室内定位蓄势待发

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室内定位是个待攻克的难题，也是科技巨头公司们必争的技术焦点。为应付复杂多样的建筑物内部环境，室内定位需融合多种前沿技术。注重技术储备的微软已经发力。

不同于成熟可靠的GPS等依靠卫星的室外定位系统，室内定位领域尚未出现通用的技术或事实标准。微软、苹果和Google等主流科技公司都在该领域增加了投入，不少创业公司也拿出了有吸引力的解决方案。打通移动互联时代位置服务的最后100m，才能触发新的潜力和商机，一切蓄势待发。

7月初，我们采访了来自微软亚洲研究院的技术专家赵春水。他所在的研究小组最近几年专注于室内定位技术的研究，并且取得许多突破性的进展，拥有“世界领先水平”。

基于Wi-Fi的室内定位技术

2010年年初，赵春水参与了一个研究院内部合作的“云计算交互体验”研究项目。他们开发的“云鼠标”与传统的桌面鼠标相比，更像是一个遥控器。通过云鼠标中集成的加速度感应器、陀螺仪和数字指南针等传感器，计算机可以得到云鼠标的“运动状态”，从而帮助用户与虚拟世界中的数据进行三维互动。实现该项目的过程中，赵春水和他的同事意识到“云鼠标”的核心技术可以与惯性导航技术结合，在室内定位领域发挥作用。

这是他们最开始的想法。2010年之后，在智能手机大力发展的带动下，这几个传感器逐渐成为中高端机型的标配，因此利用手机内部的传感器跟踪（tracking）手机的运动状态成为可能。方法是首先指定初始位置，然后通过加速度计、陀螺仪（即角速度计）和电子指南针跟踪每一步的距离和方向，最后将估测出的“运动状态”与地图信息进行结合就可以获得位置信息。不过，这种“惯性”跟踪技术的最大缺点是不能实现绝对的定位。它使用积分算法，走得越远，误差（漂移）就越大。而且它必须指定初始位置，无法直接拿出手机就马上获得位置，这使得实用性大打折扣。

跟踪技术成熟之后，他们开始主攻基于室内Wi-Fi信号的定位方式。赵春水告诉CHIP，Wi-Fi的优势在于它广泛分布，而且可开放获得。在二维空间里，只要有3个或以上的Wi-Fi信号就可实现定位。此外，Wi-Fi有自身的结构，与建筑物的位置关系是固定的，它的误差不会因为用户走的距离变大而增大，所以能实现绝对定位。Wi-Fi定位首先需要采集数据，即利用开放的Wi-Fi协议，通过手机在采样点一个频段一个频段扫描广播，获取环境中所有接入点（AP）的标识和强度。

关于定位的精度，我们知道民用GPS在室外的定位精度理想状态下可达到10m左右。赵春水称，他们的技术在室内定位也可以做到10m左右。同时，他很严谨地表示这并不意味着在所有Wi-Fi采样点都能达到10m的精度，他们看重更具实用意义的90%采样点数据。另外，具体的定位精度也会与该建筑物内的Wi-Fi分布密度有关，例如飞机场的精度通常不如大型商场。

将Wi-Fi定位与运动状态跟踪技术进行结合，室内定位的精度甚至可能达到惊人的1m～2m。这也是目前赵春水所在的研究小组正在做的事情。下一步，他们还会结合地磁信息和手机3G信号的数据进行更深入的研究试验。

现实中的“维护”难题

不过，Wi-Fi定位技术在实际使用中也面临着巨大挑战。首先，在Wi-Fi数据的采集过程中，他们使用普通手机加定制的软件进行大规模数据采集，但用户最终使用设备的Wi-Fi芯片参数各不相同，无法完全匹配。其次，建筑物内的Wi-Fi分布情况有时也会有变动，事前采集的数据在真正使用时可能已经失效。最后，Wi-Fi定位的技术模型只考虑了理想状态，现实中建筑物中的无线电波信号传输会经过墙体出现反射和折射，情况非常复杂。当然，频繁的Wi-Fi扫描过程是很耗电的，因此室内定位的“效率”也是需要重点关注的问题。

在赵春水看来，目前各家室内定位的技术原理是相通的，将来真正的竞争拼的是数据库的维护。他说，“现在如果不计成本地采集高密度数据，自然可以获得更高的室内定位精度。但后期如何经济地、高效地去维护采集来的数据库才是最后竞争的关键。”

室内定位的技术前景

提到室内定位的前景，赵春水告诉我们，室内定位最早的服务对象是消防员。在浓烟滚滚的大型建筑物内，消防员靴子中的定位传感器可以帮助他们找到失火点或逃生路线。而在消费层面，与PC相比手机是随身携带的，因此位置信息是它可提供的基本信息。用户的很多购买行为与位置信息有关联。目前基于位置的生活服务信息已经让我们感受到室外“定位”的力量，未来通过室内定位技术我们不仅可以直达某一楼层的店铺，甚至可以直达某个商品，其中蕴藏的商机自然不可小觑。

定位、导航和地图的关系

导航是利用地图和连续的定位技术，引导物体沿规划路径从一点运动到另一点的过程。也就是说，定位技术是导航的基础，导航是定位技术的应用，地图则是实现导航功能的必要辅助条件。

惯性导航系统

使用加速度计、陀螺仪和电子指南针可以测量物体的加速度和角速度，获取物体在三维空间的位置和姿态。提供初始位置和速度后，通过运动传感器的信息进行整合计算，惯性导航系统可以不断更新当前的位置及速度。该技术不需要一个外部参考系，常常被用在飞机、潜艇、导弹和各种航天器上。

声音

我对室内定位的愿景是，将来我们在商场里逛的时候，打开手机上的地图看到的场景跟实际所处的场景是一样的。只不过手机上是虚拟的，而且包含了很多商品折扣等有用的增强信息。

——赵春水

微软亚洲研究院硬件计算组副研究员