室内定位技术的现状和未来浅议

人类对“定位”的追求从古至今就没有停止过。在古代，由于技术有限，想在迷失的时候知道自己在哪是一件相当困难的事情，于是就有了靠植物、动物、河流之类的自然界的物体估计自己大致位置的传统经验化的方法。既然不能准确定位自己，那就退而求其次，至少我应该知道自己面朝的方向吧？于是就有了指南车，司南，罗盘，以至于后来有了指南针，这些科技上的进步，为人类探索未知世界起到了巨大的作用。因为这些伟大的发明，新大陆，南极洲都能被发现了，人类对世界的认识从来没有这么大的跨度。但是随着时间的推移，这种过于粗略的定位/定向技术越来越不能满足人类探索世界的精细化需求，于是催生了GPS这种准军事化系统。有了这一利器，人类从此不再担心迷路，敢于随心所欲勇闯天涯，迷路怕什么，有GPS保驾护航，我走到哪只要带着GPS设备就丢不了！正是基于这样的信心，当室外定位技术发展的日益成熟之后，人们开始思考另一种可能性：现在人类已经演变成一种生活在钢筋混凝土森林的动物，在室内活动的时间要远远超过室外，而且室内同样有定位和导航的需求，可以用GPS去实现吗？答案是不可以。为什么？首先，GPS的特性决定了其穿透性较差，想在建筑物内部使用GPS导航几乎是不可能的；有人会说，我的手机在室内也能定位。没错，那是因为有A-GPS的技术，使用运营商的基站辅助定位，这种精度确实不敢恭维，你在楼里面能给你定到外面很远。还有人说可以加室外天线，那就涉及到GPS的另一个问题：精度。在户外，我们感觉GPS精确是因为户外地图尺度大，民用级最高放大级别为10米左右，这样的精度对于户外活动和开车来说基本没什么影响，在室内用的话10米的精度显然离我们想要的差的太远。另外需要承认的一点是，军工级的GPS精度可以达到监控山体位移的程度，但是军工级的成本是巨大的，既然是军工级，想用于民用基本是不可能的，否则还叫军工级吗？退一万步讲，即使有一天军工级GPS开放到民用市场，就一定能够满足需求吗？抛开高额的成本不谈，单讲精度，这种用于导弹制导、检测桥梁山体位移的基于GPS技术受算法影响巨大，有很多后处理的因素，基本无法达到“实时”。

经过上面的一番讨论，我想说的是，对于室内定位，不能拘泥于GPS，要有一些创新的东西来实现这一需求。近几年确实也有很多这方面的尝试，比如RFID，ZigBee，WiFi等等集中主流的方案。下面来一个一个分析。

首先是RFID。这是一种早期用于身份识别的无线技术，从名字就可以看出来其优势在于“识别”。典型应用有食堂饭卡，各种公交卡，工作牌（胸卡）等等。其感应距离可以根据需求有远有近，并且工作在较低的频段上，无源RFID标签甚至不需要电源就能通过感应电流完成工作。像这样低功耗低成本的技术，做身份识别是最合适不过的。但是为了进入室内定位的市场，现在的RFID不再仅仅局限于低频段，高频RFID也开始出现并且尝试做室内定位级别的应用。高频RFID基本集中在2.4GHz频段（后面要讲的ZigBee和WiFi也是在这个频段上），提高频段之后的RFID据说定位精度可以达到米级，但是似乎并不是实时定位，很多时候还是被用于监控人员的大致活动范围；

之后谈谈ZigBee定位。ZigBee是一种自组网的PAN，具有节点数量多，成本低，可实时采集传感器数据等特点，通常用于智能楼宇，智能家居，无线传感网等领域，现如今也被拿来做室内定位。ZigBee目前基本是靠信号强度检测和指纹技术实现的定位。由于ZigBee本身是一种低功耗的无线设备，无线功率较低，对使用信号强度检测有一定影响。如果条件理想，其定位精度可以达到米级以内。问题是理想情况基本在地球上是不存在的。这就意味着一旦有了较多的水蒸气，尘埃，较强的无线干扰，ZigBee的定位就会出现较大偏差。

最后是被很多人看好的WiFi定位。多数人是看到现在的WiFi无处不在，而且大家手机里都有WiFi，这种技术一定很有前途。事实上呢？要使用WiFi定位的话，不但需要大量的WiFi基站，并且由于它所使用的频段和大家的手机WiFI上网的频段相同，不可避免的会有比较强的互相干扰，这是大家不愿意看到的。另外，WiFi也是使用的信号强度检测，但是由于它的无线发射功率比ZigBee高数倍，因此抗普通干扰能力要强于ZigBee。但是，WiFi要实现高精度定位的话还需要采集脚印图，实际的定位是需要参考这个数据库才能给出一个较精准的定位。它对环境的要求较高，如果环境改变，比如人多或增加了一些摆设也会对精度造成影响。

综上所述，上面提到的3种技术都只能解决某一种需求，要同时做到“实时，高精度”，靠这些技术短期内是无法实现的。那就真的没有办法了吗？未必。在上世纪60年代美国使用了一种叫做UWB（超宽带）的技术用于军队，并且在十多年前用于民用。这种技术的特点是带宽超宽（500MHz），频率范围超宽（3GHz到10GHz），资源丰富，无载波，单个脉冲在纳秒级，这些特点确保了UWB技术室可以用于解决室内精准定位的需求。经试验证明，现有的UWB射频芯片定位精度可达分米级（10到15cm），每秒最高可刷新20次位置信息，单系统容量短地址65000节点，长地址容量接近无限。北京瑞驰博方科技有限公司在3月底发布的红点实时定位系统基于UWB技术，并且应用了多种定位方案（TOA，TDOA等），实现了无需同步的实时高精度定位，相信在不远的将来，我国的实施高精度室内定位必有光明的未来！