您现在所在的位置: UWB定位系统首页 >行业新闻>

UWB是微软定位大赛的网红

微软室内定位大赛是全球最重要的两项室内定位大赛之一,从2014年开始举办,每年都能吸引大量的公司和高校团队参加。各个团队在同一块场地,利用各自不同的技术,来展现他们力所能及的最高定位精度。每次比赛主办方将所有的参赛组分成了3D组和2D组,对于2组的定义,3D是立体定位,要在现场部署网络,要上报三维坐标,2D是平面定位,利用现场的WIFI网络或者传感器,只需要上报平面坐标。
一、3D组
总的来说,3D组的技术基本上由激光、UWB定位、超声波构成;而2D组则基本上由惯性导航、Wi-Fi结合各种传感器为主。对于3D组中的几乎所有定位技术,基本都是使用TOA定位技术、TDOA定位技术、AOA定位技术这三种原理中之一来实现。
1、激光定位
2016年的比赛现场,最吸睛的,就是场内几台价值昂贵的激光定位装置。主要由一个不停旋转的雷达以及处理终端构成。工程师把这些设备背在身后,激光雷达通常高于人头,并会不停的从360度发射激光。不停在建筑物内行走,就能完成整个场所的3维建模,同时可利用这些数据进行精确的室内定位。通常,这样的设备能达到极高的室内定位精度,误差基本在厘米级,有的甚至可以达到5厘米的精度。
2、UWB定位
在3D组中,2016年的比赛UWB技术占据了大半江山。UWB技术需要部署额外的UWB基站,和对应的UWB标签一起来标定被定位者的位置。从整个比赛的结果上看,UWB的定位误差精度基本上都在1米以内,国内有一家优秀的UWB公司取得了不错的成绩,获得了第三名,成绩是误差在0.29厘米。从使用模式来看,UWB更适合高精度的行业应用。
4、iBeacon定位
原理类似WiFi指纹,iBeacon定位比起Wi-Fi定位的好处在于,可以支持iOS系统,并且可以在微信中使用,结合诸如位置营销、优惠劵分发等产生额外价值。其也是当前国内商用定位技术的主流,各大公司都在部署或试图部署自己的iBeacon网络。但就技术层面,原理大抵也和Wi-Fi指纹相似,精度在大致在3-5米。
3、超声波定位
超声波定位的定位原理基本同激光及UWB,只不过信号的载体变成了超声波。一般而言,精度在1米左右。

二、2D组
2D组不允许部署额外硬件设备,要求必须使用智能手机、平板电脑等个人终端作为定位装置。这也使得这样的定位技术更加具有挑战性,也更难以获得高精度。
1、利用现场WIFI的RSSI定位
Wi-Fi定位(iBeacon)的大概原理主要有2种技术方案,一种是需提前获知其AP的位置,然后通过无线信号衰减的物理理论公式,并加上三角定位算法或其他近距离算法,来计算出终端的位置;但由于无线信号在不同环境的衰减并不相同,使得这一方案获得的精度通常具有较高的误差;现在人们普遍使用的定位技术是指纹原理,大概思想是提前在室内的每个位置采集该点的坐标,以及当前能收到的Wi-Fi信号和强度,形成指纹数据库;在定位时,将终端实时到的信号及强度,与数据库中的指纹数据做匹配,相近者则为其大概位置。开发者只需对信号匹配公式进行数学建模,即可完成该算法的开发。各团队的差异基本来自于匹配算法的不同,以及与其他传感器的结合算法等。
一般Wi-Fi定位技术的精度一般在3~5米左右。
所有的基于无线信号强度的定位技术中,有2个因素非常关键,一个是信号源部署密度,另外一个就是无线信号的稳定程度。

2、地磁定位
地磁定位是目前新起的导航技术,我们也是采用纯地磁定位参赛,最终以平均精度1.86米取得了2D组的第三。
地磁定位是利用建筑内独特的地磁场来作为信号源进行定位,相比起Wi-Fi、iBeacon等,地磁场天然存在,且较为稳定,如果建筑建构不发生大的改变,地磁分布也不会发生改变。建筑内的钢筋结构不同,为每个区域形成了其独特的磁场分布,地磁定位正是利用了这种分布来测算位置。地磁定位技术通常可以达到2米左右的精度。但地磁定位获取初始位置,需要持续行走5-8米左右,这给部分场景带来了一些限制。

3、惯性导航定位
惯性导航是仅依据设备的惯性传感器(加速度、陀螺仪等)来进行的导航算法,理论上加速度计2次积分可获得距离、陀螺仪积分可获得角度,由距离及角度,即可知道在特定时间内的行走轨迹。但由于室内定位是人在持有设备,而人的行走姿态比较复杂,加上移动终端传感器的精度受限,加速度2次积分误差较大,所以依照上述方法,误差较大;另外一种替代方案是通过步态检测和深度学习,跟踪一段时间中行走的步数,然后乘以人类的步长,即可获得行走距离;如果该设备绑定在鞋或脚上,这样由人手臂引起的误差即可消除,冠以较高精度传感器,可获得不错结果。但惯性导航的特点在于,短距离内能达到一个比较高的精度,在这过程中没有任何辅助的纠正措施,随着时间的推移,误差会累计增大;如果人行走姿态较为复杂,例如非匀速行走,频繁转身,无意识晃动导航设备等,都会增大误差;且惯性导航无法获知初始位置,所以一般往往用来做辅助导航手段,因此严格的来说,惯性导航并不属于定位技术,而是一种辅助。
此次竞赛,主办方允许手动输入初始位置,这也使得有的团队会使用惯性导航来进行参赛,但由于惯性导航无法获取初始位置,技术上并不是严格的闭环,无法用来单独使用,所以主办方在最终未将其纳入最终的成绩测算。


通过本次比赛中各个队伍的各种表现,对于今年在比赛中使用的各种技术的优劣,有如下结论:

  1、部署定位网络的技术精度远高于2D组;

  2、基于无线信号强度的定位,例如Wi-Fi、iBeacon可以通过单点采集大量数据,并对这些数据进行滤波(如kalman滤波)以获得较高精度(1-2米);但此种方式仅适用于单点定位,实时导航的效果就较差;

  3、UWB技术从2015年开始显示实力,到2016年能够主宰3D组的比赛,是技术使然,也是历史必然,相比激光定位技术,UWB定位技术不容易收外界环境干扰,定位的精度和激光定位一样都是厘米级别。;