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十大室內定位技術的工作原理及特點解讀

  • 分類:公司新聞
  • 作者:admin
  • 來源:本站
  • 發布時間:2021-03-26 11:16:23

衛星定位和基站定位兩種定位技術基本滿足了用戶在室外場景的定位需求。在室內環境下,信息受到建筑物的遮擋,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,室內位置服務帶來的巨大應用和商業潛能,促使室內定位技術發展迅速。本文將介紹十種常用室內定位技術的工作原理和特點。

1. RFID定位

射頻識別定位系統主要用于停車場、滑雪場、高爾夫球場、碼頭貨場等由用戶自己布置在特定區域進行的定位,在這些區域的關鍵出人口等特定地點安放射頻標簽讀寫器之后,系統可以實時檢測到帶有RFID裝置的物體所處的位置。

射頻識別室內定位技術作用距離很近,但它可以在幾毫秒內得到厘米級定位精度的信息,且由于電磁場非視距等優點,傳輸范圍很大,而且標識的體積比較小,造價比較低。但其不具有通信能力,抗干擾能力較差,不便于整合到其他系統之中。

射頻識別室內定位已經被倉庫、工廠、商場廣泛使用在貨物、商品流轉定位上。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。

2. Wi-Fi定位

Wi-Fi定位技術有兩種,一種是通過移動設備和三個無線網絡接入點的無線信號強度,通過差分算法進行三角定位,另一種是事先記錄巨量的確定位置點的信號強度,通過用新加入的設備的信號強度對比擁有巨量數據的數據庫,來確定位置。

Wi-Fi定位該技術具有便于擴展、可自動更新數據、成本低的優勢,因此*先實現了規?;?。但其易受到周圍環境的影響,精度較低。目前被應用于對人或車的定位導航上,以及醫療機構、主題公園、工廠、商場等各種需要定位導航的場合。

3. 超寬帶定位

超寬帶定位技術具有超高的時間和空間分辨率,保證了UWB可以準確的獲得待定位目標的時間和角度信息,時間信息可以轉化為距離信息,結合角度信息利用三角定位等幾何定位方法求得待定位目標的位置信息。超寬帶通信通過發送和接收具有納秒或納秒級以下的極窄脈沖來傳輸數據,具有GHz量級的帶寬。

超寬帶定位技術具有穿透力強、抗多徑效果好、安全性高、系統復雜度低等優點,能提供0.1~0.5m的**定位。但由于新加入的盲節點也需要主動通信使得功耗較高,而且事先也需要布局,使得成本較高。目前超寬帶室內定位可用于各個領域的室內**定位和導航,包括人和大型物品,例如汽車地庫停車導航、礦井人員定位、貴重物品倉儲等。

4. 地磁定位

地磁定位技術是利用室內不同位置的地磁場差異,來確定室內位置。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,使用該技術前,需要人工采集室內的地磁分布。

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置,?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。

5. 超聲波定位

超聲波定位主要采用反射式測距法,通過多邊定位等方法確定物體位置,系統由一個主測距器和若干接收器組成,主測距儀可放置在待測目標上,接收器固定于室內環境中。定位時,向接收器發射同頻率的信號,接收器接收后又反射傳輸給主測距器,根據回波和發射波的時間差計算出距離,從而確定位置。

超聲波室內定位精度很高,達到了厘米級,結構簡單,有一定穿透性,抗干擾能力強,但超聲波受多徑效應和非視距傳播影響很大,且超聲波頻率受多普勒效應和溫度影響,同時也需要大量基礎硬件設施,成本較高。超聲波定位技術在室內定位上主要用于對無人車間的物品定位。

6. 紅外線定位

紅外線室內定位有兩種,**種是被定位目標使用紅外線IR標識作為移動點,發射調制的紅外射線,通過安裝在室內的傳感器接收進行定位;第二種是通過多對發射器和接收器織紅外線網覆蓋待測空間,直接對運動目標進行定位。

紅外線定位技術定位精度相對較高,但它的傳輸距離不長,穿透性極差,也極易受燈光、煙霧等環境因素影響,使其布局復雜,成本提升。目前僅適用于實驗室內對簡單物體的軌跡**定位記錄以及室內自走機器人的位置定位。

7. 藍牙定位和ZigBee定位

藍牙室內技術是利用在室內安裝的若干個藍牙局域網接入點,把網絡維持成基于多用戶的基礎網絡連接模式,通過測量信號強度對新加入的盲節點進行三角定位。ZigBee技術是通過若干個待定位的盲節點和一個已知位置的參考節點與網關之間形成組網,每個微小的盲節點之間相互協調通信以實現全部定位。

藍牙定位技術設備體積小、短距離、低功耗,易集成,但穩定性稍差,容易受干擾且設備昂貴,主要應用于對人的小范圍定位,如零售業,酒店,景區等。ZigBee技術的優點是低功耗,低成本,工作效率高,但其傳輸受多徑效應的影響較大,定位精度也不穩定。

8. 計算機視覺定位

視覺定位系統可以分為兩類,一類是通過移動的傳感器采集圖像確定該傳感器的位置,另一類是固定位置的傳感器確定圖像中待測目標的位置。根據參考點選擇不同又可以分為參考三維建筑模型、圖像、預部署目標、投影目標、參考其他傳感器和無參考。

參考3D建筑模型和圖像分別是以已有建筑結構數據庫和預先標定圖像進行比對。而為了提高魯棒性,參考預部署目標使用布置好的特定圖像標志(如二維碼)作為參考點;投影目標則是在參考預部署目標的基礎上在室內環境投影參考點。參考其他傳感器則可以融合其他傳感器數據以提高精度、覆蓋范圍或魯棒性。

9. 慣性導航技術

這是一種純客戶端的技術,主要利用終端慣性傳感器采集的運動數據,如加速度傳感器、陀螺儀等測量物體的速度、方向、加速度等信息,基于航位推測法,經過各種運算得到物體的位置信息。

慣性導航定位缺點是要累積誤差,需要外界更高精度的數據源對其進行校準。所以現在慣性導航一般和Wi-Fi指紋結合在一起, 以此來對產生的誤差進行修正。該技術目前在掃地機器人上得到廣泛應用。

10. LED可見光技術

該技術通過對每個LED燈進行編碼,將ID調制在燈光上,燈會不斷發射自己的ID,通過利用手機的前置攝像頭來識別這些編碼,利用所獲取的識別信息在地圖數據庫中確定對應的位置信息,完成定位。

可見光技術具有密度高,成本低的特點,它的頻譜豐富,擁有高保密性和高速率性。目前應用于飛機、汽車和智能生活等領域。

下圖是各種室內定位技術的定位性能和使用難度的對比圖。

QQ截圖20210326111940.jpg

以上提及的是常用的室內定位技術,目前來看這方面的技術種類還有幾十種甚至上百種,而每種定位技術都有自己的優缺點和適合的應用場景,彼此之間也并沒有**的勝負之分。


十大室內定位技術的工作原理及特點解讀

衛星定位和基站定位兩種定位技術基本滿足了用戶在室外場景的定位需求。在室內環境下,信息受到建筑物的遮擋,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,室內位置服務帶來的巨大應用和商業潛能,促使室內定位技術發展迅速。本文將介紹十種常用室內定位技術的工作原理和特點。

1. RFID定位

射頻識別定位系統主要用于停車場、滑雪場、高爾夫球場、碼頭貨場等由用戶自己布置在特定區域進行的定位,在這些區域的關鍵出人口等特定地點安放射頻標簽讀寫器之后,系統可以實時檢測到帶有RFID裝置的物體所處的位置。

射頻識別室內定位技術作用距離很近,但它可以在幾毫秒內得到厘米級定位精度的信息,且由于電磁場非視距等優點,傳輸范圍很大,而且標識的體積比較小,造價比較低。但其不具有通信能力,抗干擾能力較差,不便于整合到其他系統之中。

射頻識別室內定位已經被倉庫、工廠、商場廣泛使用在貨物、商品流轉定位上。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。

2. Wi-Fi定位

Wi-Fi定位技術有兩種,一種是通過移動設備和三個無線網絡接入點的無線信號強度,通過差分算法進行三角定位,另一種是事先記錄巨量的確定位置點的信號強度,通過用新加入的設備的信號強度對比擁有巨量數據的數據庫,來確定位置。

Wi-Fi定位該技術具有便于擴展、可自動更新數據、成本低的優勢,因此*先實現了規?;?。但其易受到周圍環境的影響,精度較低。目前被應用于對人或車的定位導航上,以及醫療機構、主題公園、工廠、商場等各種需要定位導航的場合。

3. 超寬帶定位

超寬帶定位技術具有超高的時間和空間分辨率,保證了UWB可以準確的獲得待定位目標的時間和角度信息,時間信息可以轉化為距離信息,結合角度信息利用三角定位等幾何定位方法求得待定位目標的位置信息。超寬帶通信通過發送和接收具有納秒或納秒級以下的極窄脈沖來傳輸數據,具有GHz量級的帶寬。

超寬帶定位技術具有穿透力強、抗多徑效果好、安全性高、系統復雜度低等優點,能提供0.1~0.5m的**定位。但由于新加入的盲節點也需要主動通信使得功耗較高,而且事先也需要布局,使得成本較高。目前超寬帶室內定位可用于各個領域的室內**定位和導航,包括人和大型物品,例如汽車地庫停車導航、礦井人員定位、貴重物品倉儲等。

4. 地磁定位

地磁定位技術是利用室內不同位置的地磁場差異,來確定室內位置。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,使用該技術前,需要人工采集室內的地磁分布。

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置,?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。

5. 超聲波定位

超聲波定位主要采用反射式測距法,通過多邊定位等方法確定物體位置,系統由一個主測距器和若干接收器組成,主測距儀可放置在待測目標上,接收器固定于室內環境中。定位時,向接收器發射同頻率的信號,接收器接收后又反射傳輸給主測距器,根據回波和發射波的時間差計算出距離,從而確定位置。

超聲波室內定位精度很高,達到了厘米級,結構簡單,有一定穿透性,抗干擾能力強,但超聲波受多徑效應和非視距傳播影響很大,且超聲波頻率受多普勒效應和溫度影響,同時也需要大量基礎硬件設施,成本較高。超聲波定位技術在室內定位上主要用于對無人車間的物品定位。

6. 紅外線定位

紅外線室內定位有兩種,**種是被定位目標使用紅外線IR標識作為移動點,發射調制的紅外射線,通過安裝在室內的傳感器接收進行定位;第二種是通過多對發射器和接收器織紅外線網覆蓋待測空間,直接對運動目標進行定位。

紅外線定位技術定位精度相對較高,但它的傳輸距離不長,穿透性極差,也極易受燈光、煙霧等環境因素影響,使其布局復雜,成本提升。目前僅適用于實驗室內對簡單物體的軌跡**定位記錄以及室內自走機器人的位置定位。

7. 藍牙定位和ZigBee定位

藍牙室內技術是利用在室內安裝的若干個藍牙局域網接入點,把網絡維持成基于多用戶的基礎網絡連接模式,通過測量信號強度對新加入的盲節點進行三角定位。ZigBee技術是通過若干個待定位的盲節點和一個已知位置的參考節點與網關之間形成組網,每個微小的盲節點之間相互協調通信以實現全部定位。

藍牙定位技術設備體積小、短距離、低功耗,易集成,但穩定性稍差,容易受干擾且設備昂貴,主要應用于對人的小范圍定位,如零售業,酒店,景區等。ZigBee技術的優點是低功耗,低成本,工作效率高,但其傳輸受多徑效應的影響較大,定位精度也不穩定。

8. 計算機視覺定位

視覺定位系統可以分為兩類,一類是通過移動的傳感器采集圖像確定該傳感器的位置,另一類是固定位置的傳感器確定圖像中待測目標的位置。根據參考點選擇不同又可以分為參考三維建筑模型、圖像、預部署目標、投影目標、參考其他傳感器和無參考。

參考3D建筑模型和圖像分別是以已有建筑結構數據庫和預先標定圖像進行比對。而為了提高魯棒性,參考預部署目標使用布置好的特定圖像標志(如二維碼)作為參考點;投影目標則是在參考預部署目標的基礎上在室內環境投影參考點。參考其他傳感器則可以融合其他傳感器數據以提高精度、覆蓋范圍或魯棒性。

9. 慣性導航技術

這是一種純客戶端的技術,主要利用終端慣性傳感器采集的運動數據,如加速度傳感器、陀螺儀等測量物體的速度、方向、加速度等信息,基于航位推測法,經過各種運算得到物體的位置信息。

慣性導航定位缺點是要累積誤差,需要外界更高精度的數據源對其進行校準。所以現在慣性導航一般和Wi-Fi指紋結合在一起, 以此來對產生的誤差進行修正。該技術目前在掃地機器人上得到廣泛應用。

10. LED可見光技術

該技術通過對每個LED燈進行編碼,將ID調制在燈光上,燈會不斷發射自己的ID,通過利用手機的前置攝像頭來識別這些編碼,利用所獲取的識別信息在地圖數據庫中確定對應的位置信息,完成定位。

可見光技術具有密度高,成本低的特點,它的頻譜豐富,擁有高保密性和高速率性。目前應用于飛機、汽車和智能生活等領域。

下圖是各種室內定位技術的定位性能和使用難度的對比圖。

QQ截圖20210326111940.jpg

以上提及的是常用的室內定位技術,目前來看這方面的技術種類還有幾十種甚至上百種,而每種定位技術都有自己的優缺點和適合的應用場景,彼此之間也并沒有**的勝負之分。



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