演講回顧
8月25日鮮老虎CTO莊正軍先生在上海IC咖啡
進行了《從PokemonGo來看室內導航》主題演講。
在現場，大家對室內導航話題討論的尤為激烈。
大咖介紹
莊正軍，新微肯CTO
資深行業大咖，在手機及移動金融行業有超過10年的從業經驗，曾在SVA、龍旗、沃特沃德等任職，曾擔任上海承開創新事業部CEO、雅峰電子創始人等職位，更是一位充滿智慧和幹勁的創業人，創立雅峰，裕貝等公司。長期從事行業創新實踐，擁有豐富的軟硬結合經驗，行業之內比肩之人少之又少。
演講現場照片
CTO莊正軍先生演講中
現場觀眾熱情的提問
回顧完了演講現場，下面這篇乾貨會讓你對國內目前室內導航的現狀及發展有更深入的了解！
一、 為什麼需要室內定位？
當您看到這篇文章時，恭喜您，您正在關注目前全世界最新的技術之一室內定位，為何這樣說呢？你知道我們一生當中80%的時間是待在室內，但GPS卻不能在室內運作。人們對周遭環境不了解是會有恐懼感的，尤其在室內的封閉空間更加如此。想一想你曾在地下停車場花了多少時間找路？那種找不到出口出去的感覺是不是很糟？
GPS解決了我們戶外迷路的問題，但室內呢？
當然了，室內定位導航是基本功能，室內定位真正吸引人的地方是它讓所有在室內發生的事件多了一個空間的維度。想想看，你在看任何事件最會先看什麼？這事件在「哪裡」發生？「何時」發生的？記錄事件發生的「位置」是非常重要的一件事情。
例如：
大型商場中的商戶能夠通過室內定位技術獲知哪些地方人流量最大，客人們通常會選擇哪些行動路線等，從而更科學地布置櫃檯或者選擇舉辦促銷活動的地點。
商店希望消費者進店消費時可以主動發送一些促銷折扣，可以應用到手機購物、移動電子商務、個性化廣告/優惠信息。用戶會希望能夠直接獲取商店或者所需產品的位置。其次，室內定位在機場、醫院、大型商場、會展中心、大型停車場都可以有非常廣泛的應用，
另一個福音，家長不用再擔心孩子在商場中走失，通過室內定位技術可以實時定位孩子的位置。
最終回歸到人與物、物與人以及人與人的連結，在這當中可想而知，有室內定位才可將這些連結快速結合起來，足以看得出室內定位扮演的關鍵角色。室內定位的應用其實還不限於這些，這項技術可以影響著你生活的方方面面。多方面的需求推動了室內定位技術的發展。
二、 室外定位技術簡介
目前常用的室外定位方式有：一種是基於人造衛星的定位，一種是基於移動運營網的基站的定位。
1.衛星定位
衛星定位有四大系統，美國的GPS系統、歐盟的伽利略定位系統（Galileo）、俄羅斯的GLONASS系統和中國的北鬥衛星導航定位系統。GPS又稱為全球定位系統（Global Positioning SystemGPS）。GPS系統包括三大部分：空間部分—GPS衛星星座；地面控制部分—地面監控系統；用戶設備部分—GPS信號接收機。GPS的基本定位原理是：衛星不間斷地發送自身的星曆參數和時間信息用戶接收到這些信息後經過計算求出接收機的三維位置三維方向以及運動速度和時間信息。
2.基站定位
基站定位一般應用於手機用戶，手機基站定位服務又叫做移動位置服務LBS，它是通過電信移動運營商的網絡（如GSM網）獲取移動終端用戶的位置信息（經緯度坐標），在電子地圖平臺的支持下，為用戶提供相應服務的一種增值業務。基站定位則是利用基站對手機的距離的測算來確定手機位置的。大致原理為：行動電話測量不同基站的下行導頻信號，得到不同基站下行導頻的TOA（Time of Arrival，到達時刻）或TDOA(Time Difference of Arrival，到達時間差)，根據該測量結果並結合基站的坐標，一般採用三角公式估計算法，就能夠計算出行動電話的位置。基站定位的精度較低，但是可以在室內定位。
基於室外定位技術比較成熟，大家也比較了解，篇幅有限，不多介紹。
三、室內定位技術簡介
上文簡單介紹下室外定位技術，室外定位技術成熟、市場機制良好、應用廣泛。然而室內無GPS信號無法進行定位，但人們大部分時間是處在室內，故對室內定位也有強烈的定位需求。室內定位的技術分支多樣，下圖是各種室內定位方案的對比圖：
再來看看各種室內定位方案的不同參數指標對比表，如下表格：
簡單介紹下各種室內定位方案：
1. UWB（超寬帶）脈衝信號，由多個傳感器採用TDOA和AOA定位算法對標籤位置進行分析，多徑分辨能力強、精度高，定位精度可達釐米級。但UWB難以實現大範圍室內覆蓋，且手機不支持UWB，定位成本非常高。
2. RFID的定位，採用刷卡方式，根據閱讀器位置對刷卡人員或設備進行區間定位。主要應用在倉庫、工廠、商場廣泛使用在貨物、商品流轉定位上、ETC、辦公考勤等，無法進行實時定位，定位精確度低，不具有通信能力，抗幹擾能力較差。
3. ZigBee室內定位技術通過若干個待定位的盲節點和一個已知位置的參考節點與網關之間形成組網，每個微小的盲節點之間相互協調通信以實現全部定位。作為一個低功耗和低成本的通信系統，ZigBee的信號傳輸受多徑效應和移動的影響都很大，而且定位精度取決於信道物理品質、信號源密度、環境和算法的準確性，造成定位軟體的成本較高，提高空間還很大。ZigBee室內定位已經被很多大型的工廠和車間作為人員在崗管理系統所採用。
4. 超聲波定位應用案例的代表是Shopkic，在商店內安裝超聲波信號盒，手機麥克風檢測到聲波，從而實現定位，主要用於店鋪的籤到。超聲波在空氣中的衰減較大，不適用於大型場合，加上反射測距時受多徑效應和非視距傳播影響很大，造成需要精確分析計算的底層硬體設施投資，成本太高。
5. 慣導由於手機初始姿態的不確定性和手機慣性傳感器精度問題，室內定位效果不佳。現在越來越多的人用自主慣性傳感器定位導航進行輔助導航，特別是IOS手機不開放RSSI等接口的情況下。
6. LED定位系統通過往天花板上的LED燈具實現，燈具發出像莫斯電報密碼一樣的閃爍信號，再由用戶智慧型手機照相機接收並進行檢測，定位精度可以在1米之內。LED定位需要改造LED燈具，增加晶片，增加成本，紅外線只能視距傳播，穿透性極差也極易受燈光、煙霧等環境因素影響明顯。定位效果有限。比較適用於實驗室對簡單物體的軌跡精確定位記錄以及室內自走機器人的位置定位。儘管如此，LED定位是一種很有潛力的室內定位技術。
7. Wi-Fi定位由於Wi-Fi網絡的普及，變得非常流行。Wi-Fi定位可以達到米級定位（1~10米），Wi-Fi定位技術有兩種，一種是通過行動裝置和三個無線網絡接入點的無線信號強度，通過差分算法，來比較精準地對人和車輛進行三角定位。另一種是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(「指紋」定位)。但是iOS不支持Wi-Fi室內定位(Apple把Wi-Fi底層的東西鎖住了，開發者無法得知一些Wi-Fi重要訊息)，無法做到精準定位且響應速度不高。Wi-Fi定位適用於對人或者車的定位導航，可用於醫療機構、主題公園、工廠、商場等各種需要定位導航的場合。目前市場上已逐步用ibeacon定位。
8. 地磁和計算機視覺定位的產品，目前這兩類產品大多用於軍事及科學探測，如軍事上的水下導航常用的地磁導航，火星車的導航用到了計算機視覺導航。
四、室內無線定位算法
面對這麼多技術解決方案大家可能有點眼花繚亂，總結下室內無線定位算法技術基本上歸結於以下3類：
1. 近鄰法：最簡單的方式，直接選定那個信號強度最大的AP的位置，定位結果是熱點位置資料庫中存儲的當前連接的Wi-Fi熱點的位置。
2. 三角測量法：通過信號的各種參數得到目標與AP的距離或者角度，用幾何方法計算出位置。包括到達時間法、相對到達時間法、到達角度法、基於信號強度的測距方法，及其混合算法。
3. 指紋法：就是事先把各個位置上的信號特徵（各Wi-Fi的信號強度）測量一遍，存入指紋資料庫。定位的時候，將當前的信號特徵與指紋庫中的進行匹配，從而確定位置。
從上面的敘述中可以看出，不管是室外定位還是室內定位，定位的基本原理是差不多的，就是在信號的傳輸上測算你的位置。不管是用時間，角度，衰減，還是別的方面，區別只是不同技術導致不同精度而已。從技術成熟與大規模應用的現實角度考慮，ibeacon藍牙定位技術成為當前主流、也是未來最具發展潛力的室內定位技術手段之一。
五、如何實現室內定位導航精準定位
實現精確的室內定位導航需要解決哪些問題？
1.室內定位精度實現較難，各種算法各有各缺陷。近鄰法定位精度得不到保證；三角測量法理論上精度較高，但對於普通設備來說，時間、角度這些參數較難獲取；基站覆蓋範圍大，角度偏一點就會造成很大誤差，更何況各種非視距和多徑環境的影響，精度誤差大。所以現在手機室內高精度定位大多使用多種算法融合。
2.難點主要還是信號處理的問題:1）基於交匯的算法對時間，角度很敏感，手機的傳感器不一定能達到要求。所以定位精度不高。2）指紋匹配技術雖然已經很成熟，但是對Wi-Fi信號的分布，樓層之間的影響。沒有一個系統權威的標準。還處在研究階段。比如，在不同樓層的定位問題，目前還沒有很好的解決方案。
3.室內定位需要布設信號網，測定信號源位置，這都是需要成本的。成本問題也是一個難點。Wi-Fi定位成本較低，尤其是在大型商場，但其信號強度容易受到幹擾，不穩定，從而使信號處理難度加大。
六、上海微肯室內導航解決方案
6.1藍牙定位技術與算法
iBeacon藍牙方案採用低功耗的藍牙傳輸方式，僅需鈕扣電池即可運行，因此省去布電源線的麻煩，此外本身BTLE成本較為低廉，因此大量布建也不會有太高的部署費用。理論上，對於持有集成了藍牙功能移動終端設備的用戶，只要設備的藍牙功能開啟，藍牙室內定位系統就能夠對其進行位置判斷。因此很容易推廣普及。
藍牙定位技術---通過測量信號強度進行定位。這是一種短距離低功耗的無線傳輸技術，在室內安裝適當的藍牙區域網接入點，把網絡配置成基於多用戶的基礎網絡連接模式，並保證藍牙區域網接入點始終是這個微微網(piconet)的主設備，就可以獲得用戶的位置信息。再加上利用手機內部的慣性傳感器如加速度計、陀螺儀、電子羅盤來加強定位的準確度，這種技術稱為多種定位算法融合。顧名思義，就是將所有的傳感器融合起來，得到一個精確且平滑的定位效果。這個技術可將原本5-10m的定位誤差進一步縮小到1-2m。採用該技術作為室內短距離定位時容易發現設備且信號傳輸不受視距的影響。
藍牙定位技術主要分為三角定位法和指紋計算法。
（1）三角定位算法是一種常規的定位算法，通過獲取相關基站的坐標以及手機到每個基站的距離來計算用戶位置。單純的三角定位算法的準確性是不高的，需要引入一些其他算法例如高斯濾波、卡爾曼濾波算法來進行補充。
（2）指紋計算法是一種利用餘弦定理來計算相似度的方法，此方法並不需要知道每個基站的坐標，但是需要提前對現場進行指紋採集，即記錄現場每個點位掃描到的基站信號數據並存儲到專門的指紋庫中。而用戶使用過程中，將手機掃描到的基站信號上傳到伺服器，伺服器在指紋庫中匹配出和該上傳數據最為接近的點位，作為定位坐標返回給用戶。指紋計算由於前期採集指紋的工作量非常浩大，每隔一段還需更新一遍指紋，而且指紋算法必須採用服務端計算方式，定位延時大。綜合比較採用藍牙三角定位算法，效果優良的。
6.2系統結構
藍牙定位系統的架構如上圖所示，資料庫中存儲了線下每個藍牙基站的坐標信息，雲伺服器主要負責存儲地圖文件和定位算法。手機開啟定位頁面之後，從伺服器獲取地圖、定位算法以及相關藍牙基站的坐標。然後手機每掃描到一組藍牙基站，通過基站的信號強度算出距離每個基站的距離，並加入藍牙基站的坐標數據，進行三角定位算法計算，將實時計算的位置在地圖上進行呈現。使用手機端而不是服務端來計算位置的優點是：1.不需要進行數據上傳，定位的實時性更加，幾乎沒有延時；2.定位過程中不再產生任何流量。
6.3系統流程
藍牙室內定位系統如下圖所示：
6.4藍牙三角定位實際項目部署流程
1.基站部署過程
基站部署之前要完成地圖繪製，通常用作室內定位導航的地圖均為矢量地圖，這種地圖無論怎麼縮放都不會影響地圖的展現效果。矢量地圖本身是帶坐標信息的，地圖上的每個點相對參考點都有一個相對坐標。
基站部署需要藉助部署工具，即一個手機App軟體，部署人員使用部署工具從伺服器獲取矢量地圖。部署人員部署基站時，在地圖上選擇和實際位置對應的點，App會自動從地圖中抓取該點位的坐標，加上部署人員記錄的基站編號，將數據一併上傳到伺服器。用戶開啟應用時，就會從資料庫獲取到相關基站的坐標數據，方便手機進行定位計算
2.手機定位過程
手機定位過程：用戶打開應用開啟藍牙掃描後，會獲取周圍藍牙基站的ID和信號強度等數據，根據信號強度和高頻信號的衰減公式可以計算出手機到周圍每個基站的距離。但是由於藍牙是2.4G HZ高頻信號，信號本身的穩定性很差，再加上室內環境的各種反射和折射，所以單次的信號強度是不能直接拿來使用的，否則會產生巨大的誤差，所以必須引入相應的濾波和加權算法，來儘量減少信號噪音的幹擾。
濾波算法可以採用簡單的高斯濾波法，將不符合要求的信號數據直接過濾掉，剩餘的有效數據按照時間先後順序進入數據列表，並採用先進先出的隊列數據刷新方式。在設定的隊列長度範圍內，時間尺度上越近的數據獲得越高的權重。同時採用多角定位算法，並不局限於使用三角定位。
這樣帶來的優勢是：
（1）由於進行了數據平滑，定位點不會因為信號突變而發生大範圍飄動；
（2）由於採用了多角定位，當少數藍牙基站發生信號跳變時，有其他基站的信號數據來做 中和；
（3）更近時間尺度的數據帶有更高權重，可以在一定程度上保證定位的實時性。
七、微肯室內定位導航的優勢
從技術層面來說，上海微肯微信H5室內導航的八大優勢：
1.技術方案成熟，實際落地案例多。世博園，長泰廣場，成都太古裡，上海一婦嬰等十幾個商場和醫院的實際場景部署。
2.定位精度高，達到2-3米。
3.響應速度快1秒刷新一次，實時導航平滑。
4.目前為止，國內唯一可落地的微信H5導航方案公司，不需要安裝APP。當然也支持多平臺多入口，支持iOS和Android設備，支持APP、微信、搖一搖。
5.接口豐富，可對接各種系統，包括停車場，商場會員等。
6.配套工具豐富，部署設備簡單易操作。包括配置工具、巡檢工具、系統升級。
7.壽命長，設備支持長達4年以上續航。
8.可同時支持豐富的營銷功能和基於LBS的遊戲等。
八、關於我們
8.1成功案例
鮮老虎微肯是國內唯一一家室內導航有落地案例的公司。共成功落地了多家大型購物中心和醫院，如上海世博源購物中心、上海長泰廣場、成都太古裡、紅星美凱龍汶水路店、上海通用電氣園區、上海第一婦嬰保健院、廣東無限極園區、貴陽西南商貿城、西北婦幼兒童醫院等。
8.2實際案例視頻：
1.世博源導航視址：http://v.youku.com/v_show/id_XMTU5MDg0NTUzMg==.html
2.長泰導航視頻址：http://v.youku.com/v_show/id_XMTU5MDg0NjAyOA==.html
8.3上海微肯網絡科技有限公司簡介：
2014年5月，上海微肯成立，核心產品：微信室內定位導航。基於線下實體商場的智能ibeacon傳感網絡，精確感知消費者的實時位置和消費場景，幫助廣大商戶提高連接消費者、更好服務消費者的能力。2016年7月，鮮老虎與微肯合併後，首創線下2.0流量的網際網路公司。作為iBeacon領域和線下流量事實領導者和第一名，全行業唯一一家全產業鏈的方案和服務提供商，合併後的新公司將以「領跑線下流量2.0革命」為己任，推動整個線下流量產業的升級和iBeacon行業的大發展，全面推進線下場景流量的持續探索，雙方將全面圍繞線下Mall、餐飲、交通、醫療、校園、銀行等線下物理空間和城市生活服務媒體打造「大購物中心」互動場景矩陣平臺，成為線下流量2.0時代最大的流量資產運營商和線下內容提供商。
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