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物聯(lián)網定位技術正從逐步從航海、航天、航空、測繪、軍事、自然災害預防等滲透到社會生活的方方面面，比如人員搜尋、位置查找、交通管理、車輛導航與路線規(guī)劃

隨著社會的進步和科技的發(fā)展，定位技術在技術手段、定位精度、可用性等方面均取得質的飛越，并且逐步從航海、航天、航空、測繪、軍事、自然災害預防等“高大上”的領域逐步滲透社會生活的方方面面，成為人們日常中不可或缺的重要應用——比如人員搜尋、位置查找、交通管理、車輛導航與路線規(guī)劃等等……

總體來說，定位可以按照使用場景的不同劃分為室內定位和室外定位兩大類，因為場景不同，需求也就不同，所以分別采用的定位技術也不盡相同。

成熟的室外定位技術

目前應用于室外定位的主流技術主要有衛(wèi)星定位和基站定位兩種。

1.衛(wèi)星定位

衛(wèi)星定位即是通過接收衛(wèi)星提供的經緯度坐標信號來進行定位，衛(wèi)星定位系統(tǒng)主要有：美國全球定位系(GPS)、俄羅斯格洛納斯(GLONASS)、歐洲伽利略(GALILEO)系統(tǒng)、中國北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)，其中GPS系統(tǒng)是現(xiàn)階段應用最為廣泛、技術最為成熟的衛(wèi)星定位技術。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個軌道面上(每個軌道面4顆)，衛(wèi)星的分布使得在全球任何地方、任何時間都可觀測到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)測站、主控站、備用主控站、信息注入站構成，主要負責GPS衛(wèi)星陣的管理控制;

用戶設備部分主要是GPS接收機，主要功能是接收GPS衛(wèi)星發(fā)射的信號，獲得定位信息和觀測量，經數(shù)據(jù)處理實現(xiàn)定位。

GPS的定位原理說白了就是通過四顆已知位置的衛(wèi)星來確定GPS接收器的位置。

要達到這一目的，衛(wèi)星的位置可以根據(jù)星載時鐘所記錄的時間在衛(wèi)星星歷中查出。而用戶到衛(wèi)星的距離則通過紀錄衛(wèi)星信號傳播到用戶所經歷的時間，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)星之間的真實距離，而是偽距)。

      當GPS衛(wèi)星正常工作時，會不斷地用1和0二進制碼元組成的偽隨機碼(簡稱偽碼)發(fā)射導航電文。導航電文包括衛(wèi)星星歷、工作狀況、時鐘改正、電離層時延修正、大氣折射修正等信息。然而，由于用戶接受機使用的時鐘與衛(wèi)星星載時鐘不可能總是同步，所以除了用戶的三維坐標x、y、z外,還要引進一個變量t即衛(wèi)星與接收機之間的時間差作為未知數(shù)，然后用4個方程將這4個未知數(shù)解出來。所以如果想知道接收機所處的位置，至少要能接收到4個衛(wèi)星的信號。

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

基站定位一般應用于手機用戶，手機基站定位服務又叫做移動位置服務(LBS，LocationBasedService)，它是通過電信移動運營商的網絡(如GSM網)獲取移動終端用戶的位置信息。

手機等移動設備在插入sim卡開機以后，會主動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的區(qū)域，手機能搜索到的基站不止一個，只不過遠近程度不同，再進行通信時會選取距離最近、信號最強的基站作為通信基站。其余的基站并不是沒有用處了，當你的位置發(fā)生移動時，不同基站的信號強度會發(fā)生變化，如果基站A的信號不如基站B了，手機為了防止突然間中斷鏈接，會先和基站B進行通信，協(xié)調好通信方式之后就會從A切換到B。這也就是為什么同樣是待機一天，你在火車上比在家里耗電要多的原因，手機需要不停的搜索、連接基站。

基站定位的原理也很簡單：我們知道，距離基站越遠，信號越差，根據(jù)手機收到的信號強度可以大致估計距離基站的遠近，當手機同時搜索到至少三個基站的信號時(現(xiàn)在的網絡覆蓋這是很輕松的一件事情)，大致可以估計出距離基站的遠近;基站在移動網絡中是唯一確定的，其地理位置也是唯一的，也就可以得到三個基站(三個點)距離手機的距離，根據(jù)三點定位原理，只需要以基站為圓心，距離為半徑多次畫圓即可，這些圓的交點就是手機的位置。

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

定位技術從室外走向室內

GPS和基站定位技術基本滿足了用戶在室外場景中對位置服務的需求。然而，人的一生當中有80%的時間是在室內度過的，個人用戶、服務機器人、新型物聯(lián)網設備等大量的定位需求也發(fā)生在室內;而室內場景受到建筑物的遮擋，GNSS信號快速衰減，甚至完全拒止，無法滿足室內場景中導航定位的需要。

近年來，位置服務的相關技術和產業(yè)正從室外向室內發(fā)展，以提供無所不在的基于位置的服務，其主要推動力是室內位置服務所能帶來的巨大的應用和商業(yè)潛能。許多公司包括OS提供商、服務提供商，設備和芯片提供商都在競爭這個市場。

1.室內定位應用

室內定位即通過技術手段獲知人們在室內所處的實時位置或者行動軌跡?；谶@些信息能夠實現(xiàn)多種應用。大型商場中的商戶能夠通過室內定位技術獲知哪些地方人流量最大，客人們通常會選擇哪些行動路線等，從而更科學地布置柜臺或者選擇舉辦促銷活動的地點。

客人也可以利用室內定位技術更方便地找到所需購買物品的擺放區(qū)域，并獲得前往該處的最佳路線。家長不用再擔心孩子在商場中走失，通過室內定位技術可以實時定位孩子的位置。公司的管理者則可以運用室內定位技術實時獲知室內的人員狀況，從而更好地優(yōu)化空調的使用等，達到節(jié)能減排的目的，還能夠有效提高安全保衛(wèi)的水平。

通過部署室內定位技術，電信運營商能夠更好地找到室內覆蓋的“盲點”和“熱點”區(qū)域，更好地在室內為用戶提供通信服務。

2.室內定位面臨的挑戰(zhàn)

和室外定位相比，室內定位面臨很多獨特的挑戰(zhàn)，比如說室內的環(huán)境動態(tài)性很強，可以說是多種多樣，不同的大廈會有不同的室內布局;室內的環(huán)境更加精細，由此也需要更高的精度來分辨不同的特征。

那么實用的室內定位解決方案都需要滿足那些要求呢?主要包括以下幾個方面：精度、覆蓋范圍、可靠性、成本、功耗、可擴展性和響應時間。

       精度：對精度的要求不同的應用差別很大，比如在超市或倉庫找一個特定的商品可能需要1米甚至更低的精度，如果在購物中心尋找一個特定的品牌或餐館，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技術和解決方案可以在多大的范圍內提供滿足精度的覆蓋。有些技術需要相應或專用的基礎設施支撐并結合相應的定位終端使用，這樣它的覆蓋就只是布局了相應技術的環(huán)境范圍。

可靠性：前面提到室內環(huán)境動態(tài)性很強，會經常發(fā)生改變，比如商場的設置和隔斷會經常發(fā)生變化。另一方面，定位所依賴的基礎設施也會經常發(fā)生變化。舉個例子，一些大型的會議，參展商會架設自己的WiFi熱點，這些設施會動態(tài)變化位置，甚至有時開有時關，如果定位技術是基于WiFi的，可靠的系統(tǒng)應該不會受到這些因素的影響。

成本和復雜度：成本和復雜度指標涵蓋兩個方面。一個是定位終端的成本，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的成本及其復雜度，包括布局與維護定位所需要的設施和采集相關的數(shù)據(jù)庫。

功耗：定位所產生的功耗是一個很重要的指標尤其對使用電池的移動設備，如果功耗大很快使設備沒電了，就限制了用戶的使用。有調查表明，電池消耗過快是很多用戶不開啟定位功能的一個主要因素。所以，如果要實現(xiàn)隨時隨地的位置感知，必須降低定位所增加的設備額外功耗。

可擴展性：可擴展性指一個解覺方案擴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)境和應用的能力。

響應時間：系統(tǒng)給出一個位置更新所需的時間是響應時間，不同的應用需求不同，比如移動用戶和導航應用需要快的位置更新。

文章編輯：CobiNet(寧波)  
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