從定位的分類上來看,WIFI、藍(lán)牙、RFID、UWB這幾種定位手段都是主要用在室內(nèi)定位為主的場(chǎng)景上,都是需要部署定位的anchor的也就是定位基站,WIFI需要部署AP,藍(lán)牙要部署藍(lán)牙基站或者iBeacon,RFID需要部署RFID Reader。定位的距離都是相對(duì)比較近的,一般500米以內(nèi)。
從定位原理上可以分成RSSI測(cè)距、TOF測(cè)距、TDOA測(cè)距這三種。這三種的定位原理比較復(fù)雜,請(qǐng)查看無線定位原理RSSI、TOF、TDOA一文。
1、WIFI定位
WIFI定位原理
WIFI定位采用RSSI定位原理,因此精度相對(duì)比較低,WIFI網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)本來就不是為了專用與定位業(yè)務(wù),是因?yàn)閃IFI網(wǎng)絡(luò)建設(shè)需要達(dá)到WIFI的傳輸速率要求WIFI基站或者AP部署的密度非常高,因此這么高的密度就造成了WIFI的定位成為了可能。在室內(nèi)的情況下,手機(jī)往往能收到很多的WIFI的SSID信息。而手機(jī)和WIFI基站在通信的時(shí)候,手機(jī)不需要連接上Wi-Fi
因?yàn)槭謾C(jī)終端搜索的時(shí)候就相當(dāng)與把手機(jī)的定位信息上傳了,所以WIFI基站或者AP就是根據(jù)手機(jī)的指紋信息來進(jìn)行定位的。進(jìn)行定位計(jì)算的是基站或者后面的定位服務(wù)器上的定位引擎,最后獲取相對(duì)的位置坐標(biāo)。最簡(jiǎn)單的方式就是直接把WIFI基站的位置信息就當(dāng)做手機(jī)終端的位置信息。如果同時(shí)有好幾個(gè)基站能收集到收集的指紋信息,可以進(jìn)行一些根據(jù)RSSI場(chǎng)強(qiáng)的加權(quán)算法來計(jì)算相對(duì)位置,但是由于無線信號(hào)的傳播模型在空間上場(chǎng)強(qiáng)是不斷波動(dòng)變化的,因?yàn)閃IFI定位精度主要取決于WIFI基站或者AP的密度,定位算法上能夠優(yōu)化的余地非常的小。
WIFI定位缺陷
WIFI定位的主要缺陷就是精度很低,沒有方位性。一般精度在5米左右,就是手機(jī)到AP的平均距離。缺乏方向性,是因?yàn)閃IFI一般都是全向天線,所以很難判斷一個(gè)用戶如果靠著墻是在這個(gè)房間還是另外一個(gè)房間。所以WIFI定位無法用在有精確實(shí)時(shí)定位需求的環(huán)境中。
其次,WIFI定位對(duì)位置地圖的工作量比較大,WIFI定位是獲取相對(duì)坐標(biāo),就是手機(jī)相對(duì)與WIFI基站或AP的坐標(biāo),WIFI基站或者AP變動(dòng)后都需要對(duì)地圖進(jìn)行修正。
再次,WIFI定位的缺陷是WIFI基站或AP的質(zhì)量不穩(wěn)定,導(dǎo)致定位的質(zhì)量無法得到有效的保證。
WIFI定位優(yōu)勢(shì)
WIFI定位的優(yōu)勢(shì)主要是WIFI的部署太廣泛了,目前作為最重要的無線傳輸手段,WIFI在各種室內(nèi)場(chǎng)合都有著最大的部署量,因此WIFI無處不在,對(duì)精度要求不高的場(chǎng)合,WIFI的數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)建設(shè)完畢后就可以通過假設(shè)定位引擎服務(wù)來開通WIFI定位功能。
WIFI定位的第二個(gè)優(yōu)勢(shì)是成本低廉,WIFI的芯片模組已經(jīng)在10元左右,WIFI基站和AP的價(jià)格都是百元以內(nèi),而且可以數(shù)據(jù)傳輸和定位的功能,所以能夠滿足低成本大規(guī)模擴(kuò)展的需要。
WIFI定位的第三個(gè)優(yōu)勢(shì)是可以利用手機(jī)終端,省略了終端部署的成本。
因此,WIFI定位是幾種室內(nèi)定位方案中成本最為低廉的。
WIFI定位應(yīng)用場(chǎng)景
主要面向低精度場(chǎng)景,比如景區(qū)的定位、大型shopping mall定位、商場(chǎng)定位、娛樂場(chǎng)所定位、公司的員工WIFI考勤、WIFI簽到、會(huì)展定位。部分經(jīng)過改造后也用于煤炭礦用定位等??傮w而已是用于定位需求不強(qiáng),定位功能是輔助,而投入少的領(lǐng)域。
2、藍(lán)牙定位
定位原理:
藍(lán)牙 iBeacon 定位的方式主要有兩種:基于 RSSI(接收信號(hào)強(qiáng)度指示)和基于定位指紋,或者兩者結(jié)合?;诰嚯x最大的問題在于,室內(nèi)環(huán)境復(fù)雜,而藍(lán)牙作為2.4GHZ高頻信號(hào),會(huì)受到很大的干擾。加上室內(nèi)的各種反射折射,手機(jī)所獲取的 RSSI 值并沒有太大的參考價(jià)值;而與此同時(shí),為了提高定位精度,就不得不對(duì) RSSI 值進(jìn)行多次獲取來平滑結(jié)果,這就意味著時(shí)延的增加。而基于定位指紋的最大問題在于,前期獲取指紋數(shù)據(jù)的人力成本和時(shí)間成本非常高,數(shù)據(jù)庫維護(hù)困難。而且如果商場(chǎng)增添了新的基站,或者進(jìn)行了其他改造,原始的指紋數(shù)據(jù)可能就不再適用。所以,如何在定位精度、延時(shí)和成本之間進(jìn)行權(quán)衡和取舍,就成了藍(lán)牙定位的核心的問題。目前,市場(chǎng)上主流的藍(lán)牙定位精度是70%的地段在2米以內(nèi),部分公司可以做到90%的地段在2米以內(nèi)。目前市場(chǎng)上主流的藍(lán)牙定位技術(shù)都是基于三角定位算法,通過手機(jī)獲取周圍藍(lán)牙基站的信號(hào)強(qiáng)度,再通過其他的一些輔助方法比如加權(quán)平均算法,時(shí)間加權(quán)算法,慣性導(dǎo)航算法,卡爾曼濾波算法,高斯濾波算法等來計(jì)算出當(dāng)前位置,如圖所示:
藍(lán)牙定位缺陷:
和WIFI定位相比,藍(lán)牙定位需要部署藍(lán)牙的信標(biāo),因此需要建設(shè)藍(lán)牙的網(wǎng)絡(luò),相比之下網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的成本,網(wǎng)絡(luò)維護(hù)的成本要增加不少。
在定位精度上,藍(lán)牙定位的算法和WIFI相比沒有什么優(yōu)勢(shì),所以精度和藍(lán)牙信標(biāo)的密度相關(guān),精度1-5米左右。
藍(lán)牙定位優(yōu)勢(shì):
藍(lán)牙的iBecon是蘋果主導(dǎo)的,因此相比WIFI定位顯得高大上了不少,藍(lán)牙定位的顯著優(yōu)勢(shì)是功耗相對(duì)較低,藍(lán)牙的功耗要低于WIFI,如果部署一張專用的定位的網(wǎng)絡(luò)對(duì)系統(tǒng)的可靠性而言要比兼顧數(shù)據(jù)傳輸和定位的WIFI網(wǎng)絡(luò)要健壯,穩(wěn)定性要好。
藍(lán)牙定位也可以利用手機(jī)和其他設(shè)備的藍(lán)牙功能,省去了部分終端的部署,但是由于用戶的手機(jī)藍(lán)牙功能一般是關(guān)閉狀態(tài),所以這樣的優(yōu)勢(shì)有限。
藍(lán)牙定位應(yīng)用場(chǎng)景
從很大程度上是和WIFI定位高度重疊,藍(lán)牙的終端以藍(lán)牙手環(huán)比較多,主要是用在商場(chǎng)定位、醫(yī)院定位、物品防丟、shopping mall定位、娛樂場(chǎng)所定位、微信搖一搖等地方,都屬于非剛性需求。
3、RFID定位
RFID定位原理
RFID分有源RFID和無源RFID兩種,所以定位的方式也有很多種但是算法也都是RSSI能量算法:
通過調(diào)節(jié)發(fā)射能量來調(diào)節(jié)讀寫距離的RFID reader,這樣如果RFID標(biāo)簽離reader越遠(yuǎn)能量就越小,反之就越近,設(shè)置閾值就可以進(jìn)行定位了
根據(jù)有源RFID標(biāo)簽發(fā)送到信號(hào)到reader讀取到標(biāo)簽信息的延時(shí)來輔助判斷標(biāo)簽的位置信息,延遲越長(zhǎng)則越遠(yuǎn),反之越近。比較新的技術(shù)是也用了TDOA的算法,一般是用在UHF頻段的RFID了,但是應(yīng)用很少,成本很高。
RFID定位結(jié)構(gòu)
RFID定位優(yōu)勢(shì)
RFID定位的優(yōu)勢(shì)是成本很低,RFID的標(biāo)簽的成本是分為單位的,所以可以大規(guī)模的部署。
RFID提供有源和無源兩種方案,無源方案沒有供電的問題,有源的方案也可以做到功耗極低,可以用紐扣電池持續(xù)數(shù)年的待機(jī)量。
RFID基站設(shè)備相對(duì)豐富,大功率設(shè)備和小功率的讀卡器產(chǎn)品比較多,適合各種場(chǎng)合的組網(wǎng)。
RFID的缺點(diǎn)
需要達(dá)到同樣的精度要求,相比UWB定位而言,RFID基站或者reader部署相對(duì)復(fù)雜,數(shù)量較多。
RFID定位應(yīng)用場(chǎng)景
RFID設(shè)備相對(duì)穩(wěn)定,因此在定位領(lǐng)域是應(yīng)用很廣,因?yàn)镽FID定位終端、RFID標(biāo)簽的價(jià)格極低,所以可以大規(guī)模的使用,在物流分揀、監(jiān)獄定位、電瓶車定位、汽車電子車牌定位等有著成熟的應(yīng)用和良好的使用前景。
4、UWB定位
UWB定位原理
采用TDOA算法進(jìn)行定位,UWB定位需要3個(gè)基站的支持,否則精度就要受影響。具體原理分析可以參閱UWB技術(shù)原理。
UWB優(yōu)勢(shì)
同時(shí)具有實(shí)時(shí)定位和精確定位的雙重有點(diǎn),定位的延遲時(shí)間遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于藍(lán)牙定位、WIFI定位等其他的室內(nèi)定位技術(shù)。精度可以達(dá)到10cm左右,是室內(nèi)高精度定位的首選。
建設(shè)專用的定位網(wǎng)絡(luò),因此網(wǎng)絡(luò)有著很好的可靠性和健壯性。
定位缺陷
UWB的缺點(diǎn)是需要有晚上的定位網(wǎng)絡(luò),而且在任何一個(gè)定位點(diǎn)上都需要有3個(gè)定位基站的支持,UWB定位算法是基于三點(diǎn)定位的,如果基站的數(shù)量降低會(huì)大大的影響定位的精度。
其次,UWB的缺點(diǎn)是不能有遮擋無線電發(fā)射的障礙物,小的障礙物是不會(huì)有影響的,因?yàn)闊o線電會(huì)衍射,但是如果完全的遮擋是會(huì)導(dǎo)致定位基站的介紹,從而使得定位精度大幅度的下降。
再次,UWB定位的基礎(chǔ)是基站需要同步,因此部分方案甚至有同步控制器,基站間不同步會(huì)影響通過到達(dá)的時(shí)間來計(jì)算距離,因?yàn)楣馑賯鞑ナ欠浅?斓?,所以即使輕微的網(wǎng)絡(luò)不同步也會(huì)導(dǎo)致定位精度出現(xiàn)比較大的偏差。
UWB定位應(yīng)用場(chǎng)景
主要是面向一些特種行業(yè),對(duì)流程的實(shí)時(shí)性或者對(duì)精確定位有著比較高要求的行業(yè),比如監(jiān)獄定位、工廠定位、足球訓(xùn)練定位、物流叉車定位等等。