室内定位技术,监狱智能化安防

室内定位由于室内无线传播环境复杂，普遍存在多径及非视距传输情况，基于到达时延分析的卫星定位导航技术难以适用于室内定位。同时，室内信号衰减严重，导航卫星的信号难以穿透建筑物，到达信号的信噪比较低，已经无法满足定位的基本要求。为此，自20世纪90年代以来，先后出现了超声波、红外、地磁、电磁波等室内定位技术。

超声波定位技术利用超声波作为无线传播载体，基于时延测量距离后进行定位，由于超声波的空气传播速度低，距离测量准确度高，因此定位精度高，可达到2～10 厘米，功耗较低，但传输距离有限，一般在5～10 米之内，全区域覆盖布设成本高，在遇到物体和墙体遮挡时可能出现隔断或者非视距传输的情况，定位精度急剧下降。

红外定位技术是利用红外作为无线传播载体，基于距离测量的一种定位算法，具有成本低、功耗低的优点，但定位精度较差，平均定位误差在5 米以上，传输距离有限，易受物体和墙体遮挡阻隔，导致无法定位。

地磁定位从原理上属于场景分析和信号强度分析类的定位技术，基于地球不同区域的各个位置上的地磁信号强度各不相同的客观事实，在记录定位区域内各个位置的地磁信号强度特征后，根据相似度拟合算法实现定位，定位精度可达1～2 米，无须布设任何基础设施，缺点是与其他基于场景分析的定位技术一样，需要在使用前进行训练，记录各个位置的地磁场强，工作量大，同时在建筑物内金属物体的搬移等场景变化会导致定位精度的下降。

电磁波定位是利用在空气中无线传播的电磁波/电磁场进行定位，属于室内定位中技术种类最多、试用和应用最为广泛的一类定位技术。用于定位的电磁波/电磁场通常包括低频（LF）、1GHz 以下的超高频（UHF）与微波（MW）等几个不同频段。

基于LF 低频的电磁场定位技术由于LF 低频信号覆盖范围受限（一般为2～5 米），主要采用基于接近关系检测的定位技术，又称为信标定位技术，由于受人体移动等环境变化影响较小，同时作为近场传播方式，不存在多径传播效应，识别定位准确率高，但实现全区域覆盖的整体建设成本高。

基于1GHz 以下UHF 的电磁波定位技术可分为基于无源RFID和有源RFID 这两种，无源RFID 使用基于接近关系的定位技术，优点是无须供电，成本低，但由于受到人体对电磁波吸收和干扰的影响，成功读取率低，无法实际应用。

1GHz 以下UHF 有源RFID 与微波频段有源RFID、Zigbee、WLAN、蓝牙的定位原理基本相同，主要差别在于通信机制、通信频段。这类定位技术可分为基于到达时延/到达时延差的距离测量与三角/三边定位、基于电磁信号强度训练的相似度拟合定位、接近关系检测等三种不同的技术。

基于距离测量的定位技术根据定位信号带宽的不同可以分为宽带信号定位和超宽带定位，宽带信号定位的机理与GPS 基本相同，通视环境下可达到1～3 米。超宽带信号定位由于信号带宽大，时延分辨率高，定位精度高，可达6～10 厘米，但价格很高，传输距离较短导致系统布设工作量较大。基于距离测量的定位技术由于室内多径和非视距传输现象较为严重，导致定位精度不稳定。

基于电磁信号强度训练的相似度拟合定位通过事先采集定位区域内2m×2m 网格点处的多个定位基站发射信号的信号接收强度（RSSI），基于定位设备实时采集的多个基站信号接收强度，根据信号欧式距离或概率分布特征，实现相似度拟合和位置确定。这种定位技术的优点是不受多径和非视距传播环境影响，定位精度可达2 米左右，缺点是在使用前要进行大量信号强度采集工作，同时定位区域内的人员移动以及对电磁波有影响的物体位置移动后，场景发生变化，定位精度严重恶化。(www.xing528.com)

矿下人员定位前期主要采用接近关系检测技术，由于有源RFID 传输距离较远，信号传输稳定性差，导致定位精度和系统可靠性较差。近年来，诺基亚公司启动了基于低功耗蓝牙信标的定位技术研发和应用推广工作，利用蓝牙传输距离较近（小于10 米），固定式蓝牙参考设备采用电池供电，无须进行相应的布线，大大降低了整个系统的部署成本，但需要周期性更换电池，维护成本较高。

各种室内外定位技术的总结对比如表4-1所示。根据上面各类技术的分析，可以看出没有一类技术能够在部署成本、定位精度、覆盖范围等方面全面满足室内定位要求。从稳定性和定位精度，特别是稳定性而言，低频磁场是一类较为可行的技术方案，但基于低频磁场来实现全区域定位所需设备数量众多，布设复杂，导致成本高。因此不同定位技术的融合逐渐成为室内定位技术的发展方向。

表4-1　室内外定位技术比较

目前定位基站的LF 低频磁场发射天线均采用低成本、小体积磁棒天线，根据前期室内部署和现场测试，由于其核心是铁氧磁晶体，低端磁棒天线的一致性和可靠性较差，容易损坏，且难以直观地进行质量评估，磁场分布不均匀，磁场发射功率和低频磁场覆盖范围主要采用现场手动方式进行调节和修正，定位基站缺少全面的状态检测功能，这些都给布设规划、现场调测和系统维护等工作带来极大不便，抬升了整个系统建设、部署和运维的综合成本。

受体积等因素限制，大部分厂家的定位标签没有采用三轴磁接收天线，使得定位磁场信号接收性能受定位标签的方向、方位等因素影响，从定位标签的角度来看，磁场的有效检测范围随定位标签相对定位基站方位、方向不同（被定位对象配套标签的位置、方式和移动的方向不同都会导致定位标签相对定位基站的方位方向发生变化）而动态变化，给定位系统的总体可靠性和稳定性带来不利影响。不同技术体制的定位产品比较见表4-2。

表4-2　三类技术体制产品的对比分析

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