据Market&Markets的调查数据显示,未来几年,室内定位的全球市场将以42.0%的年复合成长率增长,市场规模预计从2017年的71.1亿美元扩大到2022年的409.9亿美元,其底层技术也呈现百花齐放之势。

目前,室内定位技术主要有UWB、蓝牙5.1 AOA、WiFi定位、红外定位、惯性导航定位、超声波定位、Zigbee定位等。

UWB(超宽带技术)

UWB技术是一种传输速率高(最高可达1000Mbps以上),发射功率较低,穿透能力较强并且是基于极窄脉冲的无线技术,不需要使用传统通信体制中的载波,而是通过发送和接收具有纳秒或纳秒级以下的极窄脉冲来传输数据,从而具有3.1~10.6GHz量级的带宽。

UWB室内定位技术常采用TDOA演示测距定位算法,即通过信号到达的时间差,通过双曲线交叉来定位的超宽带系统包括产生、发射、接收、处理极窄脉冲信号的无线电系统。

近两年来,以苹果、小米为代表的手机厂商积极将UWB芯片植入手机、音响等各类智能家居,围绕手机为中心,实现手机与智能家居之间的方向、距离与相对位置感知。

蓝牙5.1 AOA

2018年1月,蓝牙国际标准组织(SIG,Bluetooth Special Interest Group)发布了蓝牙规范实现 5.1 版本。此次发布的蓝牙 5.1 不仅可以检测到特定对象的距离,还可以检测它所处的方向,可用以实现厘米级定位精度的蓝牙定位系统。相比于UWB定位技术0.1 -0.3米的精度,蓝牙AOA可实现0.3-0.5米精度,且可以实现相比于传统RSSI十倍以上的精度。

蓝牙室内定位技术最大的优点是设备体积小、易于集成在PDA、PC 以及手机中,因此很容易推广普及。理论上,对于持有集成了蓝牙功能移动终端设备的用户,只要设备的蓝牙功能开启,蓝牙室内定位系统就能够对其进行位置判断。采用该技术作室内短距离定位时容易发现设备且信号传输不受视距的影响。其不足在于蓝牙器件和设备的价格比较昂贵,而且对于复杂的空间环境,蓝牙系统的稳定性稍差,受噪声信号干扰大。

WiFi定位

WiFi定位一般采用“近邻法”判断,即最靠近哪个热点或基站,即认为处在什么位置,如附近有多个信源,则可以通过交叉定位(三角定位),提高定位精度。WiFi定位的最大优点在于无需铺设专门的设备用于定位,用户在使用智能手机时开启过Wi-Fi、移动蜂窝网络,就可能成为数据源。该技术具有便于扩展、可自动更新数据、成本低的优势,因此最先实现了规模化。

WiFi定位可以实现复杂的大范围定位,但精度只能达到2米左右,无法做到精准定位。因此适用于对人或者车的定位导航,可应用于智慧医疗、智慧工厂、智慧停车等场景,在家居场景中鲜少应用。

红外定位

红外线室内定位技术是通过红外线标识发射调制的红外射线,被安装在室内的光学传感器接收从而进行定位。虽定位精度较高,但是由于光线不能穿过障碍物,使得红外射线仅能视距传播。当标识放在口袋里或者有墙壁及其他遮挡时就无法正常工作,所以需要在每个房间、走廊安装接收天线,造价较高。该技术目前主要用于军事上对飞行器、坦克、导弹等红外辐射源的被动定位,也可用于室内自走机器人的位置定位。

此外,还有一种红外定位的方法是红外织网,即通过多对发射器和接收器织成的红外线网覆盖待测空间,直接对运动目标进行定位,其优势在于不需要定位对象携带任何终端或标签,隐蔽性强,常用于安防领域。劣势在于要实现精度较高的定位需要部署大量红外接收和发射器,成本非常高,因此只有高等级的安防才会采用此技术。

惯性导航技术

惯性导航室内定位主要利用终端惯性传感器采集的运动数据,如加速度传感器、陀螺仪等测量物体的速度、方向、加速度等信息,基于航位推测法,经过各种运算得到物体的位置信息。

随着行走时间增加,惯性导航定位的误差也在不断累积。需要外界更高精度的数据源对其进行校准。所以现在惯性导航一般和WiFi指纹结合在一起, 每过一段时间通过WiFi请求室内位置,以此来对MEMS产生的误差进行修正。目前,该定位技术在扫地机器人中得到了广泛应用。

超声波定位

超声波定位目前大多数采用反射式测距法。系统由一个主测距器和若干个电子标签组成,主测距器可放置于移动机器人本体上,各个电子标签放置于室内空间的固定位置。

Zigbee定位

ZigBee(IEEE 802.15.4)是一种短距离、低速率的无线网络技术,具有低功耗和低成本的特点,介于射频识别和蓝牙之间,主要面向无线个人区域网。

ZigBee室内定位技术是通过在传感器网络中布置参考节点、移动节点构成系统,参考节点为静态节点,它们发送位置信息和RSSI值给移动待测节点,该节点将数据写入定位模块,分析计算得到自身位置。该系统常采用分布式节点设置,可以减少网络数据工作量和通信延迟的问题,其精度在2m以内,但网络稳定性还有待提高,易受环境干扰。

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