室内与户外环境相比,室内环境要复杂的多。建筑物的布局、内部结构、材料、装饰装修情况等都会对室内定位的效果产生影响。除去纯技术方面的考虑,许多人为的限制 因素,如安全性,个人隐私的考虑等,也对室内定位技术体系有很大的影响。从不同的应用和需求出发,人们提出了很多种不同的可用于室内定位的技术方法,如利 用红外,超声波,无线电波的传播模型等推算位置。这些方法一般都有很强的应用背景,适用的定位服务对象也不尽相同。我们对目前的一些室内定位技术和定位服 务需求进行了考察,总结出以下几个重要的特点。
1、定位系统坐标系的配置和位置信息的表达方法 :
坐标系的建立是室内定位的前提。GPS 通过全球经纬坐标系统定位,可以给出某一点精确的经纬度。一般说来,室内定位系统是针对某一建筑物建立独立的坐标体系,并以此为定位依据。当然,我们也完全可以通过若干控制点的测量,换算建筑物独立坐标和全球坐标系统,以实现室内室外坐标系的整合。
在计算目标坐标位置时,一些定位系统建立固定的坐标系统,有固定的参照点;而另一些系统则不依赖固定的参照点定位,或者虽然通过和参照点的相对位置表达信息,但参照点的位置却是动态变化的,每一个被定位对象的坐标都用它和其他物体的相对位置决定。也就是说系统并不真正建立一个坐标系统,而只是在需要的时候才进行换算。在室内环境中,人们往往不需要或者不关心定位对象的绝对坐标位置,人们更希望系统能够提供诸如“消防员救助人员在一楼大厅,需要救护的人员在 20层楼936房间”,这样的定位信息实际上是一种地址信息。地址信息是一种模糊的信息,并不能直接显示在地图上。
地理信息系统(GIS)中为了解决这个问题,提出了地址编码(Geocoding)技术,用来匹配地址信息和地图位置。由于在室内定位系统中,人们普遍关注地址信息,因此地址编码在室内定位系统中将发挥重要的作用。
2、 位置信息通信和室内位置信息计算的安全性:
人或物体在室内的位置是敏感的。除非在特定的环境下,人们并不希望把自己的位置信息透露给不相干的人,这就出现了位置信息的安全性问题。这个问题包括两个方面:一是位置信息的计算方式,二是位置信息传输的安全性。
目前主要的位置计算方式是由计算机中心服务器集中处理所有被定位者的信息,并按照一定的方式向相关人员广播。一般认为本地计算是更安全的方式,系统应至少能够允许进行本地计算。
3、 室内定位的精度 :
不 同的应用对定位精度有着不同的要求。室内环境本身比较小,一般说来要求定位精度比较高,这样才能够满足应用需要。但是室内定位需要回答的往往是这样的问 题:“需要救护的受伤者在哪个房间”?而被定位者在房间中的位置我们大部分情况下并不关心,因此实际上只要能够达到定位到房间就可以满足实际需要了。定位 精度可以通过改进设备来不断提高,但是我们需要在精度和经济效益之间作出权衡。
4、定位跟踪和方向判别:
方向判别是定位系统中常见的问题。行进方向是很重要的信息,如 GPS 车辆导航中对车辆行进方向的判别。室内定位系统除了要求能够跟踪运动物体,判断行进方向外,我们往往还要求能够判断静止物体的朝向,例如人员的面向位置。静止时物体朝向是室内定位中所特有的一个问题,也是一个很重要的问题。这个功能在关于RADAR 室内定位系统中有所涉及。RADAR 系统的定位是使用无线网络的基础设施,通过对无线网卡和无线接入器(Access Point)所收到的信号强度,信噪比等参数来推算移动目标的位置。
5、 自动识别能力 :
定位系统要求具备一定的自动识别能力。这种识别能力一般可以通过把身份识别系统和室内定位系统集成起来,如胸卡识别和条形码识别。我们还可以把成像系统或语音系统和定位系统结合,这样就可以具备更复杂的识别能力。
6、 系统稳定性:
无 线室内定位最关键之一是必须达到一定的稳定性,对于室内环境的变化能够有一定的自我调节或适应能力。由于室内环境的格局,物品的摆放,装饰装修都有可能频 繁变化,这要求定位技术必须具备一定抵抗环境变化干扰的能力。如房屋的格局如果发生了有限的变动,或用于定位的设备部分发生故障,我们希望系统仍然能够继 续正常工作,或能够通过人工或自适应的方式进行调节,保证定位系统的可用性。从目前的技术来看,室内定位系统的抗环境干扰能力,稳定性都存在一定的问题, 这是无线室内定位技术需要着重研究解决的一个问题。
1、定位系统坐标系的配置和位置信息的表达方法 :
坐标系的建立是室内定位的前提。GPS 通过全球经纬坐标系统定位,可以给出某一点精确的经纬度。一般说来,室内定位系统是针对某一建筑物建立独立的坐标体系,并以此为定位依据。当然,我们也完全可以通过若干控制点的测量,换算建筑物独立坐标和全球坐标系统,以实现室内室外坐标系的整合。
在计算目标坐标位置时,一些定位系统建立固定的坐标系统,有固定的参照点;而另一些系统则不依赖固定的参照点定位,或者虽然通过和参照点的相对位置表达信息,但参照点的位置却是动态变化的,每一个被定位对象的坐标都用它和其他物体的相对位置决定。也就是说系统并不真正建立一个坐标系统,而只是在需要的时候才进行换算。在室内环境中,人们往往不需要或者不关心定位对象的绝对坐标位置,人们更希望系统能够提供诸如“消防员救助人员在一楼大厅,需要救护的人员在 20层楼936房间”,这样的定位信息实际上是一种地址信息。地址信息是一种模糊的信息,并不能直接显示在地图上。
地理信息系统(GIS)中为了解决这个问题,提出了地址编码(Geocoding)技术,用来匹配地址信息和地图位置。由于在室内定位系统中,人们普遍关注地址信息,因此地址编码在室内定位系统中将发挥重要的作用。
2、 位置信息通信和室内位置信息计算的安全性:
人或物体在室内的位置是敏感的。除非在特定的环境下,人们并不希望把自己的位置信息透露给不相干的人,这就出现了位置信息的安全性问题。这个问题包括两个方面:一是位置信息的计算方式,二是位置信息传输的安全性。
目前主要的位置计算方式是由计算机中心服务器集中处理所有被定位者的信息,并按照一定的方式向相关人员广播。一般认为本地计算是更安全的方式,系统应至少能够允许进行本地计算。
3、 室内定位的精度 :
不 同的应用对定位精度有着不同的要求。室内环境本身比较小,一般说来要求定位精度比较高,这样才能够满足应用需要。但是室内定位需要回答的往往是这样的问 题:“需要救护的受伤者在哪个房间”?而被定位者在房间中的位置我们大部分情况下并不关心,因此实际上只要能够达到定位到房间就可以满足实际需要了。定位 精度可以通过改进设备来不断提高,但是我们需要在精度和经济效益之间作出权衡。
4、定位跟踪和方向判别:
方向判别是定位系统中常见的问题。行进方向是很重要的信息,如 GPS 车辆导航中对车辆行进方向的判别。室内定位系统除了要求能够跟踪运动物体,判断行进方向外,我们往往还要求能够判断静止物体的朝向,例如人员的面向位置。静止时物体朝向是室内定位中所特有的一个问题,也是一个很重要的问题。这个功能在关于RADAR 室内定位系统中有所涉及。RADAR 系统的定位是使用无线网络的基础设施,通过对无线网卡和无线接入器(Access Point)所收到的信号强度,信噪比等参数来推算移动目标的位置。
5、 自动识别能力 :
定位系统要求具备一定的自动识别能力。这种识别能力一般可以通过把身份识别系统和室内定位系统集成起来,如胸卡识别和条形码识别。我们还可以把成像系统或语音系统和定位系统结合,这样就可以具备更复杂的识别能力。
6、 系统稳定性:
无 线室内定位最关键之一是必须达到一定的稳定性,对于室内环境的变化能够有一定的自我调节或适应能力。由于室内环境的格局,物品的摆放,装饰装修都有可能频 繁变化,这要求定位技术必须具备一定抵抗环境变化干扰的能力。如房屋的格局如果发生了有限的变动,或用于定位的设备部分发生故障,我们希望系统仍然能够继 续正常工作,或能够通过人工或自适应的方式进行调节,保证定位系统的可用性。从目前的技术来看,室内定位系统的抗环境干扰能力,稳定性都存在一定的问题, 这是无线室内定位技术需要着重研究解决的一个问题。