室内定位

室内人员定位系统介绍2介绍内容应用系统功能介绍XX舰人员定位系统架构及原理室内定位技术对比分析定位系统算法简介概述31.1、人员定位子系统简介系统简介无线勤务系统人员定位子系统是基于zigbee技术实现的一种室内定位系统。该系统采用基于场强测量的定位算法（RSSI）。系统主要实现以下功能：完成人员以及设备的定位管理，能通过定位功能，确定人员在船内的位置。人员在紧急情况下，可通过该系统实现一键快速告警功能。41.2、室内人员定位系统的起源起源美国联邦通信委员会(FCC)于1996年下达指示要求移动运营商为移动电话用户提供E-911(紧急救援)服务，这就要求对所有移动电话用户实现定位功能，同时，FCC又于1999年对定位精度做出新的要求。FCC的这些举措大大促进了关于定位技术及其服务业务研究的发展，很多国家开始致力于研究商用定位技术并推出了各具特色的商用定位服务。这些服务主要应用于：公共安全，如紧急救援；报警信息发布，跟踪业务，如犯罪嫌疑人的跟踪，走失老人和儿童的寻找，车辆的防盗报警，交通监控；基于位置的信息业务等等。无线定位服务已经在军用、民用和商用领域证明了其重要性。51.3、室内人员定位系统的概念无线通信基站定位人员定位物品管理人员定位技术是利用无线移动通信网络，通过对接收到的无线电波的一些参数进行测量，根据特定的算法对某一个人或物品在某一时间所处的地理位置进行精确测定，以便为用户提供相关的位置信息服务，或进行实时的监测和跟踪。定义无线传感网络（WSN）二、定位算法简介基于测距技术的节点定位算法•基于TOA的定位•基于TDOA的定位•基于AOA的定位•基于RSSI的定位基于非测距技术的定位算法•中心算法•质心算法•APIT定位算法•DV-HOP定位算法基于移动定位节点算法•基于锚节点移动的定位算法62.1、基于测距技术的节点定位算法基于TOA的定位TOA（TimeofArrival)是基于信号到达时间的测距方法，它是已知节点的信号传播速度，再根据信号的传播时间来计算节点间的距离。在一个节点接受到多个邻居锚节点的信息后，再利用三点定位法或者两点定位法，来确定该节点的坐标位置。t1t2t3未知节点锚节点72.1、基于测距技术的节点定位算法基于TDOA的定位TDOA（TimeDifferenceofArrival)是根据同一节点发送两个不同信号的到达时间差来测距的，在时钟同步的条件下，同时发射两种信号，由锚节点计算出收到两种信号到达的时间差，计算出网络节点到邻居锚节点的距离信息，然后利用三角定位方法进行定位。t1t1’t2’t2t3t3’未知节点锚节点82.1、基于测距技术的节点定位算法基于AOA的定位AOA（AngleofArrival)是通过角度测量节点距离的，在该技术中，未知节点通过天线阵列或者其他接收设备获取参考节点无线信号到达方向，计算节点间的相对方向角，然后利用三角测量法计算未知节点的位置信息。未知节点锚节点a2a192.1、基于测距技术的节点定位算法基于RSSI的定位RSSI（receivedsignalstrengthindicator）算法是由未知节点发射无线信号，由接收节点测量接收到的无线信号强度，通过信号强度，得出节点之间的距离后根据三角测量法或其他算法求解节点坐标未知信息。可计算出传播过程中的损耗，再利用已知的理论或经验的信号传播衰减模型计算出节点之间的距离。未知节点锚节点三角定位示意图锚节点锚节点锚节点未知节点102.1、基于测距技术的节点定位算法对比总结RSSI算法相对TODA/AOA算法虽然精度有所有所差别，但是其不需要添加额外的硬件设备进行精准的时间同步和角度测量，更适用于室内定位，成本较低。精度较高；对时间同步有较高的要求，实现难度大。同时节点硬件尺寸、价格、功耗并不适合室内定位精度较高，降低了TOA算法高时间精度要求；但针对室内定位环境复杂及无线通信范围小，算法实现难度大。精度一般；容易受到多径衰落及阴影效应影响；算法简单，定位成本低1.TOA算法2.TDOA算法3.AOA算法4.RSSI算法精度较高；硬件系统设备复杂，并需要两节点之间存在视距传输，不适合室内定位。112.2、基于非测距技术的定位算法中心算法：传感器网络中包含参考节点和普通节点.参考节点的位置或坐标都已知为(Xi,Yi),普通节点利用接收到的参考节点的位置或坐标来估算自己的位置或坐标:(Xest,Yest)=[(X1+X2+⋯+Xk)/k,(Y1+Y2+⋯+Yk)/k].中心算法122.2、基于非测距技术的定位算法质心算法：网络中的信标节点周期性地向邻近节点广播信标信号，信标信号中包含信标节点的标识号ID和位置信息。当未知节点在一段侦听时间内接收到来自不同信标节点的信标信号数量超过某一个阀值后，该节点就认为能与该信标节点联通，并就此确定自身位置为所有的与其联通的信标节点所组成的多边形质心。由此确定自身坐标。质心算法已知节点已知节点已知节点已知节点已知节点未知节点132.2、基于非测距技术的定位算法APIT算法的基本思想是：未知节点通过锚节点的通信传播过程，获得所有邻居锚节点的信息，若未知节点的邻居锚节点数目为n，则每次从n个锚节点中取3个作为一组，判断该节点是否包含在以该三个锚节点为顶点的三角形中，穷尽所有组合。对所有包含该未知节点的三角形进行区域重合，求出该重合区域的执行位置，即得到该节点的位置信息。APIT定位算法未知节点锚节点142.2、基于非测距技术的定位算法DV-HOP算法的基本过程是网络中的未知节点通过距离矢量交换协议过得距离锚节点的跳数，然后由锚节点计算网络平均每跳距离，并广播至网络中，未知节点接收到锚节点发送的校正值后，计算到锚节点的距离，该距离就等于网络平均每跳距离与未知节点到锚节点跳数相乘，然后利用三角测量法对未知节点进行定位。DV-HOP定位算法锚节点未知节点152.3、基于移动定位节点算法锚节点移动的定位算法：基本思想是利用一个移动的节点对整个网络中的节点进行定位.移动节点随时知道自己的坐标或位置,在移动过程中,发送位置信息,周围的节点测量与移动节点不同位置的距离.当周围节点测量到与移动节点的三个或三个以上的位置信息时,利用三边定位原理确定自己的位置,当节点确定自己位置时,变为参考节点.基于锚节点移动的定位算法162.4、总结在各类定位算法中，基于测距技术的定位算法相对于非测距技术算法在定位精度上面有着更高的优势。同时对于分布密集以及无线通信范围小的室内环境内，为达到精度以及控制成本的要求，采用测距技术算法中基于RSSI值算法更为合适。17三、室内定位技术对比分析室内定位技术目前主要分为基于无线通信系统实现人员的定位与管理以及其他定位技术例如（红外线室内定位技术、超声波室内定位技术、计算机视觉定位技术、磁场定位技术、惯导定位技术）。其中基于无线通信系统的定位技术应用极为普遍。近年来，各类短距离无线通信协议和相关产品不断出现，其中短距离无线数据通信标准主要有紫峰（zigbee)、Wi-fi、蓝牙、RFID和超宽带（UWB）等几种技术。它们基本上覆盖了目前的应用需求，在各自的领域发挥着巨大的作用。183.1、定位技术对比分析WIFI定位技术Zigbee定位技术蓝牙定位技术射频识别定位技术超宽带定位技术红外线室内定位技术超声波定位技术计算机视觉定位技术磁场定位技术惯导定位技术短距离无线通讯技术其他室内定位技术现有室内定位技术193.2、短距离无线通信定位技术蓝牙定位技术蓝牙室内技术是利用在室内安装的若干个蓝牙局域网接入点，把网络维持成基于多用户的基础网络连接模式，并保证蓝牙局域网接入点始终是这个微微网(piconet)的主设备，然后通过测量信号强度对新加入的盲节点进行三角定位。203.2、短距离无线通信定位技术优势：设备体积小、短距离、低功耗，容易集成在手机等移动设备中；缺点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，受噪声信号干扰大且在于蓝牙器件和设备的价格比较昂贵；应用：蓝牙室内定位主要应用于对人的小范围定位，例如单层大厅或商店。。213.2、短距离无线通信定位技术WIFI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，来比较精准地对人和车辆的进行三角定位。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223.2、短距离无线通信定位技术优势：总精度较高，硬件成本低，传输速率高；可应用于实现复杂的大范围定位、监测和追踪任务。缺点传输距离较短，功耗较高，一般是星型拓扑结构。应用：Wi-Fi定位适用于对人或者车的定位导航，可以于医疗机构、主题公园、工厂、商场等各种需要定位导航的场合。233.2、短距离无线通信定位技术射频识别定位技术射频识别（RFID）室内定位技术利用射频方式，固定天线把无线电信号调成电磁场，附着于物品的标签进过磁场后感应电流生成把数据传送出去，以多对双向通信交换数据以达到识别和三角定位的目的。(感应门禁卡和商场防盗系统用的就是这种技术)243.2、短距离无线通信定位技术优势：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；标签的体积比较小，造价比较低。缺点不具有通信能力，抗干扰能力较差，不便于整合到其他系统之中，且用户的安全隐私保障和国际标准化都不够完善。应用：射频识别室内定位已经被仓库、工厂、商场广泛使用在货物、商品流转定位上。253.2、短距离无线通信定位技术zigbee定位技术ZigBee室内定位技术通过若干待测节点和参考节点与网关之间形成组网，网络中的待测节点发出广播信息，并从各相邻的参考节点采集数据，选择信号最强的参考节点的X和Y坐标。然后，计算与参考节点相关的其他节点的坐标。最后，对定位引擎中的数据进行处理，并考虑距离最近参考节点的偏移值，从而获得待测节点在大型网络中的实际位置。263.2、短距离无线通信定位技术优势：功耗低、成本较低、延时短、高容量以及高安全，传输距离较长；可支持网状拓扑，树状拓扑和星型拓扑结构，组网灵活，可实现多跳传输。缺点传输速率低，定位精度对算法要求较高。应用：目前zigbee系统定位已广泛应用于室内定位、工业控制、环境监测、智能家居控制等领域。273.2、短距离无线通信定位技术超宽带定位技术超宽带（UWB)定位技术是一种全新的、与传统通信定位技术有极大差异的新技术。它利用事先布置好的已知位置的锚节点和桥节点，与新加入的盲节点进行通讯，并利用三角定位或者“指纹”定位方式来确定位置。主传感器从传感器标签时间同步线标签发出一个UWB脉冲信号，并被传感器接收。UWB信号是一个7.2GHz的脉冲序列。283.2、短距离无线通信定位技术主传感器从传感器传感器计算出标签位置通过两种方式：-信号到达时间差(TDOA)-到达的角度(AOA)，包括方位角跟俯仰角。时间同步线标签a1a2t1t2293.2、短距离无线通信定位技术优势：具有GHz量级的带宽，定位精度高；穿透力强，抗多径效果好、安全性高。缺点但由于新加入的盲节点也需要主动通信使得功耗较高，同时该系统成本高；应用：超宽带技术可用于雷达探测，同时应用于各个领域的室内精确定位和导航。303.3、其他室内定位技术红外线室内定位技术红外线室内定位有两种，第一种是被定位目标使用红外线IR标识作为移动点，发射调制的红外射线，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织红外线网覆盖待测空间，直接对运动目标进行定位。313.3、其他室内定位技术优势：较高的室内定位精度，抗干扰能力强；缺点红外线只能视线传播，穿透性能极差，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明显；传输距离不长，使其在布局上，无论哪种方式，都需要在每个遮挡背后、甚至转角都安装接收端，布局复杂，成本较高应用：适用于实验室对简单物体的轨迹精