華江鋒　朱廣華　徐頔

摘 要：定位技術(shù)是位置信息服務(wù)中的一個(gè)重要組成部分，被廣泛應(yīng)用于社會的各個(gè)領(lǐng)域。文章從室內(nèi)外的角度出發(fā)，對主流的定位技術(shù)及其定位原理進(jìn)行了概括介紹，最后分析了現(xiàn)階段室內(nèi)外定位存在的問題和以后的發(fā)展方向。

關(guān)鍵詞：位置信息服務(wù)；定位原理；室內(nèi)外定位

引言

隨著社會的進(jìn)步和科技的發(fā)展，定位技術(shù)已經(jīng)滲透到了人們生活的方方面面，成為人們不可或缺的應(yīng)用。它不僅可以用于人員搜尋、位置查找、交通管理、車輛導(dǎo)航與路線規(guī)劃等生活應(yīng)用，還在軍事領(lǐng)域以及預(yù)防自然災(zāi)害方面也發(fā)揮著重要作用。通過對敵方指揮作戰(zhàn)中心的精確定位，可以實(shí)施精準(zhǔn)打擊和搜索救援。在一些自然災(zāi)害頻繁發(fā)生的無人值守區(qū)域，如地震和泥石流滑坡地區(qū)，通過無線傳感器網(wǎng)絡(luò)與定位技術(shù)的結(jié)合，相關(guān)部門能夠?qū)υ摲秶M(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，從而防范于未然，減少災(zāi)害發(fā)生所造成的財(cái)產(chǎn)損失。定位技術(shù)的巨大應(yīng)用價(jià)值使得各國都對其展開了相關(guān)研究，很多成熟技術(shù)已經(jīng)投入日常使用。總體來說，定位可以劃分為室內(nèi)定位和室外定位兩個(gè)方面，它們采用不同的定位技術(shù)，應(yīng)用于不同的定位場景。

1 室外定位

室外定位具有定位場景多樣、范圍廣和距離遠(yuǎn)的特點(diǎn)。由于受到各種環(huán)境因素的影響，同樣的定位技術(shù)在不同地帶的定位精度會有明顯差別。目前應(yīng)用于室外定位的主流技術(shù)主要有衛(wèi)星定位和基站定位兩種。

1.1 衛(wèi)星定位

全球定位系統(tǒng)GPS是現(xiàn)階段技術(shù)最為成熟、使用最為廣泛的衛(wèi)星定位技術(shù)，它由美國自主研發(fā)，全球覆蓋率高達(dá)98%，具有很高的定位精度。出于戰(zhàn)略意識形態(tài)和國家安全的角度，同時(shí)為了打破技術(shù)壟斷，我國自主研制了北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，如今已覆蓋大部分亞洲地區(qū)，定位精度可與GPS媲美。衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)通常分為空間段、地面段和用戶段三部分。它的定位原理是用戶端發(fā)出定位請求，空中衛(wèi)星接收后將定位相關(guān)信息傳至地面控制中心，由中心計(jì)算出定位結(jié)果再通過衛(wèi)星將其反饋給用戶端[1]。現(xiàn)在市面上的衛(wèi)星定位設(shè)備通常都是通過接收多種衛(wèi)星信號，進(jìn)行綜合計(jì)算從而實(shí)現(xiàn)精確定位。

1.2 基站定位

衛(wèi)星定位雖然精度高、覆蓋廣，但其成本昂貴、功耗大，并不適合于所有用戶。基站定位是由手機(jī)運(yùn)營商提供的服務(wù)。它無需借助衛(wèi)星系統(tǒng)，不用專業(yè)定位設(shè)備，通過測量終端與多個(gè)基站的距離，計(jì)算出用戶的最終位置，具有功耗低、成本便宜的優(yōu)點(diǎn)。但是，由于信號沿直線傳播，容易被建筑物遮擋形成信號折射，從而導(dǎo)致測量距離出現(xiàn)較大誤差，定位結(jié)果不準(zhǔn)確。基站定位的精確度在幾十米到幾百米之間，是一種粗定位方式。

2 室內(nèi)定位

室內(nèi)環(huán)境復(fù)雜多樣，具有較多的建筑障礙物，定位時(shí)更容易受到信號折射與信號衰減問題的影響，傳統(tǒng)的衛(wèi)星定位技術(shù)不能應(yīng)用于室內(nèi)場景。但是，由于人們大多時(shí)候都在室內(nèi)，所以相比于室外定位，室內(nèi)定位[2]具有更廣泛的應(yīng)用需求和發(fā)展前景。目前常見的室內(nèi)無線定位技術(shù)[3]主要有紅外線、藍(lán)牙、超聲波、超寬帶、RFID和ZigBee等。

2.1 紅外線定位

紅外線定位的原理是在室內(nèi)安裝紅外線接收器，通過接收待定位物體所發(fā)射的紅外信號進(jìn)行距離定位，具有較高定位精度。英國劍橋?qū)嶒?yàn)室開發(fā)的Active Badge定位系統(tǒng)就是基于紅外線技術(shù)。但是，紅外線容易受到其他燈光和障礙物的影響，僅能進(jìn)行視距范圍內(nèi)的短距離傳輸，定位成本較高，只能在一些特定環(huán)境中使用。

2.2 藍(lán)牙定位

藍(lán)牙是一種短距離低功耗的無線傳輸技術(shù)，主要通過計(jì)算移動終端接收的發(fā)射信號角度，或者根據(jù)藍(lán)牙信號強(qiáng)度定位。這方面具有代表性的是NOKIA提出的HAIP室內(nèi)定位解決方案。該定位技術(shù)的定位精度較高，成本較低，缺陷是易受外界影響，定位范圍較小，系統(tǒng)穩(wěn)定性不是很好。

2.3 超聲波定位

超聲波技術(shù)主要采用反射式測距，即根據(jù)物體回波與發(fā)射波的時(shí)間差計(jì)算出兩者距離，最后通過三角定位算法確定目標(biāo)位置。美國麻省理工學(xué)院開發(fā)的Cricket定位系統(tǒng)是該技術(shù)的應(yīng)用代表。超聲波定位精度較高、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，但是其信號衰減嚴(yán)重，易受多徑效應(yīng)和非視距影響，總體定位成本較高。

2.4 超寬帶定位

超寬帶（UWB）定位和傳統(tǒng)通信技術(shù)定位方法具有很大差異，它是通過發(fā)送和接收納秒級及以下的極窄脈沖來傳輸數(shù)據(jù)，近些年得到了較快發(fā)展，Ubisense是該技術(shù)的典型應(yīng)用。UWB定位精度可達(dá)到亞米級，具有功耗低、抗多徑效應(yīng)能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，大多用于室內(nèi)移動物體定位，其缺點(diǎn)是定位成本高，很難大規(guī)模推廣。

2.5 RFID定位

RFID技術(shù)利用射頻信號進(jìn)行非接觸式雙向通信，通過交換數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)目標(biāo)定位。華盛頓大學(xué)推出的SpotON系統(tǒng)正是借鑒了RFID定位技術(shù)才得以實(shí)現(xiàn)。該技術(shù)定位精度較高，傳輸范圍大且成本較低，具有非視距和非接觸式的優(yōu)點(diǎn)。但是其作用距離短，不具備通信能力。

2.6 ZigBee定位

ZigBee是一種新興的短距離、低速率的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，近幾年備受關(guān)注。它主要是通過傳感器之間的相互協(xié)調(diào)通信進(jìn)行目標(biāo)物體定位。它的定位精度較高，具有低功耗和低成本的特點(diǎn)，其缺陷是易受環(huán)境干擾，系統(tǒng)穩(wěn)定性較差。

3 結(jié)束語

從上世紀(jì)開始，定位技術(shù)已有幾十年的發(fā)展歷史，對人類社會和生活造成了極大影響。除了文章所提到的定位方法，各國還有很多的相關(guān)成果正處于研究階段或者已經(jīng)投入正式使用。當(dāng)前各種定位技術(shù)都具有各自的優(yōu)缺點(diǎn)，適合于不同的應(yīng)用領(lǐng)域。未來的定位技術(shù)發(fā)展趨勢應(yīng)該是融合現(xiàn)有方法，平衡各種定位技術(shù)，模糊室內(nèi)外界限，提供交互機(jī)制標(biāo)準(zhǔn)，使得人們在任何場合都可以進(jìn)行實(shí)時(shí)精準(zhǔn)定位。同時(shí)，人們對于定位技術(shù)的安全性應(yīng)該給予更多的關(guān)注和考慮，實(shí)現(xiàn)合理安全高效的應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

[1]WT Higgins， DC Mossman， JL Mcclurg. Satellite selection for the global positioning system[J]. Journal of Guidance Control & Dynamics， 2015，6（2）：472-476.

[2]朱敏.室內(nèi)定位技術(shù)分析[J].現(xiàn)代計(jì)算機(jī)：專業(yè)版，2008（2）：79-81.

[3]阮衛(wèi)華.常見的室內(nèi)無線定位技術(shù)簡介[J].科技信息，2009（33）：851-884.