基于無線通信技術(shù)的室內(nèi)智能定位

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1引言

不知道你是否也有這種情況？每一次去商場(chǎng)，最煩惱的除了沒有地方停車之外就是尋找停在地下停車場(chǎng)某處的車，幾乎每一次都是左手拎著一堆東西，右手拿著車鑰匙朝著各個(gè)方向試探著打開車鎖，這時(shí)候就希望如果能有一個(gè)導(dǎo)航幫助找到車該有多好。物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，全新的生活方式讓我們花費(fèi)更多的時(shí)間在室內(nèi)。有數(shù)據(jù)顯示，人們87~90%的時(shí)間在室內(nèi)度過。如今，室內(nèi)空間越來越大，活動(dòng)也越來越豐富，人們?cè)谑覂?nèi)的時(shí)間也隨之能加。由于密閉空間內(nèi)人的方向感減弱，使得在停車場(chǎng)、商場(chǎng)、醫(yī)院等大型室內(nèi)場(chǎng)所中尋找走散的伙伴、尋找目標(biāo)商品等行為變得不再那么容易，人們對(duì)室內(nèi)定位需求越來越大。同時(shí)，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展迅速，根據(jù)Gertner預(yù)測(cè)，到2020年全球物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備將達(dá)到260億個(gè)，物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到1.9萬億美元，中國(guó)作為物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展最具潛力的國(guó)家，有望超越美國(guó)市場(chǎng)成為世界最大的物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)。作為物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的底層支撐，室內(nèi)定位技術(shù)顯得愈加重要，我國(guó)政府也十分重視室內(nèi)定位技術(shù)的發(fā)展。據(jù)國(guó)際權(quán)威機(jī)構(gòu)預(yù)測(cè)，室內(nèi)定位服務(wù)將成為下一個(gè)千億美元級(jí)藍(lán)海市場(chǎng)。

2無線通信技術(shù)介紹

2.1什么是無線通信

無線通信是一種常見的通信方式，主要方式是通過電磁波信號(hào)在自由空間內(nèi)傳輸進(jìn)而實(shí)現(xiàn)信息的交換。如今無線通信已經(jīng)成為我們生活中重要的組成部分，比如使用手機(jī)打電話、發(fā)短信、玩游戲等都是使用的無線通信進(jìn)行的信息傳輸。由于無線通信的傳輸是在自由空間內(nèi)進(jìn)行的，無需借助任何物理線路，所以不需要進(jìn)行大量的鋪設(shè)線路、維修線路的工作。相比傳統(tǒng)的有線傳輸方式中檢修、排查故障過程復(fù)雜，無線通信在檢測(cè)、維修方面更加容易操作，無需到現(xiàn)場(chǎng)處理，只需要遠(yuǎn)程診斷即可。需要調(diào)整傳輸線路時(shí)只需簡(jiǎn)單微調(diào)即可，而且環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)。憑借這諸多優(yōu)勢(shì)，近些年在信息通信領(lǐng)域，無線通信技術(shù)發(fā)展最快、應(yīng)用最廣。

2.2幾種主流無線通信技術(shù)

為適應(yīng)不同的環(huán)境，目前市面上存在著多種無線通訊技術(shù)，衛(wèi)星通信、短波通信、藍(lán)牙、無線寬帶（Wi-Fi）、GPRS、EnO-cean等等不一而足，下面將對(duì)市面上幾種主流的無線通信技術(shù)進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹：

2.2.1藍(lán)牙（Bluetooth）

1998年5月，東芝、愛立信、IBM、Intel和諾基亞等公司共同提出了一種無線距離數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)-藍(lán)牙。這一傳輸方式相信大家都不陌生，早在很久以前，每臺(tái)手機(jī)就會(huì)配備藍(lán)牙功能，供用戶進(jìn)行點(diǎn)對(duì)點(diǎn)或者一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的音頻、視頻、文字等數(shù)據(jù)傳輸。使用藍(lán)牙功能時(shí)我們不難發(fā)現(xiàn)，短距離內(nèi)，這種傳輸方式的傳輸速度非?？欤也灰资艿礁蓴_。技術(shù)要求在100m范圍內(nèi)，它的數(shù)據(jù)傳輸帶寬可達(dá)1Mbps。如今藍(lán)牙技術(shù)被廣泛應(yīng)用在辦公環(huán)境、汽車工業(yè)、醫(yī)療設(shè)備、信息家電等不同情境下，幫助電腦、打印機(jī)、傳真機(jī)、相機(jī)、耳機(jī)等各類設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。

2.2.2無線寬帶（Wi-Fi）

Wi-Fi在現(xiàn)代生活、工作中不可或缺，無論是人員密集如火車站、咖啡館、商場(chǎng)、餐廳、圖書館、校園內(nèi)、辦公室等公共場(chǎng)所，還是每個(gè)家庭里都基本實(shí)現(xiàn)被Wi-Fi覆蓋。其覆蓋半徑可達(dá)100m左右，只要用戶的終端機(jī)在覆蓋范圍內(nèi)就可以通過連接Wi-Fi“熱點(diǎn)”上網(wǎng)，并且傳輸速率非?？?，非常適合移動(dòng)辦公。而且“熱點(diǎn)”發(fā)射設(shè)備的發(fā)射功率約為60~70mW，輻射非常小，人們可以安全上網(wǎng)。

2.2.3GPRS

GPRS(通用無線分組業(yè)務(wù))是由中國(guó)移動(dòng)開發(fā)運(yùn)營(yíng)的一種基于GSM通信系統(tǒng)的無線分組交換技術(shù)，傳輸信息時(shí)會(huì)將數(shù)據(jù)封裝打包，像郵寄包裹一樣將數(shù)據(jù)包一個(gè)一個(gè)地送出去，以方便計(jì)費(fèi)。這種傳輸方式只有在傳輸資料時(shí)才會(huì)占用頻寬，有效提高了網(wǎng)絡(luò)的利用率，便于高速傳輸。使用中國(guó)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的手機(jī)上網(wǎng)采用的無線通信方式就是GPRS。

2.2.4EnOcean

EnOcean能使用868MHz，902MHz，928MHz和315MHz四個(gè)頻段，還是是世界上唯一一個(gè)使用能量采集技術(shù)的無線通信方式。EnOcean傳輸系統(tǒng)中的能量采集模塊采集到周圍環(huán)境中諸如光、熱、電波、人體動(dòng)作中釋放的微弱的電力，將這些能量供給超低功耗的無線通訊模塊實(shí)現(xiàn)信息的傳輸。這種傳輸方式在室外的傳輸距離是300m，室內(nèi)的傳輸距離為30m。

2.3比較與選擇

通過前文分析，我們對(duì)上面上幾種主流無線通信技術(shù)有了一定的了解。藍(lán)牙技術(shù)具有功耗低且傳輸速率快、建立連接的時(shí)間短、穩(wěn)定性好、安全度高、近距離內(nèi)傳輸速度快的優(yōu)點(diǎn)，但連接設(shè)備數(shù)量相對(duì)較少，具有單一連接性；Wi-Fi傳輸范圍廣、速度快、普及應(yīng)用度高，但功耗大、價(jià)格貴且存在一定的安全隱患；GPRS資源利用率高、傳輸速率高、接入時(shí)間短，但會(huì)出現(xiàn)數(shù)據(jù)遺失、終端不支持無線終止功能、有延時(shí)性；EnOcean功耗低、成本低、掉線率低、工作頻段靈活，但室內(nèi)傳播距離近、數(shù)據(jù)信息傳輸速率低、有延時(shí)性。介于室內(nèi)定位的特定環(huán)境要求，比較后可知穩(wěn)定性好、安全度高、傳輸速率快的藍(lán)牙技術(shù)為最優(yōu)選擇。

3基于無線通信技術(shù)的室內(nèi)定位原理

隨著多種科學(xué)多種技術(shù)的綜合發(fā)展，室內(nèi)定位技術(shù)正在逐步優(yōu)化。各類適應(yīng)不同環(huán)境的無線通信室內(nèi)定位機(jī)制有很多，諸如前文中提到的藍(lán)牙技術(shù)，在目前的室內(nèi)環(huán)境下是比較理想的手段?；跓o線通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)的室內(nèi)定位，原理看似高深，但其實(shí)核心技術(shù)只有兩個(gè)，即：雙目測(cè)距原理及信息融合算法。雙目測(cè)距原理隨著生物解剖學(xué)的發(fā)展，人類逐漸開始對(duì)眼睛的功能有了科學(xué)的認(rèn)識(shí)。人的眼睛內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，是一個(gè)高級(jí)的天然光通過實(shí)驗(yàn)我們能夠發(fā)現(xiàn)，藍(lán)牙基站對(duì)藍(lán)牙標(biāo)簽的定位效果非常理想，但實(shí)驗(yàn)畢竟是在相對(duì)理想的環(huán)境下進(jìn)行的。在實(shí)際應(yīng)用中，目標(biāo)種類繁多、信號(hào)情況復(fù)雜，如果想要將該中模式投入到實(shí)際應(yīng)用中還需要進(jìn)一步改進(jìn)。比如在某個(gè)固定的場(chǎng)所內(nèi)需要搭建一個(gè)平臺(tái)，不但提供位置信息，還提供更多產(chǎn)品相關(guān)信息。平臺(tái)首先對(duì)產(chǎn)品類目進(jìn)行劃分，獲得不同的產(chǎn)品位置后發(fā)送位置信息，用戶通過位置信息找到相應(yīng)產(chǎn)品后展示商品參數(shù)等，以供用戶參考。

4結(jié)語

在漫長(zhǎng)的人類歷史長(zhǎng)河中，為了不讓自己在茫茫的大自然中迷失方向，先后發(fā)明了各類輔助指引方向的工具，比如指南針、羅盤等?，F(xiàn)代生活中，只是指引大概的方向并不足以滿足現(xiàn)代生活的需求。高度城市化的今天，為了暢享豐富的室內(nèi)活動(dòng)，在越來越大的室內(nèi)空間行動(dòng)自如，室內(nèi)定位技術(shù)給了我們強(qiáng)大的技術(shù)支持。在眾多無線通信技術(shù)中，藍(lán)牙技術(shù)拔得頭籌，在室內(nèi)定位領(lǐng)域擁有絕對(duì)的優(yōu)勢(shì)。相信隨著技術(shù)的快速發(fā)展，室內(nèi)定位技術(shù)必將為我們提供越來越精準(zhǔn)的出行體驗(yàn)。

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作者：姜瑞迪 單位：深圳第二外國(guó)語學(xué)校