來源：全球物聯網觀察
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- 【導讀】 -
人類為了不讓自己迷失在茫茫大自然中，先後發明羅盤、指南針等工具，衛星定位的問世，解決了「我在哪裡」的問題。在高度城市化的今天，室內空間越來越龐大複雜。人類戰勝了大自然，卻在自己構築的鋼筋水泥中迷了路。
東晉高僧法顯西行求法乘船回國時寫道：大海瀰漫無邊，不識東西，唯望日、月、星宿而進。大意就是說，大海遼闊無邊，分不清東西南北，只能看星星，盼月亮來進行定位。
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起源
人類為了不讓自己迷失在茫茫大自然中，先後發明羅盤、指南針等工具，衛星定位的問世，解決了「我在哪裡」的問題。在高度城市化的今天，室內空間越來越龐大複雜。人類戰勝了大自然，卻在自己構築的鋼筋水泥中迷了路。
在醫院，即使有樓層分布圖以及引導標誌，但看病的大部分時間仍然會浪費在尋找科室上。在停車場，找不著停車位而四處亂轉的人也比比皆是。
在越來越迫切的需求下，近年室內定位引起了高度的關注。
室內定位顧名思義就是在室內環境中實現定位。其意義，諾基亞在多年前闡述他們為什麼要做室內定位時，把問題說得很明白了。
數據來源：諾基亞
衛星無法在室內定位，人們大部分的時間又在室內度過，而相關服務並未普及，可以說室內定位隱藏著巨大商機。
商業應用中，根據不同的應用場景，室內定位技術又分消費級和工業級。
消費市場應用有：商場導購、停車場反向尋車、家人防走散等。對定位精度要求不高，1m的精度已經可以滿足大多數應用，不過它要求系統兼容現已普及的移動智能終端。
企業市場應用有：人流監控和分析、智能製造、緊急救援和人員資產管理等。工業級技術的定位精度要求更高，要區分操作對象、人群中的個人等，與專用標籤和傳感器配套使用，一般不考慮與現有智能終端的兼容性。
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技術門派
與室外衛星定位一統天下的情況不一樣，室內定位各種技術呈現出百花齊放的場景。
室內定位百花齊放
室內定位的商業價值跟精度成正比。當精度是3-5米的時候，能判定你是站在7-11便利店門口還是傑克瓊斯門口。當精度是1米的時候，則能判定你是站在可口可樂的貨架前還是杜蕾斯的貨架前。
目前，室內定位常用的定位方法，從原理上來說，主要分為：鄰近探測法、質心法、極點法、多邊定位法、指紋法和航位推算法。
主要室內定位方法對比
定位方法
描述
應用案例
特點
鄰近探測法
通過一些有範圍限制的物理信號的接收，從而判斷行動裝置是否出現在某一個發射點附近。
基站定位
操作簡單，精度不高，依賴參考點分布密度
質心定位法
根據行動裝置可接收信號範圍內所有已知的信標位置，計算其質心坐標作為行動裝置的坐標
基站定位
精度不高，依賴參考點分布密度
多邊定位法
通過測量待測目標到已知參考點之間的距離，從而確定待測目標的位置。
超聲波
精度高，應用廣
極點法
測量相對某一已知參考點的距離和角度從而確定待測點的位置
雷射掃描
測量簡單，精度高，應用不廣
指紋定位
在定位空間中建立指紋資料庫，通過將實際信息與資料庫中的參數進行對比來實現定位
地磁
精度高，前期工作大，不適合環境變化區域
航位推算法
根據預先確定的位置、估計或已知的速度和時間來估計當前的位置
慣性導航
數據穩定，無依賴，誤差隨時間積累
全球物聯網觀察制表
各種原理各有優劣，在不同應用場景、不同預算要求下，也可將不同的原理組合使用。主流技術有以下幾種：
WiFi定位技術
目前WiFi是相對成熟且應用較多的技術，這幾年有不少公司投入到了這個領域。WiFi室內定位技術主要有兩種。
WiFi定位一般採用「近鄰法」判斷，即最靠近哪個熱點或基站，即認為處在什麼位置，如附近有多個信源，則可以通過交叉定位（三邊定位），提高定位精度。
由於WiFi已普及，因此不需要再鋪設專門的設備用於定位。用戶在使用智慧型手機時開啟過Wi-Fi、移動蜂窩網絡，就可能成為數據源。該技術具有便於擴展、可自動更新數據、成本低的優勢，因此最先實現了規模化。
不過，WiFi熱點受到周圍環境的影響會比較大，精度較低。為了做得準一點有公司就做了WiFi指紋採集，事先記錄巨量的確定位置點的信號強度，通過用新加入的設備的信號強度對比擁有巨量數據的資料庫，來確定位置。
由於採集工作需要大量的人員來進行，並且要定期進行維護，技術難以擴展，很少有公司能把國內的這麼多商場定期的更新指紋數據。
WiFi定位可以實現複雜的大範圍定位，但精度只能達到2米左右，無法做到精準定位。因此適用於對人或者車的定位導航，可以於醫療機構、主題公園、工廠、商場等各種需要定位導航的場合。
代表公司有：WIFISLAM、Sensewhere、圖聚智能
另，地磁定位技術是利用室內不同位置的地磁場差異，來確定室內位置。與WiFi指紋類似，故不再作介紹。
慣性導航技術
這是一種純客戶端的技術，主要利用終端慣性傳感器採集的運動數據，如加速度傳感器、陀螺儀等測量物體的速度、方向、加速度等信息，基於航位推測法，經過各種運算得到物體的位置信息。
隨著行走時間增加，慣性導航定位的誤差也在不斷累積。需要外界更高精度的數據源對其進行校準。所以現在慣性導航一般和WiFi指紋結合在一起， 每過一段時間通過WiFi請求室內位置，以此來對MEMS產生的誤差進行修正。該技術目前的商用得也比較成熟，在掃地機器人中得到廣泛應用。
藍牙信標技術
藍牙信標技術目前部署的也比較多，也是相對比較成熟的技術。藍牙跟WiFi的區別不是太大，精度會比WiFi稍微高一點。
該技術最先由諾基亞最先發起，但影響不大。2013年，蘋果發布了基於藍牙4.0低功耗協議（BLE）的iBeacon協議，主要針對零售業應用，引起廣泛關注。
iBeacon藍牙信標技術的正常運作，需要藍牙信標硬體、智能終端上的應用、雲端上的應用後臺協同工作。
信標通過藍牙向周圍廣播自身的ID，終端上的應用在獲得附近信標的ID後會採取相應行動，如從雲端後臺拉取此ID對應的位置信息、營銷資訊等。終端可以測量其所在處的接收信號強度，以此估算與信標間的距離。因此，只要終端附近有三個或以上信標，就可以用三邊定位方法計算出終端的位置。
在蘋果強大的號召力影響下，大量創業公司爭先恐後湧入iBeacon應用的開發和推廣。目前主要問題在於beacon電池更換，如果一個廠家部署了幾萬個beacon裝置，一年之後或者電池耗盡之後的電池更換工作量是很繁重的。
代表公司：Estimote、尋息電子
另，ZigBee技術和藍牙類似，故不再作介紹。
RFID技術
RFID定位的基本原理是，通過一組固定的閱讀器讀取目標RFID標籤的特徵信息（如身份ID、接收信號強度等），同樣可以採用近鄰法、多邊定位法、接收信號強度等方法確定標籤所在位置。
射頻識別室內定位技術作用距離很近，但它可以在幾毫秒內得到釐米級定位精度的信息，且由於電磁場非視距等優點，傳輸範圍很大，而且標識的體積比較小，造價比較低。但其不具有通信能力，抗幹擾能力較差，不便於整合到其他系統之中，且用戶的安全隱私保障和國際標準化都不夠完善。
目前有大量成熟的商用定位方案基於RFID技術，廣泛應用於緊急救援、資產管理、人員追蹤等領域。
紅外技術
紅外定位主要有兩種具體實現方法，一種是將定位對象附上一個會發射紅外線的電子標籤，通過室內安放的多個紅外傳感器測量信號源的距離或角度，從而計算出對象所在的位置。
這種方法在空曠的室內容易實現較高精度，可實現對紅外輻射源的被動定位，但紅外很容易被障礙物遮擋，傳輸距離也不長，因此需要大量密集部署傳感器，造成較高的硬體和施工成本。此外紅外易受熱源、燈光等幹擾，造成定位精度和準確度下降。
該技術目前主要用於軍事上對飛行器、坦克、飛彈等紅外輻射源的被動定位，此外也用於室內自走機器人的位置定位。
另一種紅外定位的方法是紅外織網，即通過多對發射器和接收器織成的紅外線網覆蓋待測空間，直接對運動目標進行定位。
這種方式的優勢在於不需要定位對象攜帶任何終端或標籤，隱蔽性強，常用於安防領域。劣勢在於要實現精度較高的定位需要部署大量紅外接收和發射器，成本非常高，因此只有高等級的安防才會採用此技術。
超聲波技術
超聲波定位主要採用反射式測距法，通過多邊定位等方法確定物體位置，系統由一個主測距器和若干接收器組成，主測距儀可放置在待測目標上，接收器固定於室內環境中。定位時，向接收器發射同頻率的信號，接收器接收後又反射傳輸給主測距器，根據回波和發射波的時間差計算出距離，從而確定位置。
超聲波定位整體定位精度較高，結構簡單，但超聲波受多徑效應和非視距傳播影響很大，且超聲波頻率受都卜勒效應和溫度影響，同時也需要大量基礎硬體設施，成本較高。
代表公司：Shopkick
超寬帶技術
超寬帶（UWB）定位技術利用事先布置好的已知位置的錨節點和橋節點，與新加入的盲節點進行通訊，並利用三角定位或者「指紋」定位方式來確定位置。
從技術上看，無論是從定位精度、安全性、抗幹擾、功耗等角度來分析，UWB無疑是最理想的工業定位技術之一。
UWB其他幾種技術的綜合比較：
不過UWB的劣勢也很突出，一方面難以實現大範圍室內覆蓋，另一方面系統建設成本遠高於RFID、藍牙信標等技術，這也限制了該技術的推廣和普及。
代表公司：Ubisense、中海達子公司聯睿電子、清華系公司清研訊科。
LED可見光技術
可見光是一個新興領域，通過對每個LED燈進行編碼，將ID調製在燈光上，燈會不斷發射自己的ID，通過利用手機的前置攝像頭來識別這些編碼。利用所獲取的識別信息在地圖資料庫中確定對應的位置信息，完成定位。
根據燈光到達的角度進一步細化定位的結果，高通公司做到了釐米級定位精度。由於不需要額外部署基礎設施，終端數量的擴大對性能沒有任何的影響，並且可以達到一個非常高的精度，該技術被高通公司所看好。
目前，可見光技術在北美有很多商場已經在部署。用戶下載應用後，到達商場裡的某一個貨架，通過檢測貨架周圍的燈光即可知曉具體位置，商家在通過這樣的方法向消費者推動商品的折扣等信息。
代表企業：華策光通信
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技術融合是趨勢
室內定位技術處在不斷的發展中，是當前熱門研究領域，有著良好的應用前景。不過，當前還缺乏特別大規模的商用案例。行業主要存在以下難點：
1. 室內環境複雜
室內環境布局複雜多變，障礙物很多，包括家具、房間和行人等。同時室內環境幹擾源多，燈光、溫度、聲音等幹擾源都會對定位造成一定影響。
各技術綜合比較
技術
成本
優點
劣勢
WiFi
低
網絡廣泛、通信能力強
易受環境幹擾
RFID
中
成本不高、精度高
標識沒有通信能力、距離短
藍牙
低
設備體積小、易集成、易普及
傳播距離短、穩定性差
慣性
低
不依賴外部環境
存在累計誤差、不適合長期使用
紅外線
高
精度高
直線視距、傳輸距離短、易幹擾
超聲波
高
精度高
受環境溫度影響、傳輸距離短
UWB
高
精度高、穿透性強
成本高、覆蓋範圍小
可見光
高
通訊速率高、抗幹擾能力強
覆蓋範圍小
全球物聯網觀察制表
2. 缺乏統一的規範
室內定位技術眾多，各種技術都有自己的局限性，彼此間又在一定程度上存在互相競爭。市場相對混亂，極大地影響了室內定位行業的發展。如室外定位衛星定位成為事實上的標準，目前沒有其他技術可以和衛星定位進行競爭。
3. 精度與成本難以兼顧
目前的高精度室內定位技術均需要比較昂貴的額外輔助設備或前期大量的人工處理，這些都大大制約了技術的推廣普及。低成本的定位技術則在定位精度上需要提高。在提供高精度定位的基礎上降低成本也是室內定位的一個方向。
天下大勢，分久必合，合久必分。目前，室內定位技術實在太多，已嚴重阻礙行業發展，未來的趨勢一定是多種技術融合使用，實現優勢互補，以面對複雜環境。其中成本越低、兼容性越好、精度越高的技術越容易普及。
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