交换的。
在定位系统应用中，将射频读写器放置在待测移动物体上，射频电子标签嵌入到操作环境中。
电子标签上存储有位置识别的信息，读写器则通过有线或无线形式连接到信息数据库。
当然RFID定位技术也有一定的缺点,采集数据工作量大，而且为了达到较高的精度，固定点AP的位置测算设置比较繁琐。
物联⽹常见的⼗种定位技术的优缺点1、射频识别室内定位技术 射频识别室内定位技术利⽤射频⽅式，固定天线把⽆线电信号调成电磁场，附着于物品的标签经过磁场后⽣成感应电流把数据传送出去，以多对双向通信交换数据以达到识别和三⾓定位的⽬的。
射频识别室内定位技术作⽤距离很近，但它可以在⼏毫秒内得到厘⽶级定位精度的信息，且由于电磁场⾮视距等优点，传输范围很⼤，⽽且标识的体积⽐较⼩，造价⽐较低。
但其不具有通信能⼒，抗⼲扰能⼒较差，不便于整合到其他系统之中，且⽤户的安全隐私保障和国际标准化都不够完善。
射频识别室内定位已经被仓库、⼯⼚、商场⼴泛使⽤在货物、商品流转定位上。
2、室内定位技术 Wi-Fi定位技术有两种，⼀种是通过移动设备和三个⽆线⽹络接⼊点的⽆线信号强度，通过差分算法，来⽐较精准地对⼈和车辆的进⾏三⾓定位。
另⼀种是事先记录巨量的确定位置点的信号强度，通过⽤新加⼊的设备的信号强度对⽐拥有巨量数据的数据库，来确定位置。
Wi-Fi定位可以在⼴泛的应⽤领域内实现复杂的⼤范围定位、监测和追踪任务，总精度⽐较⾼，但是⽤于室内定位的精度只能达到2⽶左右，⽆法做到精准定位。
由于Wi-Fi路由器和移动终端的普及，使得定位系统可以与其他客户共享⽹络，硬件成本很低，⽽且Wi-Fi的定位系统可以降低了射频(RF)⼲扰可能性。
Wi-Fi定位适⽤于对⼈或者车的定位导航，可以于医疗机构、主题公园、⼯⼚、商场等各种需要定位导航的场合。
3、超宽带(UWB)定位技术 超宽带技术是近年来新兴⼀项全新的、与传统通信技术有极⼤差异的通信⽆线新技术。
它不需要使⽤传统通信体制中的载波，⽽是通过发送和接收具有纳秒或微秒级以下的极窄脉冲来传输数据，从⽽具有3.1~10.6GHz量级的带宽。
⽬前，包括美国，⽇本，加拿⼤等在内的国家都在研究这项技术，在⽆线室内定位领域具有良好的前景。
UWB技术是⼀种传输速率⾼，发射功率较低，穿透能⼒较强并且是基于极窄脉冲的⽆线技术，⽆载波。
UWB简介及其定位方法1前言本文阐述有关UWB的简介及其定位的方案，定位方法介绍了TOA、AOA/DOA、TDOA、RSSI这几种定位方法。
2概述随着现在无线技术的发展，无线室内定位技术也得到了飞速的发展，现在常用的室内无线定位技术就有很多种，包括了基于WiFi的定位、蓝牙定位、小基站定位、LED可见光定位、超宽带定位、RFID、惯性导航、地磁定位、伪卫星等多种室内定位技术。
其中的超宽带定位技术是一种特别适合于应用在室内的定位技术，超宽带定位技术具有定位精度高(1~15cm)、抗干扰能力强、分辨率高、低功耗等优点。
表1 各种无线定位技术的对比超宽带(UWB)技术在军用和民用场景都有很多应用，并且具有光明的前景。
UWB技术的应用场景大致可以分为三个方面，分别是通信、雷达和定位，UWB技术科应用于智能家庭、无线网络、战术组网电台、探地雷达、车辆避撞雷达以及军用民用需要精确定位的系统中。
目前，市场是已经出现了基于UWB达到室内定位装置。
例如：英国的Ubisense公司推出了将TDOA和AOA相结合的室内定位系统，测距范围达到50-100m，精度可达15cm。
美国的Zebra公司推出了Dart UWB系统，该系统建立在Sapphire DART核心功能之上，能够快速、准确的进行定位，精度达到30cm，测距范围达到100m。
根据是否需要测量距离，无线定位方法分成测距定位和非测距定位两类。
从测距方法来看，以RSSI为主，也有使用TOA、TDOA、AOA/DOA以及多种测距手段联合的系统。
3UWB技术3.1UWB国内研究现状我国对于UWB技术的研究相对较。
2001年，第一次将超宽带技作为无线通信的共性技术与创新技术的研究内容列入国家终点研究课题，才开始对UWB技术进行研究。
在国家科研项目的支持和鼓励下，我国的不少高校在UWB技术上取得了积极的进展，对UWB天线的设计、UWB信号的发送、UWB定位算法以及多种定位方式融合进行了研究。
几种智能机器人室内定位方法对比近年来随着控制算法的研究进展，无人机、无人车等智能机器人在各领域中发展迅速。
研发人员在对智能机器人进行相关研究时，通常需要完成室内环境下的模拟调试实验，在这些实验中，确定各智能体自身定位以及与其他智能体的相对位置，即进行精确定位，是十分重要的。
室内定位算法原理目前的定位算法从原理上来说，大体上可以分为以下三种。
一、邻近信息法：利用信号作用的有限范围，来确定待测点是否在某个参考点的附近，这一方法只能提供大概的定位信息二、场景分析法：测量接收信号的强度，与实现测量的、存在数据库的该位置的信号强度作对比。
三、几何特征法：利用几何原理进行定位的算法，具体又分为三边定位法、三角定位法以及双曲线定位法。
根据上面介绍的定位算法，衍生出了多种室内定位技术。
目前的定位技术多要借助辅助节点进行定位，通过不同的测距方式计算出待测节点相对于辅助节点的位置，然后与数据库中事先收集的数据进行比对，从而确定当前位置。
室内定位主要流程为首先在室内环境设置固定位置的辅助节点，这些节点的位置已知，有的位置信息是直接存在节点中，如射频识别（RFID）的标签，有的是存在电脑终端的数据库中，如红外线、超声波等。
然后测量待测节点到辅助节点的距离，从而确定相对位置，使用某种方式进行测距通常需要一对发射和接收设备，按照发射机和接收机的位置大体可以分为两种：一种是发射机位于被测节点，接收机位于辅助节点，例如红外线，超声波和射频识别（RFID）；另一种是发射机位于辅助节点，接收机位于被测节点，例如WiFi、超宽带（UWB）、ZigBee。
室内定位技术对比下面具体介绍八种室内定位技术所涉及原理与优缺点。
一、WiFi定位技术，定位方法是场景分析法，其定位精度由于覆盖范围的不同，可以达到2-50m。
优点是易安装、系统总精度相对较高，缺点是指纹信息收集量大、易受其他信号干扰。
二、视频识别（RFID）技术，定位方法是临近信息法，其定位精度在5cm-5m之间。
八种无线室内定位方案对比
提起定位导航，大家首先想到的是GPS，中国也推出了自己的卫星定位系统北斗卫星定位系统。
但是，卫星定位只能用在室外环境，一到室内，由于导航信号衰减太快，卫星定位就无法使用。
随着时代飞速变迁，科学技术迅猛发展，信息服务质量效率提高，受干扰度小，在人们的生活工作及科学研究中起到了非常重要的作用。
室内定位技术非常实用，具有较大的拓展空间，其应用范围广泛，在复杂环境下，如图书馆，体育馆，地下车库，货品仓库等都可以实现对人员以及物品的快速定位。
但是作为LBS最后一米的室内定位饱受关注，但技术的不够成熟依然是不争的事实。
不同于GPS，AGPS等室外定位系统，室内定位系统依然没有形成一个有力的组织来制定统一的技术规范，现行的技术手段都是在各个企业各自定义的私有协议和方案下发展，也致使各种室内定位技术相映生辉。
以下我们针对几种不同原理的室内定位技术，分别进行描述与对比。
红外线定位技术
红外线室内定位有两种，第一种是被定位目标使用红外线IR标识作为移动点，发射调制的红外射线，通过安装在室内的光学传感器接收进行定位;第二种是通过多对发射器和接收器织红外线网覆盖待测空间，直接对运动目标进行定位。
红外线的技术已经非常成熟，用于室内定位精度相对较高，但是由于红外线只能视距传播，穿透性极差(可以参考家里的电视遥控器)，当标识被遮挡时就无法正常工作，也极易受灯光、烟雾等环境因素影响明显。
加上红外线的传输距离不长，使其在布局上，无论哪种方式，都需要在每个遮挡背后、甚至转角都安装接收端，布局复杂，使得成本提升，而定位效果有限。
红外线室内定位技术比较适用于实验室对简单物体的轨迹精确定位记录以及室内自走机器人的位置定位。
蓝牙室内定位技术
蓝牙室内定位技术是采用基于蓝牙的三角定位技术，使用iBeacon设备实现室内定位，如云里物里的E5定位型iBeacon就广泛应用于室内定位。
蓝牙室内技术是利用在室内安装的若干个iBeacon，把网络维持成基于多用户的基础网络连接模式，并保证蓝牙局域网接入点始终是这个的主设备，然后通过测量信号强度对新加入的盲节点进行三角定位。
蓝牙室内定位技术最大的优点是设备体积小、短距离、低功耗，容易集成在手机等移动设备中。
只要设备的蓝牙功能开启，就能够对其进行定位。
蓝牙传输不受视距的影响，但对于复杂的空间环境，蓝牙系统的稳定性一般，蓝牙室内定位主要应用于对人的小范围定位，例如单层大厅或商店。
现在已经被某些厂商开始用于LBS推广。
超宽带室内定位技术
超宽带定位技术是一种全新的、与传统通信定位技术有极大差异的新技术。
它利用事先布置好的已知位置的锚节点和桥节点，与新加入的盲节点进行通讯，并利用三角定位或者“指纹”定位方式来确定位置。
超宽带定位的代表是Ubisense，其定位方案采用UWB（超宽带）脉冲信号，由多个传感器采用TDOA和AOA定位算法对标签位置进行分析，多径分辨能力强、精度高，定位精度可达亚米级。
超宽带通信不需要使用传统通信体制中的载波，而是通过发送和接收具有纳秒或纳秒级以下的极窄脉冲来传输数据，因此具有GHz量级的带宽。
由于超宽带定位技术具有穿透力强、抗多径效果好、安全性高、系统复杂度低、能提供精确定位精度等优点，前景相当广阔。
但由于新加入的盲节点也需要主动通信使得功耗较高，而且事先也需要布局，使得成本还无法降低。
超宽带室内定位可用于各个领域的室内精确定位和导航，包括人和大型物品，例如汽车地库停车导航、矿井人员定位、贵重物品仓储等。
超声波室内定位技术
超声波室内定位系统是基于超声波测距系统而开发，由若干个应答器和主测距器组成：主测距器放置在被测物体上，向位置固定的应答器发射同无线电信号，应答器在收到信号后向主测距器发射超声波信号，利用反射式测距法和三角定位等算法确定物体的位置。
超声波室内定位整体精度很高，达到了厘米级，结构相对简单，有一定的穿透性而且超声波本身具有很强的抗干扰能力，但是超声波在空气中的衰减较大，不适用于大型场合，加上反射测距时受多径效应和非视距传播影响很大，造成需要精确分析计算的底层硬件设施投资，成本太高。
超声波定位应用案例的代表是Shopkic，在店铺安装超声波信号盒，能够被手机麦克风检测到，从而实现定位，主要用于店铺的签到。
在数码笔上已经被广泛利用，而海上探矿也用到了此类技术，室内定位技术还主要用于无人车间的物品定位。
LED定位
LED定位的代表是Bytelight，LED定位系统通过往天花板上的LED灯具实现，灯具发出像莫斯电报密码一样的闪烁信号，再由用户智能手机照相机接收并进行检测，而且用户不需要将手机相机对准某一个特定方向，亦可以接收到反馈过来的直接光源信号，定位精度可以在1米之内。
LED定位需要改造LED灯具，增加芯片，增加成本，尽管如此，LED定位是一种很有潜力的室内定位技术。
Wi-Fi室内定位技术
Wi-Fi定位技术有两种，一种是通过移动设备和三个无线网络接入点的无线信号强度，通过差分算法，来比较精准地对人和车辆的进行三角定位。
另一种是事先记录巨量的确定位置点的信号强度，通过用新加入的设备的信号强度对比拥有巨量数据的数据库，来确定位置(“指纹”定位)。
WifislamMeridian智慧图Wi-Fi定位由于Wi-Fi网络的普及，变得非常流行。
Wi-Fi定位可以达到米级定位（1~10米），传统的Wi-Fi定位产品主要应用在专业行业领域（矿井、监狱、医院、石油石化等），如Aeroscout和Ekahau公司的Wi-Fi定位产品。
一些Wi-Fi网络设备厂商如Cisco、Motorola等公司也有自己的Wi-Fi定位产品，并随着其Wi-Fi网络设备的推广，已经有很多应用。
随着市场（特别是大众消费相关行业）对室内定位需求的增加，google把Wi-Fi室内定位和室内地图引入了google地图，一年多来已经覆盖了北美和欧洲一万大家大型场馆，近期也涌现出一批Wi-Fi定位很有特色的公司，如、、、wifarer、wifront 等公司。
百度、高德、四维等公司也在研发Wi-Fi室内定位产品。
Wi-Fi定位可以在广泛的应用领域内实现复杂的大范围定位、监测和追踪任务，总精度比较高，但是用于室内定位的精度只能达到2米左右，无法做到精准定位。
由于Wi-Fi路由器和移动终端的普及，使得定位系统可以与其他客户共享网络，硬件成本很低，而且Wi-Fi的定位系统可以降低了射频(RF)干扰可能性。
ZigBee室内定位技术
ZigBee室内定位技术通过若干个待定位的盲节点和一个已知位置的参考节点与网关之间形成组网，每个微小的盲节点之间相互协调通信以实现全部定位。
ZigBee是一种新兴的短距离、低速率无线网络技术，这些传感器只需要很少的能量，以接力的方式通过无线电波将数据从一个节点传到另一个节点，作为一个低功耗和低成本的通信系统，ZigBee的工作效率非常高。
但ZigBee的信号传输受多径效应和移动的影响都很大，而且定位精度取决于信道物理品质、信号源密度、环境和算法的准确性，造成定位软件的成本较高，提高空间还很大。
ZigBee室内定位已经被很多大型的工厂和车间作为人员在岗管理系统所采用。
射频识别(RFID)室内定位技术
射频识别室内定位技术利用射频方式，固定天线把无线电信号调成电磁场，附着于物品的标签进过磁场后感应电流生成把数据传送出去，以多对双向通信交换数据以达到识别和三角定位的目的。
(感应门禁卡和商场防盗系统用的就是这种技术)
射频识别室内定位技术作用距离很近，但它可以在几毫秒内得到厘米级定位精度的信息，且由于电磁场非视距等优点，传输范围很大，而且标识的体积比较小，造价比较低。
但其不具有通信能力，抗干扰能力较差，不便于整合到其他系统之中，且用户的安全隐私保障和国际标准化都不够完善。
射频识别室内定位已经被仓库、工厂、商场广泛使用在货物、商品流转定位上。
综合来说，以下的图表从精度及成本的角度很好的表征了目前常见的室内定位方案的对比：。
