物聯網定位系統:GPS、WiFi、基站、RFID…

2021-02-15 啟揚智能ARM嵌入式開發

萬物互聯時代,越來越多的設備接入網際網路,人與人、人與物、物與物通過傳感器、定位系統等相互連接,進行信息交換和通信,實現信息化、遠程管理控制和智能化網絡。車載設備中運用定位系統導航,規划行程,了解路況;工廠對重要設備進行管理定位,防止丟失;醫院用定位技術監控病床等醫院設備,提高空閒設備使用效率;智慧城市中路燈、井蓋、公交車、電子站牌……應用定位技術遠程管理,定位系統已經應用在各類物聯網場景中。

提到定位,一般人首先會想到GPS(Global Positioning System全球衛星定位系統)。GPS是由美國首先研究使用的一種定位方式,所以很多人認為GPS就是指美國導航系統,其實GPS也是全球衛星定位系統的通用稱呼。全球有四大衛星定位系統,美國的GPS、俄羅斯的格洛納斯、歐洲的伽利略以及中國的北鬥。

通過測量已知的衛星到設備之間的距離,然後綜合多顆衛星的數據就可知道設備的具體位置。

特點:不需要SIM卡,不需要連接網絡。

缺點:啟動時間長、GPS受天氣和位置的影響較大,天氣不佳或處於有遮擋的位置,比如高架橋下、地下車庫、室內等都會影響定位。

基站定位一般應用於手機用戶,通過SIM卡接收基站型號,通過計算基站信號差異,通過一定的算法來計算出手機所在的位置。

特點:LBS定位必須有SIM卡和處於聯網狀態,不受天氣影響。

缺點:基站定位精度較低,誤差大;定位受基站數量影響。

每一個無線AP都有一個全球唯一的MAC地址, WiFi定位靠的是偵測附近周圍所有的無線網絡基地臺 (WiFi Access Point) 的 MAC地址,去比對資料庫中該 MAC地址的坐標,通過三角定位計算出所在地。

特點:可用於室內定位、速度快。

缺點:必須開啟WiFi和處於聯網狀態;位置服務商要不斷更新、補充自己的資料庫,以確保數據的準確性。

iBeacon基於藍牙4.0的精準微定位技術,是一項低功耗藍牙技術,適用於室內位置檢測和軌跡記錄、室內地圖導航、精準信息廣告推送。

基於Bluetooth Low Energy(BLE)低功耗藍牙傳輸技術發送特定識別信息。藍牙低功耗Beacon基站不斷向四周發送藍牙信號(含相同的UUID,一個區域內有多個相同UUID時,可附帶其他信息以區分),帶滿足iBeacon技術標準的藍牙模塊的智能設備進入設定區域時,就能夠收到信號。藍牙設備定位接受並反饋信號,定位引擎通過三角定位算法、採用RSSI方式計算出用戶位置。

特點:相比於傳統藍牙,功耗降低90%,傳輸距離較大、安全和穩定性提高;iBeacon無需配對。

缺點:設備或終端需要支持藍牙打開;低功耗藍牙技術是一種2.4GHz頻段的射頻技術,射頻信號的傳播受環境幹擾大不穩定。

常用的室內定位技術之一,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。現被廣泛應用於倉庫、工廠貨物流轉定位。

特點:可以在毫秒內得到釐米級定位精度的信息,且傳輸範圍很大,標識體積小,成本較低

缺點:RFID技術作用距離短,一般為幾十米;需要布設讀卡器和天線。

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。

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。

缺點:紅外線易被障礙物遮擋,易受熱源、燈光影響;需要大量部署傳感器、發射器、接收器,成本非常高。

超寬帶(UWB)室內定位技術是近年來新興一項全新的、與傳統通信技術有極大差異的通信無線新技術,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。

特點:功耗低、抗幹擾效果好、安全性高、系統複雜度低、定位精度極高。

缺點:難以實現大範圍室內覆蓋;建設成本較高。

除以上技術外,還有超聲波定位、地磁定位、Zigbee定位等定位方式,每種定位技術都有自己的優缺點,因此因地制宜,應用到合適的場景,才能發揮各自的最優效用。

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