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智能定位技术分析比较

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本期导读

目前定位上应用最广泛的无疑使“全球卫星定位系统(GPS)”。但GPS在应用上有著很大的局限性。用户需要凭借手持接收器或者在汽车或游艇上安装接收器接收卫星信号,接收器从卫星获得信号后进行一些计算来确定你的位置。

2018-01-23 14:34:59 讲师:全球定位 编辑:黄益中
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1.     Wi-Fi定位与GPS定位的比较

目前定位上应用最广泛的无疑使“全球卫星定位系统(GPS)”。但GPS在应用上有著很大的局限性。用户需要凭借手持接收器或者在汽车或游艇上安装接收器接收卫星信号,接收器从卫星获得信号后进行一些计算来确定你的位置。GPS接收器知道一天某个时候卫星的位置,它至少要从3个卫星上获取信号,然后根据信号画出你的三角坐标。在空旷的场地上,接收器能够畅通无阻地收到卫星发出的信号,这时候GPS的接收效果就会很好,但如果有高山、建筑或者隧道挡在接收器和卫星之间,GPS的接收效果就会很差。因此,GPS在沙漠、空旷的乡间和海面能提供良好的导航效果,但如果是在高层建筑里面或者高楼大厦之间导航效果就会不尽人意。

全球定位1.png

这个时候,Wi-Fi就派上了用场。Wi-Fi网络会像GPS卫星一样发出信号。你电脑上的Wi-Fi设备先是搜索信号,之后通过以前就识别出来的连接或者一系列可用连接来接驳到你家里的Wi-Fi网络。这个搜索过程和GPS接收器搜索卫星信号并无区别。不过,装有Wi-Fi设备的电脑不用像GPS接收器那样仰著头、接收空中的信号,它搜索的是地面上、建筑里、咖啡馆里面的Wi-Fi信号。在城市的犄角旮旯、不论是户内还是户外,总而言之,在GPS接收效果不佳的地方,Wi-Fi可是大有用武之地。

Wi-Fi定位与GPS定位相比主要有这样一些不同与优势:

1)        GPS定位主要应用与室外,空旷的区域,比如沙漠、海洋等等;Wi-Fi定位主要应用于室内,大楼街道间。

2)        GPS设备比较昂贵,多放在交通工具上起导航作用,不便于携带,且适用人群狭窄;Wi-Fi设备比GPS设备价格上要便宜很多,且Wi-Fi设备种类形式很多,比如PSP,手机等等,体积小便于携带,所提供的服务种类多且贴近人们的生活,便于普及。

GPS是目前应用最为广泛的定位技术。当GPS接收机在室内工作时,由于信号受建筑物的影响而大大衰减,定位精度也很低,要想达到室外一样直接从卫星广播中提取导航数据和时间信息是不可能的。为了得到较高的信号灵敏度,就需要延长在每个码延迟上的停留时间,A-GPS技术为这个问题的解决提供了可能性。室内GPS技术采用大量的相关器并行地搜索可能的延迟码,同时也有助于实现快速定位。

利用GPS进行定位的优势是卫星有效覆盖范围大,且定位导航信号免费。缺点是定位信号到达地面时较弱,不能穿透建筑物,而且定位器终端的成本较高。

全球定位3.png

2.     室内定位技术的比较

在众多室内定位系统(IPS, Indoor Positioning System)的解决方案中,具有代表性的有近场通讯技术(NFC, Near Field Communication);无线射频技术(RFID, Radio Frequency Identification)Zig-Bee双向无线识别技术以及无线局域网技术(WLAN)等。

2.1.   近场通讯技术

近场通讯技术(Near Field Communication),即近距离无线通讯技术。是一种短距离的高频无线通信技术,允许电子设备之间进行非接触式点对点数据传输,在十厘米(3.9英吋)内,交换数据。 

NFC 是一种非接触式识别和互联技术,可以在移动设备、消费类电子产品PC 和智能控件工具间进行近距离无线通信。

近场通信是一种短距高频的无线电技术,在13.56MHz频率运行于20厘米距离内。其传输速度有106Kbit/秒、212Kbit/秒或者424Kbit/秒三种。目前近场通信已通过成为ISO/IEC IS 18092国际标准、EMCA-340标准与ETSI TS 102 190标准。NFC采用主动和被动两种读取模式。

用户可以使用支持该技术的手机在公交、地铁、超市进行刷卡消费。

全球定位4.jpg

2.2.   射频识别技术

射频识别技术利用射频方式进行非接触式双向通信交换数据以达到识别和定位的目的。这种技术作用距离短,一般最长为几十米。但它可以在几毫秒内得到厘米级定位精度的信息,且传输范围很大,成本较低。同时由于其非接触和非视距等优点,可望成为优选的室内定位技术。目前,射频识别研究的热点和难点在于理论传播模型的建立、用户的安全隐私和国际标准化等问题。优点是标识的体积比较小,造价比较低,但是作用距离近,不具有通信能力,而且不便于整合到其他系统之中。

全球定位5.jpg

2.3.   Zig-Bee技术

Zig-Bee是一种新兴的短距离、低速率无线网络技术,它介于射频识别和蓝牙之间,也可以用于室内定位。它有自己的无线电标准,在数千个微小的传感器之间相互协调通信以实现定位。这些传感器只需要很少的能量,以接力的方式通过无线电波将数据从一个传感器传到另一个传感器,所以它们的通信效率非常高。Zig-Bee最显著的技术特点是它的低功耗和低成本。

除了以上提及的定位技术,还有基于计算机视觉、光跟踪定位、基于图像分析、磁场以及信标定位等。此外,还有基于图像分析的定位技术、信标定位、三角定位等。目前很多技术还处于研究试验阶段,如基于磁场压力感应进行定位的技术。

全球定位6.jpg

2.4.   Wi-Fi技术

无线局域网络(WLAN)是一种全新的信息获取平台,可以在广泛的应用领域内实现复杂的大范围定位、监测和追踪任务,而网络节点自身定位是大多数应用的基础和前提。当前比较流行的Wi-Fi定位是无线局域网络系列标准之IEEE802.11的一种定位解决方案。该系统采用经验测试和信号传播模型相结合的方式,易于安装,需要很少基站,能采用相同的底层无线网络结构,系统总精度高。芬兰的Ekahau公司开发了能够利用Wi-Fi进行室内定位的软件。Wi-Fi绘图的精确度大约在1米至20米的范围内,总体而言,它比蜂窝网络三角测量定位方法更精确。但是,如果定位的测算仅仅依赖于哪个Wi-Fi的接入点最近,而不是依赖于合成的信号强度图,那么在楼层定位上很容易出错。目前,它应用于小范围的室内定位,成本较低。但无论是用于室内还是室外定位,Wi-Fi收发器都只能覆盖半径90米以内的区域,而且很容易受到其他信号的干扰,从而影响其精度,定位器的能耗也较高。

IPS解决方案.png

通过对比四种常见的IPS解决方案,不难发现,由于无线局域网易组网、易扩展、成本低以及其在国内覆盖的普遍性等一系列的优势,基于无线局域网的室内定位技术在今后必将会有更深层次的发展。同时,基于WLANIPS系统能够方便及时地接入到互联网中,从而为用户提供实时的LBS服务。


 

3.     Wi-Fi无线定位技术优势

无线定位技术性能对照表:

无线定位技术.png

通过上述比较可以看到Wi-Fi技术在快速定位,特别是第一次快速定位的实时性能,表现了很好的优越性,同时Wi-Fi技术支持室内定位,符合城市的应用环境。

基于Wi-Fi的标准解决方案的整个系统都采用基于802.11a/b/g等标准的硬件,因此能够充分利用已有的基础、网络规模经济和不断普及的最终用户设备。由于不需要增加任何硬件,因此企业可以迅速安装这种系统,从而显著降低了初始成本和长期支持成本。

除了节约硬件成本外,基于Wi-Fi的定位系统还降低了射频(RF)干扰可能性。由于整个Wi-Fi定位系统都与其他客户共享网络,因此有效地降低了另外安装单独无线网络的必要性。


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