淺析室內(nèi)定位技術(shù)在科技館中的應(yīng)用

楊承天

[摘要]介紹了室內(nèi)定位技術(shù)在科技管里的使用，同時(shí)探討了Wi-Fi這一最具潛力的定位技術(shù)在科技館應(yīng)用中的一些具體問題。

[關(guān)鍵詞]室內(nèi)定位技術(shù)；科技館的應(yīng)用；Wi-Fi

室內(nèi)定位技術(shù)近年發(fā)展迅速，應(yīng)用于科技館的管理，可顯著提高服務(wù)質(zhì)量并降低管理成本，但目前仍處于探索階段。

1、室內(nèi)定位技術(shù)

即使GPS系統(tǒng)和諸多移動(dòng)定位技術(shù)在室外定位應(yīng)用服務(wù)中取得了巨大成功，但是在復(fù)雜的室內(nèi)環(huán)境中，例如機(jī)場(chǎng)大廳、展廳、倉(cāng)庫、超市、圖書館、地下停車場(chǎng)、礦井等環(huán)境中，它們的表現(xiàn)就不太令人滿意了。以GPS系統(tǒng)為例，在室內(nèi)定位時(shí)經(jīng)常由于無法接受到衛(wèi)星信號(hào)而導(dǎo)致定位失敗或者定位誤差過大，致使系統(tǒng)不能正常使用。為了彌補(bǔ)室內(nèi)定位的空白，各種各樣新穎的室內(nèi)定位技術(shù)如雨后春筍般應(yīng)運(yùn)而生，這其中包括室內(nèi)GPS定位技術(shù)、室內(nèi)無線定位技術(shù)（Wi-Fi，藍(lán)牙，RFID，光跟蹤，超聲波，紅外線，超寬帶，無線傳感器等）以及計(jì)算機(jī)視覺定位技術(shù)等。

1.1Wi-Fi熱點(diǎn)變身定位雷達(dá)

目前機(jī)場(chǎng)、火車站、圖書館、政府辦公樓以及大型購(gòu)物商城中遍布的Wi-Fi熱點(diǎn)，完全可以充當(dāng)起“小雷達(dá)”的作用，對(duì)用戶進(jìn)行室內(nèi)定位和導(dǎo)航。

據(jù)了解，目前國(guó)內(nèi)各大商城中，不論是運(yùn)營(yíng)商、商城自身還是商城內(nèi)店鋪，幾乎都布置了數(shù)量龐大的Wi-Fi熱點(diǎn)。在廣州天河城星巴克，記者看到幾乎每一個(gè)用戶點(diǎn)餐后都習(xí)慣性地登錄Wi-Fi。此外由于三大運(yùn)營(yíng)商都在天河城鋪設(shè)了大量熱點(diǎn)，因此不少用戶也在等候人的期間，登錄Wi-Fi上網(wǎng)。

2、技術(shù)應(yīng)用物管方面很重要

盡管技術(shù)趨于成熟，但對(duì)于室內(nèi)導(dǎo)航技術(shù)的應(yīng)用，“國(guó)外一般是運(yùn)營(yíng)商對(duì)采取該技術(shù)不積極，但因?yàn)槔娑芊e極；中國(guó)的情況卻恰恰相反，運(yùn)營(yíng)商和業(yè)界對(duì)于推動(dòng)技術(shù)很積極。

首先，要定位和導(dǎo)航，需要繪制室內(nèi)地圖。顯然，室內(nèi)的地圖比室外的變動(dòng)更頻繁——室外建筑物不論是外觀還是名字都不可能頻繁。此外，如果要透過Wi-Fi熱點(diǎn)進(jìn)行定位，工程人員需要了解每一個(gè)Wi-Fi熱點(diǎn)的準(zhǔn)確位置，甚至對(duì)每一個(gè)Wi-Fi信號(hào)強(qiáng)度進(jìn)行測(cè)量。

2.1實(shí)時(shí)定位演示系統(tǒng)組成

系統(tǒng)由定位標(biāo)簽、無線局域網(wǎng)接入點(diǎn)和定位服務(wù)器組成。

RTLSTag：有源RFID標(biāo)簽，防水、防震，靈活小巧的外形設(shè)計(jì)。每一個(gè)標(biāo)簽都對(duì)應(yīng)著唯一的ID號(hào)，便于軟件識(shí)別和數(shù)據(jù)傳輸；超低電池功耗，壽命可達(dá)5年以上，同時(shí)支持多種遙感技術(shù)。電子標(biāo)簽用于接收來自AP得信息并根據(jù)AP指令要求發(fā)出周期性地發(fā)出無線信號(hào)。

2.2地磁導(dǎo)航

人們利用地磁場(chǎng)導(dǎo)航已經(jīng)有四百年的歷史了，現(xiàn)在發(fā)現(xiàn)鴿子，海灘，蝙蝠和烏龜?shù)却罅縿?dòng)物都用地球磁場(chǎng)來導(dǎo)航。

近年來，地磁導(dǎo)航技術(shù)獲得了快速的發(fā)展，其綜合優(yōu)勢(shì)日益突出。利用地磁導(dǎo)航可以實(shí)現(xiàn)自主式的衛(wèi)星導(dǎo)航和控制，從而減少地面設(shè)備的工作量，緩解因國(guó)土限制造成的地面測(cè)控站布點(diǎn)的困難，降低了地面支持的費(fèi)用；利用地磁導(dǎo)航可及時(shí)確定衛(wèi)星的空間位置。地磁導(dǎo)航具有無源性，與其它有源制導(dǎo)和導(dǎo)航方式相比，地磁制導(dǎo)與導(dǎo)航在軍事領(lǐng)域有著無可比擬的優(yōu)勢(shì)。使用地磁方法，提高監(jiān)控強(qiáng)，突防能力得到大大提升。

3、WIFI-RFID實(shí)時(shí)定位演示系統(tǒng)軟件組成

1）定位服務(wù)器

定位服務(wù)器是一個(gè)基于Web的可視化軟件平臺(tái)。通過處理標(biāo)簽或無線設(shè)備發(fā)出的信號(hào)，判斷出標(biāo)簽或無線設(shè)備所處具體位置，并在電子地圖中顯示。定位服務(wù)器同時(shí)監(jiān)控標(biāo)簽的狀態(tài)，具有報(bào)警功能

2）定位服務(wù)器主要功能：

定位服務(wù)器接收到從標(biāo)簽管理器，定位監(jiān)控器發(fā)送的控制標(biāo)簽的指令內(nèi)容以后，轉(zhuǎn)為標(biāo)簽所能識(shí)別數(shù)據(jù)包，發(fā)送給標(biāo)簽，實(shí)現(xiàn)控制標(biāo)簽的功能。接收標(biāo)簽發(fā)送的數(shù)據(jù)，接收標(biāo)簽所發(fā)送的無線信號(hào)數(shù)據(jù)，以及溫度等信息。經(jīng)過分析以后，保存到系統(tǒng)中。

（1）標(biāo)簽指令控制：用于電子標(biāo)簽通訊，轉(zhuǎn)發(fā)標(biāo)簽的控制命令；

（2）標(biāo)簽定位：基于獨(dú)有的高精度定位算法，根據(jù)接收的無線信號(hào)強(qiáng)度，準(zhǔn)確計(jì)算出標(biāo)簽位置；

（3）標(biāo)簽報(bào)警：根據(jù)回傳的信息，進(jìn)行標(biāo)簽狀態(tài)分析，判斷警告的觸發(fā)，緊急狀況下，發(fā)出警報(bào)信息。

3）定位服務(wù)器主要優(yōu)點(diǎn)：

（1）用戶可通過可視化的軟件界面，實(shí)時(shí)監(jiān)控管理定位信息，如資產(chǎn)和人員的實(shí)時(shí)位置、位置移動(dòng)記錄，軌跡分析和事件管理等

（2）用戶可利用軟件在實(shí)地場(chǎng)所虛擬設(shè)定出不同的區(qū)域，如可設(shè)置“禁止進(jìn)入?yún)^(qū)”、“報(bào)警區(qū)”以及把空間劃分為若干虛擬的格子狀房間等；

（3）用戶可通過實(shí)時(shí)定位系統(tǒng)同時(shí)對(duì)目標(biāo)對(duì)象進(jìn)行定位跟蹤和位置管理；

（4）開放式體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，可以無縫集成現(xiàn)有的中間件，數(shù)據(jù)庫，ERP系統(tǒng)，工作流程及其他系統(tǒng)，還能自動(dòng)監(jiān)測(cè)和報(bào)告；

（5）通過HTTP/XML的應(yīng)用程序編程接口和SDK（軟件開發(fā)工具包），可加快利用第三方系統(tǒng)進(jìn)行開發(fā)和整合應(yīng)用軟件。

4.單向法WiFi指紋定位簡(jiǎn)單來說是，利用場(chǎng)所現(xiàn)有WiFi網(wǎng)絡(luò)的AP設(shè)備

待被定位物體（B端通常是在物體上貼上WiFi標(biāo)簽，C端則利用手機(jī)現(xiàn)有的WiFi芯片）接收到來自AP設(shè)備的WiFi場(chǎng)強(qiáng)信號(hào)后，上傳與場(chǎng)所指紋庫（信號(hào)場(chǎng)強(qiáng)圖）對(duì)比，完成物體定位。雙向法則要求待被定位物體除了接收，還需發(fā)送WiFi場(chǎng)強(qiáng)信號(hào)，這就要求WiFi標(biāo)簽是雙向WiFi標(biāo)簽，如定位手機(jī)則需手機(jī)打開WiFi。雙向法的精度要高于單向法，這能保證聚美的定位技術(shù)能定位到醫(yī)院的每一間科室病房。另外，姚蘭還稱，聚美物聯(lián)的雙向WiFi標(biāo)簽具有低功耗（可用兩年）、高穩(wěn)定性（在掃描標(biāo)準(zhǔn)無線信號(hào)源時(shí)誤差為[-1，1]db）。

AP設(shè)備和被定位設(shè)備間的信號(hào)交互在實(shí)驗(yàn)室是Perfect，但在現(xiàn)實(shí)環(huán)境下往往由于人體遮擋信號(hào)、場(chǎng)館環(huán)境、手機(jī)WiFi硬件差異，從而影響定位的穩(wěn)定性和一致性（具體可參看此文）。對(duì)此，姚蘭針對(duì)各種影響因素建模（如人遮擋模型、墻體穿透模型），從而對(duì)結(jié)果作出算法補(bǔ)償。

觸發(fā)器是快速附加參考點(diǎn)的一種方式。很多場(chǎng)所的無線網(wǎng)絡(luò)AP部署主要滿足的是上網(wǎng)需求，其數(shù)量可能不能滿足定位需求。而觸發(fā)器則是一個(gè)低成本滿足定位需求的AP，而且定位穩(wěn)定性高。它實(shí)際相當(dāng)于一個(gè)不需聯(lián)網(wǎng)的小路由器，可以不斷掃描手機(jī)場(chǎng)強(qiáng)，而手機(jī)掃描到觸發(fā)器接收到的場(chǎng)強(qiáng)數(shù)據(jù)后直接上傳用于定位分析。姚蘭認(rèn)為，觸發(fā)器解決了無線覆蓋不滿足原來3點(diǎn)定位要求，也解決了手機(jī)端不穩(wěn)定帶來的定位不穩(wěn)。當(dāng)然，觸發(fā)器的增加也意味著增加了額外的硬件成本。

5.WIFI-RFID定位系統(tǒng)與WIFI特點(diǎn)：

1）可架設(shè)在現(xiàn)有的無線局域網(wǎng)，安裝實(shí)施靈活方便迅捷；定位標(biāo)簽可以放置于任何資產(chǎn)和人員上，實(shí)現(xiàn)對(duì)資產(chǎn)和人員的實(shí)時(shí)準(zhǔn)確定位。

2）遠(yuǎn)距離識(shí)別，室內(nèi)、外定位，特殊需要可同時(shí)采用RSSI場(chǎng)強(qiáng)指示和時(shí)間差定位，精度高可控制在3米內(nèi)。

6、總結(jié)

合理利用先進(jìn)的技術(shù)，自從以GPS為代表的定位技術(shù)出現(xiàn)以來，其高效、方便、快速與準(zhǔn)確使人們的生活出現(xiàn)了巨大的變化，帶動(dòng)了一批應(yīng)用和服務(wù)的快速發(fā)展。