【科研之路】室内定位入门之基于定位原理的分类概述

邻近定位

概述

邻近方法通过检测物体是否靠近已知位置或区域来确定物体的位置。

分类

1. 检测物理接触

• 通常基于触摸传感器、压力传感器或电容场检测器。
• 检测物理接触的典型系统是触摸鼠标，其可以通过使用电容传感器来感测来自用户手的接触。

Ken Hinckley and Mike Sinclair. 1999. Touch-sensing input devices. In Proceedings of the SIGCHI Conference on
Human Factors in Computing Systems. ACM, 223–230.

2. 监控无线锚定设备

• 如无线接入点(APs)或近场通信(NFC)读取器，这种设备通过检查用户是否在一个或多个锚定设备的范围内来定位用户。
  • 例如，活动徽章系统通过检测在哪个传感器上观察到徽章来确定配备有红外徽章的个人的位置。
  • 例如，CoO || Cell of Origin，这个方法很简单，适用于要求定位精度为50米或更高的应用。 在移动设备处生成最高RSSI值的WLAN接入点被标识，并且假设用户位置具有与接入点相同的坐标位置。

Roy Want, Andy Hopper, Veronica Falcao, and Jonathan Gibbons. 1992. The active badge location system. ACM
Trans. Inform. Syst. 10, 1 (1992), 91–102.

3. 观察自动识别系统

• 如公共交通卡终端和销售点终端。这些系统通常需要在物体上附加标签、按钮或条形码，然后当在已知位置的终端或设备上观察到附加的标签时，定位物体。
• 提出了一种基于射频识别的定位系统，该系统由标签和阅读器组成。通过在已知位置放置多个读取器，当读取器接收到来自标签的信号时，可以推断出带有标签的人或物体的位置。邻近定位方法简单易行，但只能感知有限区域内的位置，定位精度较低。

Lionel M. Ni, Dian Zhang, and Michael R. Souryal. 2011. RFID-based localization and tracking technologies. IEEE
Wireless Commun. 18, 2 (2011).

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几何定位 || Geometric

算法原理

三角测量法 || Triangular

三角测量依赖于标签信号接收的时间差。

Hui Liu, Houshang Darabi, Pat Banerjee, and Jing Liu. 2007. Survey of wireless indoor positioning techniques and
systems. IEEE Trans. Syst., Man, Cyber., Part C (Applic. Rev.) 37, 6 (2007), 1067–1080.

• 概述：
  • 三角定位方法通过利用三角形的几何属性来估计物体的位置。
  • 该位置是根据移动物体和发射器(例如，无线接入点、全球移动通信系统发射塔、蓝牙信标)之间的测量来估计的。
• 
  • 如图所示，测量基站位置已知，来自基站的信号到达被定为节点时的到达角度α1和α2，以基站为起点形成的射线必经过被测节点，因此两条射线的交点即为节点的位置。

三边测量法 || Trilateration

三边测量依赖于信号强度作为距离的类比。

• 基本思想：

假设空间中存在三个用于定位的信标。对于待测的定位点，可以测量该定位点到三个信标的距离。从信标处考虑，所有到信标指定距离的点，组成了一个以信标为圆心、半径为指定距离的圆。那么，根据定位点到三个信标的距离，即可分别确定三个定位圆。而这三个定位圆的交点，即为对待定位点的定位结果。

• 理论：

• 如图所示，如果三个信标的坐标分别为(0, 0)、(2, 0)和(1, 1.732)。对于定位点，如果定位点到三个信标的距离均为1.155，则以三个信标为圆心分别做圆，三个圆交于一点。则该点即为对定位点的定位结果。
• 假设待求的定位点坐标为(x, y)，n个信标中第i个信标的坐标为(x_i,y_i)，定位点到第i个信标的距离为d_i，则根据上图，有如下方程成立：

求解上式，即可求得定位点的坐标(x, y)。

• 实际：

• 但是通常来说，信标的定位圆并不会刚好交于一点。实际的测量结果通常如图所示。因此，在计算时，我们需要对其进行近似求解。常见方法有加权法、最小二乘法、质心法等。如果我们使用最小二乘法进行计算，需要在前面理论的基础上