WIFI定位系統(tǒng)原理和應(yīng)用

WIFI實(shí)時(shí)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(dòng)終端設(shè)備比如WIFI手機(jī)，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(shí)時(shí)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(shí)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(jī)上等安裝接收器接受衛(wèi)星信號(hào)，從衛(wèi)星接收信號(hào)后從而來計(jì)算出位置。GNSS定位如果想計(jì)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(hào)。

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(jìn)行定位，客戶找商品比較麻煩。地下車庫不能進(jìn)行定位，車主不知道哪里有空的車位，停車難等。到這個(gè)時(shí)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(hào)，客戶的電腦、手機(jī)、IPAD等移動(dòng)終端都能接受信號(hào)，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(jìn)行定位。衛(wèi)星定位是最[敏感詞]的，差錯(cuò)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(jìn)行定位，定位到這個(gè)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(huì)有差錯(cuò)，差錯(cuò)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(cuò)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(jìn)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(gè)WIFI MAC地址對應(yīng)的經(jīng)緯度，數(shù)據(jù)來自于第三方平臺(tái)或程序本身數(shù)據(jù)采集。WIFI定位差錯(cuò)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(jià)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(xiàng)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(xì)，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(hào)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(hào)到達(dá)角定位、指紋定位、慣性推算等;

按定位所使用的信號(hào)源劃分：Wi-Fi定位、ZigBee定位、藍(lán)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(huì)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(jī)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(hào)強(qiáng)度的傳播模型法和指紋識(shí)別法。

信號(hào)強(qiáng)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(jì)終端與已知位置AP間的距離，如果用戶聽到多個(gè)AP信號(hào)，就可以通過三邊定位算法來獲得用戶的位置信息;指紋識(shí)別法，則是基于Wi-Fi信號(hào)的傳播特點(diǎn)，將多個(gè)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(jì)移動(dòng)物體可能的位置。

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

藍(lán)牙

2014年左右，基于藍(lán)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(lán)牙m(xù)esh正式推出，在一年半的時(shí)間里，已經(jīng)有超過105種具有藍(lán)牙m(xù)esh網(wǎng)絡(luò)功能的產(chǎn)品獲得認(rèn)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(lán)牙5.1標(biāo)準(zhǔn)新增了尋向功能，可幫助設(shè)備明確藍(lán)牙信號(hào)的方向，進(jìn)而幫助開發(fā)者解讀設(shè)備方向的藍(lán)牙接近(proximity)解決方案，實(shí)現(xiàn)厘米級(jí)位置精度的藍(lán)牙定位系統(tǒng)。

基于位置的藍(lán)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(shí)時(shí)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(hào)強(qiáng)度)機(jī)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(shí)現(xiàn)相互交集的測量算法，最終完成室內(nèi)定位。

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

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

藍(lán)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(dá)1000Mbps以上)，發(fā)射功率較低，穿透能力較強(qiáng)的無線定位技術(shù)。

UWB定位是由多個(gè)傳感器采用TDOA(Time Difference of Arrival，到達(dá)時(shí)間差)和AOA定位算法對標(biāo)簽位置進(jìn)行分析，具有多徑分辨能力、精度高、定位精度可達(dá)厘米級(jí)等特點(diǎn)。

TDOA是一種利用到達(dá)時(shí)間差進(jìn)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(hào)，在標(biāo)簽無線覆蓋范圍內(nèi)的所有基站都會(huì)收到無線信號(hào)。如果有兩個(gè)已知坐標(biāo)點(diǎn)的基站收到信號(hào)，標(biāo)簽距離兩個(gè)基站的間隔不同，那么這兩個(gè)基站收到信號(hào)的時(shí)間點(diǎn)是不一樣的。

基于信號(hào)時(shí)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(dá)厘米級(jí)，但這樣的定位應(yīng)用范圍較小，需對網(wǎng)絡(luò)重新進(jìn)行部署，并且使用者需要使用專用的信號(hào)測量設(shè)備，實(shí)現(xiàn)成本較高;其他定位方式的精度雖然稍差，同時(shí)成本也較低，一般使用信號(hào)強(qiáng)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(hào)接收強(qiáng)度會(huì)容易波動(dòng)，僅使用信號(hào)強(qiáng)度很難實(shí)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(hào)到達(dá)時(shí)間法和基于接收信號(hào)到達(dá)角度的方法實(shí)現(xiàn)定位。

Wi-Fi、藍(lán)牙和UWB這三種技術(shù)，就定位精度來講，UWB可達(dá)厘米級(jí)的定位，藍(lán)牙為厘米到米級(jí)，而Wi-Fi僅為米級(jí)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(yuǎn)的，UWB次之，藍(lán)牙傳輸距離最近;此外，在建設(shè)成本方面，UWB的成本要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于Wi-Fi和藍(lán)牙。