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室內定位技術大集合,“誰”能輕松掌握室內空間?

發布時間:2021-04-01

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室內定位的場景如今越來越龐大和復雜,在大型商超,綜合性醫院,機場,停車場等場所對于定位和導航的需求也越來越多,展館/展廳希望借助室內定位技術為前來觀展的人員提供實時導引服務;醫院希望對醫療設備進行實時定位,希望對特殊病患進行定位監護,防止其發生意外;高危化工廠需要對人員進行定位管理,防止發生安全事故等。

室內定位的場景如今越來越龐大和復雜,在大型商超,綜合性醫院,機場,停車場等場所對于定位和導航的需求也越來越多。

展館/展廳希望借助室內定位技術為前來觀展的人員提供實時導引服務;醫院希望對醫療設備進行實時定位,希望對特殊病患進行定位監護,防止其發生意外;高危化工廠需要對人員進行定位管理,防止發生安全事故等。

可以說,室內定位在零售、餐飲、物流、制造、化工、電力、醫療等行業均展現出了廣闊的市場前景。

無線定位技術和方案很多,常用的定位技術包括紅外線、超聲波、射頻信號等,但都不適合室內定位。紅外線只適合短距離傳播,而且容易被熒光燈或者房間內的燈光干擾,在精確定位上有局限性;超聲波受多徑效應和非視距傳播影響很大,不能用于室內環境;而射頻信號普遍用在室外定位系統中,應用于室內定位存在局限。

各種室內定位技術各有優劣,在不同應用場景、不同預算要求下,也可將不同的原理組合使用。主流技術有以下幾種:

WiFi定位技術

      目前WiFi是相對成熟且應用較多的技術,這幾年有不少公司投入到了這個領域。WiFi室內定位技術主要有兩種。

       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,來比較精準地對人和車輛的進行三角定位。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(“指紋”定位)。

      目前,它應用于小范圍的室內定位,成本較低,但Wi-Fi收發器只能覆蓋半徑90m以內的地理區域,很容易受到其他信號干擾,從而影響定位精度,精度不高,而且定位器的能耗較高。

藍牙技術

      藍牙信標技術目前部署的也比較多,也是相對比較成熟的技術。藍牙跟WiFi的區別不是太大,精度會比WiFi稍微高一點。

      藍牙定位技術的代表是Nokia,推出了HAIP的室內精確定位解決方案,采用基于藍牙的三角定位技術,除了使用手機的藍牙模塊外,還需部署藍牙基站,最高可以達到亞米級定位精度。

      藍牙定位技術最大的優點是設備體積小、短距離、低功耗,容易集成在手機等移動設備中。只要設備的藍牙功能開啟,就能夠對其進行定位。藍牙傳輸不受視距的影響,但對于復雜的空間環境,藍牙系統的穩定性稍差,受噪聲信號干擾大且在于藍牙器件和設備的價格比較昂貴。

RFID室內定位技術

     RFID室內定位的基本原理是,通過一組固定的閱讀器讀取目標RFID標簽的特征信息(如身份ID、接收信號強度等),同樣可以采用近鄰法、多邊定位法、接收信號強度等方法確定標簽所在位置。

      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,且用戶的安全隱私保障和國際標準化都不夠完善。

     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。

超聲波室內定位技術

     超聲波室內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。

      超聲波定位整體定位精度較高,結構簡單,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。

超寬帶UWB室內定位技術

      超寬帶(UWB定位)室內定位技術利用事先布置好的已知位置的錨節點和橋節點,與新加入的盲節點進行通訊,并利用三角定位或者“指紋”定位方式來確定位置。

      超寬帶室內定位的定位方案采用UWB定位(超寬帶)脈沖信號,由多個傳感器采用TDOA和AOA定位算法對標簽位置進行分析,多徑分辨能力強、精度高,定位精度可達亞米級。

      超寬帶通信不需要使用傳統通信體制中的載波,而是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,因此具有GHz量級的帶寬。由于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、能提供精確定位精度等優點,前景相當廣闊。

       之前的技術研究中,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,使得成本還無法降低。

      但是在EHIGH恒高的產品設計之中,定位基站使用電池供電,滿足續航時間大于1年。且基站通過無線與通信基站傳輸數據,不需要鋪設線纜,既節省了安裝的硬件成本,又節省安裝的時間成本。不僅如此,日常運行成本,受臺風、暴雨等影響時的恢復成本都會加到產品售出時的價格之上。對此,EHIGH恒高形成了一套自組網、自維護的產品設計,有效的將維護費用降低,優化投入成本。

從技術上看,無論是從定位精度、安全性、抗干擾、功耗等角度來分析,UWB室內定位無疑是最理想的工業定位技術之一。 

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