（江西省基礎(chǔ)測繪院 江西南昌 330001）

1 引言

定位技術(shù)、導(dǎo)航技術(shù)發(fā)展到今天，GPS的使用已經(jīng)十分普及了。而移動導(dǎo)航技術(shù)A-GPS 也隨著智能手機的普及而越發(fā)的使用廣泛了。然而，在民用導(dǎo)航領(lǐng)域，由于GPS的廣泛使用，且鑒于GPS技術(shù)本身的限制，室內(nèi)的定位技術(shù)和導(dǎo)航技術(shù)一直發(fā)展緩慢。技術(shù)上雖然有很多的大型跨國公司及著名大學(xué)團隊在進行研究，至今還是在研究階段，并沒有從研究室進入商用的階段。本文主要介紹幾種研究比較深入、易于進行商用模式擴展的室內(nèi)定位技術(shù)。

2 室內(nèi)定位技術(shù)的原理

室內(nèi)定位技術(shù)是通過對攜帶有室內(nèi)定位設(shè)備的相關(guān)人員的位置感知，再通過一定的定位算法，進而進行計算反饋給終端，從而幫助人們在陌生、不熟悉的室內(nèi)環(huán)境下快速找到所需要的位置信息。

一個簡略的室內(nèi)定位原理圖1所示：

3 室內(nèi)定位技術(shù)的難點

室內(nèi)定位技術(shù)的模型設(shè)計相對簡單，主要模塊的設(shè)計在于定位算法的設(shè)計，這是定位技術(shù)的核心與難點。

現(xiàn)在比較通行的定位算法主要分為兩種，分別是模式匹配算法及三角（邊）測量方法。下面分別分析這兩種算法的計算機制及其引發(fā)的技術(shù)難點。

圖1 室內(nèi)定位原理圖

室內(nèi)定位采用模式匹配算法時，一般需要通過預(yù)先建立信號——位置的關(guān)系數(shù)據(jù)模式，從而把參考信號的地理位置分布圖建立起來，進而在定位執(zhí)行階段選用模式匹配方法搜索并輸出度量指標(biāo)對應(yīng)的目標(biāo)位置。通過模式匹配的方法，能夠采用數(shù)學(xué)上比較有效率的算法，譬如最近鄰居法、支持向量機法和相關(guān)統(tǒng)計學(xué)方法等。在進行室內(nèi)定位時，采用三角（邊）測量定位則需要先將度量指標(biāo)轉(zhuǎn)換為收發(fā)設(shè)備間的距離，并做三邊計算，從幾何計算角度獲取目標(biāo)點的位置信息，未知目標(biāo)的位置坐標(biāo)一般通過目標(biāo)節(jié)點與參考節(jié)點間的角度或距離關(guān)系獲得，即度量指標(biāo)，主要有基于到達方向檢測的信號到達角度、用于距離估計的接收信號強度、信號到達時間和信號到達時間差等。如圖2所示，是一個簡單的三角（邊）計算位置點的方法。

在進行室內(nèi)定位時，無論采用任何一種室內(nèi)定位算法與機制，都不可避免出現(xiàn)室內(nèi)情況復(fù)雜多變，人員活動不確定等因素，從而使得信道環(huán)境復(fù)雜，信號傳播出現(xiàn)特征不明顯、數(shù)據(jù)丟失嚴(yán)重等問題。非視距傳輸和多徑效應(yīng)等對定位系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集、修正、應(yīng)用模型和定位算法設(shè)計造成極大困難，現(xiàn)有研究工作正為解決這些問題進行大量探索和努力。

4 幾種室內(nèi)定位技術(shù)的優(yōu)劣分析

4.1 室內(nèi)GPS技術(shù)

GPS 最早是由美國軍方用于軍事目的的定位導(dǎo)航系統(tǒng)，自從GPS 開放了民用頻段后，GPS的使用日益頻繁。作為一種使用最廣泛的定位技術(shù)，GPS 運用于室內(nèi)定位的主要困難在于：GPS 接收機在室內(nèi)工作時，由于GPS 數(shù)據(jù)傳輸所采用的載波信號受建筑物的影響而大大衰減，造成定位精度十分低。而GPS定位所需要的衛(wèi)星廣播信號在室內(nèi)情況下要想達到和室外一樣的程度，甚至有時在地下建筑中直接從衛(wèi)星廣播中提取定位信息和時間信息所需要的數(shù)據(jù)都是不可能的。而輔助全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)（A-GPS）技術(shù)則在這方面進行了改進，A-GPS 通過無線電信號（譬如手機基站的信號），配合GPS 衛(wèi)星信號，可以更快、更準(zhǔn)確的定位。室內(nèi)GPS技術(shù)所采用的就是這種方案，通過其他輔助信息、信號資源，把GPS信號所不能或者難以覆蓋的區(qū)域進行有效的廣泛覆蓋，從而完成普通GPS所不能完成的室內(nèi)定位的工作。

利用GPS 進行定位的優(yōu)勢是擴大了衛(wèi)星信號的有效覆蓋范圍，同時GPS 信號的使用目前為止是免費的，從而在購置GPS 終端設(shè)備后，使用定位導(dǎo)航信號是沒有其他費用的；但是GPS的使用缺點也十分明顯：主要集中在GPS 自身的傳輸限制——不易穿透建筑物，從而造成在建筑物內(nèi)的信號衰減嚴(yán)重，同時由于GPS的壟斷因素，其硬件設(shè)備的采購成本較高。

4.2 室內(nèi)無線定位技術(shù)

室內(nèi)無線定位技術(shù)主要采用的是例如紅外線、超聲波、藍牙、射頻等技術(shù)手段作為定位模式，通過計算定位的位置點與已知的相關(guān)地物點的角度、距離等參數(shù)，推得室內(nèi)需定位點的位置信息?，F(xiàn)在室內(nèi)無線設(shè)備運用的十分普遍，從而給我們的室內(nèi)無線定位工作帶來的方便。下面主要介紹幾種室內(nèi)常見的無線設(shè)備的技術(shù)方案。

4.2.1 紅外線室內(nèi)定位技術(shù)

紅外線室內(nèi)定位技術(shù)定位的原理是，通過室內(nèi)安裝的紅外線發(fā)射裝備，計算定位點與已知點位置的距離，通過多個已知點的多次結(jié)算，進而計算出該點的位置。

紅外線室內(nèi)定位的主要優(yōu)點在于，紅外線設(shè)備發(fā)射的紅外線具有相對較高的室內(nèi)定位精度。

紅外線室內(nèi)定位的主要缺點在于，紅外線作為一種不可見光，本質(zhì)上不能穿透建筑物或墻體，因而紅外線必須在可見視距范圍內(nèi)傳輸，同時整體而言，紅外線只適合短距離傳播，稍長距離的傳輸就容易被熒光燈或者其他光線干擾，從而造成了紅外線不再準(zhǔn)確。

4.2.2 藍牙技術(shù)

所謂藍牙技術(shù)指的是使用2.4GHZ的無線電頻段工作，通過一個特定的“藍牙”技術(shù)協(xié)議進行通訊的無線電傳輸模式。

通過藍牙技術(shù)建設(shè)室內(nèi)定位系統(tǒng)的優(yōu)勢在于藍牙設(shè)備的體積較小、集成度高，特別的藍牙設(shè)備現(xiàn)在普遍集成在PDA、PC 以及手機中，因此很容易推廣普及。理論上，對于持有集成了藍牙功能移動終端設(shè)備的用戶，只要設(shè)備的藍牙功能開啟，藍牙室內(nèi)定位系統(tǒng)就能夠?qū)ζ溥M行位置判斷。采用該技術(shù)作室內(nèi)短距離定位時容易發(fā)現(xiàn)設(shè)備且信號傳輸不受視距的影響。

而采用藍牙技術(shù)進行室內(nèi)定位建設(shè)時，其劣勢在于藍牙設(shè)備的采購成本較高，同時作為一種數(shù)據(jù)傳輸方案，藍牙2.0 技術(shù)模式傳輸速率較慢，而藍牙3.0 協(xié)議雖然在廣泛推廣，但仍舊沒有普及。此外，在復(fù)雜的空間環(huán)境中，藍牙系統(tǒng)的穩(wěn)定性是一個比較容易出問題的地方，藍牙在噪聲多而雜的情況下，受噪聲信號干擾大。

4.2.3 Wi-Fi技術(shù)

無線局域網(wǎng)絡(luò)(WLAN)是一種全新的信息獲取平臺，可以在廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域內(nèi)實現(xiàn)復(fù)雜的大范圍定位、監(jiān)測和追蹤任務(wù)，而網(wǎng)絡(luò)節(jié)點自身定位是大多數(shù)應(yīng)用的基礎(chǔ)和前提。通過Wi-Fi技術(shù)進行室內(nèi)定位的方案主要是把發(fā)送Wi-Fi 信號的設(shè)備作為已知點，而計算未知點與已知點的距離參數(shù)，從而解算需定位點的左邊位置。

采用Wi-Fi技術(shù)進行室內(nèi)定位的主要優(yōu)勢在于，日益普及的Wi-Fi 熱點，以及慢慢成熟的Wi-Fi使用習(xí)慣。

而Wi-Fi技術(shù)的劣勢在于：Wi-Fi技術(shù)總是依賴于某一個對定位點相對路徑短的節(jié)點設(shè)備，而如果在室內(nèi)，總是存在錯層的問題。這時，就存在問題了。同時，Wi-Fi技術(shù)對距離遠近要求較高，在100米范圍內(nèi)如果沒有遮擋物，一般可以搜索到信號，但如果出現(xiàn)遮擋物，這個距離就要大打折扣，因而其傳輸距離也是一個顯而易見的問題所在。

5 小結(jié)

室內(nèi)定位技術(shù)的應(yīng)用十分廣泛，但在國內(nèi)的許多如商場、超市等物業(yè)管理方對此并不十分感冒，從而造成了許多研究方案并不能十分好的運用于實用，普及相關(guān)室內(nèi)定位的知識，給室內(nèi)定位技術(shù)廣闊的發(fā)展與研究空間，才能更加把室內(nèi)定位技術(shù)真正的造福于社會大眾。

[1]馬朝興.基于WLAN的無線定位信息系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[D]，西南交通大學(xué)，2010年.

[2]http://zh.wikipedia.org/wiki/AGPS.

[3]http://www.sbsm.gov.cn/article/gzcy/chlt/200801/2008010003 0732.shtml.

[4]吳雨航,吳才聰,陳秀萬.介紹幾種室內(nèi)定位技術(shù)[J]，中國測繪報，2008.