【中國智能制造網(wǎng) 技術(shù)前沿】在日前舉辦的2016UAS大會現(xiàn)場，同濟大學(xué)博導(dǎo)劉兒兀教授發(fā)表了有關(guān)無人機在室內(nèi)如何定位的主題演講，分別從主流技術(shù)、主要挑戰(zhàn)、研發(fā)趨勢三個方面論述了當前無人機室內(nèi)定位技術(shù)的發(fā)展情況。　　
　　劉教授是同濟大學(xué)電子信息學(xué)院教授，主持國家自然科學(xué)基金項目多項，在國內(nèi)外核心期刊發(fā)表論文60多篇，在、國內(nèi)發(fā)明30多項，是多個學(xué)術(shù)期刊的編委，還是多個會議技術(shù)委員會委員，TCP主席或分會主席，獲得2014年中國工業(yè)博覽會高校展區(qū)特等獎，2015年教育部科技進步二等獎，2016年微軟室內(nèi)定位技術(shù)大獎賽，是RET成員、REE會員，研究領(lǐng)域主要是物聯(lián)網(wǎng)和室內(nèi)定位、傳統(tǒng)數(shù)據(jù)、復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)和大數(shù)據(jù)等。
　　
　　劉兒兀的發(fā)言和室內(nèi)定位相關(guān)，報告分三個方面
　　
　　1、主流技術(shù)
　　
　　2、主要挑戰(zhàn)
　　
　　3、研發(fā)趨勢
　　
　　1主流技術(shù)
　　
　　Wi-Fi、iBeacon、地磁、超寬帶、超聲波、可見光，以及在無人機里面可以看到的視覺定位，還有輔以于慣性導(dǎo)航。在這些技術(shù)里，Wi-Fi和iBeacon里面所用的具體技術(shù)是相通的，所以我把這兩個放在一起。
　　
　　目前在Wi-Fi和iBeacon方面，國外有兩個趨勢，藍牙5.0，年底就會有標準出來，另外一個是Wi-Fi8011系列的，主要有兩個新的標準，一個是802.11MC，802.11AZ，這兩個標準以及藍牙5.0，目標都是終要實現(xiàn)大概1米之內(nèi)的室內(nèi)定位。挑戰(zhàn)在于室外GPS，民用是幾米，室內(nèi)一般除了商業(yè)應(yīng)用要達到1-3米的精度。Wi-Fi的研發(fā)趨勢是往到達時間方向發(fā)展，通過到達時間可以測量距離；藍牙5.0是往到達角和離開角兩個方向發(fā)展。
　　
　　目前主要研發(fā)機構(gòu)包括Leica，美國RealEarth等，前面這幾個包括用激光雷達或超寬帶，可以用在三維的定位。三維定位相當于可以使用專門的硬件、專門的基站或布專門網(wǎng)絡(luò)做這種定位。另外一種是兩維定位，基本用我們現(xiàn)有的手機或現(xiàn)有的Pad，就是現(xiàn)有設(shè)備來做，不需要額外網(wǎng)絡(luò)、不需要額外硬件設(shè)備來做。
　　
　　2015年，武漢大學(xué)及加拿大卡爾加里大學(xué)共同基于Wi-Fi和地磁做的室內(nèi)定位，達到4.6M精度。今年4月底在維也納有一個比賽，我們大概做多了1米多。
　　
　　主流技術(shù)有兩個：基于信號強度RSSI（1-10米精度）。從目前情況來看，室內(nèi)可以做到1-10米，一種需要參考點，另外一種不需要參考點，需要參考點相當于有某點，通過測量到我的信號強度或者我到它的信號強度可以估算出來距離，目前Wi-Fi和iBeacon都是這種機制，所以歸為一類。iBeacon或Wi-Fi下一步趨勢會把到達時間或到達角放進去。
　　
　　基于信號強度，要測量或定位區(qū)域的信號特征做各種指紋，不敢是Wi-Fi指紋也好還是地磁指紋也好，這兩者有一些區(qū)別，一般認為地磁指紋穩(wěn)定性會比Wi-Fi指紋穩(wěn)定性好一些。
　　
　　另外更一點是基于到達時間/到達角，可以做到1米或更低。三維模式下，Leica可以做到5厘米，是基于激光或UWB，民用上常見的是10厘米，可能放一個基站，這個基站離我們30、50米的距離，但需要一個基站。
　　
　　信號強度和距離主要基于路損模型，接收功率=參考點功率-路損指數(shù)。
　　
　　Pr=P0-n.Log（r/r0），n=（4-6）
　　
　　上海國家會展中心一個場館有幾萬平方米，我們測過，為了定位，它的一些Wi-Fi是布在高槽底下，下面放了一些鐵皮，它的信道模型就完全跟我們所做的理論上的區(qū)別很大?；谶@樣一個理論的模型，在這里定位出來跟利用這個公式測的距離可能偏到100米或幾十米之外去。這只是有理論分析上的一些好處，但實際上用這個不是太靠譜。
　　
　　指紋匹配。例如這個房間大量測不同的點，這一點測一下信號強度或信號特征，可能是Wi-Fi的信號特征，可能是地磁的信號特征，走1米再測一下，整個房間這樣測一下，顯然需要大量的測量，需要有一個離線的測量和在線的匹配。測量完了以后，拿一個手機進來，知道現(xiàn)在接收信號強度什么樣，跟之前已經(jīng)建好的數(shù)據(jù)庫匹配，看一下數(shù)據(jù)庫差值在哪里。
　　
　　各種主流技術(shù)之外，為了做一些平滑的定位，需要做一些慣性導(dǎo)航（PDR）就形成航跡推算。主要基于兩種傳感器，一種是加速度，一種是陀螺儀。PDR有一些固有的缺點，因為計算距離時要有時間的積分，有一次、有二次，誤差就累積上去了，所以長時有一個累積誤差，同時取決于傳感器的精度，所以需要一些校準，另外它作為一個輔助定位。
　　
　　對目前而言，
　　
　　實用的室內(nèi)定位解決方案有如下幾個方面挑戰(zhàn)
　　
　　1精度要達到1-3m，也就是說在這里，旁邊有多個不同展會的展臺，或者有不同的商店，可能幾米之外就有一個商店，不能在這個房間把誤認為是另外一個房間，基本上精度要達到1-3m。不能隨著室內(nèi)環(huán)境變化有很大的波動。2覆蓋、可擴展性和成本，能否利用現(xiàn)有的基礎(chǔ)設(shè)施，不需要重新布一套。3功耗和響應(yīng)時間。對于手機，如果功耗太大的話，可能用戶無法接受。利用手機這種定位方式顯然從功耗的角度是不如利用網(wǎng)絡(luò)測的，相當于有一些網(wǎng)絡(luò)探測，主動探測你的距離，然后來算一下。
　　
　　在功耗方面，我們也測量過，定位的東西假設(shè)放在手環(huán)上做的話，有一個很大的問題，加速度傳感器不是一個問題，功耗比較低，陀螺儀在里面就有問題，手環(huán)的產(chǎn)品一般都需要經(jīng)過長時運行，所以這個功耗有問題。另外就是響應(yīng)時間，如果做到1m，精度相當于到做到0.5m，誤差要在0.5m之內(nèi)，按人的2m速度來算就是250毫秒，這樣才能表現(xiàn)出來當時這個時刻網(wǎng)絡(luò)響應(yīng)時間要超過250毫秒。