联系我们

广州市赢通天网电子有限公司

全国咨询/售后热线:020-22106279/13660037800

客服QQ : 2733908156/2072990904

邮 件:602187382@qq.com

地 址:广东省广州市白云区棠景街广花三路三元里大道黄路下二街1号505室

首页  »  新闻中心  »  行业新闻

行业新闻

位置服务定位技术大全(2)

来源:本站    发布时间:2018/10/25 10:03:21    点击量:


(七)蓝牙定位

蓝牙定位基于RSSIReceived Signal Strength Indication,信号场强指示)定位原理。根据定位端的不同,蓝牙定位方式分为网络侧定位和终端侧定位。

随着科技的发展,蓝牙通讯技术被广泛的用于手机、智能家居、智能穿戴等通讯中。随着物联网生态链逐渐走向成熟,对定位的需求也大大增加,这给蓝牙在该领域又创造了一番广阔的天地。

蓝牙Beacon–用于广播蓝牙信号。Beacon 硬件因为成本低、功耗小、工作时间长、易于部署,目前主要用于室内定位,具有广泛的应用前景。

蓝牙Beacon管理设备–又称为蓝牙网关,是与 Beacon 配套的管理设备。用于接收Beacon发射的信号,与Beacon进行蓝牙连接,并通过有线或无线的方式与后台服务器相连。

服务器:后台服务器为常规硬件,主要承载 Beacon 管理后台,以及地图导航等服务。

地图引擎:是软件组成体系中的基础。

蓝牙定位引擎:获取用户实时位置。

后台管理系统:主要指Beacon管理后台,支持Beacon信息的可视化管理。

一、蓝牙定位原理

蓝牙定位基于RSSIReceived Signal Strength Indication,信号场强指示)定位原理。根据定位端的不同,蓝牙定位方式分为网络侧定位和终端侧定位。

网络侧定位系统由终端(手机等带低功耗蓝牙的终端)、蓝牙beacon节点,蓝牙网关,无线局域网及后端数据服务器构成。其具体定位过程是:

1)首先在区域内铺设beacon和蓝牙网关。

2)当终端进入beacon信号覆盖范围,终端就能感应到beacon的广播信号,然后测算出在某beacon下的RSSI值通过蓝牙网关经过wifi网络传送到后端数据服务器,通过服务器内置的定位算法测算出终端的具体位置。

终端侧定位系统由终端设备(如嵌入SDK软件包的手机)beacon组成。其具体定位原理是:

1. 首先在区域内铺设蓝牙信标

2. beacon不断的向周围广播信号和数据包

3. 当终端设备进入beacon信号覆盖的范围,测出其在不同基站下的RSSI值,然后再通过手机内置的定位算法测算出具体位置。

PS:终端侧定位一般用于室内定位导航,精准位置营销等用户终端;而网络侧定位主要用于人员跟踪定位,资产定位及客流分析等情境之中。蓝牙定位的优势在于实现简单,定位精度和蓝牙信标的铺设密度及发射功率有密切关系。并且非常省电,可通过深度睡眠、免连接、协议简单等方式达到省电目的。

二、iBeacon的主要应用场景

由于蓝牙定位技术的应用和商业模式具有相似性,我们以国内比较关注的iBeacon为例分析其应用。iBeacon采用低功耗蓝牙工作机制,工作于2.4GHz免费频段,信号传输距离一般30m左右,iBeacon定位精度受节点的密度、布设位置、发射频率,环境的复杂程度以及定位算法等因素影响。

iBeacon基于定位和唤醒功能的不同,应用场景有所差异。

1.在定位功能中的主要应用:首先,为特定场景提供导航导览等专项服务。如零售业,酒店,景区等应用场景。其次,为企业提供数据整合服务。如在实体商业和服务业中通过iBeacon搜集线下访问行为的数据,实现数据的统计和分析,为企业后续精准营销改进产品等做准备。

2.在唤醒功能中的主要应用:在服务业,实体商业给用户提供信息推送服务。如商场商品信息推送等。在零售业,餐饮业等应用场景中,通过自动唤醒设备功能,发送广告,优惠券等多种营销信息。目前蓝牙定位技术面临的挑战还有很多,这些挑战会成为行业不得不面对的问题,但物联网必将是未来的发展趋势,蓝牙定位需求也会相应得到大规模应用

目前将蓝牙技术和室内导航应运相结合,将蓝牙室内定位技术推广普及,实现停车场定位车位,只要打开手机,蓝牙自动帮你定位你和你的爱车;景区大型商场及建筑主体定位,不用担心走弯路。

蓝牙技术通过测量信号强度进行定位。这是一种短距离低功耗的无线传输技术,在室内安装适当的蓝牙局域网接入点,把网络配置成基于多用户的基础网络连接模式,并保证蓝牙局域网接入点始终是这个微微网(piconet)的主设备,就可以获得用户的位置信息。蓝牙技术主要应用于小范围定位,例如单层大厅或仓库。蓝牙室内定位技术最大的优点是设备体积小、易于集成在PDAPC 以及手机中,因此很容易推广普及。理论上,对于持有集成了蓝牙功能移动终端设备的用户,只要设备的蓝牙功能开启,蓝牙室内定位系统就能够对其进行位置判断。采用该技术作室内短距离定位时容易发现设备且信号传输不受视距的影响。其不足在于蓝牙器件和设备的价格比较昂贵,而且对于复杂的空间环境,蓝牙系统的稳定性稍差,受噪声信号干扰大。

定位精度:根据不同公司使用的技术手段或算法不同,精度可保持在3 m~15 m

蓝牙定位优缺点

优点:

1. 低功率;

2. 便宜;

3. 低延时。

缺点:

1. 传输距离有限;

2.复杂环境系统稳定性差。

(八)超宽带UWB室内定位技术

超宽带(UWB)定位技术利用事先布置好的已知位置的锚节点和桥节点,与新加入的盲节点进行通讯,并利用三角定位或者指纹定位方式来确定位置。

超宽带技术是近年来新兴一项全新的、与传统通信技术有极大差异的通信无线新技术。它不需要使用传统通信体制中的载波,而是通过发送和接收具有纳秒或微秒级以下的极窄脉冲来传输数据,从而具有3.1~10.6GHz量级的带宽。目前,包括美国,日本,加拿大等在内的国家都在研究这项技术,在无线室内定位领域具有良好的前景。

UWB技术是一种传输速率高(最高可达1000Mbps以上),发射功率较低,穿透能力较强并且是基于极窄脉冲的无线技术,无载波。正是这些优点,使它在室内定位领域得到了较为精确的结果。超宽带室内定位技术常采用TDOA演示测距定位算法,就是通过信号到达的时间差,通过双曲线交叉来定位的超宽带系统包括产生、发射、接收、处理极窄脉冲信号的无线电系统。

而超宽带室内定位系统则包括UWB接收器、UWB参考标签和主动UWB标签。定位过程中由UWB接收器接收标签发射的UWB信号,通过过滤电磁波传输过程中夹杂的各种噪声干扰,得到含有效信息的信号,再通过中央处理单元进行测距定位计算分析。

UWB室内定位结构图

超宽带可用于室内精确定位,例如战场士兵的位置发现、机器人运动跟踪等。超宽带系统与传统的窄带系统相比,具有穿透力强、功耗低、抗干扰效果好、安全性高、系统复杂度低、能提供精确定位精度等优点。因此,超宽带技术可以应用于室内静止或者移动物体以及人的定位跟踪与导航,且能提供十分精确的定位精度。

定位精度:根据不同公司使用的技术手段或算法不同,精度可保持在0.1 m~0.5 m

(九)红外室内定位技术

红外线室内定位有两种,第一种是被定位目标使用红外线IR标识作为移动点,发射调制的红外射线,通过安装在室内的光学传感器接收进行定位;第二种是通过多对发射器和接收器织红外线网覆盖待测空间,直接对运动目标进行定位。

红外线是一种波长间于无线电波和可见光波之间的电磁波。红外线室内定位技术定位的原理是,红外线标识发射调制的红外射线,通过安装在室内的光学传感器接收进行定位。虽然红外线具有相对较高的室内定位精度,但是由于光线不能穿过障碍物,使得红外射线仅能视距传播。直线视距和传输距离较短这两大主要缺点使其室内定位的效果很差。当标识放在口袋里或者有墙壁及其他遮挡时就不能正常工作,需要在每个房间、走廊安装接收天线,造价较高。因此,红外线只适合短距离传播,而且容易被荧光灯或者房间内的灯光干扰,在精确定位上有局限性。

典型的红外线室内定位系统Activebadges使待测物体附上一个电子标,该标识通过红外发射机向室内固定放置的红外接收机周期发送该待测物唯一ID,接收机再通过有线网络将数据传输给数据库。这个定位技术功耗较大且常常会受到室内墙体或物体的阻隔,实用性较低。如果将红外线与超声波技术相结合也可方便地实现定位功能。用红外线触发定位信号使参考点的超声波发射器向待测点发射超声波,应用TOA基本算法,通过计时器测距定位。一方面降低了功耗,另一方面避免了超声波反射式定位技术传输距离短的缺陷。使得红外技术与超声波技术优势互补。

定位精度:红外线定位精度可5 m ~10 m

缺陷:红外线在传输过程中易于受物体或墙体阻隔且传输距离较短,定位系统复杂度较高,有效性和实用性较其它技术仍有差距。

(十)超声波室内定位技术

超声波定位主要采用反射式测距法,通过多边定位等方法确定物体位置,系统由一个主测距器和若干接收器组成,主测距仪可放置在待测目标上,接收器固定于室内环境中。定位时,向接收器发射同频率的信号,接收器接收后又反射传输给主测距器,根据回波和发射波的时间差计算出距离,从而确定位置。

超声波定位目前大多数采用反射式测距法。系统由一个主测距器和若干个电子标签组成,主测距器可放置于移动机器人本体上,各个电子标签放置于室内空间的固定位置。定位过程如下:先由上位机发送同频率的信号给各个电子标签,电子标签接收到后又反射传输给主测距器,从而可以确定各个电子标签到主测距器之间的距离,并得到定位坐标。目前,比较流行的基于超声波室内定位的技术还有下面两种:一种为将超声波与射频技术结合进行定位。由于射频信号传输速率接近光速,远高于射频速率,那么可以利用射频信号先激活电子标签而后使其接收超声波信号,利用时间差的方法测距。这种技术成本低,功耗小,精度高。另一种为多超声波定位技术。该技术采用全局定位可在移动机器人身上4个朝向安装4个超声波传感器,将待定位空间区,由超声波传感器测距形成坐标,总体把握数据,抗干扰性强,精度高,而且可以解决机器人迷路问题。

定位精度:超声波定位精度可达厘米级,精度比较高。

缺陷:超声波在传输过程中衰减明显从而影响其定位有效范围,且易受干扰。

(十)射频识别技术(RFID)

射频定位技术实现起来非常方便,而且系统受环境的干扰较小,电子标签信息可以编辑改写比较灵活。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。 RFID技术原理:射频识别(RFID)技术是一种操控简易,适用于自动控制领域的技术,它利用了电感和电磁耦合或雷达反射的传输特性,实现对被识别物体的自动识别。射频(RF)是具有一定波长的电磁波,它的频率描述为:kHzMHzGHz,范围从低频到微波不一。

RFID室内定位系统的基本结构:该系统通常由电子标签、射频读写器、中间件以及计算机数据库组成,结构如下图所示。射频标签和读写器是通过由天线架起的空间电磁波的传输通道进行数据交换的。在定位系统应用中,将射频读写器放置在待测移动物体上,射频电子标签嵌入到操作环境中。电子标签上存储有位置识别的信息,读写器则通过有线或无线形式连接到信息数据库。

RFID基本结构图

十二ZigBee技术

ZigBeeIEEE 802.15.4)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。主要面向无线个人区域网(PAN),网络系统在应用中表现出近距离,低功耗,低成本等特征,这些都可以满足室内定位系统的要求和条件。应用ZigBee技术的室内定位系统是通过在传感器网络中布置参考节点,移动节点构成系统的,参考节点为静态节点,它们发送位置信息和RSSI值给移动待测节点,该节点将数据写入定位模块,分析计算得到自身位置。该系统常采用分布式节点设置,可以减少网络数据工作量和通信延迟的问题。ZigBee最显著的技术特点是它的低功耗和低成本。

精度:2 m ~5 m

缺陷:网络稳定性还有待提高,易受环境干扰。

十三激光定位技术

激光定位主流的是三角定位和三边定位,其中三角定位原理类似GPS;但是对于激光定位而言,更多适用于室内,并且要在环境中布置安装一定数量反射板,同时需要注意反射板安装的精度,相隔距离,安装时避开窗户,非对称布置等要素;定位分为初始的静态定位和运动过程中的动态定位,静态定位用于确定初始位置,动态定位则根据运动状态不断更新;

在激光器扫描一周的过程中,理论上可以计算得到激光器距离所有反光板的距离,同时根据感测时间和扫面周期,利用三角公式可以计算得到任意两块反光板之间的距离,将测量得到的距离与离线理论值进行比较从而匹配每个反光板的编号与位置信息。对于扫描一周过程中因障碍物等因素为检测到的反光板,则在考虑数量的基础上对匹配方法进行一定的修正,也能匹配得到反光板信心,最终计算得到激光器所处位置。

动态过程相对于静态扫描可以省去较为复杂的计算和匹配过程:在位置估计定时T时间内,通过转向和速度、加速度等信息可以估计出位置,同时考虑到各种干扰,该位置必然存在误差;用估计处的位置,计算出理论的反光板距离得到期望列表,同时可以通过设置反光板估算距离阈值范围的方式加速匹配。

)激光雷达定位

激光雷达,英文全称为Light Detection And Ranging,简称LiDAR,即光探测与测量,是一种集激光、全球定位系统(GPS)和IMUInertial Measurement Unit,惯性测量装置)三种技术于一身的系统,用于获得数据并生成精确的DEM(数字高程模型)。这三种技术的结合,可以高度准确地定位激光束打在物体上的光斑,测距精度可达厘米级,激光雷达最大的优势就是精准快速、高效作业。它是一种用于精确获得三维位置信息的传感器,其在机器中的作用相当于人类的眼睛,能够确定物体的位置、大小、外部形貌甚至材质。

LiDAR通过测量激光信号的时间差、相位差确定距离,通过水平旋转扫描或相控扫描测角度,并根据这两个数据建立二维的极坐标系;再通过获取不同俯仰角度的信号获得第三维的高度信息。

高频激光可在一秒内获取大量(106-107数量级)的位置点信息(称为点云),并根据这些信息进行三维建模。除了获得位置信息外,它还可通过激光信号的反射率初步区分不同材质。

激光雷达是自动驾驶的关键技术Lidar大致分为机载和地面两大类应用,其中机载激光雷达是一种安装在飞机上的机载激光探测和测距系统,可以量测地面物体的三维坐标。早在上世纪七十年代,由美国航天局研发,LIDAR测绘技术空载激光扫瞄技术开始了发展,并且速度飞快,约在1995年开始商业化。除了军事领域的应用,激光雷达也迅速向民用市场扩展。其中,无人驾驶可以说是最热门的一个应用。

Lidar应用于自动驾驶,要追溯到美国的DARPA (美国国防高等研究计划署),它每年都会举办无人驾驶汽车挑战赛,在2007年的DARPA挑战赛上,7支参赛队伍中的6支都采用了Velodyne公司设计的Lidar,最终的第一二名就出自这六只参赛队。这引起了准备研发无人驾驶车的谷歌的注意,之后谷歌组建了队伍,据称,最初的人员就来自这些参赛队员。谷歌于2009年推出无人驾驶汽车项目,在其无人车原型中使用的就是Velodyne公司的Lida

近几年,无人驾驶汽车市场发展火热,谷歌之后,百度、Uber等主流无人驾驶汽车研发团队都在使用激光雷达作为传感器之一,与图像识别等技术搭配使用,使汽车实现对路况的判断。

传统的汽车厂商也纷纷开始研发无人驾驶汽车,包括大众、日产、丰田等公司都在研发和测试无人驾驶汽车技术,他们也都采用了激光雷达。

        Lidar系统测量3D空间中每个像素到发射器间的距离和方向,通过传感器创造出真实世界完整的3D模型。操作Lidar系统的基本方法是发射一束激光,然后测量光在物体表面反射而返回来的信号。Lidar模块接收到反射回来的信号所需的时间提供了一种直接测量Lidar系统与物体之间的距离的手段。关于物体的额外的信息,比如它的速率或材料成分,也可以通过测量反射回来的信号中的某些特性而得以确定,这些特性包括诱导多普勒频移(induced Doppler shift)。最后,通过操控发射出去的光,可以测量出环境中许多不同的点,从而创建出完整的3D模型。

激光雷达(LiDAR)类似于雷达(radar),但是分辨率更高,因为光的波长大约比无线电的波长小10万倍。它可以区分真实移动中的行人和人物海报、在三维立体的空间中建模、检测静态物体、精确测距。

LiDAR是通过发射激光束来探测目标位置、速度等特征量的雷达系统,具有测量精度高、方向性好等优点,具体如下:

1. 具有极高的分辨率激光雷达工作于光学波段,频率比微波高23个数量级以上,因此,与微波雷达相比,激光雷达具有极高的距离分辨率、角分辨率和速度分辨率;

2. 抗干扰能力强激光波长短,可发射发散角非常小(μrad量级)的激光束,多路径效应小(不会形成定向发射,与微波或者毫米波产生多路径效应),可探测低空/超低空目标;

3. 获取的信息量丰富可直接获取目标的距离、角度、反射强度、速度等信息,生成目标多维度图像;

4. 可全天时工作激光主动探测,不依赖于外界光照条件或目标本身的辐射特性。它只需发射自己的激光束,通过探测发射激光束的回波信号来获取目标信息。

        但是激光雷达最大的缺点——容易受到大气条件以及工作环境的烟尘的影响,要实现全天候的工作环境是非常困难的事情。