趙 娜

（中國移動通信集團山西有限公司，山西 太原 030006）

0 引 言

現(xiàn)今，導航與位置服務已經(jīng)成為全球發(fā)展的熱點。但是，北斗、GPS等衛(wèi)星導航系統(tǒng)均無法室內(nèi)定位。從國際形勢來看，世界通信/IT巨擎紛紛搶占室內(nèi)位置服務市場，如三星、索尼、高通聯(lián)盟，蘋果并購WiFiSLAM，Google不斷強化室內(nèi)地圖與定位，思科、MOTO、Aruba搶占商業(yè)地產(chǎn)等WiFi市場。從中國現(xiàn)狀來看，科技部連續(xù)3個五年計劃持續(xù)支持位置服務技術研究。目前，中國已擁有世界上最領先的室內(nèi)定位技術能力，形成了室外亞米級厘米級、室內(nèi)優(yōu)于3 m的無縫定位導航能力，成為世界上最大的室內(nèi)位置服務的商業(yè)市場和室內(nèi)定位先進技術擁有者。雖然如此，WiFi室內(nèi)精準定位技術還需要產(chǎn)業(yè)鏈條的配合與孵化，即需要通信網(wǎng)絡配合，打造WiFi網(wǎng)絡承載感知數(shù)據(jù)（物聯(lián)網(wǎng)）和3G、4G網(wǎng)絡承載業(yè)務數(shù)據(jù)（移動互聯(lián)網(wǎng)）融合的智能服務體系。

1 定位技術比較

現(xiàn)今主流的定位技術有射頻識別、紅外線、超聲波、藍牙、Zigbee、WiFi、計算機視覺、超寬帶等，綜合其特性進行比較的結果，如表1所示[1]。

表1 主流定位技術比較

通過以上比較綜合選擇WiFi定位技術，其特點如下：

①高精度：水平精度3 m以內(nèi)，垂直方向可區(qū)分樓層；

②快速跟蹤：實時跟蹤每秒1次；

③抗干擾：解決了人體對WiFi定位影響較大的問題；

④大用戶量：高效的緩存策略和負載均衡機制，支持海量用戶并發(fā)訪問；

⑤室內(nèi)外一體：支持室內(nèi)外無縫定位，無縫定位延遲優(yōu)于2 s；

⑥低成本：基于已有WiFi網(wǎng)絡，無需部署專用設備；

⑦跨平臺：靈活的位置服務接口，提供跨平臺的位置服務，支持Android、iOS、WP8、Windows、Linux、Windows CE等平臺。

可見，WiFi定位技術綜合優(yōu)勢明顯，且建設成本具有絕對優(yōu)勢。

2 室內(nèi)位置服務概述

現(xiàn)階段，商場室內(nèi)位置服務相關技術及應用已成為實體店零售業(yè)務提供精細服務、差異化電子商務的必要基礎服務項目。全國多家大型購物中心、商業(yè)中心已開始或計劃部署商場室內(nèi)位置服務。室內(nèi)位置服務的主要功能結構，如圖1所示。

圖1 室內(nèi)位置服務主要功能結構

室內(nèi)位置服務采用云端服務形式，部署快、易維護、成本低、可擴展性高。云端服務將為企業(yè)節(jié)省組建專業(yè)IT團隊而產(chǎn)生的巨額日常開銷。

通常，衛(wèi)星信號遮擋定位誤差大，樓宇密集區(qū)衛(wèi)星捕獲時間數(shù)秒至數(shù)十秒，難以保障室內(nèi)外無縫切換時延。室內(nèi)外邊界區(qū)易來回切換，易產(chǎn)生嚴重的乒乓效應；室內(nèi)外小區(qū)切換，將導致定位業(yè)務時延等感知受影響。因此，需構建WiFi與衛(wèi)星導航融合定位系統(tǒng)，在室內(nèi)外邊界區(qū)通過多重信號的交叉感知與認知捕獲室內(nèi)外無線特征，建立無縫定位模型[2]。

3 基于泛在位置感知的多業(yè)態(tài)大數(shù)據(jù)融合服務產(chǎn)品平臺

3.1 平臺硬件總體架構

平臺硬件總體架構包括云端與廣場端兩部分，其通過互聯(lián)網(wǎng)和專網(wǎng)互聯(lián)，拓撲如圖2所示。

圖2 平臺硬件總體架構拓撲

云端由4個主要部分和相關網(wǎng)絡系統(tǒng)組成。

（1）數(shù)據(jù)分析集群：大數(shù)據(jù)平臺，負責存儲、分析搜集上來的數(shù)據(jù)；

（2）地圖引擎集群：存儲矢量地圖，處理地圖數(shù)據(jù)。地圖測繪的源數(shù)據(jù)為客戶提供的Autocad數(shù)據(jù)與Poi詳情數(shù)據(jù)。具體流程包括地圖投影重建與坐標系轉換、坐標轉換、地圖矢量化、構建拓撲、數(shù)據(jù)關聯(lián)、建立地圖數(shù)據(jù)庫和現(xiàn)場調繪。

（3）Portal認證中心：進行Portal認證。

（4）數(shù)據(jù)上傳接收：定義數(shù)據(jù)接口，獲取各無線廠商設備上傳的數(shù)據(jù)。

廣場端建設了無線網(wǎng)絡系統(tǒng)進行無線網(wǎng)絡接入、無線定位、Portal及上網(wǎng)審計、實時定位查詢與上傳等服務。

3.2 WLAN網(wǎng)絡優(yōu)化設計與建設

無線網(wǎng)絡系統(tǒng)結構利用或新建WLAN網(wǎng)絡，采用AP+AP匯聚交換機+AC的方案實現(xiàn)網(wǎng)絡覆蓋，如圖3所示。

無線網(wǎng)絡建設中遵循以下規(guī)范。

無線覆蓋：采用2.4 GHz為主、5.8 GHz為輔的覆蓋方式，20 MHz頻寬、802.11agn方式進行全覆蓋。2.4 GHz覆蓋邊緣場強在Intel 6200agn網(wǎng)卡和inSSID軟件測試下不小于-65 dBm，信號重疊率不低于10%，不高于20%。在無其他無線干擾情況下，覆蓋區(qū)域SNR不小于-20 dB。

無線空口接入控制：無線網(wǎng)絡可以屏蔽802.11b或自定義無線空口允許的接入速率。無線網(wǎng)絡可以提供基于用戶數(shù)、用戶流量、頻點和頻段的負載均衡。

有線網(wǎng)絡：有線網(wǎng)絡采用接入/核心兩層架構。接入層采用802.3af供電方式的POE交換機，核心層必須可以提供線速3層交換能力。此外，需要詳細描述核心層3層交換機與無線控制器之間的物理連接與邏輯備份關系。

高精度無線定位系統(tǒng)建設：平臺以實現(xiàn)“建設智能廣場，創(chuàng)建大型零售業(yè)模式”為目的，推廣建設廣場WLAN網(wǎng)絡，為智能廣場各創(chuàng)新業(yè)務應用提供基礎環(huán)境，為傳統(tǒng)零售與移動互聯(lián)技術相結合提供平臺保障。

位置信息服務是整個系統(tǒng)的核心功能之一。為保證精確定位，網(wǎng)絡建設要求AP部署滿足高精度定位需求，即任意一點手機可同時被多個AP檢測。

圖3 無線網(wǎng)絡系統(tǒng)結構

4 采用多源組合精確定位

建立了多種形式的定位模型和不同定位模型的無縫切換機制，實現(xiàn)了異構信源下的“三邊+指紋+信標”的融合定位。

4.1 基于網(wǎng)格特征匹配融合時延差與場強特征參數(shù)的室內(nèi)定位技術

針對室內(nèi)環(huán)境復雜性，建立一種融合TDOA（Time Difference of Arrival，達到時間差）、RSSI（Received Signal Strength Indication，接收信號的強度指示）的室內(nèi)定位模型。采用自適應權值網(wǎng)格匹配技術，有效抑制了多徑干擾和視距誤差，定位精度達1～2 m，較其他方法至少提升了50%。此外，針對指紋數(shù)據(jù)庫冗余，提出了一種基于GDOP（Geometric Dilution of Precision，精密長的幾何削弱）的冗余定位庫無損降維建模方法，在分析定位過程中信號強度變化斜率與有效定位貢獻度的關系后，采取減少指紋庫內(nèi)部貢獻度較小的冗余信息，只保留定位貢獻度高的信息，在保證不損失定位精度的前提下減少匹配計算量，縮短匹配計算時間，減少指紋庫的信息存儲量，提高系統(tǒng)效能，每個指紋點AP個數(shù)平均減少70%[3-4]。

4.2 基于卡爾曼濾波滑動窗的粒子濾波技術

針對室內(nèi)行走模型，基于卡爾曼濾波及滑動窗口復雜運動速度估計技術，對定位信息進行修正。結果顯示，實時動態(tài)定位精度達1～2 m，較其他方法至少提升了60%。同時，針對位置服務分類精度低、速度慢等問題，提出了一種基于最小圓覆蓋的位置指紋離線聚類方法。利用指紋點之間的空間相鄰關系，將定位區(qū)域縮小至一個或多個最具相似度的類中，在提高定位速度的同時降低定位誤差，使定位速度提高了3倍以上，精度至少提升30%[5]。

5 應用

移動互聯(lián)改變生活模式，微位置服務改變消費習慣，人們能更準確、更便捷地接收、找到有效生活資訊。移動通信能更有效地把有效生活資訊傳遞到精準的目標人群。就近區(qū)域（微位置服務）提供生活全配套資訊，如最適“我”的消費指南、生活優(yōu)惠的服務等，實現(xiàn)便民、惠民，提升客戶滿意度和忠誠度，是帶動新經(jīng)濟增長的基本舉措。

WiFi室內(nèi)精準定位的位置服務在實體商業(yè)中的應用，建立導購導售一體化服務產(chǎn)品，為實體商場商戶與顧客間建立互動橋梁，把整個零售商業(yè)視為一個“大集客”，實現(xiàn)了WiFi網(wǎng)絡資源的再增值。盤活WiFi資產(chǎn)，利用OTT互聯(lián)網(wǎng)模式，打造客戶的O2O電子商務平臺。同時、醫(yī)院、展廳、寫字樓、倉庫、地下停車場等都需要使用準確的空間定位信息?？梢?，它具有廣闊的應用前景。

6 結 語

構建WiFi與衛(wèi)星導航融合定位系統(tǒng)，在室內(nèi)外邊界區(qū)通過多重信號的交叉感知與認知，捕獲室內(nèi)外無線特征，建立無縫定位模型。通過建立多種形式的定位模型和不同定位模型的無縫切換機制，實現(xiàn)了異構信源下的“三邊+指紋+信標”的融合定位，有效提高了定位精度。

參考文獻：

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