浅析室内定位技术在科技馆中的应用

杨承天

[摘要]介绍了室内定位技术在科技管里的使用，同时探讨了Wi-Fi这一最具潜力的定位技术在科技馆应用中的一些具体问题。

[关键词]室内定位技术；科技馆的应用；Wi-Fi

室内定位技术近年发展迅速，应用于科技馆的管理，可显著提高服务质量并降低管理成本，但目前仍处于探索阶段。

1、室内定位技术

即使GPS系统和诸多移动定位技术在室外定位应用服务中取得了巨大成功，但是在复杂的室内环境中，例如机场大厅、展厅、仓库、超市、图书馆、地下停车场、矿井等环境中，它们的表现就不太令人满意了。以GPS系统为例，在室内定位时经常由于无法接受到卫星信号而导致定位失败或者定位误差过大，致使系统不能正常使用。为了弥补室内定位的空白，各种各样新颖的室内定位技术如雨后春笋般应运而生，这其中包括室内GPS定位技术、室内无线定位技术（Wi-Fi，蓝牙，RFID，光跟踪，超声波，红外线，超宽带，无线传感器等）以及计算机视觉定位技术等。

1.1Wi-Fi热点变身定位雷达

目前机场、火车站、图书馆、政府办公楼以及大型购物商城中遍布的Wi-Fi热点，完全可以充当起“小雷达”的作用，对用户进行室内定位和导航。

据了解，目前国内各大商城中，不论是运营商、商城自身还是商城内店铺，几乎都布置了数量庞大的Wi-Fi热点。在广州天河城星巴克，记者看到几乎每一个用户点餐后都习惯性地登录Wi-Fi。此外由于三大运营商都在天河城铺设了大量热点，因此不少用户也在等候人的期间，登录Wi-Fi上网。

2、技术应用物管方面很重要

尽管技术趋于成熟，但对于室内导航技术的应用，“国外一般是运营商对采取该技术不积极，但因为利益而很积极；中国的情况却恰恰相反，运营商和业界对于推动技术很积极。

首先，要定位和导航，需要绘制室内地图。显然，室内的地图比室外的变动更频繁——室外建筑物不论是外观还是名字都不可能频繁。此外，如果要透过Wi-Fi热点进行定位，工程人员需要了解每一个Wi-Fi热点的准确位置，甚至对每一个Wi-Fi信号强度进行测量。

2.1实时定位演示系统组成

系统由定位标签、无线局域网接入点和定位服务器组成。

RTLSTag：有源RFID标签，防水、防震，灵活小巧的外形设计。每一个标签都对应着唯一的ID号，便于软件识别和数据传输；超低电池功耗，寿命可达5年以上，同时支持多种遥感技术。电子标签用于接收来自AP得信息并根据AP指令要求发出周期性地发出无线信号。

2.2地磁导航

人们利用地磁场导航已经有四百年的历史了，现在发现鸽子，海滩，蝙蝠和乌龟等大量动物都用地球磁场来导航。

近年来，地磁导航技术获得了快速的发展，其综合优势日益突出。利用地磁导航可以实现自主式的卫星导航和控制，从而减少地面设备的工作量，缓解因国土限制造成的地面测控站布点的困难，降低了地面支持的费用；利用地磁导航可及时确定卫星的空间位置。地磁导航具有无源性，与其它有源制导和导航方式相比，地磁制导与导航在军事领域有着无可比拟的优势。使用地磁方法，提高监控强，突防能力得到大大提升。

3、WIFI-RFID实时定位演示系统软件组成

1）定位服务器

定位服务器是一个基于Web的可视化软件平台。通过处理标签或无线设备发出的信号，判断出标签或无线设备所处具体位置，并在电子地图中显示。定位服务器同时监控标签的状态，具有报警功能

2）定位服务器主要功能：

定位服务器接收到从标签管理器，定位监控器发送的控制标签的指令内容以后，转为标签所能识别数据包，发送给标签，实现控制标签的功能。接收标签发送的数据，接收标签所发送的无线信号数据，以及温度等信息。经过分析以后，保存到系统中。

（1）标签指令控制：用于电子标签通讯，转发标签的控制命令；

（2）标签定位：基于独有的高精度定位算法，根据接收的无线信号强度，准确计算出标签位置；

（3）标签报警：根据回传的信息，进行标签状态分析，判断警告的触发，紧急状况下，发出警报信息。

3）定位服务器主要优点：

（1）用户可通过可视化的软件界面，实时监控管理定位信息，如资产和人员的实时位置、位置移动记录，轨迹分析和事件管理等

（2）用户可利用软件在实地场所虚拟设定出不同的区域，如可设置“禁止进入区”、“报警区”以及把空间划分为若干虚拟的格子状房间等；

（3）用户可通过实时定位系统同时对目标对象进行定位跟踪和位置管理；

（4）开放式体系结构设计，可以无缝集成现有的中间件，数据库，ERP系统，工作流程及其他系统，还能自动监测和报告；

（5）通过HTTP/XML的应用程序编程接口和SDK（软件开发工具包），可加快利用第三方系统进行开发和整合应用软件。

4.单向法WiFi指纹定位简单来说是，利用场所现有WiFi网络的AP设备

待被定位物体（B端通常是在物体上贴上WiFi标签，C端则利用手机现有的WiFi芯片）接收到来自AP设备的WiFi场强信号后，上传与场所指纹库（信号场强图）对比，完成物体定位。双向法则要求待被定位物体除了接收，还需发送WiFi场强信号，这就要求WiFi标签是双向WiFi标签，如定位手机则需手機打开WiFi。双向法的精度要高于单向法，这能保证聚美的定位技术能定位到医院的每一间科室病房。另外，姚兰还称，聚美物联的双向WiFi标签具有低功耗（可用两年）、高稳定性（在扫描标准无线信号源时误差为[-1，1]db）。

AP设备和被定位设备间的信号交互在实验室是Perfect，但在现实环境下往往由于人体遮挡信号、场馆环境、手机WiFi硬件差异，从而影响定位的稳定性和一致性（具体可参看此文）。对此，姚兰针对各种影响因素建模（如人遮挡模型、墙体穿透模型），从而对结果作出算法补偿。

触发器是快速附加参考点的一种方式。很多场所的无线网络AP部署主要满足的是上网需求，其数量可能不能满足定位需求。而触发器则是一个低成本满足定位需求的AP，而且定位稳定性高。它实际相当于一个不需联网的小路由器，可以不断扫描手机场强，而手机扫描到触发器接收到的场强数据后直接上传用于定位分析。姚兰认为，触发器解决了无线覆盖不满足原来3点定位要求，也解决了手机端不稳定带来的定位不稳。当然，触发器的增加也意味着增加了额外的硬件成本。

5.WIFI-RFID定位系统与WIFI特点：

1）可架设在现有的无线局域网，安装实施灵活方便迅捷；定位标签可以放置于任何资产和人员上，实现对资产和人员的实时准确定位。

2）远距离识别，室内、外定位，特殊需要可同时采用RSSI场强指示和时间差定位，精度高可控制在3米内。

6、总结

合理利用先进的技术，自从以GPS为代表的定位技术出现以来，其高效、方便、快速与准确使人们的生活出现了巨大的变化，带动了一批应用和服务的快速发展。