淺析室內定位技術在科技館中的應用

楊承天

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

[關鍵詞]室內定位技術；科技館的應用；Wi-Fi

室內定位技術近年發展迅速，應用于科技館的管理，可顯著提高服務質量并降低管理成本，但目前仍處于探索階段。

1、室內定位技術

即使GPS系統和諸多移動定位技術在室外定位應用服務中取得了巨大成功，但是在復雜的室內環境中，例如機場大廳、展廳、倉庫、超市、圖書館、地下停車場、礦井等環境中，它們的表現就不太令人滿意了。以GPS系統為例，在室內定位時經常由于無法接受到衛星信號而導致定位失敗或者定位誤差過大，致使系統不能正常使用。為了彌補室內定位的空白，各種各樣新穎的室內定位技術如雨后春筍般應運而生，這其中包括室內GPS定位技術、室內無線定位技術（Wi-Fi，藍牙，RFID，光跟蹤，超聲波，紅外線，超寬帶，無線傳感器等）以及計算機視覺定位技術等。

1.1Wi-Fi熱點變身定位雷達

目前機場、火車站、圖書館、政府辦公樓以及大型購物商城中遍布的Wi-Fi熱點，完全可以充當起“小雷達”的作用，對用戶進行室內定位和導航。

據了解，目前國內各大商城中，不論是運營商、商城自身還是商城內店鋪，幾乎都布置了數量龐大的Wi-Fi熱點。在廣州天河城星巴克，記者看到幾乎每一個用戶點餐后都習慣性地登錄Wi-Fi。此外由于三大運營商都在天河城鋪設了大量熱點，因此不少用戶也在等候人的期間，登錄Wi-Fi上網。

2、技術應用物管方面很重要

盡管技術趨于成熟，但對于室內導航技術的應用，“國外一般是運營商對采取該技術不積極，但因為利益而很積極；中國的情況卻恰恰相反，運營商和業界對于推動技術很積極。

首先，要定位和導航，需要繪制室內地圖。顯然，室內的地圖比室外的變動更頻繁——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熱點進行定位，工程人員需要了解每一個Wi-Fi熱點的準確位置，甚至對每一個Wi-Fi信號強度進行測量。

2.1實時定位演示系統組成

系統由定位標簽、無線局域網接入點和定位服務器組成。

RTLSTag：有源RFID標簽，防水、防震，靈活小巧的外形設計。每一個標簽都對應著唯一的ID號，便于軟件識別和數據傳輸；超低電池功耗，壽命可達5年以上，同時支持多種遙感技術。電子標簽用于接收來自AP得信息并根據AP指令要求發出周期性地發出無線信號。

2.2地磁導航

人們利用地磁場導航已經有四百年的歷史了，現在發現鴿子，海灘，蝙蝠和烏龜等大量動物都用地球磁場來導航。

近年來，地磁導航技術獲得了快速的發展，其綜合優勢日益突出。利用地磁導航可以實現自主式的衛星導航和控制，從而減少地面設備的工作量，緩解因國土限制造成的地面測控站布點的困難，降低了地面支持的費用；利用地磁導航可及時確定衛星的空間位置。地磁導航具有無源性，與其它有源制導和導航方式相比，地磁制導與導航在軍事領域有著無可比擬的優勢。使用地磁方法，提高監控強，突防能力得到大大提升。

3、WIFI-RFID實時定位演示系統軟件組成

1）定位服務器

定位服務器是一個基于Web的可視化軟件平臺。通過處理標簽或無線設備發出的信號，判斷出標簽或無線設備所處具體位置，并在電子地圖中顯示。定位服務器同時監控標簽的狀態，具有報警功能

2）定位服務器主要功能：

定位服務器接收到從標簽管理器，定位監控器發送的控制標簽的指令內容以后，轉為標簽所能識別數據包，發送給標簽，實現控制標簽的功能。接收標簽發送的數據，接收標簽所發送的無線信號數據，以及溫度等信息。經過分析以后，保存到系統中。

（1）標簽指令控制：用于電子標簽通訊，轉發標簽的控制命令；

（2）標簽定位：基于獨有的高精度定位算法，根據接收的無線信號強度，準確計算出標簽位置；

（3）標簽報警：根據回傳的信息，進行標簽狀態分析，判斷警告的觸發，緊急狀況下，發出警報信息。

3）定位服務器主要優點：

（1）用戶可通過可視化的軟件界面，實時監控管理定位信息，如資產和人員的實時位置、位置移動記錄，軌跡分析和事件管理等

（2）用戶可利用軟件在實地場所虛擬設定出不同的區域，如可設置“禁止進入區”、“報警區”以及把空間劃分為若干虛擬的格子狀房間等；

（3）用戶可通過實時定位系統同時對目標對象進行定位跟蹤和位置管理；

（4）開放式體系結構設計，可以無縫集成現有的中間件，數據庫，ERP系統，工作流程及其他系統，還能自動監測和報告；

（5）通過HTTP/XML的應用程序編程接口和SDK（軟件開發工具包），可加快利用第三方系統進行開發和整合應用軟件。

4.單向法WiFi指紋定位簡單來說是，利用場所現有WiFi網絡的AP設備

待被定位物體（B端通常是在物體上貼上WiFi標簽，C端則利用手機現有的WiFi芯片）接收到來自AP設備的WiFi場強信號后，上傳與場所指紋庫（信號場強圖）對比，完成物體定位。雙向法則要求待被定位物體除了接收，還需發送WiFi場強信號，這就要求WiFi標簽是雙向WiFi標簽，如定位手機則需手機打開WiFi。雙向法的精度要高于單向法，這能保證聚美的定位技術能定位到醫院的每一間科室病房。另外，姚蘭還稱，聚美物聯的雙向WiFi標簽具有低功耗（可用兩年）、高穩定性（在掃描標準無線信號源時誤差為[-1，1]db）。

AP設備和被定位設備間的信號交互在實驗室是Perfect，但在現實環境下往往由于人體遮擋信號、場館環境、手機WiFi硬件差異，從而影響定位的穩定性和一致性（具體可參看此文）。對此，姚蘭針對各種影響因素建模（如人遮擋模型、墻體穿透模型），從而對結果作出算法補償。

觸發器是快速附加參考點的一種方式。很多場所的無線網絡AP部署主要滿足的是上網需求，其數量可能不能滿足定位需求。而觸發器則是一個低成本滿足定位需求的AP，而且定位穩定性高。它實際相當于一個不需聯網的小路由器，可以不斷掃描手機場強，而手機掃描到觸發器接收到的場強數據后直接上傳用于定位分析。姚蘭認為，觸發器解決了無線覆蓋不滿足原來3點定位要求，也解決了手機端不穩定帶來的定位不穩。當然，觸發器的增加也意味著增加了額外的硬件成本。

5.WIFI-RFID定位系統與WIFI特點：

1）可架設在現有的無線局域網，安裝實施靈活方便迅捷；定位標簽可以放置于任何資產和人員上，實現對資產和人員的實時準確定位。

2）遠距離識別，室內、外定位，特殊需要可同時采用RSSI場強指示和時間差定位，精度高可控制在3米內。

6、總結

合理利用先進的技術，自從以GPS為代表的定位技術出現以來，其高效、方便、快速與準確使人們的生活出現了巨大的變化，帶動了一批應用和服務的快速發展。