室内蓝牙定位跟踪及轨迹分析研究文献综述

 2023-08-07 15:31:14
  1. 文献综述(或调研报告):

1.室内定位部分

室内定位技术主要是通过应用特定传感器的物理特性,配合对应算法进行位置解算。根据传感器的类型,可大致将室内定位技术分为基于无线信号的室内定位技术,基于惯性导航的室内定位技术,以及基于计算机视觉的室内定位技术。红外线、超声波、蓝牙、射频识别、超宽带、ZigBee、激光定位技术和WiFi是基于无线信号的室内定位技术的代表,它们大多需要借助辅助节点进行定位。即通过不同方式测量出待测节点相对于辅助节点的位置,再运用合适的算法解算出待测点的位置。

红外定位技术精度为5~10m,它的优点是精度高,缺点是不能穿越障碍物,造价高昂,功耗大,在灯光环境下易受干扰。超声波定位技术的精度可达1~10m,它拥有整体精度高,结构简单的有点,但缺点是多径效应和衰减明显、受温度影响,成本高。WiFi易于安装,系统总体精度高,但离线阶段的指纹收集工作量大,功耗高并且易受干扰。RFID技术精度高、造价低、标识体积小,但信号传播距离短,标识没有通信能力,不便于整合。UWB穿透力强,精度高并且功耗低,但造价相对较高。ZigBee拥有低功耗低成本的优点,但稳定性低,易受环境干扰。激光定位技术的定位精度可达厘米级,可靠性较高,但对成本又较高要求。惯性导航定位技术常常与其他定位技术组成组合定位系统,减小自身的累积误差及精度问题,同时提供更加丰富的姿态信息[1]。计算机视觉则常用于地图和自身位置事先未知的情况,实时地更新地图并刷新自己的位置。这种技术多应用与军事方面及科学探测领域,火星车就是一个典型的例子[2]。

以上提到的室内定位技术都有各自的特点以及使用的场景。相较于其他室内定位方法,新一代的蓝牙室内定位技术具有能耗低、易集成,成本相对较低的优点,这使得蓝牙室内定位的广泛商业应用有了可能。中国西门子公司使用了苹果公司的iBeacon蓝牙技术,实现了室内定位的功能。2015年微信平台也开发了针对iBeacon的接口,摇一摇功能提供了让用户使用手机发现周边使用iBeacon设备的服务。并且能根据用户的位置信息提供个性化的服务。不少研究者在景点、博物馆图书馆等大型室内场景内应用了蓝牙定位技术,这证明了蓝牙室内定位的广阔前景。

1.2.蓝牙室内定位方法简介

蓝牙室内定位方法按照信标帧发送的方式可分为以下三类:

①距离感知法:终端被定位在最近的接入点附近,也就是经扫描检测可判定终端理论上位于信号质量最好的 AP 附近[3][4]。

②多边测量法:基于信标帧传输过程中的路径损耗来判定 AP 和终端的距离。包括经典的 TOA、TDOA、AOA 等定位方法[5][6]。

③位置指纹法:将终端从若干 AP 中接收到的 RSS 序列与预先在多个位置锚点采集的 RSS 序列作比较,相似度最高的位置点看作终端当前的位置 [7][8]。

2轨迹分析与挖掘

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