WIFI定位系統(tǒng)原理和應(yīng)用

WIFI實時定位是利用現(xiàn)有的無線網(wǎng)絡(luò)，配合WIFI標(biāo)簽和相關(guān)的移動終端設(shè)備比如WIFI手機，PDA,筆記本電腦等，再結(jié)合相應(yīng)的定位算法，來確定相關(guān)人員和物品位置的一種定位技術(shù). WIFI實時定位系統(tǒng)系統(tǒng)構(gòu)成分為硬件部分和軟件部分，其中硬件部分包含AP和標(biāo)簽。

本文介紹如下內(nèi)容：

1、WIFI定位和其他定位技術(shù)對比

2、WIFI定位簡介

3、WIFI定位系統(tǒng)架構(gòu)和算法

4、WIFI定位系統(tǒng)的應(yīng)用實例

11 WIFI定位和其他定位技術(shù)對比

到目前為止應(yīng)用最廣泛的還是“全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)(GNSS)，用戶需要手持接收器或者是在汽車上、輪船上、飛機上等安裝接收器接受衛(wèi)星信號，從衛(wèi)星接收信號后從而來計算出位置。GNSS定位如果想計算出位置，必須要在空曠范圍且沒有什么阻擋的地方，滿足至少從3顆衛(wèi)星中獲取信號。

現(xiàn)在的公共場所越來越大，現(xiàn)代化程度越來越高，GNSS定位的不足之處已經(jīng)逐漸顯現(xiàn)出來，已經(jīng)不能滿足這些場所。比如說商場內(nèi)不能進行定位，客戶找商品比較麻煩。地下車庫不能進行定位，車主不知道哪里有空的車位，停車難等。到這個時候，WIFI精準(zhǔn)定位就派上用場了，WIFI網(wǎng)絡(luò)能像GNSS一樣發(fā)出信號，客戶的電腦、手機、IPAD等移動終端都能接受信號，WIFI精準(zhǔn)定位就是解決現(xiàn)在的公共場所出現(xiàn)的定位問題，應(yīng)用范圍廣、門檻低。

自從兒童定位電話手表的問世以來，越來越多人問什么是WIFI定位，WIFI定位跟其他定位的區(qū)別在哪兒?

1.以往定位設(shè)備一般支持：GNSS+LBS定位。GNSS就是用“全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)(GPS)進行定位。衛(wèi)星定位是最[敏感詞]的，差錯5-30米，但缺陷也很明顯，耗電。LBS是基站定位，通過設(shè)備里邊裝置的SIM卡進行定位，定位到這個SIM卡所搜索到的鄰近基站塔，不管是單基站定位，還是多基站定位，都會有差錯，差錯大小取決于鄰近基站掩蓋密度。在一些鄉(xiāng)村基站定位常常差錯1-2公里，城市中大約200-500米。

2.WIFI定位：是通過掃描到設(shè)備鄰近的WIFI MAC地址進行定位，設(shè)備上傳WIFI MAC地址到服務(wù)器。服務(wù)器解分出這個WIFI MAC地址對應(yīng)的經(jīng)緯度，數(shù)據(jù)來自于第三方平臺或程序本身數(shù)據(jù)采集。WIFI定位差錯或許30-500米，但WIFI定位需要程序過濾許多判斷，過濾一些隨身WIFI，車載WIFI等。

3.WIFI精準(zhǔn)定位與GNSS定位的比較:

1)GNSS定位主要應(yīng)用于室外，比較空曠的地方。WIFI精準(zhǔn)定位應(yīng)用于室內(nèi)，公共場所的定位不受影響。

2)GNSS定位設(shè)備成本相對較高，而wifi精準(zhǔn)定位價格便宜。

3)GNSS 定位精度高。定位精度：GNSS定位>WIFI定位>LBS基站定位。

在萬物互聯(lián)的大背景下，位置信息的獲取和應(yīng)用在項目落地中越來越重要。相對于室外定位，室內(nèi)定位的工作環(huán)境更為復(fù)雜、精細，其技術(shù)更是多種多樣。

一般情況下，我們根據(jù)技術(shù)原理和使用信號源的不同，可以將室內(nèi)定位技術(shù)分為以下這些：

按定位原理劃分：ID 定位、區(qū)間定位、三邊定位、信號到達角定位、指紋定位、慣性推算等;

按定位所使用的信號源劃分：Wi-Fi定位、ZigBee定位、藍牙定位、UWB定位、RFID定位、衛(wèi)星定位、低頻觸發(fā)定位、基站定位、聲波定位、光定位、地磁定位等。

未來，室內(nèi)定位技術(shù)將席卷我們生產(chǎn)、生活的方方面面，例如：智慧工廠人員及貨物管理與調(diào)度、 生產(chǎn)安全管理、地下停車場尋車導(dǎo)航、智慧大樓人員/訪客定位管理、 會展位置導(dǎo)航等。

下面我們就來探討一下，目前的行業(yè)應(yīng)用中比較常見的、基于無線局域網(wǎng)的三種室內(nèi)定位技術(shù)。

Wi-FiWi-Fi定位，2010年前后，開始在基于定位標(biāo)簽的人員監(jiān)控行業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用起來，2013年，基于手機的Wi-Fi探測等應(yīng)用也隨之嶄露頭角。

目前，Wi-Fi定位是比較流行的一種室內(nèi)定位技術(shù)，其定位方法是基于信號強度的傳播模型法和指紋識別法。

信號強度的傳播模型法，是指使用當(dāng)前環(huán)境下假設(shè)的某種信道衰落模型，根據(jù)其數(shù)學(xué)關(guān)系估計終端與已知位置AP間的距離，如果用戶聽到多個AP信號，就可以通過三邊定位算法來獲得用戶的位置信息;指紋識別法，則是基于Wi-Fi信號的傳播特點，將多個AP的檢測數(shù)據(jù)組合成指紋信息，通過與參考數(shù)據(jù)對比來估計移動物體可能的位置。

在定位精度為米級的一些場景，可利用Wi-Fi進行覆蓋，該技術(shù)適用于對人/車的定位導(dǎo)航，醫(yī)療機構(gòu)、商場、主題公園等場景。

藍牙

2014年左右，基于藍牙的定位技術(shù)開始在監(jiān)控定位領(lǐng)域被應(yīng)用。

2017年7月，藍牙m(xù)esh正式推出，在一年半的時間里，已經(jīng)有超過105種具有藍牙m(xù)esh網(wǎng)絡(luò)功能的產(chǎn)品獲得認證，其中包含芯片、協(xié)議棧、模組及終端產(chǎn)品供應(yīng)商等。

為了滿足位置服務(wù)市場不斷增長的需求，全新藍牙5.1標(biāo)準(zhǔn)新增了尋向功能，可幫助設(shè)備明確藍牙信號的方向，進而幫助開發(fā)者解讀設(shè)備方向的藍牙接近(proximity)解決方案，實現(xiàn)厘米級位置精度的藍牙定位系統(tǒng)。

基于位置的藍牙服務(wù)解決方案通常分為兩類：接近類解決方案和定位系統(tǒng)。無論是實時定位，還是室內(nèi)定位，原理都是類似的，即在數(shù)據(jù)包傳輸中加入RSSI(接收信號強度)機制，通過RSSI來虛擬出產(chǎn)品的大致范圍，再通過三邊測量法，實現(xiàn)相互交集的測量算法，最終完成室內(nèi)定位。

藍牙定位，只要設(shè)備的藍牙功能開啟，就能夠?qū)ζ溥M行定位。藍牙傳輸不受視距的影響，但對于復(fù)雜的空間環(huán)境，藍牙系統(tǒng)的穩(wěn)定性稍差，受噪聲信號干擾大，且藍牙器件和設(shè)備的價格比較貴。

根據(jù)《2019藍牙市場最新資訊》顯示，位置服務(wù)已成為增長最快的藍牙解決方案，預(yù)計未來五年其年復(fù)合增長率將達到43%。

藍牙定位主要用于對人的小范圍定位，例如單層大廳或商店，現(xiàn)在已經(jīng)被某些廠商開始用于LBS推廣。

UWB

近年來，隨著UWB芯片方案的成熟和成本的下降，國內(nèi)研究UWB定位技術(shù)的公司不斷涌現(xiàn)。UWB是一種傳輸速率高(最高可達1000Mbps以上)，發(fā)射功率較低，穿透能力較強的無線定位技術(shù)。

UWB定位是由多個傳感器采用TDOA(Time Difference of Arrival，到達時間差)和AOA定位算法對標(biāo)簽位置進行分析，具有多徑分辨能力、精度高、定位精度可達厘米級等特點。

TDOA是一種利用到達時間差進行定位的方法又稱為雙曲線定位。標(biāo)簽卡對外發(fā)送一次UWB信號，在標(biāo)簽無線覆蓋范圍內(nèi)的所有基站都會收到無線信號。如果有兩個已知坐標(biāo)點的基站收到信號，標(biāo)簽距離兩個基站的間隔不同，那么這兩個基站收到信號的時間點是不一樣的。

基于信號時間的定位系統(tǒng)，例如UWB，一旦遇到墻體遮擋的情況就需要重新部署。同等面積，房間數(shù)量增加一倍，基站用量也將增加一倍，其在空曠場景基站更易部署。

目前使用UWB定位技術(shù)的行業(yè)是隧道、化工廠、監(jiān)獄、醫(yī)院、養(yǎng)老院、礦井等行業(yè)。

局域網(wǎng)定位技術(shù)的比較上述幾種基于無線局域網(wǎng)的定位技術(shù)，其中，超寬帶的定位系統(tǒng)，定位精度一般可達厘米級，但這樣的定位應(yīng)用范圍較小，需對網(wǎng)絡(luò)重新進行部署，并且使用者需要使用專用的信號測量設(shè)備，實現(xiàn)成本較高;其他定位方式的精度雖然稍差，同時成本也較低，一般使用信號強度作為參考。

這幾種無線局域網(wǎng)一般應(yīng)用于室內(nèi)場景，受到室內(nèi)環(huán)境的復(fù)雜影響，信號接收強度會容易波動，僅使用信號強度很難實現(xiàn)精確定位。

因此，根據(jù)測量參數(shù)的不同，還可以使用基于接收信號到達時間法和基于接收信號到達角度的方法實現(xiàn)定位。

Wi-Fi、藍牙和UWB這三種技術(shù)，就定位精度來講，UWB可達厘米級的定位，藍牙為厘米到米級，而Wi-Fi僅為米級的精度;就抗多徑和抗干擾方面，UWB明顯好于其他兩者;就傳輸距離來看，Wi-Fi是最遠的，UWB次之，藍牙傳輸距離最近;此外，在建設(shè)成本方面，UWB的成本要遠遠高于Wi-Fi和藍牙。