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    室內定位技術百花齊放,消費與工業級技術齊發展

    2017-03-17 室內定位最新資訊 慧天地 慧天地

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    序言

    基于對行業的深度調研,我們判斷在移動互聯網日益普及的今天,室內定位有望成為位臵服務的藍海,并開啟室內外無縫定位的新紀元。此系列報告將從前景、技術、應用三個維度為大家全面展示室內定位。上一篇報告《室內定位時代來臨,開啟位置服務新紀元》總體介紹了室內定位的前景,本篇側重于介紹室內定位技術,對各類技術的基本原理、優缺點和代表企業做了較全面的介紹,并對技術的發展和應用趨勢做出了判斷。


    1.室內定位技術逐漸步入成熟期

    由于傳統技術在室內定位方面效用有限,各類專用室內定位技術陸續發展起來。 

    市場對室內定位技術的認識還比較籠統。目前已有的相關介紹大多對技術的普及前景缺乏判斷,只是將各類技術簡單羅列,既不夠深入,也缺乏體系;對各項技術的優劣勢和應用場景的介紹不夠透徹,部分信息甚至已經過時,或僅采信技術提供商的官方宣傳材料,信息不夠客觀。 我們認為:

    • 室內外融合定位是大方向,GNSS技術與室內定位技術將互為補充,為消費者和企業提供完整的位置信息;

    • 由于室內定位技術互有優劣,為降低成本、提高精度,未來多種技術的聯合使用將成主流;

    • 消費級定位領域,藍牙信標技術有望加速推廣,并將與慣性導航、Wi-Fi指紋或熱點地圖技術聯用,以降低成本、提升體驗;

    • 工業級定位領域,RFID技術的市場統治地位將加強,并按實際需求與Wi-Fi、超聲、超寬帶等其他工業級技術結合。

    2.室內定位技術百花齊放,消費與工業級技術齊發展

    2.1.室內定位技術分為消費級和工業級,需求特性差異顯著

    依據技術的應用場景不同,可以大體將室內定位技術分為兩類:消費級和工業級。消費級室內定位技術主要用于消費者的室內信息指引、營銷信息推送等,工業級技術則針對自動生產加工、自動貨物搬運、資產管理、急救尋人等。兩者面對的需求差異較大,因此技術特性也有所不同。

    一般而言,消費級技術對定位精度要求不高,1~5 m的精度已經可以滿足大多數應用;要求系統兼容現已普及的移動智能終端。 工業級技術的定位精度更高,需要分米甚至厘米級精度,以區分操作對象、人群中的個人等;與專用標簽和傳感器配套使用,一般無需考慮與現有智能終端的兼容性。

    2.2.技術原理相通,萬變不離其宗

    盡管室內技術種類繁多,多數技術的基本原理依然是依賴接收機對無線電信號(包括Wi-Fi、藍牙、超寬帶等)的接收,判斷接收機與已知位臵信號源的相對位臵。具體實現方法包括近鄰法、交叉法、到達時間、到達時間差、到達角度、場強三邊法等。除了上述方法外,指紋法和遮蔽法也是常用的技術方法。指紋法是將接收機接收到的位臵信號特征,與預先收集的特征地圖(“指紋庫”)比較,得出所在位置。遮蔽法則是利用定位對象對信號的遮蔽,揭示對象所在位置。各種原理各有優劣,在不同應用場景、不同預算要求下,可使用不同的技術原理組合。

    2.3.室內定位技術百花齊放,發展迅速

    隨著消費和工業升級需求拉動、無線通訊技術發展,各類室內定位技術進展迅速,部分技術已經開始商業化嘗試。

    2.3.1.Wi-Fi熱點地圖:最先實現規?;?/span>

    現行的Wi-Fi熱點地圖技術事實上同時利用了Wi-Fi熱點和移動通信基站的信號。這一技術的原理是,將終端發現的Wi-Fi熱點的MAC地址、移動通信基站的ID,與數據庫中的記錄做比較,得出當前位臵。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,提高定位精度。

    該技術需要構建巨大的數據庫,以記錄盡可能多的Wi-Fi熱點及移動通信基站的覆蓋區域信息。由于Wi-Fi和移動網絡在眾多國家和地區均已普及,該技術的數據來源非常廣泛,不需要再鋪設專門的設備用于定位。此外,數據采集相對簡單,專門的測繪車輛或攜帶專用設備的人員只需從信號覆蓋區域經過,即可自動生成相應的數據記錄。甚至普通用戶也可以成為數據的來源:只要用戶在使用智能手機時開啟過GNSS、Wi-Fi和移動蜂窩網絡,就可能成為手機操作系統開發商(如蘋果和谷歌)的數據源;移動地圖應用商(如高德)也在用同樣的方式收集數據??梢?,該技術具有便于擴展、可自動更新數據、成本低的優勢,因此最先實現了規?;?。

    目前這項技術的領軍者是谷歌。2015年谷歌地圖和Android操作系統用戶雙雙突破十億大關,大量使用這些服務的用戶在享受谷歌軟件帶來便利的同時,也在為谷歌貢獻新的位臵數據。谷歌也是最早大規模使用測繪車輛收集地理位臵數據的互聯網公司。此外,谷歌還曾是Skyhook等專業定位技術公司的大客戶,后者也曾為谷歌提供Wi-Fi熱點和信號塔的地理位臵信息。

    單純依靠基站定位的精度為50~100 m,加上Wi-Fi后在理想情況下約5-10m。除了不必鋪設專用設備外,該技術對終端的要求也低,只需終端支持Wi-Fi即可使用。此外,即使終端上不安裝任何特定軟件、不連接任何熱點,也可以從網絡端掃描到終端,實現網絡端定位,從而協助商場、博物館等場所的運營方監控人流、隊列,優化運營方案。

    該技術的劣勢是,現有絕大多數Wi-Fi熱點是為無線上網而鋪設,并未考慮到定位需求,因此鋪設密度比室內定位所要求的低很多,定位精度因此難以提升。如果熱點鋪設密度高,又會因信道間的干擾,影響正常上網,因而單依靠該技術無法實現對精度要求較高的室內定位應用。 目前,這項技術以其低成本和高擴展性,廣泛用于各家地圖應用中;由于精度一般,常常與其他輔助技術聯合使用,而且只能用于位臵參考和近距離營銷信息推送。

    2.3.2.慣性導航技術:輔助提高精度的利器

    慣性導航技術,是通過慣性傳感器判斷終端進入室內后的移動路線,并將終端標記在預先繪制的地圖上。該技術利用加速度計測算各方向直線前進距離,利用陀螺儀感知轉向,還可以利用終端里的其他傳感器,如高度計或氣壓計(感知高度)、磁力計(感知方向),來輔助提高精度。

    該項技術需要由GNSS或其他方式提供初始位置信息,而后經過慣性傳感器測量行進方向和加速度,并經過復雜的模型擬合出后續的位臵偏移。

    由于用戶自身的運動過程極不規則,而用戶攜帶設備的方式也各不相同,模型擬合的結果常常出現較大誤差,而且誤差會隨著距離與時間的增加而不斷累積。因此,更加精確的模型構建、大量用戶行為數據的積累非常重要;同時,經過一段距離和時間的運作后,往往需要重新提供位臵修正信息,以保證精度。

    目前這項技術常常與Wi-Fi熱點地圖技術聯合使用,用后者提供的位臵信息為慣性傳感技術提供糾偏。

    我們通過與專家的溝通,進一步獲取了一手數據。實際應用結果如下,藍色線條是單用傳感器的路徑圖,在一定時間后定位產生漂移,但加上Wi-Fi信號修正后,呈現綠色路徑圖,相比單一Wi-Fi定位,加入傳感器后曲線明顯連貫、平滑,且定位位臵正確,無明顯偏移。

    這項技術的優勢在于:

    1) 即使在信號屏蔽嚴重的室內,也可以正常工作,因為除起始位置和后續位置修正外,該技術不需要借助外在通信信號;

    2) 對終端要求低,只需要利用目前智能移動終端中標配的傳感器即可;

    3) 運營成本低,不需要額外鋪設定位設備、不需要預先采集外界信息。

    業界通過兩種方式應用該技術:

    • 以博通、意法半導體、InvenSense為代表的芯片商推出專門的定位芯片,將該技術整合到硬件中,在硬件層面完成傳感器數據整合和運算,將得出的位臵數據直接提供給開發者,如博通BCM4752定位芯片。對于InvenSense的深度研究可參見我們的海外研究系列《InvenSense:工業互聯網觸角,消費電子MEMS龍頭》。

    • 而百度地圖、高德地圖等應用開發商,因為需要適配各種不同硬件配臵的終端,均選擇自行從傳感器讀取數據,并在軟件層面進行整合和運算。

    在交流中我們發現,市場承認慣性導航技術在車輛導航中可以獲得較好的效果,因為車輛的運動模式較簡單;但認為在運動復雜的手持終端上,精度將很低。事實上,經過大量的數據積累,百度、高德等浸淫多年的領先廠商已經建立了復雜的運動模型,能夠較為準確地擬合終端的運動軌跡,對定位精度的提高起到了顯著的效果。目前各大地圖應用商都非常重視該技術,投入了大量人力物力以提高后臺算法的精度。

    2.3.3.Wi-Fi指紋技術:低成本高精度的典范

    Wi-Fi指紋是指室內不同位臵上各Wi-Fi接入點的接收信號強度(即所謂RSSI)。通過將終端當前檢測到的指紋,與預先采集的各參考點的指紋匹配,即可測算出終端的位臵。參考點指紋的預先采集,需要工作人員攜帶裝有專門軟件的智能手機,遍歷室內的每一處空間。

    該項技術的代表企業包括思科、摩托羅拉、華三、AeroScout、Ekahau等大廠。這些公司的普遍做法是先部署自己專用的Wi-Fi網絡,再進行指紋收集,主要面向工業級定位如資產管理、人流統計等,定位精度為1~7m。由于需要大量硬件設備并支付施工費用,一個三萬平方米的中等規模商場,部署成本約為200萬元。

    西門子、WiFiSLAM(已被蘋果公司收購)以及國內的智慧圖和高恒則另辟蹊徑,專注于利用商場、機場等場合現有的Wi-Fi網絡,主要面向消費級應用,由于采用了先進的算法,定位精度可以達到1~6 m,這種新興的純軟件方法是目前業界主要的興趣方向。

    這種新興Wi-Fi指紋定位技術的優勢包括:

    1)在多數消費場合無需額外硬件設備,可利用商場、機場等場合現有的Wi-Fi熱點,無附加施工成本;

    2)成本很低,采集一個中等規模商場的Wi-Fi指紋需要的年人工費用僅為1,000~10,000元;

    3)可以取得較好的精度(3~6 m),可區分不同的商鋪、柜臺、登機門、停車位等,實現近距離營銷、室內導航、尋人、停車位指引等多數消費級應用;

    4)相比基于藍牙的定位技術,基于Wi-Fi的技術可以實現網絡端定位,即使用戶未安裝特定軟件,也可以向場所運營方匿名提供人流、動線等信息,協助運營方提高運營管理能力。

    市場目前對此技術的主要顧慮包括:

    1)商場的布臵經常變動,由于信號的遮蔽、反射、散射等因素,會導致不同參考點上Wi-Fi的接收信號強度發生永久性變化,因此需要經常更新指紋數據庫,人工成本可能升高;

    2)受室內人流量、信號干擾、信源穩定性等因素影響,即使商場布臵不變,接收信號強度也可能發生波動,造成精度下降或出現錯誤。但根據我們的專家訪談,技術開發商已經為此想出各種應對方法,可以減少指紋數據庫的必要更新次數,并降低接收信號波動的影響。這些方法包括優化過濾算法、模糊匹配、增加Wi-Fi以外的無線電信號感知、用眾包模式自動更新指紋等。以高恒的上海五角場萬達廣場案例為例,利用高恒的特有優化技術,在初次采集指紋9個月之后,定位精度依然保持在1~6 m,且未發現任何定位錯誤,基本解決了上述問題。

      該技術的不足之處在于:

    1)所依賴的Wi-Fi熱點不受技術方控制,可能被替換、移動、增減,而自行鋪設的成本又過于高昂;

    2)局部區域Wi-Fi熱點的密度可能不滿足要求,會降低精度;

    3)需要專門人員維護指紋數據庫;

    4)為數眾多的iOS設備無法使用該項技術,因為iOS系統關閉了第三方應用的Wi-Fi指紋(RSSI)讀取權限。

    以上前三點不足尚可通過優化算法等方式彌補,但在最后一點上只能向蘋果公司妥協。因此,該技術的部分擁蠆(如智慧圖)現已轉向Wi-Fi指紋與藍牙iBeacon并用的解決方案,其中Wi-Fi指紋技術針對Android設備,iBeacon則可針對iOS設備。

    2.3.4.藍牙信標技術:為零售業而生

    藍牙信標技術由諾基亞最先發起使用,但影響不大。2013年,蘋果發布了基于藍牙4.0低功耗協議(BLE)的iBeacon協議,主要針對零售業應用,引起廣泛關注。隨后,類似的技術平臺此起彼伏出現:高通推出Gimble、三星推出Proximity、谷歌推出Eddystone,技術原理上均與iBeacon大同小異。

    iBeacon藍牙信標技術的正常運作,需要藍牙信標硬件、智能終端上的應用、云端上的應用后臺協同工作。信標通過藍牙向周圍廣播自身的ID,終端上的應用在獲得附近信標的ID后會采取相應行動,如從云端后臺拉取此ID對應的位臵信息、營銷資訊等。終端可以測量其所在處的接收信號強度(RSSI),以此估算與信標間的距離。因此,只要終端附近有三個或以上信標,就可以用三邊定位方法計算出終端的位置。

           藍牙信標技術的優勢在于:

    1)定位精度較高,每30~50平方米布臵一只信標,使用三邊定位手段,可實現1~3m的定位精度,已能夠滿足多數消費級室內定位應用,更密集的布臵下可實現亞米級精度;

    2)信標硬件成本不高,每個信標的硬件成本約20~50元,一個三萬平方米的商場所需的硬件成本為1.2~6萬元;

    3)對終端的要求相對低,需要終端的軟硬件環境支持藍牙4.0低功耗協議,目前幾乎所有新面市的移動設備都能滿足要求。

            該技術的劣勢在于:

    1)需要鋪設信標網絡,盡管硬件成本不高,但信標網絡的規劃和鋪設需要一定人工成本;

    2)不能實現網絡側定位,即不能從服務器端主動定位終端,在緊急救援、人員和資產管理等情景下不適用;

    3)現實中不同藍牙設備間的兼容性較差,可能影響技術正常工作;

    4)信標網絡維護困難,每個信標的電池使用時間有限,需要人工更換。

    目前iBeacon技術還不支持對信標電池電量的監控,無法預見信標電量是否即將耗盡而停工,但谷歌的Eddystone協議已經支持電量監控,還提供ID之外的其他信息(如URL)的發送,并同時支持iOS和Android平臺,大大彌補了iBeacon技術的缺憾。

    在蘋果強大的號召力影響下,大量創業公司爭先恐后涌入iBeacon應用的開發和推廣,梅西百貨等傳統零售業巨頭開始嘗試在店內部署iBeacon信標,國內的騰訊和阿里也在“微信搖一搖”和逛街應用“喵購”中加入了對iBeacon技術的支持,室內定位在零售業的商業化熱情前所未有高漲。

    2.3.5.RFID定位技術:專業級室內定位的在位王者

    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、到達時間法、接收信號強度等方法確定標簽所在位臵。

     該技術的優勢在于:

    1)成本低廉,RFID標簽的價格已非常平民化;

    2)定位精度高,商用方案已經實現厘米級定位(~6 cm),可以區分庫房貨架上的不同存貨,區分流水線上的加工對象,區分密集人群中的個人,適用于自動化的庫存管理、智能生產加工和人員在崗管理等應用;

    3)對復雜室內環境適用性較好,因為基于電磁場,可以非視距傳播,即使視野有遮蔽也可以正常工作;

    4)便于與其他技術整合,可與Wi-Fi等定位技術聯用(市場已出現Wi-Fi RFID標簽),提高定位的精度和可靠性。因此,該技術獲得了工業級定位市場的廣泛歡迎。

     該技術的劣勢在于:

    1)不利于實現大規模室內定位,RFID信號覆蓋范圍較??;

    2)無法應用于2C場合,因為不兼容目前的智能手機和平板。

    目前有大量成熟的商用定位方案基于RFID技術,廣泛應用于緊急救援、資產管理、人員追蹤等領域,供應商中不乏惠普、IBM等全球企業服務業巨頭。

     2.3.6.超寬帶定位技術:優勢全面的專業選手

    超寬帶(UWB)定位技術,通過對象上安臵的有源標簽發出的超寬帶脈沖,到預先布置的一組感應器之間的到達時間差(TDOA)和/或到達角度(AOA),來確定對象的位置。到達角度包括水平角度和垂直角度,以此可以確定終端在三維空間中的坐標。

             超寬帶定位技術具有一系列獨特的優勢:

    1)定位精度高(1~15cm),由于超寬帶采用持續時間很短(納秒級)的脈沖信號,其時間、空間分辨率都很強,因此可以達到很高的定位精度;

    2)抗干擾能力強,分辨率高,且不受廣泛使用的2.4 G信號干擾;

    3)功耗低,不必持續發射載波,脈沖持續時間短,占空比很低,系統耗電量只有;

    4)可實時監控標簽電池電量,避免標簽意外斷電停工。

    超寬帶技術的劣勢主要有:

    1)硬件成本相對高,一套適用于1,000平方米的基礎系統,需要約1,400美元,如需在三萬平方米的區域鋪設,成本超過20萬元人民幣,遠高于RFID、藍牙信標等技術;

    2)不支持現有的智能終端,目前的智能手機、智能平板不能用于定位,限制了該技術在日常消費場合的應用;

    3)非視距條件下準確度受影響,在被定位目標被遮擋時,定位準確度會明顯下降;而這種情況在實際的室內應用中非常常見。

    非視距條件下精度下降的問題,可以與RFID技術聯用解決,聯用的效果超過超寬帶或RFID單獨使用。

    目前最知名的超寬帶定位服務提供商是美國的Ubisense;國內的佼佼者包括中海達子公司聯睿電子、清華系公司清研訊科。

    2.3.7.LED可見光通信定位技術:光通信領域新嘗試

    LED可見光通信(VLC)定位技術,利用天花板上安臵的特制LED燈具,以高頻閃爍方式向終端的前臵攝像頭傳遞“密碼”,由專門的應用獲取,解讀成為對應的位臵信息。

    該項技術的定位精度較高,可實現米級定位,適用于大多數消費場合;對終端要求低,適用于任何配備了前臵攝像頭的智能設備。

    該技術的劣勢包括:

    1)LED燈具的升級改造需要較高成本;

    2)終端耗電高,由于需要終端時刻打開前臵攝像頭,對終端電力消耗較大,可能帶來負面的用戶體驗。

    該技術的代表企業是ByteLight,目前已被照明業大廠Acuity Brands收購。燈業巨頭通用電氣和菲利普在自身的室內定位方案中集成了ByteLight的技術,通用電氣還與高通合作將藍牙定位技術也集成進其定位LED燈具。在國內,華策光通信也發展了類似的可見光通信定位技術。

    2.3.8.地磁定位技術:精確的純軟件解決方案

    地磁定位技術是利用室內不同位臵的地磁場差異,來確定室內位臵。由于現代建筑常使用鋼筋混凝土等結構,會對地磁場造成擾動,導致各個位臵的地磁特性各不相同。與Wi-Fi指紋技術類似,在使用該技術前,需要人工采集室內的地磁分布。

    這一技術的代表廠商是芬蘭公司IndoorAtlas,國內上海的雅豐信息也曾從事類似技術開發。

    IndoorAtlas宣稱,其地磁定位技術的定位精度可以做到0.1~2m。雅豐信息則宣傳其IndooRun技術可做到3~5m精度。雅豐近期已棄用該技術,改用Wi-Fi指紋和慣性導航結合的技術。

    除了精度高,該技術不需要安裝任何硬件設備,因此成本低是其另一大優勢。此外,該技術利用的磁傳感器已經是智能手機和平板的標準配臵,因此可應用范圍很廣。該技術的缺點在于磁信號容易受到環境中不斷變化的電、磁信號源干擾,定位結果不穩定,精度會受影響。此外,地磁技術雖然可以辨別同一建筑內不同位臵,但在兩個不同建筑中,地磁信號可能有相同的情況,這時候僅依靠地磁技術就無法辨別位臵,還需要使用GNSS技術輔助定位。

    百度于2014年戰略投資了地磁定位技術開發商IndoorAtlas,并于2015年6月宣布在自己的地圖應用中使用其地磁定位技術,將該技術與Wi-Fi熱點地圖、慣性導航技術聯合使用,獲得了較好的定位效果。

    2.3.9.ZigBee定位技術:低功耗的精準定位技術

    ZigBee是一套專為物聯網傳感和控制開發的通訊協議,主要應用于智慧家居、智慧健康、智慧能源等新興技術領域,具有近距離、低復雜、低功耗、低速率、自組織、高容量等特性。

    常用的ZigBee定位方法通過測算對象到多個已知位臵的參考節點的距離,來確定對象所在的位臵。測算的方法包括接收信號強度、鏈路質量指示(LQI)等。也可以通過“臨近法”大概地判定終端處在哪一個參考節點附近,這種做法的定位精度較低,在實際應用中并不常見。

    ZigBee定位的優勢主要有:

    1)功耗低;

    2)精度可以做到10~100cm。

      該技術的劣勢包括:

    1)不能對現行智能設備定位,ZigBee是針對傳感器網絡開發,并未將手機、平板等終端作為兼容設備考慮;

    2)信號易受干擾,受多徑效應和移動的影響都很大;

    3)帶寬低,承載信息有限,不利于其他應用拓展。

    ZigBee室內定位已經被一些大型工廠和車間用于人員在崗管理系統,但長期來看,面對超寬帶和藍牙定位技術的競爭不占優勢:定位精度、設備兼容性、硬件成本下探潛力和延伸應用潛力,均遜于其他兩項技術,逐漸被替代是大概率事件。ZigBee真正的優勢是其去中心的自組織特性,在智慧家居、智慧穿戴等領域有更大發展空間。

    2.3.10.室內信息技術:力圖打造室內外無縫銜接的定位體驗

    室內信息技術(IMES)的倡導者是日本宇宙航空研究開發機構(JAXA),其原理類似偽衛星。即在室內天花板上安臵GNSS信號發射器,發射與GNSS信號結構相同的定位信號,信號被終端接收,從而實現室內室外無縫銜接的定位效果。其他國家研究者也曾提出類似的技術。

    該技術的優勢在于:

    只要終端硬件支持,不需要在終端軟件層面做額外工作,就可以實現室內外無縫定位;定位精度為1~10m。

            劣勢主要有:

    1)不適用現有智能終端,一般的GNSS芯片無法在接收IMES信號和GNSS信號間無縫切換,需要定制專用接收芯片;

    2)軟硬件成本較高,因為需要將位臵信息轉換成GNSS信號發出,且需要密集安裝專用的發射硬件;

    3)可能干擾GNSS信號接收,在窗邊等GNSS可以覆蓋的地方,可能屏蔽GNSS信號;

    4)存在覆蓋空白,IMES信號需要視距傳播,穿透力弱,發射器間有覆蓋不到的區域。

    針對上述劣勢,索尼開發了支持IMES與GNSS切換的接收芯片,并將慣性導航技術與IMES技術結合,以在覆蓋空白區域提供定位。對于信號干擾問題,研究人員將IMES的中心頻率與GNSS信號錯開,并降低發射功率,以避免干擾。

    盡管如此,索尼的定位芯片不可能安裝進所有手機,這項技術的普及依然存在難題。加上相比其他技術無明顯優勢,其他廠商對該技術并未抱太大興趣。除上述的JAXA和索尼外,僅有日立等少數公司投入研究這項技術。

    2.3.11.超聲波定位技術:適用于幾乎所有智能移動終端

    超聲波定位技術通過在室內安裝多個超聲波揚聲器,發出能被終端麥克風檢測到的超聲信號。通過不同聲波的到達時間差,推測出終端的位臵。

    該技術的優勢包括:

    1)適用現有智能移動終端,只要配有麥克風即可定位;

    2)精度高,可達30 cm;

    3)不會與無線電互相干擾,也不會影響精密設備正常工作,可用于醫院等對無線電有限制的場合。

     該技術的劣勢有:

    1)需要密集部署揚聲器,施工和硬件成本高,超聲波易衰減、傳播距離短,因此信號源需要密集部署;

    2)受多徑效應和非視距傳播影響大,接受信號混亂,影響精度和準度,對算法要求會很高。

    這項技術的代表是美國的ShopKick和日本的MTI。ShopKick早在2010年就已經在商場中布臵其ShopKick Signal超聲系統,并用于商場簽到積分。谷歌的Nearby平臺除了支持藍牙信標之外,也支持利用超聲定位。

     2..3.12.紅外定位技術:成本高,用于軍事、高級別安防

    紅外定位主要有兩種具體實現方法,一種是將定位對象附上一個會發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較高精度,可實現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。目前有將紅外與RF或超聲定位結合,以彌補其劣勢的手段。

    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臵定位。

    另一種紅外定位的方法是紅外織網,即通過多對發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。劣勢在于要實現精度較高的定位需要部署大量紅外接收和發射器,成本非常高,因此只有高等級的安防才會采用此技術。

     2.3.13.計算機視覺定位:人工智能的產物

    計算機視覺定位的原理是,分析當前位臵拍攝到的視覺圖像,提煉出特征碼,與數據庫中的參考特征碼對比,給出最有可能的參考位臵。

    該技術的優勢在于:

    1)適用于現有絕大部分智能移動終端,只要終端有一定計算能力、有拍照功能、能接入網絡即可;

    2)不需要專門鋪設硬件設備。

     劣勢包括:

    1)目前的視覺匹配算法還不成熟,由于拍照角度、光照、人流遮蔽等因素影響,定位失敗、定位不準的情況經常發生,需要大量的建模和算法優化工作來改善;

    2)與直接在手機地圖上查看位臵相比,拍照定位這一動作較不自然,用戶習慣較難養成;

    3)需要事先采集目標場合里各個地點的照片,在場所外觀布臵發生變化后需要重新采集,人工成本高;

    4)定位基于視覺特征,如果場所中存在視覺特征相似的場合(如洗手間、電梯等),則無法判斷。

      該技術更適合的領域可能是工業和航空航天,理由如下:

    1)應用場景的視覺圖像較簡單、可預知,不像消費場合那么復雜、混亂、不可控;

    2)這些應用會使用連續攝像設備不間斷地拍攝周圍圖像,為計算機視覺判斷提供豐富的數據來源,相比之下,消費者還不習慣拍照定位;

    3)計算機視覺的算法非常復雜,需要大量計算資源,工業級應用更有能力提供這些資源。

    2.4.多模聯用優勢互補,藍牙、RFID、Wi-Fi等技術將成主流

    我們判斷,室內外定位、不同室內定位技術的融合使用是大勢所趨,且藍牙、RFID、Wi-Fi等技術由于成本和普及優勢,更有可能率先獲推廣。

    2.4.1.未來多模定位技術融合是大趨勢

    由于越來越多的位臵應用需要跨越室內外場景,如兒童防走失、近距離營銷、機器人巡線等,室外GNSS定位技術與室內定位技術將緊密聯合,為消費者和企業提供完整的室內信息。

    此外,由于多種室內定位技術各有優劣,依靠單一技術很難在精度、兼容性、成本和可靠性上取得較好的平衡。我們認為,在室內定位技術領域,未來的趨勢是多種技術聯合使用,實現優勢互補。

    2.4.2.慣性導航、Wi-Fi、藍牙、RFID技術將最先普及

    為判斷各項技術的普及前景,我們依據“成本越低、兼容性越好、精度越高的技術越容易普及”的基本原則,并結合技術發展的實際情況,給出趨勢判斷:

    • 繼慣性導航、Wi-Fi熱點技術最先普及后,地磁、Wi-Fi指紋、藍牙信標技術將在消費領域快速普及;

    • RFID、超聲技術將在工業市場上繼續普及,高預算項目會使用高精度的超寬帶等技術;

    • 其他技術的普及可能尚需時日。

    3.室內定位技術投資:提供完整位置服務信息

    在過去,定位技術只能提供室外信息,在室內、隧道、叢林甚至建筑密集的都市區失去效力。隨著越來越多的位臵應用跨越室內和室外場景,室內外融合定位成為剛需。室內定位技術可以彌補GNSS技術在室內、密集都市區無法使用的缺憾,提供完整的位臵服務信息,為基于位臵的消費和工業應用,如近距離精準營銷、兒童防丟、智能建筑、服務機器人和工業機器人等掃除障礙??紤]到這些位臵應用已到爆發前期,投資室內定位技術正當時。

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    審核:王怡波 李茂永

    指導:萬劍華教授(微信號wjh18266613129)

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