室内定位技术分析

刘逸飞 郦苏丹

摘 要 人们生活到处都离不开位置定位，对室内的精准定位也变得越来越需要，卫星定位等技术已不能精确反映室内位置。本文首先简述室内定位技术的发展，然后对室内定位技术进行分析，最后对基于无线局域网的位置指纹定位法展开了拓展研究。

关键词 位置定位;卫星定位;室内定位技术

定位是指通过一些设备或信息来获取目标位置。古代人发明了指南针和星盘等一些定位设备并通过这些设备来定位和导航，这些设备的定位精确度低且易受天气等外界条件的干扰，阻碍了定位技术的发展。直到近代，无线电技术推进了位置定位的迅速发展。

1室内定位技术的发展

20世纪70年代，美国开始研制通过卫星实现对目标定位的全球定位系统（GPS），并于1994年正式把该系统投入使用，目前全球定位系统（GPS）已经广泛地应用于军事、民用等多个领域，给人们的生活带来了便利。

伴随无线技术和移动通信技术的迅猛发展以及“普适计算”、“情境感知”等概念的相应提出，人们更加渴望在任意时间、地点对环境中所处的物体进行信息的获取与处理，感知环境变化从而享受更多的背景服务。在“情境感知”领域中，对象的位置信息是最重要的环境参数之一。对许多需要情境服务的室内公共环境，如超市、图书馆、医院等，利用卫星定位等技术来测定室內位置，其定位结果会很不精准，所以室外定位技术不能直接应用于室内定位中。因此，室内定位应运而生[1]。

2室内定位技术分析

室内定位技术主要分为以下五种：超声波室内定位技术、红外线室内定位技术、蓝牙（Bluetooth）室内定位技术、超宽带室内定位技术及无线局域网络（WLAN）室内定位技术。

2.1 基于超声波的室内定位技术

该技术测距采用的是反射测距法，其采用三角定位等算法来确定目标位置。即发射超声波，然后接收由被测物产生的回波，根据发射波及回波的时间差计算待测距离。该系统的组成包括一个主测距器与若干个应答器，其因需要大量的底层硬件设施，所以所需成本较高，在多径效应和非视距传播的情况下测距时，所测距的精度会比较低。

2.2 基于红外线的室内定位技术

该技术基本原理是放置红外标识于每个待定位的目标上，同时根据一定周期发送包含自身身份信息的红外线信号，如果待定位目标能够被读写器进行识别，就认为定位目标的位置在该阅读器的读写区域。该技术的视距传输特性要求定位目标必须与红外线阅读器成直线分布，并且其定位精度为5米左右，要其进行精准的室内定位基本无法满足。

2.3 基于蓝牙的室内定位技术

蓝牙是一种适用于较短距离、功耗低的无线信号传输技术。在室内安装一定数量的蓝牙局域网接入点，把网络设置成基于多用户的基础网络连接模式，就能获得用户的位置信息，从而实现该技术的定位。采用该技术作室内短距离定位，其优势在于设备小、易集成电脑和手机中，可用于非视距的室内环境中;其劣势在于该设备价格较昂贵，处于复杂环境下，稳定性较差。

2.4 基于超宽带的室内定位技术

超宽带技术（Ultra Wide Band，UWB）是一种采用脉冲信号来进行高速无线数据传输的短距离通信技术，具有对信道衰减不敏感、发射信号功率谱密度低、传输速率高、保密性强、定位精度高等优点。但该技术在现阶段的硬件水平还很难实现精确定位处理算法方面的需求，还有诸多技术问题有待研究解决。

2.5 基于无线局域网的室内定位技术

该定位系统是在一定的区域范围内安装若干无线基站，根据这些基站获取的待定位物体的信息（时间和信号强度），并结合基站所构成的拓扑结构，通过计算分析确定物体的实际位置。该系统可使用现有的无线局域网设备，因此仅需要增加相应的分析服务器即可[2]。

3基于无线局域网的室内定位技术应用

该技术定位方法包括以下4种：基于信号到达角度 （AOA）、

基于信号到达时间（TOA）、基于信号到达时间差 （TDOA）和基于RSS的定位方法。本文主要对基于RSS定位法中的位置指纹法展开拓展研究。

位置指纹法虽操作步骤简便，但在离线建立指纹库和在线定位阶段中计算量较大。要想提高其整体精度，不仅要在离线采集和实时采集指纹的细致度上下功夫，还要在在线定位阶段的选取静态指纹库上深入研究。基于该想法，可利用摄像器材获取待定位点的大致位置，将待测点的实时RSS值组与所处大致区域位置下的静态指纹进行比对，利用静态指纹选择法提高定位精度。

上述方法可用到实际生活中，如在医院会有患阿尔茨海默症的患者就医，其有走丢的可能性，为更好地服务于这类患者，本文结合上述提出的方法展开了相应思考，并提出了相应的寻找措施。家属在带患者看病前可先将患者的证件照片存到工作人员处，如家属找不到患者时，便可起动相关应急流程，可利用医院摄像头对区域人群的视频，用视频进行实时的动态人像比获取，后果将视频中获取的人像与底库中存储的患者照片进行碰撞比对，如比对出即可掌握患者所处的大体区域，而后再用从患者读取的RSS实时数据与相应的区域的静态指纹进行比对，从而达到快速确定老人位置的目的[3]。

4结束语

本文主要从室内定位技术的发展、分析以及基于无线局域网室内定位技术的实际应用这三部分进行了论述。本文在最后部分提出了基于位置指纹法的静态指纹选择法，其原理是通过摄像头缩小待测点的区域，再根据缩小后的区域去选择对应的静态库指纹进行比对，从而减少计算量，提高定位精度。在实例运用中，将此法与人像识别进行了结合，从而达到较好的定位效果。

参考文献

[1] 张茂龙.基于AP加权的WLAN室内定位系统研究与实现[D].大连：大连理工大学，2014.

[2] 吴璇.室内无线定位关键算法改进与实现[D].广东：广东工业大学，2017.

[3] 刘佳媚.室内导游系统中无线定位服务的研究与应用[D].江西：江西农业大学，2017.

作者简介

刘逸飞（1990-），男，河北人;毕业院校：国防科技大学计算机学院，专业：计算机科学与技术，学历：硕士，现就职单位：国防科技大学计算机学院，研究方向：网络协议、网络安全研究。

郦苏丹（1973-），男，安徽省人;研究员，博士，长期从事计算机网络领域方面研究，包括网络体系结构、网络协议与软件、网络设备研制等。