【中國(guó)智能制造網(wǎng) 技術(shù)前沿】在日前舉辦的2016UAS大會(huì)現(xiàn)場(chǎng)，同濟(jì)大學(xué)博導(dǎo)劉兒兀教授發(fā)表了有關(guān)無(wú)人機(jī)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(shì)三個(gè)方面論述了當(dāng)前無(wú)人機(jī)室內(nèi)定位技術(shù)的發(fā)展情況。　　
　　劉教授是同濟(jì)大學(xué)電子信息學(xué)院教授，主持國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目多項(xiàng)，在國(guó)內(nèi)外核心期刊發(fā)表論文60多篇，在、國(guó)內(nèi)發(fā)明30多項(xiàng)，是多個(gè)學(xué)術(shù)期刊的編委，還是多個(gè)會(huì)議技術(shù)委員會(huì)委員，TCP主席或分會(huì)主席，獲得2014年中國(guó)工業(yè)博覽會(huì)高校展區(qū)特等獎(jiǎng)，2015年教育部科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)，2016年微軟室內(nèi)定位技術(shù)大獎(jiǎng)賽，是RET成員、REE會(huì)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(bào)告分三個(gè)方面
　　
　　1、主流技術(shù)
　　
　　2、主要挑戰(zhàn)
　　
　　3、研發(fā)趨勢(shì)
　　
　　1主流技術(shù)
　　
　　Wi-Fi、iBeacon、地磁、超寬帶、超聲波、可見(jiàn)光，以及在無(wú)人機(jī)里面可以看到的視覺(jué)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(gè)放在一起。
　　
　　目前在Wi-Fi和iBeacon方面，國(guó)外有兩個(gè)趨勢(shì)，藍(lán)牙5.0，年底就會(huì)有標(biāo)準(zhǔn)出來(lái)，另外一個(gè)是Wi-Fi8011系列的，主要有兩個(gè)新的標(biāo)準(zhǔn)，一個(gè)是802.11MC，802.11AZ，這兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)以及藍(lán)牙5.0，目標(biāo)都是終要實(shí)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(dá)到1-3米的精度。Wi-Fi的研發(fā)趨勢(shì)是往到達(dá)時(shí)間方向發(fā)展，通過(guò)到達(dá)時(shí)間可以測(cè)量距離；藍(lán)牙5.0是往到達(dá)角和離開角兩個(gè)方向發(fā)展。
　　
　　目前主要研發(fā)機(jī)構(gòu)包括Leica，美國(guó)RealEarth等，前面這幾個(gè)包括用激光雷達(dá)或超寬帶，可以用在三維的定位。三維定位相當(dāng)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(jī)或現(xiàn)有的Pad，就是現(xiàn)有設(shè)備來(lái)做，不需要額外網(wǎng)絡(luò)、不需要額外硬件設(shè)備來(lái)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(dá)到4.6M精度。今年4月底在維也納有一個(gè)比賽，我們大概做多了1米多。
　　
　　主流技術(shù)有兩個(gè)：基于信號(hào)強(qiáng)度RSSI（1-10米精度）。從目前情況來(lái)看，室內(nèi)可以做到1-10米，一種需要參考點(diǎn)，另外一種不需要參考點(diǎn)，需要參考點(diǎn)相當(dāng)于有某點(diǎn)，通過(guò)測(cè)量到我的信號(hào)強(qiáng)度或者我到它的信號(hào)強(qiáng)度可以估算出來(lái)距離，目前Wi-Fi和iBeacon都是這種機(jī)制，所以歸為一類。iBeacon或Wi-Fi下一步趨勢(shì)會(huì)把到達(dá)時(shí)間或到達(dá)角放進(jìn)去。
　　
　　基于信號(hào)強(qiáng)度，要測(cè)量或定位區(qū)域的信號(hào)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(rèn)為地磁指紋穩(wěn)定性會(huì)比Wi-Fi指紋穩(wěn)定性好一些。
　　
　　另外更一點(diǎn)是基于到達(dá)時(shí)間/到達(dá)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(jiàn)的是10厘米，可能放一個(gè)基站，這個(gè)基站離我們30、50米的距離，但需要一個(gè)基站。
　　
　　信號(hào)強(qiáng)度和距離主要基于路損模型，接收功率=參考點(diǎn)功率-路損指數(shù)。
　　
　　Pr=P0-n.Log（r/r0），n=（4-6）
　　
　　上海國(guó)家會(huì)展中心一個(gè)場(chǎng)館有幾萬(wàn)平方米，我們測(cè)過(guò)，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(gè)理論的模型，在這里定位出來(lái)跟利用這個(gè)公式測(cè)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(shí)際上用這個(gè)不是太靠譜。
　　
　　指紋匹配。例如這個(gè)房間大量測(cè)不同的點(diǎn)，這一點(diǎn)測(cè)一下信號(hào)強(qiáng)度或信號(hào)特征，可能是Wi-Fi的信號(hào)特征，可能是地磁的信號(hào)特征，走1米再測(cè)一下，整個(gè)房間這樣測(cè)一下，顯然需要大量的測(cè)量，需要有一個(gè)離線的測(cè)量和在線的匹配。測(cè)量完了以后，拿一個(gè)手機(jī)進(jìn)來(lái)，知道現(xiàn)在接收信號(hào)強(qiáng)度什么樣，跟之前已經(jīng)建好的數(shù)據(jù)庫(kù)匹配，看一下數(shù)據(jù)庫(kù)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(diǎn)，因?yàn)橛?jì)算距離時(shí)要有時(shí)間的積分，有一次、有二次，誤差就累積上去了，所以長(zhǎng)時(shí)有一個(gè)累積誤差，同時(shí)取決于傳感器的精度，所以需要一些校準(zhǔn)，另外它作為一個(gè)輔助定位。
　　
　　對(duì)目前而言，
　　
　　實(shí)用的室內(nèi)定位解決方案有如下幾個(gè)方面挑戰(zhàn)
　　
　　1精度要達(dá)到1-3m，也就是說(shuō)在這里，旁邊有多個(gè)不同展會(huì)的展臺(tái)，或者有不同的商店，可能幾米之外就有一個(gè)商店，不能在這個(gè)房間把誤認(rèn)為是另外一個(gè)房間，基本上精度要達(dá)到1-3m。不能隨著室內(nèi)環(huán)境變化有很大的波動(dòng)。2覆蓋、可擴(kuò)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(shí)間。對(duì)于手機(jī)，如果功耗太大的話，可能用戶無(wú)法接受。利用手機(jī)這種定位方式顯然從功耗的角度是不如利用網(wǎng)絡(luò)測(cè)的，相當(dāng)于有一些網(wǎng)絡(luò)探測(cè)，主動(dòng)探測(cè)你的距離，然后來(lái)算一下。
　　
　　在功耗方面，我們也測(cè)量過(guò)，定位的東西假設(shè)放在手環(huán)上做的話，有一個(gè)很大的問(wèn)題，加速度傳感器不是一個(gè)問(wèn)題，功耗比較低，陀螺儀在里面就有問(wèn)題，手環(huán)的產(chǎn)品一般都需要經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)運(yùn)行，所以這個(gè)功耗有問(wèn)題。另外就是響應(yīng)時(shí)間，如果做到1m，精度相當(dāng)于到做到0.5m，誤差要在0.5m之內(nèi)，按人的2m速度來(lái)算就是250毫秒，這樣才能表現(xiàn)出來(lái)當(dāng)時(shí)這個(gè)時(shí)刻網(wǎng)絡(luò)響應(yīng)時(shí)間要超過(guò)250毫秒。