室内定位系统的工作原理

几乎每个人都熟悉全球定位系统或 GPS，它可以根据卫星信号确定地球上任何人或物体的精确位置。但是室内位置跟踪呢？ GPS 在建筑物内不能很好地工作 - 这就是室内定位系统 (IPS) 或室内位置跟踪的用武之地。

什么是室内定位系统？

与用于室内环境的 GPS 一样，IPS 是指帮助定位室内人和物体的技术。然后将该位置信息输入某种类型的应用软件，使该信息变得有用。例如，IPS 技术支持多种基于位置的室内跟踪解决方案，包括实时定位系统 (RTLS)、寻路、库存管理和第一响应者定位系统。

有许多不同的技术可用于室内定位，本文将详细介绍其中的五种技术：

• 基于邻近的系统
• 基于 WiFi 的系统
• 超宽带系统
• 声学系统
• 红外系统

在您阅读时，请记住这一点：了解不同类型的室内跟踪技术很好，但定位技术本身不应该是您的主要关注点——真正的价值在于连接到特定设备的软件技术。

了解位置标签的工作原理就像了解“在 IPS 引擎盖下”发生的事情一样。这很好，但您如何使用位置信息才能提供真正的价值——它将如何对您的业务产生影响？它所提供的软件在创造该价值方面发挥着重要作用，因此从整体上评估系统很重要。如果您刚刚开始进行室内位置跟踪并且实验预算紧张，那么购买昂贵、难以使用且难以扩展的系统很可能会抵消您从收集到的数据中获得的好处。另一方面，经济高效、易于使用的解决方案将帮助您充分利用 IPS 投资，从而创造真正的商业价值。

下面我记录了每种室内跟踪技术最常见的用例，以及每种技术的一些缺点和优点。

5种室内跟踪技术

1.基于邻近的系统

基于接近度的系统可以检测设施内房间级别的人或物体的大致位置。 （这与下面命名的超宽带等精确系统形成对比，后者将某物的精确位置精确定位到“地图上的一个点”。）基于接近度的系统使用标签和信标进行室内定位，并且它们要么基于读者，要么基于参考点。

在基于阅读器的系统中，简单、廉价的标签（“哑”标签）不断地将其识别信息传输到多个阅读器设备。这些阅读器设备然后将标签的标识和信号强度传递给后端系统，然后计算每个标签的位置。

基于参考点的系统——AirFinder 就是一个很好的例子——使用标准的低功耗蓝牙 (BLE) 信标和“智能”位置感知标签作为位置参考点。标签根据参考点的位置计算自己的位置，然后连接到中央接入点以中继此信息。 BLE 接入点在设施中大约每 100 英尺间隔，从标签接收加密的位置数据并将其发送到服务器。

这两种基于邻近度的系统都可以以最低的成本完成简单的室内定位。它们在医疗保健和制造业以及其他一些行业中无处不在。然而，基于参考点的系统是最便宜的接近解决方案，因为它们的架构——它们不需要那么多的连接阅读器，因为它们的参考点成本很低。与基于读取器的系统相比，它们还可以延长电池寿命并提供更准确的位置信息。

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2.基于 WiFi 的系统

在 WiFi 定位系统中，标签是 WiFi 发射器，可将简单的数据包发送到设施中的多个 WiFi 接入点。这些接入点向后端报告该读数的时间和强度，后端使用算法来计算位置。然后将位置信息发送到云端。

WiFi 室内定位系统提供了相当高的精度（从三米到五米），因为它们使用具有宽带宽的到达时间差 (TDOA) 测量。但要达到这种准确度，您至少需要三个接入点来“听到”每个标签传输。如果您还没有 WiFi 接入点来支持它，这可能是一个昂贵的解决方案。 WiFi 标签也相当昂贵（每个标签 40 至 60 美元），而且通常比它们的替代品节能。

也就是说，Wifi 常用于医疗保健和制造环境。

3.超宽带 (UWB) 系统

UWB 是一项很酷的技术。三个或更多超宽带读取器在 GHz 频谱上传输非常宽的脉冲。然后阅读器会收听来自超宽带标签的啁啾声。这些标签有一个火花隙式激励器，可以在其中产生一个小脉冲，产生一个短的、编码的、非常宽的、几乎是瞬时的脉冲串。然后阅读器将非常准确的时间测量值从标签报告回中央服务器。

由于 UWB 信号极宽，位置信息的准确性非常好——可能是所有可用系统中最准确的。然而，一个缺点是 UWB 是安装成本最高的系统。尽管 UWB 标签价格低廉，但由于标签范围有限，每个位置都必须至少配备三个（昂贵的）阅读器。

在与使用 UWB 的人的讨论中，我注意到的一件事是，即使他们购买它是为了它提供的精确度，但他们实际上并没有发现知道某些东西在实际 XY 上的价值。 em> 位置。 （“我不需要知道护士站在床的哪一边，我只需要知道她在房间里。 ”）因此，他们经常以一种“愚蠢”的方式实现它——因此它只提供邻近级别的位置信息。在这种情况下，基于邻近度的技术更便宜。请注意，有 精确定位很有用的情况，例如库存管理或跟踪制造设施中的材料流动。 （UWB 根本不在医院使用，但在仓库中广泛使用。）这一切都回到评估整体包以确保您获得符合您实际需求的解决方案。

4.声学系统

许多新的室内跟踪系统已经投放市场，它们使用来自标签的超声波脉冲在室内环境中定位它们。声学系统的工作原理几乎与 UWB 完全一样，只是它使用声音而不是无线电。标签发出超声波范围内的声音（因此您听不到）。房间内的接收器（有时是多个，有时是单个“智能”接收器）接收这些声音并以这种方式定位标签。

使用声音的好处之一与解决多路径有关。如果您正在发送传输并进行时间测量，则可以根据速度猜测位置。如果该信号在到达那里的途中从墙上反弹，那么您现在就有了一个“多路径”——或者可能有几十个。在数学上区分直接路径和多路径的能力纯粹是媒体速度除以带宽的函数。所以你的多路径解析能力是声速除以带宽。声学系统需要较少的信号带宽来解决多径问题，因为声速远低于光速。

基于声纳的系统也可以非常准确——甚至与 UWB 一样准确。成本取决于您的情况：如果您在新建筑中安装它，将传感器连接到每个房间的成本不会很高。如果您试图用传感器改造现有建筑，成本会很高。然而，标签并不昂贵。

目前，声学系统是一种不常用的利基技术，但在不久的将来，医疗保健将提供最大的用例潜力。

5.红外线 (IR) 系统

基于红外的室内定位系统使用红外光脉冲（如电视遥控器）来定位建筑物内的信号。每个房间都安装了红外接收器，当红外标签产生脉冲时，被红外接收设备读取。

红外线是保证房间级精度的近乎万无一失的方法。它使用光而不是无线电波，无线电波不能穿过墙壁——如果系统说资产在 4B 房间，毫无疑问它在 4B 房间。基于无线电的系统更容易出现误报，因为无线电波有时会被其他阅读器隔墙接收到。

虽然标签成本低且使用寿命长，但红外线的缺点是每个房间都需要在天花板上安装有线 IR 阅读器。如果您将其安装在新建筑中，那很好，但是，就像声学一样，改造将是昂贵的。这就是红外线系统通常用于新医院建设的原因，其中房间被明确分割。在开放空间的仓库中，红外线将是一个挑战——如果三个接收器读取一个光脉冲，则无法知道标签最靠近哪个接收器，因为很难测量红外线的相对信号强度。一般来说，无线电技术在仓库和制造设施等开放空间中效果更好。

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AirFinder 是世界上最准确的基于蓝牙的接近系统。它可以配置为使用各种接近阅读器和参考点来定位一般区域内的资产或人员，或者定位到非常特定的位置，以达到所需的精度水平。它使用的 BLE 信标有数百种不同的外形规格，来自许多不同的制造商，让您可以控制价格、尺寸、电池和外壳材料。

它旨在最大限度地提高您的室内定位系统投资的商业价值，因为它：

• 具有成本效益。 iBeacon 标签的价格从 2 美元到 15 美元不等，而且不需要复杂、昂贵的基础设施。
• 易于部署 ，无需 IT 参与。
• 易于缩放 通过添加更多参考点。
• 高度安全 因为没有任何定位基础设施会触及您的网络。
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