理论教育 其他定位技术的应用与发展

其他定位技术的应用与发展

时间:2023-06-11 理论教育 版权反馈
【摘要】:目前RFID射频识别定位已经被仓库、工厂、商场广泛使用在货物和商品的流转定位上。

其他定位技术的应用与发展

卫星定位技术较好地解决了物体在室外空旷环境下的位置获取问题,但在如隧道、地下停车场、室内等环境下,接收终端常常无法获得充分的卫星信号,而且卫星定位的民间应用只能达到10m左右,对许多应用场合,这样的精度无法达到要求。因此,需要使用其他定位技术作为卫星定位的辅助定位,解决卫星信号到达地面时较弱、不能穿透建筑物和卫星定位精度比较差的问题。

1.Wi-Fi定位技术

Wi-Fi定位技术有两种:一种是通过移动设备和三个无线网络接入点的无线信号强度,通过差分算法,来比较精准地对移动设备进行三角定位;另一种是事先记录巨量的确定位置点的信号强度,通过用新加入的设备的信号强度对比拥有巨量数据的数据库,来确定位置(“指纹”定位)。Wi-Fi定位可以在广泛的应用领域内实现复杂的大范围定位、监测和追踪任务,总精度比较高。目前城市中的公共场所,如大型超市、商场、学校、企业等都已经广泛部署Wi-Fi,大量的智能设备也安装了Wi-Fi模块,使得Wi-Fi定位技术比较容易普及推广。Wi-Fi定位适用于对移动设备的定位导航,可以用于医疗机构、主题公园、工厂、商场等各种需要定位导航的场合。

2.蓝牙定位

蓝牙室内技术利用安装的若干个蓝牙局域网基站,把网络维持成基于多用户的基础网络连接模式。这些蓝牙信标基站不断发送含有发射功率的信标广播报文,当装有蓝牙模块的物体进入网络时会收到信标广播报文,测量出接收功率,并将其代入到功率衰减与距离关系的函数中,从而测算出距离该已知固定位置的蓝牙基站的距离。根据距离多个固定位置的蓝牙基站的距离,即可确定该物体的位置。蓝牙定位技术最大的优点是设备体积小、距离短、功耗低,容易集成在手机等移动设备中。只要设备的蓝牙功能开启,就能够对其进行定位。蓝牙传输不受视距的影响,但对于复杂的空间环境,蓝牙系统的稳定性稍差,受噪声信号干扰大。蓝牙室内定位主要应用于对人的小范围定位,如单层大厅或商店。目前大部分手机终端都自带蓝牙模块,因此容易大范围地普及和部署实施。苹果公司制订了专用于蓝牙定位的iBeacon协议技术,可以实现2~3m的定位精度。

3.RFID射频识别定位

RFID射频识别定位技术利用射频信号进行非接触式双向通信交换数据以达到识别和定位的目的。RFID读写器被安装在固定位置。当附着于物品的RFID电子标签进入RFID固定读写器的磁场后生成感应电流,将该物品的标识号信息传送出去,通过多对双向通信交换数据以达到识别和三角定位的目的。射频识别室内定位技术作用距离很近,但它可以在几毫秒内得到厘米级定位精度的信息,且由于电磁场非视距等优点,传输范围很大,而且标识的体积比较小,造价比较低。其缺点是磁场作用距离短,最长只有几十米。目前RFID射频识别定位已经被仓库、工厂、商场广泛使用在货物和商品的流转定位上。

4.超宽带定位技术

超宽带定位技术通过发送纳秒级或纳秒级以下的超窄脉冲来传输数据,可以获得吉赫兹级的数据带宽。它利用事先布置好的已知位置的锚结点和桥结点,与新加入的盲结点进行通信,并利用三角定位或者“指纹”定位方式来确定位置。由于超宽带定位技术具有穿透力强、抗多径效果好、安全性高、系统复杂度低、能提供精确定位精度等优点,因此前景相当广阔。但由于新加入的盲结点也需要主动通信,使得功耗较高,而且事先也需要布局,使得成本还无法降低。超宽带室内定位可用于各个领域的室内精确定位和导航,包括人和大型物品,如汽车地库停车导航、矿井人员定位、贵重物品仓储等。

5.红外线定位

红外线定位通过光学传感器接收到的红外线发射器发射出的特定红外线后进行定位。使用红外线定位通常有两种方法:第一种是被定位目标使用红外线IR标识作为移动点,发射调制的红外线,通过安装在室内的光学传感器接收进行定位;第二种是通过多对发射器和接收器编织红外线网覆盖待测空间,直接对运动目标进行定位。红外线的技术已经非常成熟,用于室内定位精度相对较高,但是由于红外线只能视距传播,穿透性极差,当标识被遮挡时就无法正常工作,也极易受灯光、烟雾等环境因素影响。加上红外线的传输距离不长,使其在布局上比较复杂,无论哪种方式,都需要在每个遮挡的背后,甚至转角处都安装接收端。(www.daowen.com)

红外线定位布局复杂,成本比较高,故红外线定位技术比较适用于实验室对简单物体的轨迹精确定位记录以及室内自走机器人的位置定位。

6.超声波定位

超声波室内定位系统是基于超声波测距系统而开发的,由若干个应答器和主测距器组成:主测距器放置在被测物体上,向位置固定的应答器发射无线电信号,应答器在收到信号后向主测距器发射超声波信号,根据发射超声波到参考结点响应回波的时间差计算与参考结点之间的距离,通过三角定位方法计算出待测目标的位置。超声波定位技术整体精度很高,达到了厘米级,结构相对简单,有一定的穿透性而且超声波本身具有很强的抗干扰能力,能在非可视距离下传播。但是超声波在空气中的衰减较大,定位有效范围有限,不适用于大型场合,加上反射测距时受多径效应和非视距传播影响很大,造成需要精确分析计算的底层硬件设施投资大,成本较高,故适用于特定环境下的高精度定位应用,如用于无人车间的物品定位。

7.基站定位技术

基站定位技术主要应用于移动电话的定位。移动电话可以测量不同基站的下行导频信号,得到不同基站下行导频的到达时刻TOA或到达时间差TDOA,根据该测量结果并结合基站的坐标,一般采用三角公式估计算法,就能够计算出移动电话的位置。实际的位置估计算法可以考虑多基站定位的情况,来改善估算结果。一般而言,移动台测量的基站数目越多,测量精度越高,定位性能改善越明显。

从第二代、第三代到现在的LTE第四代通信系统定位技术的发展,使得利用基站进行定位的精度大大提高。基站定位在室内、室外广域环境下都能定位,能作为普适化的定位方案,但是定位精度与基站密度密切相关。

8.ZigBee定位技术

ZigBee定位技术通过若干个待定位的盲结点和一个已知位置的参考结点与网关之间形成组网,每个微小的盲结点之间相互协调通信以实现全部定位。ZigBee是一种新兴的短距离、低速率无线网络技术,这些传感器只需要很少的能量,以接力的方式通过无线电波将数据从一个结点传到另一个结点,作为一个低功耗和低成本的通信系统,ZigBee的工作效率非常高。但ZigBee的信号传输受多径效应和移动的影响都很大,而且定位精度取决于信道物理品质、信号源密度、环境和算法的准确性,故造成定位软件的成本较高,但其提高空间还很大。ZigBee室内定位已经被很多大型工厂和车间作为人员在岗管理系统所采用。

在工业互联网时代,每个智能物体都会作为互联网中的一个结点被连接到整个互联网中,每个物体都会通过RFID电子标签或二维码被标识,其位置信息会通过位置定位技术而确定,其场景信息会被网络摄像机所记录,其状态信息会被传感器所获取。通过这些感知技术所获得的物体数据会被传送到互联网平台,经过分析成为机器智能。在整个生态系统中,物体感知技术承担着获取工业数据的重任,数据采集的能力和质量是整个工业互联网系统中极为重要的因素。

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