视频 - 室内定位技术

编者按：本文作者是智慧图 CTO 徐连明。智慧图是国内一家专注提供基于 WiFi 指纹识别的室内定位导航解决方案的创业公司。该公司在本月推出了国内第一个室内定位 C 端产品寻鹿，目前已覆盖覆盖了 46 个场馆，包括 22 个航站楼、11 个商场和 13 个演示区。徐连明表示，智慧图对于自己 Wi-Fi 布网的环境可以做到 1.5 米的定位精度，利用商场现有的 Wi-Fi 环境，智慧图可以做到 3~5 米的定位精度，机场可以做到 3~8 米的定位精度。

提起定位导航，大家首先想到的是 GPS，中国也推出了自己的卫星定位系统北斗卫星定位系统。但是，卫星定位只能用在室外环境，一到室内，由于导航信号衰减太快，卫星定位就无法使用。

十多年以来，为了解决室外定位导航“最后一公里”的问题，科技巨头和研究机构在室内定位技术方面开展了大量的研究，如基于移动通信网络的辅助 GPS（A-GPS）、伪卫星（Pseudolite）、无线局域网（WLAN）、射频标签（RFID）、ZigBee、蓝牙（Bluetooth，BT）、超宽带无线电（UltraWideBand，UWB）、地磁其他卫星或地面数字通信及广播信号、红外定位、光跟踪定位、计算机视觉定位、超声波定位等。这些技术有些是以导航定位为专门或主要用途，例如伪卫星；有些则主要用于通信，但同时也能提供定位服务，例如无线局域网。

室内定位技术发展有两个方向：广域室内定位技术和局域室内定位技术。广域室内定位技术的代表是北邮的 TC-OFDM、澳大利亚的 Locata 和美国高通公司的方案，这些都是承载到广域网上实现广域覆盖的；局域室内定位技术的代表是 Wi-Fi、蓝牙、ZIGBEE、RFID 等定位方案，这些都是承载到局域网中实现局部区域的覆盖。广域室内定位技术通常需要改造基站及手机芯片等设备模块，成本巨大、时间周期较长。局域室内定位技术成本较低、周期短，是目前商业化推广运作较好的选择方案。所以下文我们主要谈谈关于局域室内定位的几种技术：

蓝牙室内定位技术的代表是 Nokia，推出了 HAIP 的室内精确定位解决方案，采用基于蓝牙的三角定位技术，除了使用手机的蓝牙模块外，还需部署蓝牙基站，最高可以达到亚米级定位精度。但由于蓝牙基站的不普及，室内精确定位成本较高，在目前公开报道中，尚没有大规模推广的报道。

超宽带定位的代表是 Ubisense，其定位方案采用 UWB（超宽带）脉冲信号，由多个传感器采用 TDOA 和 AOA 定位算法对标签位置进行分析，多径分辨能力强、精度高，定位精度可达亚米级。但 UWB 难以实现大范围室内覆盖，且手机不支持 UWB，定位成本非常高。

超声波定位应用案例的代表是 Shopkic，在店铺安装超声波信号盒，能够被手机麦克风检测到，从而实现定位，主要用于店铺的签到。

手机自主惯性传感器定位导航的代表是 Broadcom 和 Intel，他们推出利用手机的惯性传感器数据进行定位计算的硬件解决方案，但由于手机初始姿态的不确定性和手机惯性传感器精度问题，室内定位效果不佳。现在越来越多的人用自主惯性传感器定位导航进行辅助导航，特别是 IOS 手机不开放 RSSI 等接口的情况下。

LED定位的代表是 Bytelight， LED 定位系统通过往天花板上的 LED 灯具实现，灯具发出像莫斯电报密码一样的闪烁信号，再由用户智能手机照相机接收并进行检测，而且用户不需要将手机相机对准某一个特定方向，亦可以接收到反馈过来的直接光源信号，定位精度可以在 1 米之内。LED 定位需要改造 LED 灯具，增加芯片，增加成本，尽管如此，LED 定位是一种很有潜力的室内定位技术。

Wi-Fi定位由于 Wi-Fi 网络的普及，变得非常流行。Wi-Fi 定位可以达到米级定位（1~10 米），传统的 Wi-Fi 定位产品主要应用在专业行业领域（矿井、监狱、医院、石油石化等），如 Aeroscout 和 Ekahau 公司的 Wi-Fi 定位产品。一些 Wi-Fi 网络设备厂商如 Cisco、Motorola 等公司也有自己的 Wi-Fi 定位产品，并随着其 Wi-Fi 网络设备的推广，已经有很多应用。随着市场（特别是大众消费相关行业）对室内定位需求的增加，google 把 Wi-Fi 室内定位和室内地图引入了 google 地图，一年多来已经覆盖了北美和欧洲一万大家大型场馆，近期也涌现出一批 Wi-Fi 定位很有特色的公司，如Wifislam、Meridian、智慧图、wifarer、wifront 等公司。百度、高德、四维等公司也在研发 Wi-Fi 室内定位产品。

许多公司也推出了基于RFID的定位，采用刷卡方式，根据阅读器位置对刷卡人员或设备进行区间定位。主要应用在仓库、煤矿、货物跟踪、安检、ETC、办公考勤等，无法进行实时定位，定位精确度低。

还有许多公司推出了ZIGBEE的定位产品，主要用于工业的传感领域和智能家居方面。

还有许多机构推出了地磁和计算机视觉定位的产品，目前这两类产品大多用于军事及科学探测，如军事上的水下导航常用地磁导航，火星车的导航用到了计算机视觉导航。

面对这么多技术解决方案可能大家有点眼花缭乱，这里简单成一句话：很多信号都有可能被用于室内定位，蓝牙、超宽带脉冲、超声波、等等。不过大家也可能注意到了，Wifi 因为上网的需要变得非常普及，除了 Wifi 信号，其余都必须铺设单独铺设信号发生器，甚至有些技术还要求从新在前端上也铺设信号接收设备，这给商用大面积推广带来了巨大的阻力。

当然，大家可能会说，WiFi 定位技术的定位精度仅到米级，相比于蓝牙、超宽带、激光等技术的亚米级、甚至分米级的定位方案要逊色很多。另外，不少同行可能会赞同这样一个观点：室内定位的商业价值跟精度成正比、甚至是指数关系——精度越高，商业价值越大。我并不认可这个观点。

定位精度的提高会带来成本的提高，甚至也是指数关系。现在的室内定位需求大部分为客流统计分析（常用在商场）、实时导航（停车场找车）、基于地理围栏的广告推送，安全监控（火车站甚至矿井）等。目前米级的室内定位精度已经能够满足绝大部分市场的需求了，因为在室内，米级的定位精度意味着抬头就能看见。1 千平米的区域利用超宽带定位到达分米级定位，需要几十万元，而同样的费用利用 Wi-Fi 可以覆盖一个十万平米的商场，在这个商场中不仅可以做到米级的定位，还可以满足上网需求（在商场中用户的需求中，上网的需求远远大于室内定位导航的需求）。Wi-Fi 定位并不是不能做亚米级乃至分米级的定位，英国的研究机构就用 Wi-Fi 技术来探测墙后恐怖分子的肢体活动，当然这个成本目前也不是大众消费市场所能负担的。（注：定位精度在 0.1 米~0.5 米 ，通常称为分米级定位；定位精度在 0.5 米~1 米，称为亚米级定位；定位精度在 1 米~10 米则称米级定位。 ）

下面这张图可能会更清晰一些：

从图上看，能够满足米级定位精度的定位技术，从规模上推广角度来看由易到难，依次为 Wi-Fi、LED、RFID、ZiBee、超声波、蓝牙、计算机视觉、激光、超宽带等。

因此，从技术成熟与大规模应用的现实角度考虑，Wi-Fi 定位技术成为当前主流、也是未来最具发展潜力的室内定位技术手段之一。Wi-Fi 定位技术除具有良好的精度和可用性外，其独特优势在于 Wi-Fi 芯片已经在各类用户智能终端（智能手机、平板电脑等）中得到广泛普及，并且随“无线城市”的发展，国内各大城市电信运营商、公司与家庭均已安装了大量的 Wi-Fi 热点与网关，通过利用现有的这些 Wi-Fi 设施，能够显著降低建设与长期运营成本，快速实现项目预定目标。

编者按: 本文作者系智慧图 CTO 徐连明。徐在本文上篇从室内定位问题的由来讲起，给大家分析了市面上各类室内定位技术，最后通过从定位精度、规模化推广难易程度两方面考虑，得出结论是基于 WiFi 的室内定位技术在未来发展中最具潜力。而在本文，徐将更深入地给大家阐述 WiFi 定位技术的起源、活跃的相关公司以及大面积推广过程中仍要注意哪些问题。

WiFi定位技术的起源

Wi-Fi 定位技术源于 90 年代末在美国兴起的热点地图，热点地图最初的目的是为了大家上网方便，国外许多公司都推出了允许用户在地图上查看（或标记）无线热点位置的应用程序，Ekahau 是其中的代表。后来人们发现用热点地图可以进行定位，比如说智慧图公司有一个 SSID 为 RTMAP（MAC 地址为 XX）的 AP，当用户收到这个 AP 信号时我们就可以认为在智慧图公司附近。由于 AP 的信号传播范围在几十米，大多室内 AP 在 20 米左右，所以定位精度可以认为 20 米左右。

在 2001~2003 年，联通公司兴致勃勃的推高通公司的室内定位（A-GPS），因为 CDMA 网支持 40 米的室内定位，在当时相比中国移动的 200 米定位方案（小区基站）具有相当的优势，但是很快就被以百度、高德为代表的热点地图定位方案冲击掉了。现在还有网友在为高德、百度地图是否能支持室内定位而争辩不休。

热点地图定位的缺点也很明显，一是精度不够，二是 AP 位置发生变化时容易出错。2011 年我们曾把方正大厦的 AP 拿到我们公司进行测试，我们公司所有人的手机上的高德、百度地图都把我们定位到了方正大厦。为了克服热点地图的缺点，很多机构和公司研究了基于 Wi-Fi 的精确定位技术。

看看有哪些公司在舞蹈？（附视频）

对于 Wi-Fi 的精确定位技术，有硬件解决方案和软件解决方案两种方案。

硬件（芯片）解决方案（高通、三星等）采用 TDOA 定位技术，由于其时钟同步的高难度和高成本、惯性传感器的低精度等原因，一直没有取得理想的定位效果，推进周期比较慢。

软件解决方案（Google、Microsoft、AeroScout、Ekahau、Cisco、Motorola、Wifislam、智慧图）采用 Fingerprint 定位技术，由于其灵活、高精度、低成本，推进周期比较快。Google、Wifislam、智慧图推出了面向 C 端用户的产品，AeroScout、Ekahau 主要面向矿井、监狱等行业领域，Cisco、Motorola 等推出 Wi-Fi 定位产品主要为了其 Wi-Fi 相关设备的销售。

近期，有几家专门从事 Wi-Fi 定位技术及其应用的公司涌现出来，如 Wifislam、meridian、智慧图、wifarer、wifront，百度、高德、四维、点道、图渊等公司也在进行室内定位产品研发。

Wifislam 的核心技术是 SLAM 技术（指纹精确定位和指纹快速采集处理技术）、手机惯导辅助定位技术和地图路径自动获取技术。Wifislam 已经被苹果公司收购，其定位视频：

meridian对室内定位的应用做的非常好，但不掌握核心的定位技术，meridian 被收购前做的几十个应用案例用的都是 Cisco 的定位平台，但 meridian 却被 Aruba 收购了。Meridian 核心是在云端可快速定制的室内定位 APP、室内定位的平滑显示和功能强大的位置（用户行为）数据统计分析。

下面是 Meridian 开发者为美国自然历史博物馆开发的室内定位及信息展示视频：

智慧图掌握指纹精确定位和指纹快速采集处理技术、室内地图技术、wifi 定位反向解算技术、手机惯导辅助定位技术、室内定位数据和地理信息数据迭加技术。智慧图的室内定位已经覆盖了 46 个场馆，包括 22 个航站楼、11 个商场和 13 个演示区。其室内定位视频：

wifarer（首页附 Wifarer 介绍视频）核心技术是指纹精确定位、wifi 定位反向解算技术和手机惯导辅助定位技术。Wifarer 的室内定位已经覆盖了北美和欧洲 50 多家场馆。wifarer 室内定位视频：

Wifront是今年刚成立的公司，核心技术是无线定位、优选导航和信息地图，其室内定位视频：

大面积推广WiFi定位，难在哪？

北京、上海、深圳、成都的一些公司都在自己的实验场地搭建了小范围的定位案例，但在大面积推广时还有两大类问题。

第一类问题是室内定位需要米级（1~10 米）的定位精度，并能够判断楼层，Wi-Fi 定位是否能做到呢？影响 Wi-Fi 定位精度的因素有很多：

Wi-Fi网络部署对定位的影响。目前大多数场馆上 Wi-Fi 时只考虑上网的需求，没要考虑定位的需求，所以一般运营商在进行网络部署时，休息室、咖啡厅等人员密集有上网需求的地方，AP 部署较多，而对于大厅、通道等人员上网需求较少的地方，AP 数量较少，或者利用室分系统大面积覆盖。定位与上网所需的 AP 的数量级是一样的，但定位需要 AP 部署相对均匀，尽量避免出现盲区。

AP间信道干扰对定位的影响。现在许多场馆是利用运营权的模式实现 Wi-Fi 部署的，所以只要给钱，都可以进去部署。经常会在一个场馆中出现几家运营商和 Wi-Fi 运营公司都去部署的情况。不同的 WI-FI 网之间会带来信道干扰，严重的情况会出现有信号却无法上网的情况，同样信道干扰对定位影响非常大，会造成定位失败。如许多机场都有 Wi-Fi 信号覆盖（同一点会收到几十甚至上百个信号），但上网总是断网，某知名公司在机场进行 Wi-Fi 定位测试失败也是源于此。中国最大的商业地产公司曾邀请国外一知名 Wi-Fi 定位公司来中国测试，对方部署了定位的 Wi-Fi 网，经过测试后要求把商场的运营商的 AP 全部关掉才能进行 Wi-Fi 定位。

场馆环境对Wi-Fi信号的影响。信号在传播过程中会受到折射、反射、绕射等多径和非视距因素的干扰，会带来很大的定位误差。

人体对Wi-Fi信号的遮挡。人体的主要成分是水，会对高频特别是 2.4G 频段的电磁波的影响非常大，会出现人少的时候定位比较准确，人多的时候定位不准确的现象。

手机Wi-Fi的硬件差异性对Wi-Fi定位的影响。不同手机型号的不同的接收天线和 Wi-Fi 芯片会导致信号测量的误差，从而引起定位误差。

楼层判断的准确性。Wi-Fi 定位还要能区分楼层，楼层判断的准确性成为影响用户体验的重要因素。

第二类问题是 Wi-Fi 定位技术的软件解决方案采用指纹（Fingerprint）定位法，指纹法需要提取信号特征，绘制“信号场强图”（指纹库），用户需要定位时，把接收到的信号与“信号场强图”中的信号做对比，就可以匹配出自己的位置。在绘制指纹库时，信号采集时间越长，采集点越多，指纹库越准确，对定位精度的提高越有利，但与此同时时间成本和费用也越高。有许多专家学者反对指纹定位法，也是因为这个原因。

其实，定位指纹库的生产跟地图非常类似，都是需要进行外业（测绘采集）和内业（数据处理）。地图现在非常普及，是因为地图生产成本能降下来。所以定位指纹库的成本是否能降下来是 Wi-Fi 定位技术推广的核心因素。

别灰心，产业链正在形成！

第一类问题是涉及指纹精确定位技术的问题，第二类问题涉及指纹数据快速采集处理技术的问题。国内外一些公司都在这些技术上得到了突破，可以进行大面积的室内定位推广应用。

2 年前我们做室内定位时，寻求产业链上下游的合作伙伴是非常困难的事情，那时很少有人关注室内定位。但如今，随着室内位置服务需求的增加和室内定位技术的逐渐完善，国内室内位置服务的产业链正在逐渐建立，产业链上的细分也越来越明确。

目前来看有的公司专著做手机前端的 Wi-Fi 室内定位方案，有的公司专著在室内地图，有的公司专著在做行业的 Wi-Fi 定位整体应用集成，有的公司专著在做后端的室内定位的 APP 应用，有的公司专著在做基于 Wi-Fi 的客流统计分析和市场报告，还有的公司专著在做 Wi-Fi 认证和基于地理围栏的广告推送。中国已经是世界上最大的零售和电子商务市场，而这两块市场对于室内位置服务的需求越来越大，我认为室内位置服务的战国时代很快会到来。